CN110606205A - 一种空投系统着陆防翻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空投系统着陆防翻方法，包括以下步骤：在空中择机释放连接在空投货台上的地锚，货台通过钢缆与地锚连接；地锚着陆后，开始收紧松弛的钢缆直至货台降落至地面；通过地锚与地面的摩擦力拖拽货物或货台，使货台的长轴方向与货台的飞行方向相反。本发明提高货台的抗翻性能，便于使用，适应性良好，且成本较低，适用于重型装备和贵重装备的空投着陆使用，能减小装备的受损概率，提高空投效率。

Description

一种空投系统着陆防翻方法

技术领域

本发明涉及一种空投系统着陆防翻方法。

背景技术

空投系统的着陆受环境因素的变化影响较大，风场的变化、空投场地地形与高度以及装备重心变化对空投系统着陆状态都有干扰；并且现有的防翻装置调姿能力与环境复杂度不匹配，使得空投系统着陆时会发生翻倒，造成空投系统使用受到一定的局限。

为解决着陆阶段重型装备自旋、特定风速下现有防翻技术失效等问题，提出了一种适应性强、可靠性高，能帮助空投系统进行姿态调整的新型防翻方法。防翻方法是在空投系统着陆的近地段，根据测得空投系统的相对(地面)高度、运动方向、空投货物的旋转方向以及空投货物长轴方向，分类计算，择机释放地锚，当地锚着地，通过电机收紧连接地锚的钢缆，空投系统在随风向前飞的过程中地锚沿空投货物自身长轴方向在其后拖住空投系统，以保证在着陆时空投货物自身长轴向与空投系统的飞行方向基本重合，提高空投系统着陆时的抗翻性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种空投系统着陆防翻方法，提高货台的抗翻性能，便于使用，适应性良好，且成本较低，适用于重型装备和贵重装备的空投着陆使用，能减小装备的受损概率，提高空投效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种空投系统着陆防翻方法，包括以下步骤：

1)在空中择机释放连接在空投货台上的地锚，货台通过钢缆与地锚连接；

2)地锚着陆后，开始收紧松弛的钢缆直至货台降落至地面；

3)通过地锚与地面的摩擦力拖拽货物或货台，使货台的长轴方向与货台的飞行方向相反。

按照上述技术方案，空投货台上设有定力电动收缆机构，定力电动收缆机构通过钢缆与地锚连接；

定力电动收缆机构包括电机、绞盘和锁闭机构，绞盘套设于电机的输出轴上，锁闭机构设置于绞盘的一侧，钢缆的一端缠绕于绞盘上，钢缆的另一端与地锚连接。

按照上述技术方案，在所述的步骤1)中，在空中择机释放地锚具体过程是指：

a)当空投货台下降至离地高度H时，即刻释放地锚；

b)启动电机逆时针转动，释放绞盘上的钢缆，释放时间其中V_电机为电机转动释放钢缆的速度，V_{降落伞垂直落速}为降落伞的垂直落速；

c)释放时间截止后，电机停止逆时针转动，启动锁闭机构锁住绞盘，阻止绞盘逆时针转动。

按照上述技术方案，在所述的步骤2)中，收紧松弛的钢缆直至货台降落至地面的具体过程为：启动电机顺时针转动，通过绞盘实时收紧空投货台在下落过程中松弛的钢缆，直至货台降落至地面，电机停止转动。

按照上述技术方案，在所述的步骤a)中，

当ω逆时针α＞β，满足45°<α-β<270°时，

则释放地锚；

当ω逆时针β＞α，满足90°<β-α<315°时，

则释放地锚；

当ω顺时针β＞α，满足45°<β-α<270°时，

则释放地锚；

当ω顺时针α＞β，满足90°<α-β<315°时，

则释放地锚；

当ω＝0，满足60°＜|α-β|＜300°时，H＜320，释放地锚；

当H＜80，即刻释放地锚，以上公式中，ω为空投货台长轴的旋转的角速度，α为空投货台的水平运动方向，β为空投货台长轴与正北夹角，V_电机为电机转动释放钢缆的速度，V_{降落伞垂直落速}为降落伞的垂直落速。

按照上述技术方案，空投货台上设有卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达，通过毫米波雷达测量空投装备离地面的相对高度，通过卫星定位模块测量装备的水平运动方向α，通过电子罗盘测量装备长轴与正北夹角β同时计算装备长轴的旋转的角速度ω。

