CN108344334B - 一种救援用抛投器精准抛投方法及弹头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种救援用抛投器精准抛投方法及弹头，本方法首先建立无风条件下的弹头垂直方向上的抛投角度、弹头飞行距离及弹头飞行时间的数据库，然后在考虑遇险人员移动速度情况下预测抛投目标点，在考虑风速及风向情况下调整弹头水平方向上的抛投角度、并修正垂直方向上的抛投角度，弹头两侧设置可弹出的阻风板，弹头飞行过程中，通过弹出的一侧阻风板以增大弹头该侧风阻，从而实现弹头空中转弯，进行二次校正，以此来实现抛投器的精准抛投；本发明有利于救援工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种抛投方法及弹头，具体涉及一种救援用抛投器精准抛投方法及弹头，属于消防救援领域。
背景技术
抛投器是以压缩空气或火药为动力，向目标抛投绳索及救生圈的一种装备；常常用于武警特种部队突击救援、或消防、海军等部门在发生火灾、海难等情况下的救援行动。抛投器抛投时，使用者根据抛投目标点距离抛投器的远近程度，依据经验调整抛投器垂直方向及水平方向上的角度进行抛投；而一般来说，依据经验来调整抛投器抛投角度，抛投出的弹头落地后距离抛投目标点的误差较大，且抛投器应用的环境常常较为恶劣，甚至伴随着大风、水流等因素，弹头抛出后受风力影响出现偏差，或在河流、海洋等水流作用下偏离原来位置，以致弹头不能准确落在遇险人员身旁；而救援又是一件争分夺秒的事情，若弹头不能准确落在遇险人员身旁，必然会延长救援时间，增加遇险人员的危险性。
发明内容
本发明的目的是提供一种救援用抛投器精准抛投方法及弹头，本发明可以根据目标地点、风速、人员移动速度精准计算抛投角度，且在抛投弹头过程中，弹头能够根据实际情况需要，调整弹头运动轨迹，并最终精准地落在预定地点。
为实现上述目的，本发明采用的一种救援用抛投器精准抛投方法，包括以下步骤：
一、数据库准备：在无风情况下，额定工作压力情况下，测量抛投器在竖直方向上的不同角度α0对应的弹头飞行距离s0及弹头飞行时间t0，建立无风情况下，竖直方向上抛投角度α、弹头飞行距离S及弹头飞行时间T之间对应关系的数据库；
二、抛投准备：
(一)无风时，抛投目标点设定：
(1)遇险人员移动时，定义抛投器位于X点、遇险人员位于U点，根据如下步骤进行定位抛投目标点：
①、测量遇险人员移动速度：定义遇险人员位于U点时为初始时刻，通过望远镜测量出抛投器距离遇险人员距离为XU，在一定时间段t’后，遇险人员移动至V点，再次通过望远镜测量出抛投器距离遇险人员距离为XV，根据两次位置测量出∠UXV；
则遇险人员移动的距离UV＝(XU2+XV2-2XU·XV·cos∠UXV)1/2，该遇险人员移动的速度v0＝UV/t’＝(XU2+XV2-2XU·XV·cos∠UXV)1/2/t’；其中在三角形XUV中，∠XUV＝arcsin((XV·sin∠UXV)/UV)；
②、预测抛投目标点：假设弹头在无风条件下飞行至抛投目标点W’时，遇险人员移动至W点，定义该抛投抛投目标点W’设置在X点至W点的延长线上，W’距离W点即WW’＝0.5～1m；
救援人员操作设备所需时间为tr，设弹头飞行的时间为td，则遇险人员在救援人员操作设备及弹头飞行时间段内移动的距离VW＝v0·(tr+td)；
在三角形XUW中，∠XUV、XU、UV均为已知数，而VW＝v0·(tr+td)，XW’为弹头在飞行时间td对应的弹头飞行距离，根据公式2XU·(UV+VW)·cos∠XUV＝XU2+(UV+VW)2-(XW’-WW’)2，将步骤一所建立数据库中弹头飞行时间T及其对应的弹头飞行距离S中的具体数值代入该公式中，找出满足该公式的td及XW’值、或最接近满足该公式条件的值，并将弹头飞行时间td记为t1、弹头飞行距离XW’记为s1；
在三角形XUW中，∠UXW＝arcsin(UW·sin∠XUV/XW)＝arcsin((UV+VW)·sin∠XUV/XW),其中UV＝(XU2+XV2-2XU·XV·cos∠UXV)1/2、VW＝v0·(tr+t1)；
(2)遇险人员静止时，抛投目标点设置在抛投器位置至遇险人员位置的延长线上、且距离遇险人员位置0.5～1m；
