CN106347675A - 一种遥控降落伞 - Google Patents

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周文雅
战俊杰
余兴林
李龙恩
姜宪珠
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    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D17/00—Parachutes
    • B64D17/40—Packs
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Abstract

本发明涉及飞行器设计技术领域，一种遥控降落伞，主要包括伞衣、伞绳、控制箱、负载和遥控器，控制箱内部安装有步进电机模块及飞控主板。操作人员根据降落伞当前位置与目标落点之间的误差，发出遥控指令，飞控主板接收遥控指令后，向步进电机发出旋转指令，并由步进电机带动伞绳并对伞绳的长度进行调节，使伞衣外形发生改变，进而改变降落伞伞衣所受气动力，最终实现对降落伞下降轨迹的控制。本发明能够显著提高降落伞落点的准确度，减少传统降落伞落点无法控制带来的不必要的经济损失；同时，在改变降落伞下降轨迹过程中，仅需提供步进电机收紧或释放伞绳所需的小功率电源，无需采用其它动力，既经济又环保。

Description

一种遥控降落伞
技术领域
本发明涉及一种遥控降落伞，属于飞行器设计技术领域。
背景技术
降落伞的工作原理是降落伞在一定高度降落伞打开后，由于气流与伞衣内壁作用，伞衣迅速张开。随着空气阻力的不断增大，其下降速度减小，逐渐达到平衡速度，直至实现安全着陆。尽管降落伞已经在各个领域中得到广泛应用，但目前的应用水平仅是利用降落伞实现减速而无法实现对降落伞下降轨迹的主动控制，降落伞落点精度无法保障。特别是在进行航天器回收时，若遇到有风天气，将会直接造成航天器偏离预定着陆点几十甚至上百公里；若遭遇复杂地形环境，如丛林、高山、水域等，有可能直接损坏航天器，这会给搜寻和回收带来极大困难，造成的经济和财产损失也将大大增加。因此，研制一种遥控降落伞，通过地面人员操纵遥控器，实现对降落伞下降轨迹的控制，提高降落伞的落点精度。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种遥控降落伞。该遥控降落伞能够通过地面遥控的方式来实现对降落伞下降轨迹的控制，提高降落伞的落点精度，这对于航天器回收、物资投放及伞兵空降等具有重要的实用价值。
为了实现上述发明目的，解决现有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种遥控降落伞，主要包括伞衣、伞绳、控制箱、负载和遥控器，所述伞衣内壁安装有12根对称分布的伞肋，所述12根伞肋的一端分别与12根伞绳的一端固定连接，所述12根伞绳以相邻的每三根为一组将伞绳分成4组，所述控制箱的内部安装有飞控主板，飞控主板上安装有微控制器STM32F407、气压高度计MS5611、惯性测量元件MPU6050、磁力航向计HMC5883及GPS模块NEO-M8N，其中，所述微控制器STM32F407是一款基于ARM Cortex-M4内核的微型控制单元MCU，用于处理飞行参数、控制飞行器稳定和运动方向；所述气压高度计MS5611与微控制器STM32F407中的IIC接口连接，为飞控主板提供降落伞的高度信息；所述惯性测量元件MPU6050和磁力航向计HMC5883与微控制器STM32F407中的IIC接口连接，为飞控主板提供降落伞航迹姿态的参考信息；所述GPS模块NEO-M8N与微控制器STM32F407中的串口3即USART3接口连接，为飞控主板提供降落伞的位置和速度信息，所述控制箱的底部安装有负载连接机构，并与负载相连接，所述控制箱的内部还安装有对称分布的4个步进电机模块，所述每个步进电机模块包括步进电机和安装在步进电机轴上的卷筒，所述控制箱的顶部开设有4个对称分布的圆形孔洞，4组伞绳分别穿过4个圆形孔洞依次与4个步进电机轴上的卷筒固定缠绕，并通过步进电机转动来控制伞绳的释放与拉紧实现降落伞伞衣气动力的改变，进而控制降落伞的运动轨迹，所述微控制器STM32F407中的PWM输出接口连接步进电机驱动器后，再与4个步进电机相连接，并分别控制4个步进电机的转动。
本发明有益效果是：一种遥控降落伞，主要包括伞衣、伞绳、控制箱、负载和遥控器，操作人员根据降落伞当前位置与目标落点之间的误差，发出遥控指令，飞控主板接收遥控指令后，向步进电机发出旋转指令，并由步进电机带动伞绳并对伞绳的长度进行调节，实现对降落伞下降轨迹的控制。与已有技术相比，本发明能够显著提高降落伞落点的准确度，减少传统降落伞落点无法控制带来的不必要的经济损失；同时，在改变降落伞下降轨迹过程中，仅需提供步进电机收紧或释放伞绳所需的小功率电源，无需采用其它动力，既经济又环保。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明中的控制箱结构示意图。
图3是本发明中的电机模块示意图。
图4是本发明中的飞控主板原理框图。
图5是本发明控制过程流程图。
图6是本发明伞衣气动力改变示意图。
图中：1、伞肋，2、伞衣，3、伞绳，4、控制箱，401、圆形孔洞，402、步进电机模块，4021、步进电机，4022、卷筒，403、飞控主板，5、负载连接机构，6、负载，7、遥控器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2、3、4所示，一种遥控降落伞，主要包括伞衣2、伞绳3、控制箱4、负载6和遥控器7，所述伞衣2内壁安装有12根对称分布的伞肋1，所述12根伞肋1的一端分别与12根伞绳3的一端固定连接，所述12根伞绳3以相邻的每三根为一组将伞绳3分成4组，所述控制箱4的内部安装有飞控主板403，飞控主板403上安装有微控制器STM32F407、气压高度计MS5611、惯性测量元件MPU6050、磁力航向计HMC5883及GPS模块NEO-M8N，其中，所述微控制器STM32F407是一款基于ARM Cortex-M4内核的微型控制单元MCU，用于处理飞行参数、控制飞行器稳定和运动方向；所述气压高度计MS5611与微控制器STM32F407中的IIC接口连接，为飞控主板403提供降落伞的高度信息；所述惯性测量元件MPU6050和磁力航向计HMC5883分别与微控制器STM32F407中的IIC接口连接，为飞控主板403提供降落伞航迹姿态的参考信息；所述GPS模块NEO-M8N与微控制器STM32F407中的串口3即USART3接口连接，为飞控主板403提供降落伞的位置和速度信息，所述控制箱4的底部安装有负载连接机构5，并与负载6相连接，所述控制箱4的内部还安装有对称分布的4个步进电机模块402，所述每个步进电机模块402包括步进电机4021和安装在步进电机4021轴上的卷筒4022，所述控制箱4的顶部开设有4个对称分布的圆形孔洞401，4组伞绳3分别穿过4个圆形孔洞401依次与4个步进电机4021轴上的卷筒4022固定缠绕，并通过步进电机4021转动来控制伞绳3的释放与拉紧实现降落伞伞衣2气动力的改变，进而控制降落伞的运动轨迹，所述微控制器STM32F407中的PWM输出接口连接步进电机4021驱动器后，再与4个步进电机4021相连接，并分别控制4个步进电机4021的转动。
如图6所示，降落伞下降轨迹可通过控制降落伞伞绳3的长度加以实现，通过控制降落伞的外形，能够改变降落伞伞衣2所受气动力，使伞衣2获得横截面上任意方向的加速度，现以获得横截面内大小为a的加速度为例，通过步进电机4021的转动，控制降落伞的伞绳3的长度，进而实现对降落伞下降轨迹的控制。
具体工作过程如下：假设以重物投放为例，设定500米高度作为开伞高度。当降落伞由运输机投放后，重物和降落伞一起在重力作用下加速下降。下降过程中，高度信号被实时采集，当下降高度到达距地面约500米时，开伞机构执行开伞动作，降落伞打开，此时步进电机模块未发生动作，每组的伞绳长度相同，在不考虑外界干扰的情况下，降落伞垂直下降。这时，地面操作人员根据降落伞当前位置与目标落点之间的误差，发出遥控指令，飞控主板接收遥控器指令后，经过微控制器处理后并向步进电机发出旋转指令，步进电机接收该指令后，通过电机的转动来控制降落伞伞绳的长短，从而实现降落伞运动轨迹的可控与精确着陆。
本发明的优点在于：一种遥控降落伞，能够显著提高降落伞落点的准确度，减少传统降落伞落点无法控制带来不必要的经济损失；同时，在改变降落伞下降轨迹过程中，仅需提供步进电机收紧或释放伞绳所需的小功率电源，无需采用其它动力，既经济又环保。

