本实用新型涉及气象测量领域，更具体地说是一种基于超声波测量的下抛式风向仪。
背景技术：
空降空投是将人员和物资快速地部署到地面交通工具难以到达地区的主要手段之一。民用方面主要用于将救灾物资、器械甚至抢险人员通过空投或空降的方式送达灾害发生区域。军用方面主要用于空降兵部署及军用物资、装备的投放。
空降空投地区局域气象参数(如水平面风向风速)是影响空降空投准确性的关键因素。例如在空降作战行动中，对空降区域空中风向、风速评估失误，将会导致伞兵偏离预定的着陆区域，以致失去空降兵快速、纵深打击能力。而对空降区域地理环境评估失误，则会导致伞兵在危险地域着陆，造成不必要的空降损耗。
下投式探空仪是通过高空移动平台下投放带有减速装置的气象探空仪，并且可以完成从释放高度至地面不同高度上的温度、温度、大气气压和风速风向等气象参数的测量，能有效提高空降兵对战场环境的快速反应能力，进而提升空降的精确性和安全性。这是目前世界范围内公认的机动性好、精度高的先进探测手段。
目前的下投式探空仪的减速方式均为降落伞减速，主要有以下几个缺点：降落伞受风影响较大，容易产生较大范围摆动和抖动，影响测量精度；下降速度慢，下降速度不可控，受垂直风影响较大，尤其是军事使用时，容易错失战机；降落伞随风漂浮，下降航迹不可控，落点无法精准保证。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于超声波测量的下抛式风向仪。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提出一种基于超声波测量的下抛式风向仪，包括可分离式壳体，壳体上端内部设有第一容腔，下端内部设有第二容腔，所述第一容腔内设有伞包，伞包内设有减速伞，所述第二容腔内设有风向仪本体，风向仪本体包括机身、多个转动设于机身上部的旋翼、多个转动设于机身底端的超声波探头，所述减速伞的下端设有连接线，所述连接线穿入第二容腔内并与机身的顶端连接。
进一步地，所述壳体包括具有所述第二容腔的外壳以及扣设于所述外壳上端的上盖，所述外壳内设有中置板，所述上盖与所述中置板之间形成所述第一容腔。
进一步地，所述外壳与中置板之间通过第一卡箍连接，所述上盖与所述外壳之间通过第二卡箍可分离连接。
进一步地，所述机身包括电源模块，设于所述电源模块下端并用于控制下抛式风向仪的控制模块，以及设于所述控制模块下端并连接于所述控制模块的风向仪底座。
进一步地，所述风向仪底座通过多根中空结构杆与所述控制模块底部连接，中空结构杆内部装载电源线及数据传输线，将风向仪底座与所述控制模块和所述电源模块相连接。
进一步地，所述风向仪底座通过三根中空结构杆与所述控制模块底部连接。
进一步地，环绕所述电源模块上端的外周设有四个等距分布的第一转轴，所述旋翼转动设于所述第一转轴上，旋翼绕第一转轴转动以水平展开，或者转动收起于所述机身侧面。
进一步地，所述旋翼包括撑杆、旋转轴和桨叶，所述撑杆的第一端与所述第一转轴转动连接，撑杆的第二端转动设有所述旋转轴，所述桨叶转动设于所述旋转轴。
进一步地，所述控制模块底部环绕设有三个等距分布的第二转轴，所述第二转轴转动设有上超声波探头撑杆，所述上超声波探头撑杆的末端设置有所述超声波探头，上超声波探头撑杆绕第二转轴转动展开，或者转动收起于控制模块与所述风向仪底座之间。
进一步地，所述风向仪底座的顶部环绕设有三个等距分布的第三转轴，所述第三转轴转动设有下超声波探头撑杆，所述下超声波探头撑杆的末端设置有所述超声波探头，下超声波探头撑杆绕第三转轴转动以展开或者转动收起于所述控制模块与风向仪底座之间。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型提供的一种基于超声波测量的下抛式风向仪，通过将风向仪本体和减速伞装载在一个壳体内，缩小了风向仪的整体体积，使得风向仪便于储存和运输，也方便载机批量携带；壳体内设有减速伞，下抛式风向仪使用载机高空抛下，部署过程迅速，通过利用减速伞能够使风向仪快速减速；在风向仪本体抛离外壳，且减速伞断开连接线后，利用设置于机身的旋翼进行减速，使得风向仪本体的姿态稳定，容易控制，能够为超声波传感器提供稳定的工作环境；并且通过旋翼可以风向仪本体的下降速度和下落航迹，可精准定位下落轨迹和落点。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型的基于超声波测量的下抛式风向仪具体实施例抛出前的结构示意图；
