CN105092132A

CN105092132A - 一种救生伞动态开伞力多方向的测试方法及装置

Info

Publication number: CN105092132A
Application number: CN201510599414.5A
Authority: CN
Inventors: 马坤昌; 高春鹏; 张召明; 宋炳辉; 卢章树; 刘清波
Original assignee: AVIC Aerospace Life Support Industries Ltd
Current assignee: AVIC Aerospace Life Support Industries Ltd
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: CN105092132B

Abstract

本发明公开了一种救生伞动态开伞力多方向的测试方法及装置，该方法包括以下步骤：S1、在天平测试装置上设置96组载荷，通过静态校准试验来模拟救生伞动态开伞时的多方向拉力，获取天平测试装置的特征系数；S2、在救生伞左右操纵带和待测试的躯干假人的左右肩锁处之间各固定连接一个天平测试装置；S3、进行空投试验，采用单次电平触法方式获取天平测试装置的电压信号；S4、数据处理器获取试验数据，并结合天平测试装置的特征系数，计算出空投试验救生伞动态开伞力X/Y/Z轴三个方向的力、力矩和假人的姿态角。本发明能够更方便、准确的测量救生伞在动态开伞时的三个方向的力和力矩，并计算出假人与开伞力的三个方向分量的夹角。

Description

一种救生伞动态开伞力多方向的测试方法及装置

技术领域

本发明涉及降落伞空投技术领域，尤其涉及一种救生伞动态开伞力多方向的测试方法及装置。

背景技术

随着新型战斗机性能的不断提高，对救生伞性能指标也提出了更加苛刻的指标要求，如高平原通用、落速不大于5.43m/s、开伞时间不大于2.3s等。为了能够全面考核救生伞的性能指标，空投试验时对测试方法也提出了更加严格的要求。目前救生伞开伞力的测试方法是在左右操纵带上各串联1支拉力传感器，该测试方法的缺点是：只能对开伞力的合力进行测试，不能真实反映降落伞实际开伞时的受力情况，而降落伞开伞过程是一个复杂的空间三方向的综合力和力矩。为了能够精确地研究降落伞开伞力并对假人在开伞过程中的姿态进行分析。需要通过对假人三个方向的力和力矩进行测试，从而计算出假人与开伞力三个方向分量之间的夹角，可以更好的对降落伞空投过程的受力情况进行分析。

随着降落伞试验技术的不断发展，为了全面考核某新型救生伞空投时的性能指标，针对开伞力的测试方法提出了更加严格的要求，如：开伞力要更加真实和精确，需要测试出开伞力三个方向的分量。为了能够精确地研究降落伞开伞力并对假人在开伞过程中的姿态进行分析，需要通过对假人三个方向的力和力矩进行测试，进而计算出假人与开伞力三个方向分量之间的夹角。传统的开伞力测试方法已经满足不了试验的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中测量动态开伞的受力情况时，只测量每根操纵带上的拉力的缺陷，提供一种能够准确测量动态开伞时的受力情况，并对其进行分解计算的救生伞动态开伞力多方向的测试方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种救生伞动态开伞力多方向的测试方法，包括以下步骤：

S1、在天平测试装置上设置96组载荷，通过静态校准试验来模拟救生伞动态开伞时的多方向拉力，获取设置在天平测试装置上对应的信号调理变化器的输出信号，并计算输出信号与载荷的相互关系，得到天平测试装置的特征系数；

S2、在救生伞左右操纵带和待测试的躯干假人的左右肩锁处之间各固定连接一个天平测试装置，接通系统电源，调试天平测试装置的输出信号，如果各个通道的输出信号都满足电压值的要求，则天平测试装置满足测试要求；

S3、进行空投试验，采用单次电平触法方式获取天平测试装置的电压信号，并将获取到的电压信号存储在存储器中；

S4、数据处理器获取存储器中的试验数据，对其进行滤波处理，并结合天平测试装置的特征系数，计算出空投试验救生伞动态开伞力X/Y/Z轴三个方向的力、力矩和假人的姿态角。

