FI124146B - Automaattinen pallonpäästölaite ja menetelmä säähavaintopallon automaattiseksi laukaisemiseksi - Google Patents

Description

Automaattinen pallonpäästölaite ja menetelmä säähavaintopallon automaattiseksi laukaisemiseksi

Keksintö koskee itsenäisen laitevaatimuksen johdannon mukaista automaattista pallon päästölaitetta kaasulla täytettävien pallojen laukaisemiseksi.

5 Keksinnön kohteena on myös itsenäisen menetelmävaatimuksen johdannon mukainen menetelmä pallon automaattiseksi laukaisemiseksi.

Esillä oleva keksintö liittyy meteorologisten havaintopallojen laukaisuun. Havaintopal-lot laukaistaan maasta. Tavallisesti vety- tai heliumkaasulla täytettyihin palloihin on kytketty meteorologinen laite, joka on usein eräänlainen radiosondi. Kytketty radiosondi 10 matkustaa havaintopallon kulkukelpoisuuden määräämän matkan, jonka aikana se mittaa muun muassa vallitsevaa lämpötilaa, kosteutta, painetta, otsonia, tuulen nopeutta tai muita säähavainnointiin liittyviä suureita. Kun havaintopalloja radiosondi - joita tässä kutsutaan sondiyksiköksi - saavuttavat noin 30 kilometrin korkeuden, pallo puhkeaa ja radiosondi putoaa maahan. Lentonsa aikana radiosondi lähettää mittaamaansa tietoa 15 maassa olevalle vastaanottolaitteistolle, j oka muuntaa vastaanottamansa tiedot säähavainnoiksi, jotka usein välitetään automaattisesti maailmanlaajuiseen käyttöön.

Säähavaintopallot voidaan tunnetusti laukaista yksitellen miehitetystä tai automaattisesta laukaisuasemasta, mikä tarkoittaa, että operaattorin ainakin jonkinasteinen osallistuminen on aina edellytyksenä aseman onnistuneelle toiminnalle. Täysin miehitetyssä "t 20 toiminnassa operaattori valmistelee pallot ja niihin kytketyt osat sekä toteuttaa varsinai- ° sen laukaisutoimenpiteen. Valmistelussa on olennaista pallon oikea täyttöaste, jota on i o laukaisutapahtumassa seurattava onnistuneen täytön varmistamiseksi. Pallon täyttöastet- c\j ta seurataan mittaamalla sen nostetta, jota voidaan arvioida apupainojärjestelyin. Apu- | painoja voidaan käyttää esimerkiksi niin, että kun kaikki apupainot ovat nousseet irti ''t 25 alustastaan, nosteen voidaan katsoa olevan riittävä pallon laukaisuun. Vaihtoehtoisesti ίο voidaan seurata täyttökaasun virtausta, jonka perusteella päätellään palloon virranneen oo o kaasun määrä j a edelleen pallon noste.

Automaattisessa toiminnassa operaattoria ei tarvita välittömästi pallon laukaisuun, vaan operaattori on läsnä vain valmistellessaan asemaa laukaisukuntoon, mikä tarkoittaa pal- 2 loreservin lataamista toimintakuntoisilla palloilla. Automaattisia laukaisuasemia käytetään erityisesti kohteissa, joihin on vaikea päästä tai jotka ovat sijainniltaan syrjäisiä taikka molempia. Laukaisuasemien toimintaa voidaan ohjata erinäisin järjestelyin. Esimerkiksi laukaisupäätös voi perustua lentoliikenteen tilaan tai se voi olla ajastettu tiet-5 tyyn ennalta määrättyyn aikaan tapahtuvaksi. Palloreservi on tyypillisesti eräänlainen indeksipöytä, jonka tallennuspaikkoihin on säilötty palloja määrä, joka riittää halutun ajanjakson miehittämättömään toimintaan. Laukaisussa palloreserviä liikutetaan siten, että laukaistava pallo on oikeassa asennossa laukaisua varten tai se kuljetetaan edelleen laukaisukapseliin. Pallon kuljettamiseksi automaattiseen laukaisujärjestelmään kuuluu 10 tavallisesti merkittävä määrä liikkuvia osia.

