CN105705416B - 用于快速展开一降落伞的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降落伞展开装置，包括：a)一歧管其可释放联接一单一容器，在该容器内产生加压气体；b)一气体发生器其与所述容器配合；c)多个中空管其从所述歧管倾斜和向上延伸，并且与所述歧管相连通；以及d)多个弹射体，每个弹射体与在一相应的管中可接纳的一杆一起被形成，并且每个弹射体被连接至一绳，所述绳还连接至一未展开降落伞的一相应部分，其中，在所述气体发生器的触发下产生的所述加压气体可经由每个所述管流动以在不同的方向上推进所述多个弹射体，并且使得所述降落伞变得展开。

Description

用于快速展开一降落伞的装置和方法

技术领域

本发明涉及降落伞技术领域。更具体地说，本发明涉及用于快速展开一降落伞的一装置和方法。

背景技术

根据现有技术方法的一降落伞的展开涉及若干步骤，包括由一操作者或一使用者启动的一触发动作，使得降落伞伞衣从其被存放的隔室中被纵向取出，以及以一大量涌入周围空气至伞衣中使得后者扩展直至获得所期望的伞衣直径为特征的一被动充气过程。该伞衣扩展通常由伞衣面料的结构张力以及由惯性抵抗，要大约至少5秒直至完全扩展。这样的一延迟对应于几十米的一巨大降落。

在一不可预见的摩天大楼相关的灾难性事件诸如一地震或一恐怖活动中，人们被困在摩天大楼内，通常没有足够的时间通过一楼梯间往下走至建筑物周围的一广场以逃离迫在眉睫的危险。

在此等事件中逃离危险的最应急有效的方法是从一上层楼跳下同时展开一降落伞以减慢下降速度。提供可以迅速展开一降落伞的装置这将是合乎需要的。

一些用于快速展开一降落伞的现有技术的装置是众所周知的，诸如EP336910，US4,257,568，US5,516,903和CN101767651。然而，用于完全展开这样的现有技术的装置直至伞衣被充分地膨胀且扩展所需要的时间过多，阻止了其用于从一建筑物的一相对低层跳伞的使用。此外，现有技术的装置或是重的，展开复杂，或是昂贵的，并且因此不适合于在一灾难性事件中大规模使用。

本发明的一目的是提供用于以比通过现有技术的方法获得的一显著更快的速度展开一降落伞的一装置和方法。

本发明的另一个目的是提供用于快速地且可靠地展开一降落伞的装置，其是轻的，结构简单，并且是不昂贵的。

本发明的其他目的和优点将随着描述的继续显而易见。

发明内容

从广义上讲，本发明针对用于展开一降落伞的一方法，通过执行一触发动作，使得多个弹射体在不同方向上以一预定距离被推进，并且由此促使一降落伞伞衣被扩展至一完全的程度，由此所述伞衣通过周围空气被膨胀。

在一方面，所述多个弹射体通过在与一歧管流动连通的一容器中产生的加压气体被推进，并且允许所述产生的气体经由所述歧管流动至从所述歧管倾斜地和向上地延伸、并且与所述歧管相连通的多个中空管的每一个。

本发明还针对降落伞展开装置，包括一歧管其可释放联接一单一容器，在该容器内产生加压气体；一气体发生器其与所述容器配合；多个中空管其从所述歧管倾斜和向上延伸，并且与所述歧管相连通；以及多个弹射体，每个弹射体与在一相应的管中可接纳的一杆一起被形成，并且每个弹射体被连接至一绳，该绳也连接至一未展开降落伞的一相应部分，其中，在所述气体发生器的触发下产生的所述加压气体可经由每个所述管流动以在不同的方向上推进所述多个弹射体，并且使得所述降落伞开始展开。

如在本文中提及，方向性术语诸如“底部”，“顶部”和“上部”是所述装置的相对于一正常方向的描述，通过该方向此等管从歧管向上延伸；然而，当歧管被布置在任一其他所期望的定向上时本发明也是可操作的。

所述产生的加压气体从在所述容器内形成的一孔至所述歧管的一内部是可流出的，并且同时从所述歧管的内部经由每个所述管是可流动的。通过所述加压气体每个所述弹射体被更好地推进一预定距离。