所述天平测试装置的测量范围为：

X＝10kN，MX＝840N.m,Y＝15kN，MY＝1000N.m,Z＝10kN,MZ＝1700N.m；

其中，X、Y、Z分别表示X/Y/Z轴三个方向的力，MX、MY、MZ分别表示X/Y/Z轴三个方向的力矩。

步骤S2中天平测试装置各个通道的输出信号为+3V时满足测试要求。

步骤S3中电压信号的采样时间为20s，采样频率为1K。

本发明还提供一种救生伞动态开伞力多方向的测试装置，包括过渡接头、天平保护套、天平主体和天平基座；

所述天平主体通过键、锲与天平基座连接；

所述过渡接头通过键和内六角螺栓与所述天平主体连接；

所述天平基座通过2个内螺纹圆柱销、4个内六角螺栓与假人背板连接；

所述天平保护套与所述天平基座连接。

所述过渡接头和所述天平主体可拆卸连接。

天平主体和所述天平基座可拆卸连接。

天平保护套和所述天平基座可拆卸连接。

过渡接头上部设有降落伞操纵带连接口，可以与降落伞操纵带相连接。

本发明产生的有益效果是：本发明的救生伞动态开伞力多方向的测试方法通过在假人上设置的天平测试装置获取救生伞动态开伞时的真实受力情况，并结合模拟试验时得出的特征系数，对受力进行分解，得到各个方向的真实受力情况的值，能够更方便、准确的测量救生伞在动态开伞时的三个方向的力和力矩，并计算出假人与开伞力的三个方向分量的夹角，为空投、跳伞提供可靠的数据，对假人在开伞过程中的姿态进行准确的分析，对评价救生伞的安全性能有着重要的参考价值。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的救生伞动态开伞力多方向的测试方法的流程图；

图2是本发明实施例的救生伞动态开伞力多方向的测试方法的系统工作框图；

图3是本发明实施例的救生伞动态开伞力多方向的测试装置的结构示意图；

图4是本发明实施例的救生伞动态开伞力多方向的测试装置的侧视图；

图5是本发明实施例的救生伞动态开伞力多方向的测试装置的装配示意图；

图中1-内六角螺栓，2-键，3-过渡接头，4-天平保护套，5-天平主体，6-假人，7-内螺纹圆柱销，8-假人背板，9-天平基座，10-键，11-锲，12-内六角螺栓，13-假人前盖板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的救生伞动态开伞力多方向的测试方法，包括以下步骤：

S1、在天平测试装置上设置96组载荷，通过静态校准试验来模拟救生伞动态开伞时的多方向拉力，获取设置在天平测试装置上对应的信号调理变化器的输出信号，并计算输出信号与载荷的相互关系，得到天平测试装置的特征系数。

S2、在救生伞左右操纵带和待测试的躯干假人的左右肩锁处之间各固定连接一个天平测试装置，该天平测试装置的测量范围为：

X＝10kN，MX＝840N.m,Y＝15kN，MY＝1000N.m,Z＝10kN,MZ＝1700N.m；其中，X、Y、Z分别表示X/Y/Z轴三个方向的力，MX、MY、MZ分别表示X/Y/Z轴三个方向的力矩。

接通系统电源，调试天平测试装置的输出信号，如果各个通道的输出信号为+3V左右时满足测试要求，则天平测试装置满足测试要求。

S3、进行空投试验，采用单次电平触法方式获取天平测试装置的电压信号，并将获取到的电压信号存储在存储器中；电压信号的采样时间为20s，采样频率为1K。

在本发明的救生伞动态开伞力多方向的测试方法的另一个实施例中，如图2所示，是本实施例的系统工作框图。

测试降落伞开伞力多方向分量的步骤如下：

S1、确定天平主体的特征系数：通过96组载荷静态加载获得天平对应的信号调理变换器的输出信号与载荷的相互关系，天平校准时给信号调理变换器(把天平信号±20mv调理放大到2V-4V之间)的供电电压为直流12V；