(二)现场抛投参数设定：
定义抛投器位置至抛投目标点的方向为标准方向，首先测量出风速v1、风向，根据步骤一建立的无风情况下的数据库找出与步骤(一)中弹头飞行距离s1对应的时间t1及竖直方向上的抛投角度α1,并根据以下风向与标准方向所成角度情况设定抛投器竖直方向及水平方向上的抛投角度：
(1)风向与标准方向垂直时：抛投器设置参数为：垂直方向上的抛投角度为α1，水平方向上迎风、偏离标准方向arccos(2·s1 2–t1 2·v1 2)/(2·s1 2)角度；
(2)风向与标准方向所成角度为钝角β时：提取步骤一中的数据库的弹头飞行距离为s2＝s1+v1·cos(180-β)·t1，与s2对应的弹头飞行时间为t2及对应的垂直抛投角度α2；
此状态下，抛投器设置参数为：垂直方向上的抛投角度为α2，水平方向上弹头抛出的方向偏离标准方向B角度、且与风向所成角度为B+β，B＝arccos(2·s1 2–(v1·sin(β-90)·t2)2)/(2·s1 2)；
(3)风向与标准方向所成角度为锐角γ时：提取步骤一中的数据库的弹头飞行距离为s3＝s1-v1·cosγ·t1，与s3对应的弹头飞行时间为t3及垂直抛投角度α3；
此状态下，抛投器设置参数为：垂直方向上的抛投角度为α3，水平方向上弹头抛出的方向偏离标准方向C角度、且与风向所成角度为C+γ，C＝arccos(2·s1 2–(v1·cosγ·t3)2)/(2·s1 2)；
三、调整抛投器角度：根据步骤二设定的参数值调整抛投器；
四、抛投器进行弹头抛射；
五、弹头二次校正：
由于弹头飞行中，外界环境如风速、遇险人员移动速度可能发生变化，从而导致弹头飞行角度偏离遇险人员位置，因此需要对飞行中的弹头轨迹做出二次校正；根据实际情况，一侧伸出风阻板，来增大该侧风阻，从而调整弹头飞行角度，实现弹头空中转弯，该过程如下：
(一)通过定位装置来定位弹头位置，并通过无线传输装置将位置信息传输至地面控制系统，判断弹头是否按照预定轨迹飞行；
(二)若按照预定轨迹飞行，则不需要对弹头进行二次校正；
若偏离预定轨迹，弹头临近预定轨迹一侧的风阻板从槽室弹出，弹出的风阻板增大了弹头该侧阻力，使弹头向预定轨迹一侧转弯至弹头飞行方向对准抛投目标点后，槽室倾倒，使风阻板落入弹体表面的凹槽内，弹头两侧风阻相等，弹头停止转弯，继续向抛投目标点飞行。
上述过程可由计算机自动完成。
一种救援用抛投器弹头，包括气动插头、尾翼、弹体、救生圈放置头、挂钩，救生圈放置头设置于所述弹体前端，气动插头设置于所述弹体后端，尾翼设置于所述弹体后部的两侧，挂钩位于所述弹体后部底端位置；
还包括有二次校正装置、无线传输装置、定位装置、设备箱；所述无线传输装置、所述定位装置位于所述设备箱内，该设备箱位于所述弹体内；所述二次校正装置有两个、分布在所述弹体左右两侧，该二次校正装置包括控制器、风阻板、可活动的槽室、电磁推杆、电磁档杆、限位块，控制器位于可活动槽室后方；
所述风阻板后侧设有凸块，该风阻板位于内腔与该风阻板配合的所述槽室内、并通过压缩弹簧与槽室顶部连接；所述槽室上设有与该凸块配合的开窗、该开窗下方的槽室内设有阻止凸块向下移动的凸台；
所述槽室垂直或倾斜于所述弹体外壳、下端与所述弹体的外壳铰接、该槽室开口朝向所述弹体外侧，所述弹体的外壳上设有与该槽室开口对应的风阻板窗口、且该风阻板窗口后侧的弹体外壳表面设有与所述风阻板配合的凹槽；所述电磁推杆对应所述开窗设置，所述电磁档杆设置于所述槽室前方，所述限位块固定设置于所述槽室后方；
所述定位装置与所述无线传输装置电连接、所述控制器与所述无线传输装置及所述二次校正装置电连接。
进一步地，还包括有倾角传感器，该倾角传感器设置于所述设备箱内、并与所述无线传输装置电连接。
优选地，两个所述二次校正装置前后错开布置。
进一步地，所述弹体的外壳内部设有与所述槽室配合的定位锁，该定位锁包括有锁舌，该锁舌斜面向上。
优选地，所述风阻板为与所述弹体的外壳配合的弧形面。
优选地，所述弹体采用聚氯乙烯材质制成。