Edellä kuvattuun tunnettuun tekniikkaan liittyy huomattavia epäkohtia. Miehitettyjen laukaisuasemien työvoimatarpeen aiheuttamat kustannukset ovat ilmeiset, mutta myös tunnetun tekniikan mukaiset automaattiset laukaisuasemat tarvitsevat nekin toimiakseen merkittävästi työvoimauhrauksia, sillä palloreservit on tunnetusti ladattava pallo kerral-15 laan, mikä johtaa pitkiin valmistelujaksoihin. V almi steluj aksojen olennainen ongelma on se, että työläs vaihe jossa palloreservi ladataan, on suoritettava laukaisuasemalla, mikä sitoo operaattorin aikaa ja heikentää tehokkuutta.

Nykyiset laukaisujärjestelmät ovat haavoittuvaisia palloreserviensä vuoksi erityisesti virhetiloissa. Mikäli laukaisussa tapahtuu virhe, esimerkiksi pallon puhkeaminen syöt-20 tövaiheessa, tunnetut jäijestelmät eivät kuvaillussa tilanteessa kykene toimittamaan ilmaan korvaavaa palloa, mikä ei ole edullista varsinkin, kun huomioidaan tuotteen toi-o mintavarmuusvaatimukset. Tilannetta hankaloittaa tunnetuissa jäijestelmissä myös liik- ^ kuvien osien runsaslukuisuus, jonka johdosta virhealttius sekä samalla valmistus- ja huoltokustannukset kasvavat entisestään.

CVJ

X

25 Keksinnön tarkoituksena on ratkaista ainakin osa yllä mainituista ongelmista ja saada S aikaan parannettu automaattinen pallonpäästölaite j a menetelmä säähavaintopallon aura tomaattiseksi laukaisemiseksi, o o

CVJ

Keksinnön mukainen automaattinen pallonpäästölaite käsittää ainakin yhden palloreser-vin yhden tai usean sondiyksikön säilyttämistä varten, ohjausvälineet täyttötapahtuman 3 ohjaamiseksi ja täyttövälineet palloreservin sondiyksiköiden pallojen täyttämiseksi sekä lähetysvälineet sondiyksikön lähettämiseksi. Niin ikään keksinnön mukaisen automaattisen pallonpäästölaitteen palloreservi on muodostettu kokonaisuudessaan irrotettavasta korimaisesta matriisista, jonka yhteyteen on tuotu kaasuntäyttöyhteet kunkin sondiyksi-5 kön pallon täyttämiseksi. Tarkemmin sanottuna keksinnön mukaiselle automaattiselle pallonpäästölaitteelle on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäisen laitevaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukainen menetelmässä sondiyksiköiden automaattiseksi laukaisemiseksi sondiyksiköitä säilytetään ennen laukaisua esiladattuina palloreservissä, jota pidetään 10 liikkumattomana varastoinnin ja laukaisun aikana. Niin ikään keksinnön mukaisen menetelmän laukaisuvaiheessa sondiyksikkö laukaistaan automaattisella pallonpäästölait-teella, jonka laukaisua ohjataan ohjausvälineillä automaattisesti mittalaitteilta saatavan tiedon perusteella. Vikatilanteen sattuessa palloreservistä valitaan keksinnön mukaisesti seuraava soveltuva sondiyksikkö laukaistavaksi. Tarkemmin sanottuna keksinnön mu-15 kaiselle menetelmälle sondiyksiköiden automaattiseksi laukaisemiseksi on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäisen menetelmävaatimuksen 10 tunnusmerkkiosassa.

Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja. Luotettavan ja yksinkertaisen rakenteen ansiosta keksinnön mukaisella automaattisella pal 1 onpäästölaitteella voidaan saavuttaa tuntuvia kustannussäästöjä. Ensinnäkin uusi tapa saattaa sondiyksiköt ilmaan 20 vailla miehitystä tuo säästöjä henkilöstökustannuksissa ja lyhentää lähetysviipeitä. Kek- ^ sinnön mukaisessa ratkaisussa operaattorin läsnäololle laukaisuasemalla on vain vähän o tarvetta, sillä sondiyksiköt voidaan esiladata koriin tehtaalla tai muussa paikassa, jossa ^ toimintaan voidaan keskittyä, mikä laskee yksikkökustannuksia. Näin ollen operaattoria i tarvitaan laukaisupaikalla vain käytetyn sondi kori n poistamiseen ja uuden paikalleen g 25 asettamiseen eikä laukaisupaikalla tarvita ylimääräistä huolto- ja lataustilaa. Lisäksi ^ yksinkertaisesta konstruktiosta johtuen keksinnön mukaisia automaattisia pallonpäästö- aj g laitteita voidaan valmistaa erikokoisiksi yksiköiksi samankaltaisella perusrakenteella, oo § jolloin tuotteesta saadaan modulaarinen, minkä voidaan tunnettujen modulointiponniste- c\j lujen perusteella todeta johtavan edelleen kustannussäästöihin ja luotettavuuden paran-30 tuuliseen eräkokojen kasvaessa. Luotettavuus onkin esillä olevan keksinnön mukaisen laitteen ja menetelmän toinen keskeinen etu. Robustin rakenteensa ansiosta esillä olevan 4 automaattisessa pallonpäästölaitteessa ei ole lainkaan liikkuvia osia poislukien solenoidit, joiden käyttövarmuus on tunnetusti erittäin korkea. Lisäksi rakenne on lähes tunteeton vikatilanteille, nimittäin esimerkiksi täyttövirheen sattuessa laitteesta voidaan laskea liikkeelle korvaava sondiyksikkö. Tällöin laite ei ole erityisen haavoittuvainen edes en-5 nakoimattomien täyttöongelmien tapahtuessa.

Seuraavaksi keksinnön sovellutusmuotoja tarkastellaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin.

Kuviossa 1 on esitetty automaattinen pallonpäästölaite 10.

Kuviossa 2 on esitetty yhden pallopaikan 11 sisältö erään sovellutusmuodon mukaan.

10 Kuten kuvioista 1 ja 2 käy ilmi, automaattinen pallonpäästölaite 10 on edullisesti mat-riisimainen palloreservi 14, joka sisältää useita pallopaikkoja 11 sondiyksiköiden laukaisua edeltävää säilytystä ja laukaisua varten. Pallopaikka 11 voi olla modulaarinen yksikkö, joka liitetään palloreservin 14 runkoon esimerkiksi muotoliitoksella. Näin esimerkiksi vioittunut tai tyhjä pallopaikka 11 on vaivattomasti vaihdettavissa ehjään tai 15 täyteen. Kuvion 1 tapauksessa pallopaikkoja 11 on 24, joihin kuhunkin paikkaan on kytketty yksilöllinen kaasuyhde 13, jonka kautta palloon 21 johdetaan tämän täyttävä kaasu. Kaasuyhteet 13 voivat olla osa palloreservin 14 rakennetta kiinteästi, jolloin asennustilanteessa palloreservi 14 voidaan asettaa tukikappaleille nopeasti, minkä jälkeen kaasuyhteiden 13 kokoojaputki liitetään laukaisuaseman kaasuliitäntään. Kaasuyh-^ 20 teet 13 voivat olla myös palloreservistä 14 erillisiä, jolloin asennuksen yhteydessä kukin ° laukaisuaseman kaasuliitäntä liitetään erikseen kuhunkin pallopaikkaan 11. Kummassa- 5 kin tapauksessa kaasuyhteen 13 täyttöpää 24 kytkeytyy pallon 21 suuaukkoon, jolloin i c\j kaasuyhteys laukaisuaseman kaasujäijestelmästä palloon 21 on muodostettu. Niin ikään | kummassakin tapauksessa kaasunsyöttöä ohjataan sähköisesti magneettiventtiilillä 25, 25 joka on kytketty täyttöpäähän 24. oo co

LO

§ Pallonpäästölaite 10 asennetaan tyypillisesti horisontaalisesti miehittämättömän pallon- o ^ päästöaseman päästösäiliöön, joka suojaa laitteistoa sääliä. Laukaisun yhteydessä pääs- tösäiliön luukku avataan, jolloin laukaistu sondiyksikkö 21,22 pääsee nousemaan ulos säiliöstä ja alkamaan luotauksen.