在一方面，所述容器中包含由通常不相互化学反应的材料组成的一固体推进剂以及用于启动与所述推进剂的一反应的一烟火设备。

在一方面，所述容器包含一压缩或液态气体，并且所述气体发生器是用于在穿刺所述容器下产生加压气体的一弹性加载穿刺机构。

在一方面，所述降落伞在跟随一气体发生器触发事件后少于一秒之内，例如少于0.3秒之内是可完全展开的。凭借这样的一快速降落伞展开操作的优势，一使用者将被确保即使当从一建筑物的一低层，例如地平面以上20米跳下时通过该装置被保护。

在一方面，每个所述弹射体与一相应的管是可密封地接合的。

附图说明

在图中：

图1是根据本发明的一个实施例的降落伞展开装置的一部分的一透视截面图；

图2是图1中的降落伞展开装置的一分解透视图；

图3是图1中的降落伞展开装置的一部分的一垂直截面图，示出了包括与其联接的一气体发生器的容器；

图4是涉及图3中的容器的一降落伞展开事件的一示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的用于展开一降落伞的一方法；

图6是包括一个未展开降落伞装配和图1中的装置的安全装置的一方框图；

图7是涉及图6中的安全装置的一降落伞展开事件的一示意图；

图8是根据本发明的另一实施例的降落伞展开装置的一透视图；

图9是当弹性壳体被移除时图8中的装置的一示意性透视图，示出了用于启动一气体产生事件的一垂直可位移的锤；

图10是当锤和歧管被移除时图8中的装置的一侧视图，示出了在一垂直偏移位置的一撞击销；

图11是当歧管和弹性壳体被移除时从图8中的装置顶部的一透视图，示出了在一受控位置的锤；

图12是当歧管被移除时图8中的装置的一透视图，示出了用于启动一可旋转元件旋转的一分离单元；以及

图13是图8中的装置被设置在其内且一未展开降落伞伞衣被存放在其内的一室的一透视图。

具体实施方式

本发明提供新的装置包括用于在显著少于一秒，并且甚至少于0.3秒的时间周期之内快速地展开一降落伞的可推进的弹射体，当位于一相对低的高度诸如地平面以上20米时，以确保一救生降落伞展开操作。

图1示出了根据本发明的一个实施例的装置10。装置10包括一基本上垂直布置的歧管3，从其倾斜地和向上地延伸的多个中空管8，例如三个或四个，通过在该歧管的内表面中形成的一相应的孔16与歧管3的内部4相连通。终端具有例如具有一箭头形状或泪滴形状的头部的一较大表面弹射体13的一杆11，被插入一相应的管8中。一牵引绳被附接在每个弹射体13与该降落伞伞衣的一相应的周边部分之间。如本领域的那些技术人员众所周知的，这些牵引绳除了是悬挂线之外还连接该伞衣至被空投的物体。

为了防止撕裂，该伞衣可以由强化网，例如尼龙66抗破裂织物制作而成。该未展开降落伞伞衣被折叠于歧管3的顶部上，并且被保存在图13中所示的一室内。

歧管3可以具有如图所示的一矩形垂直截面，或者也可以以其他方式配置。

管8均以相同的角度被定向，例如相对于一垂直平面的30度，以确保该降落伞统一打开。较短长度并且以一比该接纳杆的管8更大的角度被定向的一中间管14可以从歧管3延伸至一相应的管8。

如图2中所示的装置10的分解版，一单一的，小型的压力容器47构成一微型气体发生器(MGG)，通过在限定了该容器的圆筒41的一底部区域内形成的外螺纹42，和在圆筒24内形成的与其一体化并且从从歧管3向下延伸的内螺纹，是可螺纹接合地。弹射体13被示出是与一相应的杆11一体化形成。装置10的所有部件均暴露于所产生的气体，包括歧管3、管8、杆11和弹射体13，均由耐热材料制作而成。通过采用一单一的MGG有效地展开一降落伞，重量以及因此该装置的成本均相对于现有技术显著减少。