弹头二次校正装置未工作状态下，风阻板位于槽室内，槽室在电磁档杆及限位块的限制下，垂直或倾斜于弹体的外壳，风阻板上的凸块卡在槽室上的开窗上，弹簧处于压缩状态；当弹头需要转弯时，电磁推杆通电，按下凸块，风阻板脱离开窗的限制，在弹簧作用下向外弹出至凸台处，凸台卡住风阻板上的凸块，此时风阻板下端伸出槽室及弹体外壳，弹体该侧的风阻增大，弹体向该侧转弯；当弹头需要停止转弯时，位于槽室前侧的电磁档杆通电，电磁档杆缩回，槽室脱离电磁档杆的限制，风阻板在风的阻力作用下使槽室向前倾倒，风阻板落入壳体外侧的凹槽中，弹头在该侧的风阻归于正常值，弹头左右两侧风阻相同，弹头不再转弯，继续向前飞行。
根据上述原理，弹头飞行时，定位装置将弹头位置信息通过无线传输装置传输至地面控制系统，当弹头运行轨迹出现偏差时，比如弹头向左偏移，此时控制器控制弹头右侧的风阻板伸出，同时地面控制系统监测弹头飞行轨迹，当弹头飞行的方向朝向抛投目标点时，控制器控制电磁档杆缩回，使槽室倾倒，从而弹头不再转弯，而继续向抛投目标点飞行。通过上述工作过程，来进行弹头的二次校正。
附图说明
图1是本发明抛投地点定位原理示意图；
图2是风向与标准方向垂直时抛投器与抛投目标点位置关系示意图；
图3是风向与标准方向所成角度为钝角时抛投器与抛投目标点位置关系示意图；
图4是风向与标准方向所成角度为锐角时抛投器与抛投目标点位置关系示意图；
图5是本发明一种救援用抛投器弹头的结构示意图；
图6是图5的D-D向剖视图，该图中将位于后方的二次校正装置省略，且将各部件放大；
图7是图5中的二次校正装置局部放大图；
图8是图7中风阻板伸出状态示意图；
图9是图8中槽室倾倒状态示意图；
图10是本发明中的阻风板横截面示意图；
图中：1.尾翼，2.气动插头，3.弹体、31.风阻板窗口、32.凹槽，4.二次校正装置、41.控制器、42.电磁推杆、43.槽室、431.开窗、432.凸台、44.风阻板、441.凸块、45.电磁档杆、46.限位块、47.定位锁，5.设备箱、51.无线传输装置、52.倾角传感器、53.定位装置，6.救生圈放置头，7.挂钩。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1至图4所示，一种救援用抛投器精准抛投方法，包括以下步骤：
一、数据库准备：在无风情况下，额定工作压力情况下，测量抛投器在竖直方向上的不同角度α0对应的弹头飞行距离s0及弹头飞行时间t0，建立无风情况下，竖直方向上抛投角度α、弹头飞行距离S及弹头飞行时间T之间对应关系的数据库。
二、抛投准备：为方便表述，在图1中，定义抛投时瞄准的位置为抛投目标点、以抛投器位置为原点、初始时刻被救援者的位置相对于原点方向为上，遇险者移动方向为右；然后根据如下步骤进行抛投前准备工作：
(一)无风时，抛投目标点设定：
(1)当遇险人员位于河流或海洋中时，其位置在水流作用下不断变化，在这种遇险人员位置不断变化的情况下，如图1所示，定义抛投器位于X点，遇险人员位于U点，需要根据如下步骤进行定位抛投目标点：
①、测量遇险人员移动速度：定义遇险人员位于U点时为初始时刻，通过望远镜测量出抛投器距离遇险人员距离为XU，在一定时间段t’后，遇险人员移动至V点，再次通过望远镜测量出抛投器距离遇险人员距离为XV，根据两次位置可以测量出∠UXV，然后根据三角函数余弦定理求角公式cos∠UXV＝(XU2+XV2-UV2)/2XU·XV可以求出遇险人员移动的距离UV＝(XU2+XV2-2XU·XV·cos∠UXV)1/2，由此可以求出该遇险人员移动的速度v0＝UV/t’＝(XU2+XV2-2XU·XV·cos∠UXV)1/2/t’；其中在三角形XUV中，根据正弦定理XV/sin∠XUV＝UV/sin∠UXV，可以求出∠XUV＝arcsin((XV·sin∠UXV)/UV)；
②、预测抛投目标点：由于救援人员操作设备及弹头飞行都需要时间，且在该过程中，遇险人员始终处于移动的状态，假设遇险人员移动至W点时，弹头恰好飞行至该位置附近，而为了防止弹头飞行至目标点落下来砸到遇险人员，可以将抛投目标点设置在W点周边；而当弹头落在X点至W点的延长线上时，由于弹头连接有救援绳，拉动救援绳，即可将弹头拉至遇险人员身旁；因此可以将抛投目标点位置设置在X点至W点的延长线上的W’点，W’距离W点即WW’＝0.5～1m；即当弹头飞行至W’点时，遇险人员恰好移动至W点；