5

Kuten kuviosta 2 käy ilmi, pallopaikassa 11 on sondiyksikkö 21,22, joka koostuu pallosta 21 ja tähän esimerkiksi narulla kytketystä radiosondista 22, sekä välineet sen täyttämiseksi ja laukaisemiseksi. Pallo 21 on kulloisenkin luotauskorkeuden saneleman kokoinen ja palloreservi voidaan täyttää keskenään erikokoisilla palloilla tilanteen niin 5 vaatiessa. Palloon 21 on liitetty pallokohtainen radiosondi 22, jossa on anturit haluttujen suureiden mittaamiseksi ja tarvittavat paikoitusanturit kuten esimerkiksi GPS-vastaanotin. Radiosondin 22 yhteyteen voi olla liitetty irrotussolenoidilla varustettu ohjauslaite 23, joka säilytyksen aikana toimittaa radiosondille 22 virtaa ja toimii senja laukaisuaseman välisenä kommunikaatiorajapintana. Ennen laukaisua radiosondi 22 ei 10 ole lähetyskunnossa Niinpä radiosondi 22 on kytkettävä lähetyskuntoon ohjauslaitteella 23 juuri ennen laukaisua.

Lähetyskuntoon kytkennässä ohjauslaite 23 käynnistää ja alustaa radiosondin 22 mm. ajamalla testiohjelman sen toimintakunnon selvittämiseksi, kalibroimalla senja asettamalla siihen oikeat toi mi ntataaj uudet. Kytkettäessä radiosondia 22 toimintakuntoon 15 ohjauslaite 23 voi toimittaa siihen jännitettä, jota voidaan käyttää radiosondin 22 akun lataukseen, mikäli jännitelähteenä ei käytetä paristoja. On myös mahdollista suorittaa toimintakuntoon saattaminen etäohjauksena, jolloin ei ole tarvetta paliopaikkakohtaisel-le ohjauslaitteelle 23, vaan tämä voi olla langattomaan tiedonsiirtoon perustuva keskitetty ohjauslaite. Kun käynnistys ja alustus on valmis, radiosondi 22 on toimintakunnossa 20 ja ohjauslaitteen 23 irrotussolenoidi voi katkaista viestintäyhteyden työntämällä radiosondin 22 irti ohjauslaitteesta 23. Vaihtoehtoisesti irrotussolenoidi voi olla erillinen laite ^ eikä osa ohjauslaitetta 23.

o

CVJ

^ Pallon 21 täyttövaiheessa sen painoa tarkkaillaan elektronisella vaa’alla 12, joka mittaa i ^ palloreservin 14 painoa, jonka arvosta johdetaan, kuinka paljon pallossa 21 on nostetta g 25 ja edelleen, mikä sen täyttöaste on. Täyttöasteen laskenta edellyttää, että kunkin pallo-

CL

^ koon paino täynnä täyttökaasua tiedetään luotettavalla tarkkuudella, j otta vältytään ali- oo ja ylitäytöiltä. Pallokoon paino on aina jossain määrin vaihteleva ja siihen vaikuttavat oo § koon ohella myös kytkettävän sondin j a täyttökaasun paino sekä vallitsevan ympäristön

CVJ

lämpötila. Elektroninen vaaka 12 voi olla käytännössä mikä tahansa paineeseen rea-30 goiva elin, jolla on ominaisuus välittää mittaustietoa sähköisesti, mikä on edellytys etä-ohjaukselle. Vaa’an on lisäksi oltava erityisen tarkka käyttöalueellaan. Mainittuja pai- 6 neeseen reagoivia elimiä voivat olla elektronisten vaakojen ohella erityyppiset paineanturit ja esimerkiksi pietsosähköiset elementit.