图2为本实用新型的基于超声波测量的下抛式风向仪具体实施例打开减速伞后的结构示意图；
图3本实用新型的基于超声波测量的下抛式风向仪具体实施例抛离外壳后的结构示意图；
图4本实用新型的基于超声波测量的下抛式风向仪具体实施例旋翼展开后的结构示意图；
图5本实用新型的基于超声波测量的下抛式风向仪具体实施例连接线断开后的结构示意图；
图6本实用新型的基于超声波测量的下抛式风向仪具体实施例连接线断开后的结构俯视图；
图7本实用新型的基于超声波测量的下抛式风向仪具体实施例a-a剖面图；
图8本实用新型的基于超声波测量的下抛式风向仪具体实施例b-b剖面图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
参考图1-8，本实用新型提出一种基于超声波测量的下抛式风向仪，包括可分离式壳体，壳体上端内部设有第一容腔111，下端内部设有第二容腔112，第一容腔111内设有伞包10，伞包10内设有减速伞101，第二容腔112内设有风向仪本体，风向仪本体包括机身、多个转动设于机身上部的旋翼、多个转动设于机身底端的超声波探头，减速伞101的下端设有连接线102，连接线102穿入第二容腔112内并与机身的顶端连接。通过将风向仪本体和减速伞101装载在一个壳体内，缩小了风向仪的整体体积，使得风向仪便于储存和运输，也方便载机批量携带；壳体内设有减速伞101，下抛式风向仪使用载机高空抛下，部署过程迅速，通过利用减速伞101能够使风向仪快速减速。
参考图1，壳体包括具有第二容腔112的外壳113以及扣设于外壳113上端的上盖12，外壳113内设有中置板11，上盖12与中置板11之间形成第一容腔111，第一容腔111位于第二容腔112上方用于放置伞包10，第二容腔112用于放置风向仪本体，第一容腔111和第二容腔112通过中置版分隔，上盖12用于在当本方案的风向仪下降速度达到指定值时，抛离外壳，并将伞包10中的减速伞101打开，以减速该风向仪，并稳定风向仪的下降姿态。
具体的，外壳113与中置板11之间通过第一卡箍连接，上盖12与外壳113之间通过第二卡箍可分离连接，上盖12与外壳113之间通过第二卡箍可分离连接，可以在需要时将上盖12分离，以快速打开伞包10中的减速伞101。
正常使用时，当本实施例的下抛式风向仪向下抛出后，首先进行自由落体运动，风向仪受到重力的影响下降速度逐渐增大，当风向仪下降速度达到指定值时，如图2所示，抛离上盖12并打开伞包10，使减速伞101张开进行减速并使外壳113的姿态趋于稳定，外壳113的头部朝下，当风向仪下降的高度达到指定值时抛离中置板11和外壳113，减速伞101通过连接线102带着风向仪本体匀速降落，此时展开机身上部的旋翼至水平位置，通过旋翼自旋减速带动风向仪继续匀速降落，然后断开连接线102，展开机身底端和风向仪底座70顶部的超声波探头至水平位置。
如图1所所示，机身包括电源模块82，设于电源模块82下端并用于控制下抛式风向仪的控制模块81，以及设于控制模块81下端并连接于控制模块81的风向仪底座70，电源模块82、控制模块81和风向仪底座70由上到下依次连接组成机身。其中，电源模块82内包括有供电电池，可以用于为风向仪姿态控制、数据传输等提供能量，控制模块81用于控制风向仪动作流程、姿态、航迹、控制伞包10的打开、旋翼的展开与转动以及超声波探头1-6的展开等，
在另一实施例中，也可以将电源模块82和控制模块81集成为一个完整的结构，并通过连接中控结构杆连接风向仪底座70。
参考图4和5，风向仪底座70通过多根中空结构杆71与控制模块81底部连接，中空结构杆71内部装载电源线及数据传输线，将风向仪底座70与控制模块81和电源模块82相连接，中空结构杆71可以在保证控制模块81与风向仪底座70结构稳定连接的前提下，实现电能和数据传输，保证风向仪功能的正常运行。
具体的，在本实施例中，风向仪底座70通过三根中空结构杆71与控制模块81底部连接，三根中空结构杆71能够在不多增加风向仪结构负载的前提下，保证机身结构的机械强度。