如图3中所示，一孔49形成于容器47的一上部区域，例如在其周壁内，当该容器在该歧管的内部是可被完全接纳时，为了使得该弹射体被推进一预定的距离，经由其该产生的气体可流出至歧管3的内部，并且然后经由每个管8的内部。

或者，压力容器47可以被设置在该歧管的顶部上，并且该孔，通过它所述产生的气体是可流出的，可以在该容器的一下部区域内形成。

现在参照图4，容器47包含由通常不相互化学反应的材料组成的一固体推进剂48以及用于启动与推进剂48的一反应的一烟火设备51。

为了当不使用时紧凑地保存在该歧管圆筒内，该容器47是足够小尺寸的，例如具有2厘米的一直径以及7厘米的一长度，但是就其气体产生能力而言效率是很高的。一容器47在一降落伞展开操作结束后是可更换的。

烟火设备51可以通过一电流源54启动，用于加热该设备的一导体至高于与其接触的一可燃材料的引燃温度。该可燃材料的引燃启动该MGG，使得涉及推进剂48的一快速化学反应在该歧管内部产生一大量的加压气体G，例如氮气。推进剂48的材料以及由电流源54供给的电流和电压可以选择，从而引起一高度放热反应。

在如图5中所示的操作中，期望根据本发明的教导展开一降落伞的一使用者在步骤31中通过那些本领域技术人员众所周知的，出于简洁的目的不需说明的电子或机械方式触发MGG。作为该触发操作的一结果，在步骤32中该烟火设备开始启动，使得该推进剂的组成成分反应并产生能量密集的气体。在步骤33中所产生的气体同时经由从该歧管延伸的每个管流动，在一相应的弹射体上施加了一爆发力。在步骤34中该爆发力被转换为动力，并且因此每个弹射体在一不同的方向上被推进了一预定的距离。这个距离，通常是牵引绳的长度和伞衣半径的总和，通过提供一足够剂量的可燃材料和一足够量的启动电流，是可可靠地获得的，使得在步骤35中该降落伞通过被扩展至期望的伞衣直径以被展开。

被展开之后，周围空气被接纳在该降落伞的内部中，使得后者保持在一浮力产生膨胀状态中。当伞衣被完全扩展时，该弹射体在将其动能转移至该伞衣后仍然通过一相应的牵引绳附接在其上，以促使后者至一扩展状态中。每个弹射体的重量，例如23克，相对于通过该降落伞产生的浮力是可忽略的，并且因此将不会显著地影响该降落伞的浮力。然后在步骤36中一降落操作开始进行。

在一个实施例中，弹射体头部被密封在倾斜管内。以这种方式，在该管内的气体压力可以增加，以允许该弹射体被推进一更远的距离。

应当理解的是，当其他类型的气体诸如二氧化碳或氮气被采用时，暴露于所产生的气体的各种组件不需要由耐热材料制作而成。

一降落伞展开操作可以通过在一灾难性事件中被困于一摩天大楼内的一使用者启动。由于没有其他营救办法被预计，该使用者在他的上部躯干上安装本发明的装置被附接在其上的一背带。在该使用者从一上层跳下后，在半空中该MGG被触发，同时弹射体随后从该使用者的后面被推进，由于该快速动作装置，允许该降落伞在跟随该触发动作后0.3秒之内被展开。此降落伞展开持续时间相应于仅约2米的一下落距离。凭借该快速动作装置，一使用者将被确保即使当从一相对低的高度诸如地平面20米以上即一建筑物的一低层跳下时被保护。下降至安全处后，产生弹射体推进气体的使用过的容器被替换并且展开的降落伞被折叠，如果需要的话，预计另一降落伞展开操作。