天平分量的基本表示公式为：

Δn_Y＝f(X,Y,Z,M_X,M_Y,M_Z)

按幂级数在X＝0,Y＝0,…M_Z＝0展开到二次项，即为：

\begin{matrix} {Δn}_{i} = \frac{\partial f}{\partial X} \cdot X + \frac{\partial f}{\partial Y} \cdot Y + ... + \frac{\partial f}{\partial M_{Z}} \cdot M_{Z} + \frac{1}{2} (\frac{\partial^{2} f}{\partial X^{2}} \cdot X^{2} + \frac{\partial^{2} f}{\partial Y^{2}} \cdot Y^{2} + ... + \frac{\partial^{2} f}{\partial M_{Z}^{2}} \cdot M_{Z}^{2} + \\ \frac{\partial^{2} f}{\partial X \partial Y} \cdot X Y + ... + \frac{\partial^{2} f}{\partial X \partial M_{Z}} \cdot {XM}_{Z} + ... + \frac{\partial^{2} f}{\partial M_{Y} \partial M_{Z}} \cdot M_{Y} M_{Z}) \end{matrix}

其中，i＝X_X，Y_Y，Z_Z，M_X，M_Y，M_Z，X为x方向的力，Y为y方向的力，Z为z方向的力，M_X为x方向的力矩，M_Y为y方向的力矩，M_Z为z方向的力矩。

通过静态校准试验，将校准数据通过上述的最小二乘法处理，得到天平的特征系数如下：

X＝8.61661×Ux-0.08912×Y+0.01055×Z-2.64076×Mx-0.32651×My+0.21155×Mz+0.00020×X×X-0.00012×X×Y+0.00011×X×Z-0.00129×X×Mx+0.00084×X×My-0.00177×X×Mz+0.00063×Y×Y+0.00003×Y×Z-0.00109×Y×Mx+0.00010×Y×My+0.00466×Y×Mz+0.00073×Z×Z-0.00120×Z×Mx-0.00503×Z×My+0.00012×Z×Mz-0.08178×Mx×Mx-0.05359×Mx×My-0.01791×Mx×Mz+0.00119×My×My-0.00833×My×Mz-0.00100×Mz×Mz

Y＝16.01270×Uy-0.00526×X-0.01468×Z+0.52690×Mx+1.39200×My+0.52192×Mz+0.00001×Y×Y-0.00054×Y×X+0.00011×Y×Z-0.00006×Y×Mx+0.00061×Y×My+0.00092×Y×Mz-0.00034×X×X-0.00013×X×Z-0.00323×X×Mx-0.00747×X×My-0.00516×X×Mz+0.00016×Z×Z-0.00972×Z×Mx+0.00175×Z×My+0.00062×Z×Mz+0.00614×Mx×Mx-0.09466×Mx×My+0.00842×Mx×Mz+0.01709×My×My+0.00130×My×Mz-0.00126×Mz×Mz

Z＝6.87172×Uz+0.01371×Y+0.00546×X+0.01942×Mx+0.78699×My-0.01479×Mz+0.00007×Z×Z+0.00005×Z×Y-0.00056×Z×X+0.00027×Z×Mx+0.00005×Z×My-0.00046×Z×Mz-0.00003×Y×Y+0.00001×Y×X+0.00706×Y×Mx-0.00019×Y×My+0.00003×Y×Mz-0.00014×X×X+0.00172×X×Mx+0.00406×X×My+0.00149×X×Mz+0.01593×Mx×Mx+0.05194×Mx×My-0.04519×Mx×Mz-0.00177×My×My-0.00059×My×Mz-0.00003×Mz×Mz

Mx＝0.54300×UMx-0.00022×Y-0.04245×Z-0.00062×X-0.75342×My-0.01414×Mz-0.01041×Mx×Mx+0.00070×Mx×Y+0.00016×Mx×Z+0.00145×Mx×X-0.00382×Mx×My-0.00948×Mx×Mz+0.00000×Y×Y-0.00001×Y×Z+0.00001×Y×X+0.00010×Y×My+0.00001×Y×Mz-0.00006×Z×Z-0.00008×Z×X-0.00003×Z×My-0.00011×Z×Mz+0.00008×X×X+0.00247×X×My-0.00013×X×Mz-0.00933×My×My-0.00296×My×Mz-0.00078×Mz×Mz