已知救援人员操作设备所需时间为tr，该tr的数值可以在训练人员时确定下来，设弹头从X点飞至W’点时间为td，则遇险人员在救援人员操作设备及弹头飞行时间段内移动的距离VW＝v0·(tr+td)；
在三角形XUW中，根据三角形余弦定理cos∠XUV＝(XU2+UW2-XW2)/2XU·UW＝(XU2+(UV+VW)2-(XW’-WW’)2)/(2XU·(UV+VW))，即2XU·(UV+VW)·cos∠XUV＝XU2+(UV+VW)2-(XW’-WW’)2，在该公式中，∠XUV、XU、UV均为已知数，而VW＝v0·(tr+td)，XW’为弹头在飞行时间td对应的弹头飞行距离，因此可以将将步骤一所建立数据库中弹头飞行时间T及其对应的弹头飞行距离S中的具体数值代入该公式中，以找出满足该公式的td及XW’值、或最接近满足该公式条件的值，并将弹头飞行时间td记为t1、弹头飞行距离XW’记为s1；；
在三角形XUW中，根据三角形正弦定理XW/sin∠XUV＝UW/sin∠UXW，可以求出∠UXW＝arcsin(UW·sin∠XUV/XW)＝arcsin((UV+VW)·sin∠XUV/XW),其中UV＝(XU2+XV2-2XU·XV·cos∠UXV)1/2、VW＝v0·(tr+t1)；
根据上述条件可以确定抛投目标点W’的位置，即方向为上偏右、偏离值为∠UXW、且与原点距离为s1；
(2)遇险人员静止时，同样为了防止弹头落下时砸到遇险人员，给遇险人员造成二次伤害，抛投目标点设置在原点至遇险人员位置的延长线上、且距离遇险人员位置0.5～1m；
(二)现场抛投参数设定：
定义抛投器位置至抛投目标点的方向为标准方向，首先利用风速及风向测定仪测量出风速v1、风向，根据上述步骤(一)测出抛投器距离抛投目标点距离s1，
根据步骤一建立的无风情况下的数据库找出与距离s1对应的时间t1及竖直方向上的抛投角度α1,并根据以下风向与标准方向所成角度情况调整抛投器竖直方向及水平方向上的抛投角度：
(1)风向与标准方向垂直时：此时风只对飞行的弹头起到偏移的作用，不对弹头的飞行距离产生影响，因此只需要调整抛投器在的水平方向上的抛投角度，来补偿水平偏移量即可；
其原理如图2所示，其中X1点为抛投器位置，Y1点为抛投目标点，Z1点为弹头瞄准点，标准方向为X1点至Y1点方向，使水平方向上抛投方向为迎风、且抛出的方向偏离标准方向A角度，由于角度A较小，可忽略弹头飞行中风力在弹头飞行方向上的影响，只考虑风力在弹头飞行方向的垂直方向上的影响，此时相当于弹头在垂直方向上的抛投角度α1一定情况下，其弹头飞行距离s1不变，因此可认为X1Y1＝X1Z1＝s1，Y1Z1为弹头在风力影响下的水平偏移量，则Y1Z1＝t1·v1，根据三角函数余弦定理求角公式cosA＝(X1Y1 2+X1Z1 2–Y1Z1 2)/(2·X1Y1·X1Z1)可知：A＝arccos(2·s1 2–t1 2·v1 2)/(2·s1 2)；
此状态下，抛投器设置的参数为：垂直方向上的抛投角度为α1，水平方向上迎风、且抛投角度为偏离标准方向A角度，其中A＝arccos(2·s1 2–t1 2·v1 2)/(2·s1 2)。
(2)风向与标准方向所成角度为钝角β时：此时风不仅起到偏移的作用，还起到阻碍弹头飞行的作用，因此不仅需要调整抛投器在的水平方向上的抛投角度，来补偿水平偏移量，还要调整弹头在竖直方向上的抛投角度，来补偿风对弹头飞行过程中的距离阻碍量sz；
其原理如图3所示，其中X2点为抛投器位置，Y2点为抛投目标点，标准方向为X2点至Y2点方向；在无风条件下，弹头飞行距离为X2Y2即s1时，对应的飞行时间为t1，在该过程中，风速在标准方向上的分速度为-v1·cos(180-β)，因此风力在标准方向上对弹头飞行的距离减少量为v1·cos(180-β)·t1；故考虑到该距离减少量，实际提取步骤一中的数据库的弹头飞行距离为s2＝s1+v1·cos(180-β)·t1，与之对应的弹头飞行时间为t2，并忽略t1与t2的时间差内的风力影响；
根据步骤一中的数据库，找出与距离s2对应的垂直抛投角度α2，考虑到弹头飞行过程中风力在飞行方向的垂直方向上的影响，因此还需要调整抛投器在的水平方向上的抛投角度，来补偿水平偏移量；