应当理解的是，一降落伞展开操作可以响应于许多其他的需要一被降落的物体的情境启动。

或者，该降落伞展开装置可以被装备在轻型航空飞机上，包括一无人驾驶飞行器(UAV)和私人飞行器(PAV)，无论外形、建造材料和几何形状。

在如图6和7中示意的此实施例中，安全装置15保存在附接至飞机的一支撑元件14的一室17内并且具有一可分离的盖18。安全装置15可以包括以一折叠状态所示的可扩展降落伞组件20，用于立即展开降落伞组件20的降落伞展开装置10，例如根据需要由凯芙拉(Kevlar)制作而成，用于该安全装置的远程控制操作的一无线通信单元27，以及与降落伞展开装置10同步的，当被扩展时用于防止损坏该降落伞的一转子失动单元29。当该降落伞变得足够扩展时，盖18开始从室17分离，从而施加一力至该盖。

一旦检测到该UAV已经处于强制要求降落伞展开的情况，与一远程飞行控制器交互的一操作者，可以传送一无线强制指示信号W至通信单元27的收发机。接收到信号W后，通信单元27传送用于操作与转子驱动装置的一控制器电通信的转子失动单元29的一失动信号D。该转子的失动将确保该扩展的降落伞不会与旋转叶片发生缠绕。信号D的传输的同时，或此后不久，通信单元27传送一启动信号I至电流源54，相应地产生用于启动烟火设备51的一合适的电流C。电流C经由从该容器的底部端延伸的触点61流动至容器47的烟火设备51。烟火设备51的启动使得推进剂48中的组成成分发生反应并且产生气体G，其流入至歧管3中以推进多个弹射体。

该完全展开的降落伞将能够拦截移动飞机碎片，如果有的话，并且充分地减慢该失灵分机的下降，从而最小化涉及该飞机的一碰撞的损坏。

当待降落的物体是一人类时，或甚至为更轻的降落物体时，整个安全装置可能重量低至1-1.5千克。例如，该安全装置可能重260克对于一降落物体重3.5千克，或450克对于一降落物体重7千克。

图8-13示出了本发明的另一实施例，在穿刺包含一压缩或液化气的一容器的要求下，由此加压气体是通过用于产生加压气体，例如二氧化碳，的一弹性加载穿刺机构产生的。

图8示出了一组装的，准备触发降落伞展开的装置80，包括歧管83其具有一相应的箭头弹射体13被插入其中每个歧管的三个倾斜管8，压缩气体容器87与歧管83的顶部可释放接合，中空弹性壳体89与歧管83可螺纹接合并且用于驱动穿刺机构的一弹簧和锤被容纳在其中，用于环绕弹性壳体89以及用于选择性地释放一垂直可位移的锤的一外筒状可旋转元件91，以及在较大圆板84上方且在可旋转元件91下方设置的一底部圆板95，其与用于限制元件91的角位移的一槽96一起形成。在容器87的嘴部88处形成一可刺穿的金属膜片，通常靠近该容器的螺纹。

图9示意性地示出了当弹性壳体被移除时的装置80，示出了锤94被设置在可旋转元件91的内部并且其是可垂直位移的，在弹性壳体内提供的弹力的释放下，以一足够高的速度以向上驱动突出撞击销81的底部，从而刺穿膜片并且使得液态气体改变状态以适合推进弹射体。撞击销81通常被设置在气体发生容器的膜片下的歧管83内。

图10示出了已经被向上驱动后的撞击销81。如图所示，弹性壳体89与两个相对的垂直的槽97一起形成，该锤的一相应的臂能够通过每个槽。

图11示出了用于选择性释放锤94的装置。可旋转元件91具有两个相对的沿其内面86周向延伸一有限距离的邻近其边缘85的制动器92。如本领域技术人员众所周知的，弹性壳体内的弹簧通过一外部张紧设备张紧后，锤94被设置，这样端接于从该锤的主要中心部分径向延伸的一相应的臂98的端部的这两个突出部99在一相应的制动器92的下方并且被防止移动。当可旋转元件91周向移位，突出部99开始不受控，允许锤94以垂直位移。

图12示出了用于启动可旋转元件91的旋转以及由此产生的锤的强有力的垂直位移的分离单元。外部弹簧112的一端被附接至底板84，并且另一端被附接至从可旋转元件91，例如从被附连至可旋转元件91的外壁的块111水平延伸的杆108。上板95被旋转以延伸外部弹簧112后，与从可旋转元件91向外突出的环107(图9)可释放接合的垂直定向销103被插入在板95内形成的一孔中，在外部弹簧112被张紧期间以保护可旋转元件91。电机107，例如一伺服马达，当被启动时可旋转地驱动凸轮109，在通过外部弹簧112所施加的弹力的释放下，销103从板95脱离并且使得可旋转元件91角移位。