参考图4和5，环绕电源模块82上端的外周设有四个等距分布的第一转轴90，旋翼转动设于第一转轴90上，旋翼绕第一转轴90转动以水平展开，或者转动收起于机身侧面。旋翼的默认是收起状态，也即是旋翼紧贴于机身侧面设置，这样在旋翼不使用时，可以尽量的缩小风向仪本体的体积；当需要旋翼控制风向仪匀速下降时，则可由控制模块81控制，并由电源模块82提供动力绕第一转轴90转动，水平展开于机身上端。
具体的，每个第一转轴90对应连接一条旋翼，四条旋翼同时展开后呈十字形，如图4和5所示。应该理解的是，在本实用新型的另外具体实施例中，第一转轴90和旋翼的数量可以根据风向仪的需要进行改变，例如旋翼的数量可以为3、5、6等等。
参考图3-5，旋翼包括撑杆91、旋转轴93和桨叶92，撑杆91的第一端与第一转轴90转动连接，撑杆91的第二端转动设有旋转轴93，桨叶92转动设于旋转轴93。在本方案中，撑杆91的第一端转动连接于第一转轴90，并通过绕第一转轴90转动来实现旋翼的展开和收起，而撑杆91的第二端设置有旋转轴93和桨叶92，当旋翼水平展开，撑杆91位于水平面时，通过桨叶92轻微上下摆动，进而变风向仪的飞行方向以及改变下降速度。
具体的，参考图5，在风向仪本体抛离外壳113，且减速伞101断开连接线102后，利用设置于机身的旋翼进行减速，使得风向仪本体的姿态稳定，容易控制，能够为超声波传感器提供稳定的工作环境；并且通过旋翼可以风向仪本体的下降速度和下落航迹，可精准定位下落轨迹和落点。
参考图1、5和7，控制模块81底部环绕设有三个等距分布的第二转轴50，第二转轴50转动设有上超声波探头撑杆51，上超声波探头撑杆51的末端设置有超声波探头，也就是如图5和7所示的，超声波探头1、超声波探头3和超声波探头5。上超声波探头撑杆51绕第二转轴50转动展开，或者转动收起于控制模块81与风向仪底座70之间。参考图1、5和8，风向仪底座70的顶部环绕设有三个等距分布的第三转轴61，第三转轴61转动设有下超声波探头撑杆61，下超声波探头撑杆61的末端设置有超声波探头，也就是如图5和8所示的，超声波探头2、超声波探头4和超声波探头6。下超声波探头撑杆61绕第三转轴61转动以展开或者转动收起于控制模块81与风向仪底座70之间。上述的超声波探头具有收发一体功能，并且，上超声波探头撑杆51的超声波探头与下超声波探头撑杆61的超声波探头一一对应设置，例如图5中，超声波探头1和超声波探头2对应，超声波探头3和超声波探头4对应，超声波探头5和超声波探头6对应，也即是，上下对应设置的超声波探头相对位置确定。
实际使用时，在风向仪开始测试之前，上超声波探头撑杆51和下超声波探头撑杆61均收起于控制模块81与风向仪底座70之间，以缩小风向仪本体的初始体积，提高便携性；在风向仪稳定下降时，三对位置相对固定的超声波探头，依次互相发射超声波信号，记录超声波的传播时间，根据传播时间和超声波探头的相对位置解算得出风速风向。
具体的，超声波测量和计算原理如下所述：
本实用新型所述风向仪的相对风速沿由超声波探头1到超声波探头2的速度分量v12由式(1)计算得到
式中：d为超声波探头1和超声波探头2之间的直线距离，如图5所示；t12为超声波由超声波探头1到超声波探头2的传播时间；t21为超声波由超声波探头2到超声波探头1的传播时间。
如图7和图8所示，超声波探头等距排列。同理可得相对风速沿由超声波探头3到超声波探头4的速度分量v34和相对风速沿由超声波探头5到超声波探头6的速度分量v56的计算公式
本实用新型所述风向仪的相对风速(即风向仪相对于气流的运动速度)在体轴系(体轴系定义如图5和图6所示)的分量为[vxvyvz]t。如图5所示，θ0为超声波探头1和超声波探头2之间的直线与体轴系z轴的夹角，如图7和图8所示，超声波探头等距排列，因此可得式(4)～(6)表达式。
v12＝vxcosθ0 vzsinθ0式(4)
联立式(1)～(6)可以得出相对风速的计算公式。
本实用新型所述风向仪在地轴系下的运动速度分量为[ugvgwg]t，姿态角[φθψ]t由体轴系与地轴系之间关系确定(姿态角和地轴系的定义均为飞机设计行业标准)，可得出空间风在地轴系下的速度分量[uwvwww]t。