如图3，Z2点为弹头瞄准点，使水平方向上弹头抛出的方向偏离标准方向B角度、且与风向所成角度为B+β，Y2Z2为弹头在风力影响下的水平偏移量，已知风速在垂直于标准方向上的分速度为v1·sin(β-90)，则水平偏移量Y2Z2＝v1·sin(β-90)·t2；可近似认为X2Y2＝X2Z2＝s1，根据三角函数余弦定理求角公式cosB＝(X2Y2 2+X2Z2 2–Y2Z2 2)/(2·X2Y2·X2Z2)可知：B＝arccos(2·s1 2–(v1·sin(β-90)·t2)2)/(2·s1 2)；
此状态下，抛投器设置的参数为：垂直方向上的抛投角度为α2，水平方向上弹头抛出的方向偏离标准方向B角度、且与风向所成角度为B+β，B＝arccos(2·s1 2–(v1·sin(β-90)·t2)2)/(2·s1 2)。
(3)风向与标准方向所成角度为锐角γ时：此时风不仅起到偏移的作用，还起到促进弹头飞行的作用，因此不仅需要调整抛投器在的水平方向上的抛投角度，来补偿水平偏移量，还要调整弹头在竖直方向上的抛投角度，来抵消风对弹头飞行过程中的距离促进量sc；
其原理如图4所示，其中X3点为抛投器位置，Y3点为抛投目标点，标准方向为X3点至Y3点方向；在无风条件下，弹头飞行距离为X3Y3即s1时，对应的飞行时间为t1，在该过程中，风速在标准方向上的分速度为v1·cosγ，因此风力在标准方向上对弹头飞行的距离增加量为v1·cosγ·t1；故考虑到该距离增加量，实际提取步骤一中的数据库的弹头飞行距离为s3＝s1-v1·cosγ·t1，与之对应的弹头飞行时间为t3，并忽略t1与t3的时间差内的风力影响；
根据步骤一中的数据库，找出与步骤(一)中弹头飞行距离s3对应的垂直抛投角度α3，考虑到弹头飞行过程中风力在飞行方向的垂直方向上的影响，因此还需要调整抛投器在的水平方向上的抛投角度，来补偿水平偏移量；
如图4，Z3点为弹头瞄准点，使水平方向上弹头抛出的方向偏离标准方向C角度、且与风向所成角度为C+γ，Y3Z3为弹头在风力影响下的水平偏移量，已知风速在垂直于标准方向上的分速度为v1·cosγ，则水平偏移量Y3Z3＝v1·cosγ·t3；可近似认为X3Y3＝X3Z3＝s1，根据三角函数余弦定理求角公式cosC＝(X3Y3 2+X3Z3 2–Y3Z3 2)/(2·X3Y3·X3Z3)可知：C＝arccos(2·s1 2–(v1·cosγ·t3)2)/(2·s1 2)；
此状态下，抛投器设置参数为：垂直方向上的抛投角度为α3，水平方向上弹头抛出的方向偏离标准方向C角度、且与风向所成角度为C+γ，C＝arccos(2·s1 2–(v1·cosγ·t3)2)/(2·s1 2)。
三、调整抛投器角度：根据步骤二设定的参数值调整抛投器。
四、抛投器进行弹头抛射。
五、弹头二次校正：
由于弹头飞行中，外界环境如风速、遇险人员移动速度可能发生变化，从而导致弹头飞行角度偏离遇险人员位置，因此需要对飞行中的弹头轨迹做出二次校正；根据实际情况，一侧伸出风阻板44，来增大该侧风阻，从而调整弹头飞行角度，实现弹头空中转弯，该过程如下：
(一)通过定位装置53来定位弹头位置，并通过无线传输装置51将位置信息传输至地面控制系统，判断弹头是否按照预定轨迹飞行；
(二)若按照预定轨迹飞行，则不需要对弹头进行二次校正；
若偏离预定轨迹，弹头临近预定轨迹一侧的风阻板44从槽室43弹出，弹出的风阻板44增大了弹头该侧风阻，使弹头向预定轨迹一侧转弯至弹头飞行方向对准抛投目标点后，槽室43倾倒，使风阻板44落入弹体3表面的凹槽32内，弹头两侧的风阻相等，弹头停止转弯，继续向抛投目标点飞行。
上述过程可由计算机自动完成。
一种救援用抛投器弹头，如图5至图9所示，为方便表述，以图5、7、8、9的右侧为前进方向，以图5的上方向为左侧；
一种救援用抛投器弹头，如图5所示，包括气动插头2、尾翼1、弹体3、救生圈放置头6、挂钩7，救生圈放置头6设置于弹体3前端，气动插头2设置于弹体3后端，尾翼1设置于弹体3后部的两侧，挂钩7位于弹体3后部底端位置；
还包括有二次校正装置4、无线传输装置51、定位装置53、设备箱5；无线传输装置51、定位装置53位于设备箱5内，该设备箱5位于弹体3内；二次校正装置4有两个、分布在弹体3左右两侧，该二次校正装置4包括控制器41、风阻板44、可活动的槽室43、电磁推杆42、电磁档杆45、限位块46，控制器41位于可活动槽室43后方；
