CN106379540B - 一种遥控降落伞 - Google Patents
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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，主要包括负载、伞绳、伞衣及遥控器，伞衣上配置有矩形孔洞，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，飞控主板接受遥控指令后，向步进电机发出挡板旋转角度指令，并由步进电机带动挡板对孔洞的开度进行调节，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，仅需提供步进电机带动挡板的小功率电源，无需采用其它动力，既经济又环保。
Description
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，下降速度不断增大。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，通过地面人为操纵遥控器，实现对降落伞下降轨迹的控制，提高降落伞落点精度。
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方式改变下降轨迹、实现精确着陆。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、负载和遥控器，所述伞衣内壁安装有均匀对称分布的4N根伞肋，N为自然正整数，所述4N根伞肋的一端分别与4N根伞绳的一端固定连接，4N根伞绳的另一端分别与负载固定连接，所述伞衣的顶部安装有飞控主板，所述伞衣上每隔N根伞肋开设有均匀对称分布、大小相同的4个矩形孔洞，并在伞衣内壁设置有均匀对称分布的4个带有弧形形状的硬质平板，并与伞衣之间采用粘接方式固定，所述每个硬质平板上开设有与伞衣上矩形孔洞一一对应、大小相同的矩形孔，除此而外，每个硬质平板上还安装有步进电机及能全部遮挡矩形孔的挡板，并且步进电机通过齿轮、齿条与挡板连接，用于挡板完全不遮挡、部分遮挡和全部遮挡来实现对孔洞的开度控制；所述伞衣的顶部安装有飞控主板并与4N根伞肋的另一端固定连接，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、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，用于处理飞行参数、控制降落伞的稳定和运动方向；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分别与微控制器STM32F407中的IIC接口连接，为飞控主板提供航迹姿态参考信息；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；所述微控制器STM32F407中的PWM输出接口连接电子调速器后，再分别与4个步进电机相连接。
所述伞衣上4个矩形孔洞总面积与伞衣总面积比值为0.1～0.15。
所述4个挡板采用硝化纤维塑料或聚丙烯材料制成。
本发明有益效果是：一种遥控降落伞，主要包括负载、伞绳、伞衣及遥控器，伞衣上配置有矩形孔洞，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，飞控主板接受遥控指令后，向步进电机发出挡板旋转角度指令，并由步进电机带动挡板对孔洞的开度进行调节，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，仅需提供步进电机带动挡板的小功率电源，无需采用其它动力，既经济又环保。
附图说明
图1是本发明遥控降落伞结构示意图。
图2是本发明遥控降落伞中一个硬质平板上设置有矩形孔、挡板、步进电机、齿轮、齿条示意框图。
图3是本发明遥控降落伞设置在飞控主板上的GPS模块、微控制器、惯性测量元件及气压高度计的原理框图。
图4是本发明遥控降落伞控制原理图。
图5是本发明遥控降落伞受力改变示意图。
图中：1、飞控主板，2、伞衣，3、伞肋，4、矩形孔洞，5、硬质平板，5a、矩形孔，5b、挡板，5c、齿条，5d、齿轮，5e、步进电机，6、伞绳，7、负载，8、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所示，一种遥控降落伞，主要包括伞衣2、伞绳6、负载7和遥控器8，所述伞衣2内壁安装有均匀对称分布的4N根伞肋3，N为自然正整数，所述4N根伞肋3的一端分别与4N根伞绳6的一端固定连接，4N根伞绳6的另一端分别与负载7固定连接，所述伞衣2的顶部安装有飞控主板1，所述伞衣2上每隔N根伞肋3开设有均匀对称分布、大小相同的4个矩形孔洞4，并在伞衣2内壁设置有均匀对称分布的4个带有弧形形状的硬质平板5，并与伞衣2之间采用粘接方式固定，所述每个硬质平板5上开设有与伞衣2上矩形孔洞4一一对应、大小相同的矩形孔5a，除此而外，每个硬质平板5上还安装有步进电机5e及能全部遮挡矩形孔5a的挡板5b，并且步进电机5e通过齿轮5d、齿条5c与挡板5b连接，用于挡板5b完全不遮挡、部分遮挡和全部遮挡来实现对孔洞的开度控制；所述伞衣2的顶部安装有飞控主板1并与4N根伞肋3的另一端固定连接，飞控主板1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、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，用于处理飞行参数、控制降落伞的稳定和运动方向；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1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1提供航迹姿态参考信息；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1提供降落伞的位置和速度信息；所述微控制器STM32F407中的PWM输出接口连接电子调速器后，再分别与4个步进电机相连接。所述伞衣上4个矩形孔洞总面积与伞衣总面积比值为0.1～0.15，所述4个挡板采用硝化纤维塑料或聚丙烯材料制成。
如图5所示，降落伞下降轨迹可通过各孔洞开度的协调控制加以实现，能够改变伞衣内侧气压分布，使伞衣获得横截面上任意方向的加速度。以获得横截面内大小为a的加速度为例，其中，A、B、C、D代表四个孔洞所处相对位置，后面数字代表孔洞开度大小，1为全开，0为关闭。
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，降落伞上的所有孔洞均处于关闭状态。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，飞控主板接受遥控器指令后，经过微控制器处理后并向步进电机发出挡板旋转角度指令，步进电机接受该指令后，通过齿轮、齿条传动装置，带动挡板移动，实现孔洞开度的调节，最终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，仅需提供电机带动挡板的小功率电源，无需采用其它动力，既经济又环保。
Claims (3)
1.一种遥控降落伞，主要包括伞衣、伞绳、负载和遥控器，所述伞衣内壁安装有均匀对称分布的4N根伞肋，N为自然正整数，所述4N根伞肋的一端分别与4N根伞绳的一端固定连接，4N根伞绳的另一端分别与负载固定连接，所述伞衣的顶部安装有飞控主板，其特征在于：所述伞衣上每隔N根伞肋开设有均匀对称分布、大小相同的4个矩形孔洞，并在伞衣内壁设置有均匀对称分布的4个带有弧形形状的硬质平板，并与伞衣之间采用粘接方式固定，所述每个硬质平板上开设有与伞衣上矩形孔洞一一对应、大小相同的矩形孔，除此而外，每个硬质平板上还安装有步进电机及能全部遮挡矩形孔的挡板，并且步进电机通过齿轮、齿条与挡板连接，用于挡板完全不遮挡、部分遮挡和全部遮挡来实现对孔洞的开度控制；所述伞衣的顶部安装有飞控主板并与4N根伞肋的另一端固定连接，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、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，用于处理飞行参数、控制降落伞的稳定和运动方向；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分别与微控制器STM32F407中的IIC接口连接，为飞控主板提供航迹姿态参考信息；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；所述微控制器STM32F407中的PWM输出接口连接电子调速器后，再分别与4个步进电机相连接。
2.根据权利要求1所述一种遥控降落伞，其特征在于：所述伞衣上4个矩形孔洞总面积与伞衣总面积比值为0.1～0.15。
3.根据权利要求1所述一种遥控降落伞，其特征在于：所述挡板采用硝化纤维塑料或聚丙烯材料制成。
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