CN110015439B - 一种飞行器黑匣子的回收方法及飞行器黑匣子回收装置 - Google Patents

一种飞行器黑匣子的回收方法及飞行器黑匣子回收装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种飞行器黑匣子的回收方法，通过爆炸螺栓将黑匣子安装固定在飞行器上，以飞行器点火指令为启动即使条件，到达预设时间定时器输出起爆信号使微小爆炸装置炸开爆炸螺栓，黑匣子从飞行器脱离，同时定时器才重新计时，到达预设时间后气囊打开进行减速。本发明同时提供了一种飞行器黑匣子回收装置，包括包括黑匣子保护壳、主气囊、小气囊、气囊盒，爆炸螺栓、定时器、控制芯片、点火器、氮气固态离子等。采用定时爆破爆炸螺栓脱离母体和气囊式降落方式，能够解决目前飞行器研制过程中黑匣子回收方式有限、回收效果不佳等问题。

Description

一种飞行器黑匣子的回收方法及飞行器黑匣子回收装置
技术领域
本发明涉及一种飞行器黑匣子的回收方法及飞行器黑匣子回收装置，属于航天、航 空及兵器的飞行器测试技术领域。
背景技术
在飞行器的研制过程中，其发射、飞行过程中自身动态信息与环境信息的记录不可 或缺。实现此功能的黑匣子必须安装在飞行器上，在飞行试验过程中实时存储飞行器的测试数据，直至飞行器坠落。由于飞行器坠落速度极快，能达到甚至几个马赫的超音速， 因此在碰撞地面的过程中会产生巨大的冲击力。为此，必须对黑匣子进行特殊的防护设 计，以保证记录数据的可靠回收。
目前的防护设计主要集中于黑匣子自身结构的隔振防冲，一般通过多种绝热防冲击 抗压属性材料设计的多层壳体嵌套以及电路灌封、空间填充缓冲物等手段实现。这种依靠自身缓冲吸能结构达到卸载冲击载荷的方法并不理想，在巨大的冲击力和应力波作用下难以依靠有限体积的结构进行能量的吸收，经常导致黑匣子撞击解体、损坏甚至烧蚀。还有方法提出采用一种记录器回收用伞降装备，利用距离地面的高度信息控制降落伞的打开，但是该方法需要单片机控制步进电机的输出轴转动，机械结构比较复杂，在高空 坠落过程中实施的可靠性较差；同时该方法没有考虑到记录器如何从飞行器的固定安装 位置中脱离的方法，一旦记录器与飞行器残骸绑定无法脱离时，降落伞等飘带装置就无 法对超重的降落物提供有效的缓冲作用。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种飞行器黑匣子的回收方法及飞行器黑 匣子回收装置，采用定时爆破爆炸螺栓脱离母体和气囊式降落方式，能够解决目前飞行器研制过程中黑匣子回收方式有限、回收效果不佳等问题。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种飞行器黑匣子的回收方 法，包括以下步骤：
(1)利用爆炸螺栓将黑匣子保护壳安装在飞行器上，黑匣子位于黑匣子保护壳内部；
(2)飞行器收到点火指令起飞，黑匣子通电开始进行数据记录，同时黑匣子保护壳内的定时器开始计时；
(3)飞行器从平飞段转入再入段，在再入末段开始着陆之前，黑匣子完成数据记录，定时器输出定时起爆信号至爆炸螺栓旁边的微小爆炸装置，微小爆炸装置接收定时 起爆信号后起爆炸开爆炸螺栓，黑匣子随黑匣子保护壳从飞行器上脱离出来，开始自行 落体；在爆炸螺栓爆炸的瞬间，爆炸螺栓旁边的爆炸压力传感器感受到冲击变化，爆炸 压力传感器产生一个有效信号传给定时器，让定时器重新计时；