风阻板44后侧设有凸块441，该风阻板44位于内腔形状与该风阻板44形状配合的槽室43内、并通过压缩弹簧与槽室43的顶部连接，风阻板44可在槽室43内上下移动，该槽室43的一侧设有与凸块441配合的开窗431，该开窗431下方的槽室43内设有阻止凸块441向下移动的凸台432；凸台432相对于槽室43内表面的高度小于凸块441相对于风阻板44的高度，因此凸块441可以卡在开窗431上；
槽室43垂直或倾斜于弹体3外壳、下端与弹体3的外壳铰接、该槽室43开口朝向弹体3外侧，弹体3的外壳上设有与该槽室43开口对应的风阻板窗口31、且该风阻板窗口31后侧的弹体3外壳表面设有与风阻板44配合的凹槽32；电磁推杆42对应开窗431设置、可以在通电情况下向前推动凸块441，电磁档杆45设置于槽室43前方，限位块46固定设置于槽室43后方，电磁档杆45及限位块46用于限定槽室43的位置；倾角传感器52及定位装置53与无线传输装置51电连接、控制器41与无线传输装置51及二次校正装置4电连接。
弹头二次校正装置4未工作状态下，如图7所示，风阻板44位于槽室43内，槽室43在电磁档杆45及限位块46的限制下，垂直或倾斜于弹体3的外壳，风阻板44上的凸块441卡在槽室43上的开窗431上，弹簧处于压缩状态；当弹头需要转弯时，电磁推杆42通电，按下凸块441，风阻板44脱离开窗431的限制，在弹簧作用下向外弹出至凸台432处，凸台432卡住风阻板44上的凸块441，如图8所示，此时风阻板44下端伸出槽室43及弹体3外壳，弹体3该侧的风阻增大，弹体3向该侧转弯；当弹头需要停止转弯时，位于槽室43前侧的电磁档杆45通电，电磁档杆45缩回，槽室43脱离电磁档杆45的限制，风阻板44在风的阻力作用下使槽室43向前倾倒，如图9所示，风阻板44落入壳体外侧的凹槽32中，弹头在该侧的风阻归于正常值，弹头左右两侧风阻相同，弹头不再转弯，继续向前飞行。
根据上述原理，弹头飞行时，由于挂钩7悬挂救援绳索，因此不会产生自旋现象，定位装置53将弹头位置信息通过无线传输装置51传输至地面控制系统，当弹头运行轨迹出现偏差时，比如弹头向左偏移，此时控制器41控制弹头右侧的风阻板44伸出，同时地面控制系统监测弹头飞行轨迹，当弹头飞行的方向朝向抛投目标点时，控制器41控制电磁档杆45缩回，使槽室43倾倒，从而弹头不再转弯，而继续向抛投目标点飞行。通过上述工作过程，来进行弹头的二次校正。
进一步地，还包括有倾角传感器52，该倾角传感器52设置于设备箱5内、并与无线传输装置51电连接；倾角传感器52检测弹体3飞行时角度，当检测搭配弹头飞行角度为零时，此时弹头处于飞行的最高点；一般情况下，弹头飞行至最高点时恰好飞行至抛投器及抛投目标点的中间位置附近，此时开始调整角度，可以减少过早进行校正时，调整后弹头飞行过程中再次产生的偏差，也可以防止过晚进行校正时，弹头飞行误差过大而使校正后也不能达到理想状态。
为了使弹头转向更加灵活，需要增大风阻板44的面积；而当两个风阻板44左右对称布置时，槽室43在左右方向上的长度增长至弹体3的中部时，两个槽室43顶部接触，其长度不能再增加，由此限制了风阻板44的面积；因此，为了增大风阻板面积，优选地，如图5所示，两个二次校正装置4前后错开布置；这样设计时，可以在两个二次校正装置4相互之间不会受到干扰的前提下，在设计加工时，有效增大槽室43及风阻板44在左右方向上的长度时，从而扩大风阻板44的面积。
为了防止槽室43在倾倒后，产生晃动，而影响弹体3的飞行状态，进一步地，如图5及图6所示，弹体3的外壳内部设有与槽室43配合的定位锁47，该定位锁47包括有锁舌，该锁舌斜面向上，当槽室43向前倾倒至贴近弹体3壳体内表面时，槽室43推动锁舌缩回，当槽室43转动至锁舌下方时，锁舌重新弹出，从而锁定槽室43。
为了尽量减小风阻板44落入凹槽32后对弹体3飞行阻力的影响，优选地，如图10所示，风阻板44为与弹体3的外壳配合的弧形面，风阻板44落入凹槽32后，更加紧密的贴合在凹槽32底部，而不会部分从凹槽32突出，进而影响弹体3飞行。