空间风可由风速vw、风向角θl、俯仰角θv确定
θl＝arctan2(uw,vw),θl∈[-π,π]式(12)
至此，可确定空间风的风速、风向角和俯仰角。
本实用新型提供的一种基于超声波测量的下抛式风向仪，通过将风向仪本体和减速伞101装载在一个壳体内，缩小了风向仪的整体体积，使得风向仪便于储存和运输，也方便载机批量携带；壳体内设有减速伞101，下抛式风向仪使用载机高空抛下，部署过程迅速，通过利用减速伞101能够使风向仪快速减速；在风向仪本体抛离壳体，且减速伞101断开连接线102后，利用设置于机身的旋翼进行减速，使得风向仪本体的姿态稳定，容易控制，能够为超声波传感器提供稳定的工作环境；并且通过旋翼可以风向仪本体的下降速度和下落航迹，可精准定位下落轨迹和落点。
上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
1.一种基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，包括可分离式壳体，所述壳体上端内部设有第一容腔，下端内部设有第二容腔，所述第一容腔内设有伞包，伞包内设有减速伞，所述第二容腔内设有风向仪本体，风向仪本体包括机身、多个转动设于所述机身上部的旋翼、多个转动设于机身底端的超声波探头，所述减速伞的下端设有连接线，所述连接线穿入第二容腔内并与机身的顶端连接。
2.根据权利要求1所述的基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，所述壳体包括具有所述第二容腔的外壳以及扣设于所述外壳上端的上盖，所述外壳内设有中置板，所述上盖与所述中置板之间形成所述第一容腔。
3.根据权利要求2所述的基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，所述外壳与中置板之间通过第一卡箍连接，所述上盖与所述外壳之间通过第二卡箍可分离连接。
4.根据权利要求1所述的基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，所述机身包括电源模块，设于所述电源模块下端并用于控制下抛式风向仪的控制模块，以及设于所述控制模块下端并连接于所述控制模块的风向仪底座。
5.根据权利要求4所述的基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，所述风向仪底座通过多根中空结构杆与所述控制模块底部连接，中空结构杆内部装载电源线及数据传输线，将风向仪底座与所述控制模块和所述电源模块相连接。
6.根据权利要求5所述的基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，所述风向仪底座通过三根中空结构杆与所述控制模块底部连接。
7.根据权利要求5所述的基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，环绕所述电源模块上端的外周设有四个等距分布的第一转轴，所述旋翼转动设于所述第一转轴上，旋翼绕第一转轴转动以水平展开，或者转动收起于所述机身侧面。
8.根据权利要求7所述的基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，所述旋翼包括撑杆、旋转轴和桨叶，所述撑杆的第一端与所述第一转轴转动连接，撑杆的第二端转动设有所述旋转轴，所述桨叶转动设于所述旋转轴。
9.根据权利要求8所述的基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，所述控制模块底部环绕设有三个等距分布的第二转轴，所述第二转轴转动设有上超声波探头撑杆，所述上超声波探头撑杆的末端设置有所述超声波探头，上超声波探头撑杆绕第二转轴转动展开，或者转动收起于控制模块与所述风向仪底座之间。
10.根据权利要求9所述的基于超声波测量的下抛式风向仪，其特征在于，所述风向仪底座的顶部环绕设有三个等距分布的第三转轴，所述第三转轴转动设有下超声波探头撑杆，所述下超声波探头撑杆的末端设置有所述超声波探头，下超声波探头撑杆绕第三转轴转动以展开或者转动收起于所述控制模块与风向仪底座之间。
技术总结