(4)定时器达到预定时间时主气囊打开，降低黑匣子降落速度，减小黑匣子落地时受到的冲击。
所述定时器与控制芯片连接，控制芯片与弹簧开关和点火器连接，主气囊旁设置有 氮气固态离子，步骤(4)定时器达到预定时间时，定时器向控制芯片发送定时信号， 控制芯片控制弹簧开关打开使主气囊弹出黑匣子保护壳，同时控制芯片控制点火器点火 使氮气固态离子迅速转化为气体充满主气囊。
所述黑匣子由黑匣子保护壳内的副气囊包裹。
所述定时器与控制芯片连接，控制芯片与弹簧开关和点火器连接，主气囊旁设置有 氮气固态离子，步骤(4)定时器达到预定时间时，定时器向控制芯片发送定时信号， 控制芯片控制弹簧开关打开使主气囊被弹簧弹出黑匣子保护壳，同时控制芯片控制点火 器点火使氮气固态离子迅速转化为气体充满主气囊。
本发明同时提供了一种基于所述回收方法的飞行器黑匣子回收装置，包括黑匣子保 护壳，黑匣子保护壳内的上部设有气囊盒，气囊盒分为上部的放置有主气囊的气囊室和下部的放置有控制芯片和定时器的控制室，控制芯片与定时器相互连接，主气囊通过由 弹簧开关控制的弹簧压缩固定在气囊室内，弹簧开关与控制芯片连接，气囊室旁设有放 置氮气固态离子和点火器的氮气固态离子室，气囊室与的氮气固态离子室通过弹性胶皮 分隔，黑匣子保护壳内腔的下部放置有副气囊，副气囊包括外囊和位于外囊内部的内囊， 外囊和内囊之间充满气体，黑匣子保护壳的外壁设置有用于与飞行器连接的爆炸螺栓以 及与控制芯片连接的微小爆炸装置，黑匣子保护壳内设有爆炸压力传感器。
所述主气囊和副气囊均采用橡胶材质。
本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明提供的一种飞行器黑匣子的回收方法利用爆炸螺栓将黑匣子安装固定在飞行器上，以飞行器的点火指令为启动计时条件，装订黑匣子内部的定时器，定时器 输出定时起爆信号至爆炸螺栓旁边的微小爆炸装置，微小爆炸装置接收有效信号后起爆 炸开爆炸螺栓，起爆条件简单，避免了繁杂的电子电路或机械结构，易于实现分离；
(2)在黑匣子坠落过程中，特别是以大马赫的超音速降落时，由于周围的力学环境十分复杂，黑匣子具有极强的随机干扰和高动态的模型参数变化，各种测量误差导致 很难利用高度计准确动态感知黑匣子的降落高度，因此传统的通过高度计测量高度来启 动气囊打开的方式并不可靠；本发明提供的一种飞行器黑匣子的回收方法则采用爆炸压 力传感器，通过爆炸螺栓爆炸瞬间爆炸压力的骤然变化产生一个有效信号传给定时器， 让定时器重新计时，达到预先装订的时间时启动黑匣子附属气囊打开，气囊打开时机的 确定安全可靠，排除了由于在下落过程中的复杂力学环境对高度计准确动态感知黑匣子 的降落高度的干扰；
(3)本发明提供的一种飞行器黑匣子回收装置的气囊密封性好，延展性强，充气状态下在水中浮力大，可以避免黑匣子落入水中沉入水底；其中主气囊主要对整个装置 进行减速，当主气囊中充满氮气后，增大了装置下降时的空气主力；主气囊装在气囊盒 中，为了使主气囊在充气的时候顺利的从气囊盒中释放出来，在气囊盒的顶端设计了一 个弹簧开关。这个开关由控制芯片控制，当主气囊开始充气的时候开关打开，弹簧的弹 性势能释放，以便使主气囊能及时打开；副气囊放置在黑匣子保护壳内用于包裹黑匣子， 起到进一步保护黑匣子的作用，有利于减小飞行器残骸降落造成的巨大冲击力；
(4)本发明提供的一种飞行器黑匣子回收装置通过爆炸螺栓与飞行器连接，在飞行器降落的时候，黑匣子与飞行器方便分离，有利于减小飞行器残骸降落造成的巨大冲 击力。