为了降低成本，优选地，弹体3采用聚氯乙烯材质制成，且该种材料耐高温，质量也较轻，同样的抛投气压情况下，可以有效地增大弹头飞行距离。
Claims (7)
1.一种救援用抛投器精准抛投方法，其特性在于：包括以下步骤：
一、数据库准备：在无风情况下，额定工作压力情况下，测量抛投器在竖直方向上的不同角度α0对应的弹头飞行距离s0及弹头飞行时间t0，建立无风情况下，竖直方向上抛投角度α、弹头飞行距离S及弹头飞行时间T之间对应关系的数据库；
二、抛投准备：
(一)无风时，抛投目标点设定：
(1)遇险人员移动时，定义抛投器位于X点、遇险人员位于U点，根据如下步骤进行定位抛投目标点：
①、测量遇险人员移动速度：定义遇险人员位于U点时为初始时刻，通过望远镜测量出抛投器距离遇险人员距离为XU，在一定时间段t’后，遇险人员移动至V点，再次通过望远镜测量出抛投器距离遇险人员距离为XV，根据两次位置测量出∠UXV；
则遇险人员移动的距离UV＝(XU2+XV2-2XU·XV·cos∠UXV)1/2，该遇险人员移动的速度v0＝UV/t’＝(XU2+XV2-2XU·XV·cos∠UXV)1/2/t’；其中在三角形XUV中，∠XUV＝arcsin((XV·sin∠UXV)/UV)；
②、预测抛投目标点：假设弹头在无风条件下飞行至抛投目标点W’时，遇险人员移动至W点，定义抛投目标点W’在X点至W点的延长线上，WW’＝0.5～1m；
救援人员操作设备所需时间为tr，设弹头飞行的时间为td，则遇险人员在救援人员操作设备及弹头飞行时间段内移动的距离VW＝v0·(tr+td)；
在三角形XUW中，∠XUV、XU、UV均为已知数，而VW＝v0·(tr+td)，XW’为弹头在飞行时间td时对应的弹头飞行距离，根据公式2XU·(UV+VW)·cos∠XUV＝XU2+(UV+VW)2-(XW’-WW’)2，将步骤一所建立数据库中弹头飞行时间T及其对应的弹头飞行距离S中的具体数值代入该公式中，找出满足该公式的td及XW’值、或最接近满足该公式条件的值，并将弹头飞行时间td记为t1、弹头飞行距离XW’记为s1；
在三角形XUW中，∠UXW＝arcsin((UV+VW)·sin∠XUV/XW),其中UV＝(XU2+XV2-2XU·XV·cos∠UXV)1/2、VW＝v0·(tr+t1)；
(2)遇险人员静止时，抛投目标点设置在抛投器位置至遇险人员位置的延长线上、且距离遇险人员位置0.5～1m；
(二)现场抛投参数设定：
定义抛投器位置至抛投目标点的方向为标准方向，首先测量出风速v1、风向，根据步骤一建立的无风情况下的数据库找出与步骤(一)中弹头飞行距离s1对应的时间t1及竖直方向上的抛投角度α1,并根据以下风向与标准方向所成角度情况设定抛投器竖直方向及水平方向上的抛投角度：
(1)风向与标准方向垂直时：抛投器设置参数为：垂直方向上的抛投角度为α1，水平方向上迎风、偏离标准方向arccos(2·s1 2–t1 2·v1 2)/(2·s1 2)角度；
(2)风向与标准方向所成角度为钝角β时：提取步骤一中的数据库的弹头飞行距离为s2＝s1+v1·cos(180-β)·t1，与s2对应的弹头飞行时间为t2及对应的垂直抛投角度α2；
此状态下，抛投器设置参数为：垂直方向上的抛投角度为α2，水平方向上弹头抛出的方向偏离标准方向B角度、且与风向所成角度为B+β，B＝arccos(2·s1 2–(v1·sin(β-90)·t2)2)/(2·s1 2)”；
(3)风向与标准方向所成角度为锐角γ时：提取步骤一中的数据库的弹头飞行距离为s3＝s1-v1·cosγ·t1，与s3对应的弹头飞行时间为t3及垂直抛投角度α3；
此状态下，抛投器设置参数为：垂直方向上的抛投角度为α3，水平方向上弹头抛出的方向偏离标准方向C角度、且与风向所成角度为C+γ，C＝arccos(2·s1 2–(v1·cosγ·t3)2/(2·s1 2)；
三、调整抛投器角度：根据步骤二设定的参数值调整抛投器；
四、抛投器进行弹头抛射；
五、弹头二次校正：
(一)通过定位装置(53)来定位弹头位置，并通过无线传输装置(51)将位置信息传输至地面控制系统，判断弹头是否按照预定轨迹飞行；