My＝0.42513×UMy+0.00078×Y+0.00082×Z+0.00713×Mx-0.00027×X-0.01311×Mz-0.00268×My×My+0.00014×My×Y-0.00015×My×Z-0.00904×My×Mx'+0.00255×My×X-0.00181×My×Mz+0.00000×Y×Y-0.00002×Y×Z+0.00094×Y×Mx+0.00000×Y×X+0.00000×Y×Mz-0.00003×Z×Z+0.00030×Z×Mx-0.00011×Z×X-0.00017×Z×Mz-0.01127×Mx×Mx+0.00105×Mx×X-0.00674×Mx×Mz+0.00007×X×X-0.00014×X×Mz-0.00084×Mz×Mz

Mz＝0.98502×UMz+0.00028×Y-0.00319×Z-0.03222×Mx+0.07719×My+0.00074×X-0.00050×Mz×Mz-0.00015×Mz×Y+0.00000×Mz×Z+0.00087×Mz×Mx+0.00010×Mz×My+0.00133×Mz×X-0.00001×Y×Y+0.00000×Y×Z+0.00001×Y×Mx+0.00016×Y×My+0.00011×Y×X+0.00000×Z×Z+0.00021×Z×Mx+0.00014×Z×My+0.00001×Z×X+0.00036×Mx×Mx+0.00833×Mx×My-0.00011×Mx×X-0.00077×My×My-0.00037×My×x-0.00005×X×X

其中，U_i为i通道电压值(i＝X_X，Y_Y，Z_Z，M_X，M_Y，M_Z)，X为x方向的力，Y为y方向的力，Z为z方向的力，M_X为x方向的力矩，M_Y为y方向的力矩，M_Z为z方向的力矩。

S2、连接天平主体：在救生伞左右操纵带和躯干假人之间各串联一支天平主体，其测量范围是：

X＝10kN，M_X＝840N.m,Y＝15kN，M_Y＝1000N.m,Z＝10kN,M_Z＝1700N.m；

S3、系统联调：调试天平输出信号；接通系统电源，监测天平系统6个通道的输出信号，如果各个通道输出信号电压都在+3V附近，则系统工作正常；

S4、数据采集：采用单次电平触法方式，把采集到的电压信号储存在存储器内，采集时间一般设置为20s，采样频率设置为1K；

S5、数据处理：把采集到的电压信号采用80HZ低通滤波的方式对信号进行滤波；

S6、输出结果：把空投试验获取的天平输出电压信号，代入天平特征系数公式，计算出空投时降落伞开伞力三个方向的力、力矩以及假人的姿态角；

S7、数据分析：通过数据曲线结合高速录像可以对降落伞开伞过程每一时刻的开伞力大小及对应假人的姿态情况进行详细分析。

把空投试验获取的天平输出电压信号，结合天平工作系数，计算出空投时降落伞开伞力三个方向分量的力、力矩和角度。两个天平测试的结果分别为：

F_X＝4.841kN，M_X＝328N.m,F_Y＝8.854kN，M_Y＝-80.4N.m,F_Z＝0.409kN,M_Z＝828N.m，α＝118.68°，γ＝87.358°和F_X＝-1.776kN，M_X＝-130N.m,F_Y＝8.290kN，M_Y＝-9N.m,F_Z＝0.978kN,M_Z＝850N.m，α＝77.912°，γ＝83.277°，测试结果满足试验要求。

如图3所示，本发明实施例的救生伞动态开伞力多方向的测试装置用于实现本发明实施例的救生伞动态开伞力多方向的测试方法，包括过渡接头3、天平保护套4、天平主体5和天平基座9；