附图说明
图1是主气囊气囊未充气情况下结构示意图。
图2主气囊气囊充气情况下结构示意图。
图中：1-副气囊，2-黑匣子，3-黑匣子保护壳，4-定时器，5-爆炸压力传感器，6- 控制芯片，7-氮气固态离子，8-点火器，9-主气囊，10-爆炸螺栓，11-弹簧，12-弹簧开 关，13-气囊盒，14-微小爆炸装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种飞行器黑匣子的回收方法，包括以下步骤：
(1)利用爆炸螺栓将黑匣子保护壳安装在飞行器上，黑匣子位于黑匣子保护壳内部；
(2)飞行器收到点火指令起飞，黑匣子通电开始进行数据记录，同时黑匣子保护壳内的定时器开始计时；
(3)飞行器从平飞段转入再入段，在再入末段开始着陆之前，黑匣子完成数据记录，定时器输出定时起爆信号至爆炸螺栓旁边的微小爆炸装置，微小爆炸装置接收定时 起爆信号后起爆炸开爆炸螺栓，黑匣子随黑匣子保护壳从飞行器上脱离出来，开始自行 落体；在爆炸螺栓爆炸的瞬间，爆炸螺栓旁边的爆炸压力传感器感受到冲击变化，爆炸 压力传感器产生一个有效信号传给定时器，让定时器重新计时；
(4)定时器达到预定时间时主气囊打开，降低黑匣子降落速度，减小黑匣子落地时受到的冲击。
所述定时器与控制芯片连接，控制芯片与弹簧开关和点火器连接，主气囊旁设置有 氮气固态离子，步骤(4)定时器达到预定时间时，定时器向控制芯片发送定时信号， 控制芯片控制弹簧开关打开使主气囊弹出黑匣子保护壳，同时控制芯片控制点火器点火 使氮气固态离子迅速转化为气体充满主气囊。
所述黑匣子由黑匣子保护壳内的副气囊包裹。
所述定时器与控制芯片连接，控制芯片与弹簧开关和点火器连接，主气囊旁设置有 氮气固态离子，步骤(4)定时器达到预定时间时，定时器向控制芯片发送定时信号， 控制芯片控制弹簧开关打开使主气囊被弹簧弹出黑匣子保护壳，同时控制芯片控制点火 器点火使氮气固态离子迅速转化为气体充满主气囊。
本发明同时提供了一种基于所述回收方法的飞行器黑匣子回收装置，参照图1和图 2，包括黑匣子保护壳3，黑匣子保护壳3内的上部设有气囊盒13，气囊盒13分为上部 的放置有主气囊9的气囊室和下部的放置有控制芯片6和定时器4的控制室，控制芯片 6与定时器4相互连接，主气囊9通过由弹簧开关12控制的弹簧11压缩固定在气囊室 内，弹簧开关12与控制芯片6连接，气囊室旁设有放置氮气固态离子7和点火器8的 氮气固态离子室，气囊室与的氮气固态离子室通过弹性胶皮分隔，黑匣子保护壳3内腔 的下部放置有用于包裹黑匣子2的副气囊1，副气囊1包括外囊和位于外囊内部的内囊， 外囊和内囊之间充满气体，黑匣子保护壳3的外壁设置有用于与飞行器连接的爆炸螺栓 10以及与控制芯片6连接的微小爆炸装置14，黑匣子保护壳内设有爆炸压力传感器5。
氮气固态离子室可以由挡板组成，挡板上部由薄胶皮密封，使氮气固态离子7集中在一起，在点火器8发动以后能使全部的氮气固态离子够转换成气体。当气体释放的时 候，挡板上部的薄胶皮被撑破，这样气体便可分布在整个气囊内。
所述爆炸压力传感器位于气囊盒的控制室内或副气囊旁边。
所述主气囊和副气囊均采用橡胶材质。