(二)若弹头按照预定轨迹飞行，则不需要对弹头进行二次校正；若弹头偏离预定轨迹，弹头临近预定轨迹一侧的风阻板(44)从槽室(43)弹出从而增大该侧风阻，使弹头向预定轨迹一侧转弯至弹头的飞行方向对准抛投目标点后，槽室(43)倾倒，使风阻板(44)落入弹体(3)表面的凹槽(32)内。
2.一种救援用抛投器弹头，包括气动插头(2)、尾翼(1)、弹体(3)、救生圈放置头(6)、挂钩(7)，救生圈放置头(6)设置于所述弹体(3)前端，气动插头(2)设置于所述弹体(3)后端，尾翼(1)设置于所述弹体(3)后部的两侧，挂钩(7)位于所述弹体(3)后部的底端位置；其特征在于：
还包括有二次校正装置(4)、无线传输装置(51)、定位装置(53)、设备箱(5)；所述无线传输装置(51)、定位装置(53)位于所述设备箱(5)内，该设备箱(5)位于所述弹体(3)内；所述二次校正装置(4)有两个、分布在所述弹体(3)左右两侧，该二次校正装置(4)包括控制器(41)、风阻板(44)、可活动的槽室(43)、电磁推杆(42)、电磁档杆(45)、限位块(46)，控制器(41)位于所述槽室(43)后方；
所述风阻板(44)后侧设有凸块(441)、该风阻板(44)位于内腔与该风阻板(44)配合的所述槽室(43)内、并通过压缩弹簧与槽室(43)顶部连接；所述槽室(43)上设有与该凸块(441)配合的开窗(431)、该开窗(431)下方的槽室(43)内设有阻止凸块(441)向下移动的凸台(432)；
所述槽室(43)垂直或倾斜于所述弹体(3)外壳、下端与弹体(3)的外壳铰接、该槽室(43)开口朝向弹体(3)外侧，所述弹体(3)的外壳上设有与该槽室(43)开口对应的风阻板窗口(31)、且该风阻板窗口(31)后侧的弹体(3)外壳表面设有与所述风阻板(44)配合的凹槽(32)；所述电磁推杆(42)对应所述开窗(431)设置；所述电磁档杆(45)设置于所述槽室(43)前方，所述限位块(46)固定设置于所述槽室(43)后方；
所述定位装置(53)与所述无线传输装置(51)电连接、所述控制器(41)与所述无线传输装置(51)及所述二次校正装置(4)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种救援用抛投器弹头，其特征在于：还包括有倾角传感器(52)，该倾角传感器(52)设置于所述设备箱(5)内、并与所述无线传输装置(51)电连接。
4.根据权利要求2所述的一种救援用抛投器弹头，其特征在于：两个所述二次校正装置(4)前后错开布置。
5.根据权利要求2所述的一种救援用抛投器弹头，其特征在于：所述弹体(3)的外壳内部设有与所述槽室(43)配合的定位锁(47)，该定位锁(47)包括有锁舌，该锁舌斜面向上。
6.根据权利要求2至4任意一项所述的一种救援用抛投器弹头，其特征在于：所述风阻板(44)为与所述弹体(3)的外壳配合的弧形面。
7.根据权利要求2至4任意一项所述的一种救援用抛投器弹头，其特征在于：所述弹体(3)采用聚氯乙烯材质制成。
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Inventor after: Cong Yuzhou Inventor after: An Weiguang Inventor after: Zhu Guoqing Inventor after: Song Yawei Inventor after: Liang Kai Inventor after: Yin Xiangwei Inventor after: Wang Yuankai Inventor before: An Weiguang Inventor before: Cong Yuzhou Inventor before: Zhu Guoqing Inventor before: Song Yawei Inventor before: Liang Kai Inventor before: Yin Xiangwei Inventor before: Wang Yuankai |
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