天平主体5通过键10、锲11与天平基座9连接；

过渡接头3通过键2和内六角螺栓1与天平主体5连接；

天平基座9通过2个内螺纹圆柱销7、4个内六角螺栓12与假人背板8连接；

天平保护套4与天平基座9连接。

过渡接头3和天平主体5可拆卸连接。

天平主体5和天平基座9可拆卸连接。

天平保护套4和天平基座9可拆卸连接。

过渡接头3上部设有降落伞操纵带连接口，可以与降落伞操纵带相连接。

如图3、图4、图5所示，在本发明的救生伞动态开伞力多方向的测试装置的另一个实施例中。

本发明装置的结构为圆柱体结构，增加了装置结构的刚度，过渡接头3、天平主体5和天平基座9可以拆卸，方便测试设备的安装、存放和运输。过渡接头3通过键2和内六角螺栓1与天平主体5连接，天平基座9通过2个内螺纹圆柱销7、4个内六角螺栓12与假人背板8连接，天平主体5通过键10、锲11与天平基座9连接，天平保护套4与天平基座9连接，过渡接头3上设计有降落伞操纵带连接口，降落伞操纵带可以通过螺杆与过渡接头3连接，假人前盖13可拆卸，方便该装置的采集器和供电电源安装在假人6的胸腔内。

本装置的使用方法是：先将天平基座9与假人背板8连接，然后将天平主体5、天平保护套4与天平基座9连接，再将采集器和供电电源安装在假人6的胸腔内，将假人前盖板12与假人6连接，再把过渡接头3与天平主体5连接，最后把降落伞操纵带与过渡接头3连接。启动装置的采集信号，本装置开始工作，记录并存储降落伞开伞时三个方向的力和力矩参数。

为了考核本发明的自然环境、机械环境适应性，本发明经历了振动试验、高温、低温试验的考核，环境适应性满足降落伞空投试验的要求。

为了验证本发明动态测量的可靠性，本发明经历了地面冲击试验和空投试验的考核，结果显示本发明的可靠性满足要求。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种救生伞动态开伞力多方向的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的救生伞动态开伞力多方向的测试方法，其特征在于，所述天平测试装置的测量范围为：

X＝10kN，M_X＝840N.m,Y＝15kN，M_Y＝1000N.m,Z＝10kN,M_Z＝1700N.m；

其中，X、Y、Z分别表示X/Y/Z轴三个方向的力，M_X、M_Y、M_Z分别表示X/Y/Z轴三个方向的力矩。

3.根据权利要求1所述的救生伞动态开伞力多方向的测试方法，其特征在于，步骤S2中天平测试装置各个通道的输出信号为+3V时满足测试要求。

4.根据权利要求1所述的救生伞动态开伞力多方向的测试方法，其特征在于，步骤S3中电压信号的采样时间为20s，采样频率为1K。

5.一种救生伞动态开伞力多方向的测试装置，其特征在于，包括过渡接头(3)、天平保护套(4)、天平主体(5)和天平基座(9)；

所述天平主体(5)通过键(10)、锲(11)与天平基座(9)连接；

所述过渡接头(3)通过键(2)和内六角螺栓(1)与所述天平主体(5)连接；

所述天平基座(9)通过2个内螺纹圆柱销(7)、4个内六角螺栓(12)与假人背板(8)连接；

所述天平保护套(4)与所述天平基座(9)连接。

6.根据权利要求5所述的救生伞动态开伞力多方向的测试装置，其特征在于，所述过渡接头(3)和所述天平主体(5)可拆卸连接。

7.根据权利要求5所述的救生伞动态开伞力多方向的测试装置，其特征在于：所述天平主体(5)和所述天平基座(9)可拆卸连接。

8.根据权利要求5所述的救生伞动态开伞力多方向的测试装置，其特征在于：所述天平保护套(4)和所述天平基座(9)可拆卸连接。

9.根据权利要求5所述的救生伞动态开伞力多方向的测试装置，其特征在于：所述过渡接头(3)上部设有降落伞操纵带连接口，可以与降落伞操纵带相连接。