本发明的工作原理为：飞行器在空中的运行轨迹和飞行速度等一般都是预先设置好 的，所以整个飞行过程的时间也是固定的。在飞行器起飞之前给定时器4设定时间，当黑匣子通电开始工作的时候，控制芯片6控制定时器4开始计时。当飞行器完成飞行任 务后开始返回地面的时候，黑匣子2便完成了飞行记录的任务。定时器4输出定时起爆 信号至爆炸螺栓10旁边的微小爆炸装置14，微小爆炸装置14接收有效信号后起爆炸开 爆炸螺栓10，使黑匣子与飞行器分离。在爆炸螺栓爆炸的瞬间，周围压力迅速升高，爆 炸压力传感器5接收到压力变化产生有效信号传给控制芯片6，控制芯片控制定时器4 重新定时。黑匣子与飞行器分开后，黑匣子开始自由下落。当定时器4到达预定的时间 后，控制芯片6起动点火器8点燃火氮气固态离子7。同时控制芯片6控制弹簧开关12 打开，弹簧11的弹性势能瞬间释放将大气囊9拉出气囊盒13，以便于使氮气快速充满 主气囊9。主气囊9起到黑匣子减速的作用。小气囊1的作用是为了使黑匣子2在着陆 时，有一定的缓冲时间。小气囊1与主气囊9一起保护黑匣子不会在降落的时候被损坏。
本发明提供的一种飞行器黑匣子的回收方法及飞行器黑匣子回收装置，采用定时爆 破爆炸螺栓脱离母体和气囊式降落方式，能够解决目前飞行器研制过程中黑匣子回收方 式有限、回收效果不佳等问题。

Claims (5)

1.一种飞行器黑匣子的回收方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)利用爆炸螺栓将黑匣子保护壳安装在飞行器上，黑匣子位于黑匣子保护壳内部；
(2)飞行器收到点火指令起飞，黑匣子通电开始进行数据记录，同时黑匣子保护壳内的定时器开始计时；
(3)飞行器从平飞段转入再入段，在再入末段开始着陆之前，黑匣子完成数据记录，定时器输出定时起爆信号至爆炸螺栓旁边的微小爆炸装置，微小爆炸装置接收定时起爆信号后起爆炸开爆炸螺栓，黑匣子随黑匣子保护壳从飞行器上脱离出来，开始自行落体；在爆炸螺栓爆炸的瞬间，爆炸螺栓旁边的爆炸压力传感器感受到冲击变化，爆炸压力传感器产生一个有效信号传给定时器，让定时器重新计时；
(4)定时器达到预定时间时主气囊打开，降低黑匣子降落速度，减小黑匣子落地时受到的冲击。
2.根据权利要求1所述的飞行器黑匣子的回收方法，其特征在于：所述定时器与控制芯片连接，控制芯片与弹簧开关和点火器连接，主气囊旁设置有氮气固态离子，步骤(4)定时器达到预定时间时，定时器向控制芯片发送定时信号，控制芯片控制弹簧开关打开使主气囊被弹簧弹出黑匣子保护壳，同时控制芯片控制点火器点火使氮气固态离子迅速转化为气体充满主气囊。
3.根据权利要求1所述的飞行器黑匣子的回收方法，其特征在于：所述黑匣子由黑匣子保护壳内的副气囊包裹。
4.一种基于权利要求1所述回收方法的飞行器黑匣子回收装置，其特征在于：包括黑匣子保护壳，黑匣子保护壳内的上部设有气囊盒，气囊盒分为上部的放置有主气囊的气囊室和下部的放置有控制芯片和定时器的控制室，控制芯片与定时器相互连接，主气囊通过由弹簧开关控制的弹簧压缩固定在气囊室内，弹簧开关与控制芯片连接，气囊室旁设有放置氮气固态离子和点火器的氮气固态离子室，气囊室与的氮气固态离子室通过弹性胶皮分隔，黑匣子保护壳内腔的下部放置有副气囊，副气囊包括外囊和位于外囊内部的内囊，外囊和内囊之间充满气体，黑匣子保护壳的外壁设置有用于与飞行器连接的爆炸螺栓以及与控制芯片连接的微小爆炸装置，黑匣子保护壳内设有爆炸压力传感器。
5.根据权利要求4所述的飞行器黑匣子回收装置，其特征在于：所述主气囊和副气囊均采用橡胶材质。
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