Claims (1)

1.一种遥控降落伞，主要包括伞衣、伞绳、控制箱、负载和遥控器，所述伞衣内壁安装有12根对称分布的伞肋，所述12根伞肋的一端分别与12根伞绳的一端固定连接，所述12根伞绳以相邻的每三根为一组将伞绳分成4组，所述控制箱的内部安装有飞控主板，飞控主板上安装有微控制器STM32F407、气压高度计MS5611、惯性测量元件MPU6050、磁力航向计HMC5883及GPS模块NEO-M8N，其中，所述微控制器STM32F407是一款基于ARM Cortex-M4内核的微型控制单元MCU，用于处理飞行参数、控制飞行器稳定和运动方向；所述气压高度计MS5611与微控制器STM32F407中的IIC接口连接，为飞控主板提供降落伞的高度信息；所述惯性测量元件MPU6050和磁力航向计HMC5883与微控制器STM32F407中的IIC接口连接，为飞控主板提供降落伞航迹姿态的参考信息；所述GPS模块NEO-M8N与微控制器STM32F407中的串口3即USART3接口连接，为飞控主板提供降落伞的位置和速度信息，所述控制箱的底部安装有负载连接机构，并与负载相连接，其特征在于：所述控制箱的内部还安装有对称分布的4个步进电机模块，所述每个步进电机模块包括步进电机和安装在步进电机轴上的卷筒，所述控制箱的顶部开设有4个对称分布的圆形孔洞，4组伞绳分别穿过4个圆形孔洞依次与4个步进电机轴上的卷筒固定缠绕，并通过步进电机转动来控制伞绳的释放与拉紧实现降落伞伞衣气动力的改变，进而控制降落伞的运动轨迹，所述微控制器STM32F407中的PWM输出接口连接步进电机驱动器后，再与4个步进电机相连接，并分别控制4个步进电机的转动。
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