Itse laukaisu saadaan aikaan laukaisusolenoidilla 26, joka on edullisesti sijoitettu täyttö-pään 24 ja pallon 21 väliin. Laukaisusolenoidi 26 irrottaa pallon 21 täyttöpäästä 24 saa-5 tuaan sähköisen ohjaussignaalin samalla, kun magneettiventtiili 25 sulkee kaasusyötön palloon 21. Laukaisusolenoidin 26 irrotettua pallon 21 täyttöpäästä 24 pallon 21 suu-aukko tiivistyy, eikä täyttökaasu pääse vuotamaan ulos pallosta 21. Tämän jälkeen pallo 21 kohoaa ulos pallopaikasta 11 ja vetää siihen kytketyn radiosondin 22 mukaansa, joka radiosondi 22 on ensin saatettu lähetyskuntoon käyttökytkimellä 23. Vaihtoehtoisesti 10 laukaisusolenoidi 26 voidaan rakentaa osaksi magneettiventtiiliä 25, jolloin samassa toimilaitteessa on kaasunsyöttöä säätävä venttiili ja pallon 21 irrottava solenoidi. Edelleen vaihtoehtoisesti pallon 21 irrotus täyttöpäästä 24 voidaan toteuttaa niin, että täyttynyt pallo 21 irtoaa itsestään täyttöpäästä 24 kohotessaan pois pallopaikasta 11.

Onnistuneen laukaisun toteamiseksi pallopaikassa 11 voi olla erillinen läsnäolokytkin 15 tai läsnäolotieto voidaan johtaa käyttökytkimen 23 ohjaustietohistoriasta. Erillinen läsnäolokytkin voi olla esimerkiksi lähestymisanturi, jonka läsnäolotieto voi perustua esimerkiksi kohteen induktanssin tai dielektrisyysvakion mittaamiseen taikka kosketukseen. Pääasia läsnäolokytkimessä toiminnassa kuitenkin on, että sen mittaustietoa voidaan välittää ja vastaanottaa sähköisesti. Tässä yhteydessä sondiyksiköllä tarkoitetaan 20 kaasulla täytettävää palloa ja tähän kytkettyä radiosondia. Palloreservillä puolestaan viitataan sondiyksiköiden laukaisua edeltävään säilytykseen tarkoitettuun makasiiniin, 0 jota voidaan esillä olevan keksinnön mukaisessa tapauksessa käyttää myös sondiyksi- £ köiden laukaisuun.

i h-

C\J

cc

CL

S

CO

m oo o o

C\J

Claims (14)

7

1. Automaattinen pallonpäästölaite (10) sondiyksiköitä (21,22) varten, joka pallon-päästölaite (10) käsittää: - ainakin yhden palloreservin (14) yhden tai usean sondiyksikön (21,22) säilyt- 5 tämistä varten; - ohjausvälineet täyttötap ah tuman ohjaamiseksi; - täyttövälineet palloreservin (14) sondiyksiköiden (21,22) pallojen (21) täyttämiseksi; ja - lähetysvälineet sondiyksikön lähettämiseksi, 10 tunnettu siitä, että - palloreservi (14) on muodostettu kokonaisuudessaan irrotettavasta korimaisesta matriisista, ja että - kunkin sondiyksikön (21,22) pallon (21) täyttämiseksi palloreservi in (14) on kytketty kaasuntäyttöyhteet (13,24).

2. Vaatimuksen 1 mukainen automaattinen pallonpäästölaite (10), tunnettu siitä, että kaasuntäyttöyhteet (13, 24) tai ohjattavat venttiilit (25) tai molemmat ovat osa palloreservin (14) rakennetta.

3. Vaatimuksen 1 mukainen automaattinen pallonpäästölaite (10), 20 tunnettu siitä, että ? kaasuntäyttöyhteet (13) tai ohjattavat venttiilit (25) tai molemmat ovat pallo- ^ reservistä (14) irrallisia. δ i c\j

4. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen automaattinen pallonpäästölaite (10), Er tunnettu Q_ rt 25 ohjausvälineistä, jotka käsittävät mittalaitteet (12), jotka edelleen käsittävät S vaa’an tai vastaavan paineeseen reagoivan elimen, jonka mittaustieto on vas- o taanotettavissa sähköisesti, ja joka vaaka tai vastaava on sovitettu mittaamaan suorasti tai epäsuorasti automaattisen pallonpäästölaitteen (10) painoa, jonka arvosta on johdettavissa täytettävän pallon (21) täyttöaste. 8

5. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen automaattinen pallonpäästölaite (10), tunnettu siitä, että - palloreservi (14) käsittää ainakin yhden pallopaikan (11) sondiyksikön (21,22) säilyttämistä varten, ja että 5. kussakin pallopaikassa (11) tai osassa niitä on läsnäolokytkin, erityisesti pai- nokytkin, ja tämän johteet sondiyksikön (21,22) läsnäolotiedon hankkimiseksi ja välittämiseksi.

6. Vaatimuksen 5 mukainen automaattinen pallonpäästölaite (10), tunnettu siitä, että 10 yksi tai useampi pallopaikka (11) on modulaarinen ja irrotettavissa erikseen pal loreservi stä (14).

7. Jonkin edellisen mukainen automaattinen pallonpäästölaite (10), tunnettu siitä, että sondiyksikön (21,22) pallopaikkakohtainen (11) laukaisusolenoidi (26) on sovi-15 tettu laukaisemaan sondiyksikkö (21,22) laukaisukäskyn perusteella.

8. Jonkin edellisen mukainen automaattinen pallonpäästölaite (10), tunnettu siitä, että ohjattava venttiili (25), erityisesti magneettiventtiili, on sovitettu säätämään pallon (21) täyttöä. ^ 20

9. Jonkin edellisen mukainen automaattinen pallonpäästölaite (10), cm tunnettu siitä, että i 0 palloreservi (14) on asennettu vaakatasoon siten, että sen pisin tahko on horison- c\i taalisesti. cc CL S CO m oo o o CM 9

10. Menetelmä sondiyksiköiden (21,22) automaattiseksi laukaisemiseksi j ossa menetelmässä: - säilytetään sondiyksiköitä (21,22) ennen laukaisua esiladattuina palloreservissä (14); 5. laukaistaan sondiyksikkö (21,22) automaattisella pallonpäästölaitteella (10); tunnettu siitä, että - pidetään palloreservi (14) liikkumattomana varastoinnin ja laukaisun aikana; - ohjataan laukaisua ohjausvälineillä automaattisesti mittalaitteilta (12) saatavan tiedon perusteella; 10. valitaan vikatilanteen sattuessa palloreservistä (14) seuraava soveltuva son diyksikkö (21,22) laukaistavaksi; sekä - poistetaan käytetty palloreservi (14) kokonaisuudessaan.

11. Vaatimuksen 10 mukainen menetelmä sondiyksiköiden (21,22) automaattiseksi laukaisemiseksi, 15 tunnettu siitä, että mitataan pallon (21) painoa mittalaitteilla (12) suorasti tai epäsuorasti, mistä johdetaan pallon (21) täyttöaste.

12. Vaatimuksen 10 tai 11 mukainen menetelmä sondiyksiköiden (21,22) automaattiseksi laukaisemiseksi, 20 tunnettu siitä, että tehdään laukaisupäätös automaattisesti pallon (21) täyttöasteen perusteella. δ C\J .

13. Vaatimuksen 12 mukainen menetelmä sondiyksiköiden (21,22) automaattiseksi ° laukaisemiseksi, r^ C\J tunnettu silta, että CC 25 mitataan täyttöaste vaa’alla tai vastaavalla paineeseen reagoivalla elimellä, jonka 1 mittaustieto vastaanotetaan sähköisesti, ja joka vaaka tai vastaava mittaa suorasti m g tai epäsuorasti automaattisen pallonpäästölaitteen (10) painoa, jonka arvosta o ^ johdetaan täytettävän pallon (21) täyttöaste. 10

14. Jonkin vaatimusten 11-13 mukainen menetelmä sondiyksiköiden (21,22) automaattiseksi laukaisemiseksi, tunnettu siitä, että hankitaan sondiyksiköiden (21,22) läsnäolotieto läsnäolokytkimillä. 't δ c\j i δ i C\l X cc CL 00 CO m oo o o CM 11