图13示出了在其中未展开的降落伞被存放的圆形室122。室122具有一不连续的壁，其设置有多个周向间隔开的沿室122的整体高度垂直延伸的U型部分126。歧管83被设置在室122的内部，在每个U型部分126的内部。为了在一相应的U型部分126的内部之内方便地设置准备被推进的每个弹射体杆8，每个面向歧管83的U型部分126的内壁可以与一底槽一起形成。室被连接至将被降落的物体。

或者，当压缩气体容器与歧管的底部可释放地接合时，穿刺机构也是可操作的。

事例

通过具有7千克的一重量、1.10米的一直径以及0.5米的一高度的一多转子UAV装载的降落伞展开装置重450克。伞衣由尼龙66抗破裂织物制作而成，并且具有1.75米的一直径。六根悬挂线，每根具有1.6米的一长度，被连接至飞机。三根牵引绳，每根具有25厘米的一长度，被连接至配置有一箭头形状头部的一相应的弹射体。

三根从歧管延伸的倾斜管。一弹射体具有23克的一重量，并且被连接至具有6厘米的一长度的一杆的一箭头形状头部被插入至一相应的管内。相应的弹射体插入其内后，柔性聚合材料被应用于该管上提供密封。

与歧管可螺纹接合的单一MGG为由奥托立夫(Autoliv)、奥格登(Ogden)、犹他(Utah)制造而成的奥托立夫(Autoliv)A7Zr2.1，IMI型610258300。该MGG具有1.5厘米的一直径以及4cm的一长度。烟火设备产生8升氮气。

在触发被启动后的0.28秒的一时间周期之内，弹射体被推进了112.5厘米的一距离。

虽然本发明的一些实施例已通过说明的方式描述，但显而易见的是，本发明可以通过许多修改，变化以及适应调整以实现，并且许多等同或替代解决方案的使用是在本领域的技术人员的范围之内，不超出本权利要求的范围。

Claims (10)

1.降落伞展开装置，包括：

a)一歧管其可释放联接一单一容器，在该容器内产生加压气体；

b)一气体发生器其与所述容器配合；

c)多个中空管其从所述歧管倾斜和向上延伸，并且与所述歧管相连通；以及

d)多个弹射体，每个弹射体与在一相应的中空管中可接纳的一杆一起被形成，并且每个弹射体被连接至一绳，所述绳还连接至一未展开降落伞的一相应部分，

其中，在所述气体发生器的触发下产生的所述加压气体可经由每个所述中空管流动以在不同的方向上推进所述多个弹射体，并且使得所述降落伞开始展开。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述加压气体每个所述弹射体被推进一预定距离。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述降落伞在跟随一气体发生器触发事件后少于一秒之内是可完全展开的。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述降落伞在跟随一气体发生器触发事件后少于0.3秒之内是可完全展开的。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述弹射体与一相应的中空管是可密封地接合的。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述容器中包含由通常不相互化学反应的材料组成的一固体推进剂以及用于启动与所述推进剂的一反应的一烟火设备。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述产生的加压气体从在所述容器内形成的一孔至所述歧管的一内部是可流出的，并且同时从所述歧管的内部经由每个所述中空管是可流动的。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述容器包含一压缩或液态气体，并且所述气体发生器是用于在穿刺所述容器下产生加压气体的一弹性加载穿刺机构。

9.用于展开一降落伞的一方法，其特征在于，通过执行一触发动作，使得多个弹射体在不同方向上以一预定距离被推进，并且由此促使一降落伞伞衣被扩展至一完全的程度，由此通过周围空气所述伞衣被充气。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个弹射体通过在与一歧管流动连通的一容器中产生的加压气体被推进，并且允许所述产生气体经由所述歧管流动至每个从所述歧管倾斜和向上延伸，并且与所述歧管相连通的多个中空管。