按照上述技术方案，电机的输出轴与绞盘之间连接有扭矩限制器。

按照上述技术方案，锁闭机构包括棘轮、棘爪和驱动机构，棘轮布置于绞盘的外圈，棘爪设置于棘轮的一侧，驱动机构与棘爪连接，控制器与驱动机构连接，控制器通过驱动机构带动棘爪动作，对棘轮形成锁紧制动或解锁。

按照上述技术方案，驱动机构包括复位拉杆和电磁吸合器，复位拉杆与棘爪连接，电磁吸合器设置于复位拉杆的一侧，控制器与电磁吸合器连接，控制器控制电磁吸合器通电或断电，从而吸合复位拉杆使棘爪动作。

按照上述技术方案，锁闭机构还包括拉簧和拉簧座，棘爪通过转轴设置于电机基座上，可绕转轴转动，棘爪的一端与复位拉杆的下端铰接，棘爪的另一端通过拉簧与拉簧座连接，拉簧座固设于电机基座，电磁吸合器设置于复位拉杆的一侧，电磁吸合器不吸合复位拉杆时拉簧带动棘爪复位，使棘爪与棘轮脱离。

本发明具有以下有益效果：

本发明方法中在空中择机释放连接在货物或货台尾部的地锚和钢缆，地锚着陆后，开始收紧连接地锚的钢缆，之后由地锚和地面的摩擦力拖拽货物或货台，使其长轴方向正好与飞行方向相反，以保证货台沿长轴向着陆，以此来加大货台的抗翻力矩，提高货台的抗翻性能，便于使用，适应性良好，且成本较低，适用于重型装备和贵重装备的空投着陆使用，能减小装备的受损概率，提高空投效率。

附图说明

图1是本发明实施例中定力电动收缆机构的立面图；

图2是本发明实施例中定力电动收缆机构的主视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本发明实施例中ω逆时针α＞β时空投货台的水平视图；

图5是本发明实施例中ω逆时针α＜β时空投货台的水平视图；

图6是本发明实施例中ω顺时针β＞α时空投货台的水平视图；

图7是本发明实施例中ω顺时针β＜α时空投货台的水平视图；

图中，1-电机，2-扭矩限制器，3-电机基座，4-绞盘，5-棘轮，6-电机轴套，7-拉簧座，8-拉簧，9-棘爪，10-复位拉杆，11-货台，12-地锚，13-货台头，N-正北向，F-货台飞行方向，C-货台长轴方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图3所示，本发明提供的一个实施例中的一种空投系统着陆防翻方法，包括以下步骤：

1)在空中择机释放连接在空投货台上的地锚12，货台通过钢缆与地锚12连接；

2)地锚12着陆后，开始收紧松弛的钢缆直至货台降落至地面；

3)通过地锚12与地面的摩擦力拖拽货物或货台，使货台的长轴方向与货台的飞行方向相反；以保证货物或货台沿长轴向着陆，以此来加大货物或货台的抗翻力矩，提高货物或货台的抗翻性能。

进一步地，空投货台上设有定力电动收缆机构，定力电动收缆机构通过钢缆与地锚12连接；

定力电动收缆机构包括电机1、绞盘4和锁闭机构，绞盘4套设于电机1的输出轴上，锁闭机构设置于绞盘4的一侧，钢缆的一端缠绕于绞盘4上，钢缆的另一端与地锚12连接。

进一步地，电机1的输出轴通过电机轴套6与绞盘连接。

进一步地，在所述的步骤1)中，在空中择机释放地锚12具体过程是指：

a)当空投货台下降至离地高度H时，即刻释放地锚12；

b)启动电机1逆时针转动，释放绞盘4上的钢缆，释放时间其中V_电机为电机1转动释放钢缆的速度，V_{降落伞垂直落速}为降落伞的垂直落速；

c)释放时间截止后，电机1停止逆时针转动，启动锁闭机构锁住绞盘4，阻止绞盘4逆时针转动。

进一步地，在所述的步骤2)中，收紧松弛的钢缆直至货台降落至地面的具体过程为：启动电机1顺时针转动，通过绞盘4实时收紧空投货台在下落过程中松弛的钢缆，直至货台降落至地面，电机1停止转动。

进一步地，在所述的步骤a)中，

如图4所示，当ω逆时针α＞β，满足45°<α-β<270°时，

则释放地锚12；

如图5所示，当ω逆时针β＞α，满足90°<β-α<315°时，

则释放地锚12；

如图6所示，当ω顺时针β＞α，满足45°<β-α<270°时，

则释放地锚12；

如图7所示，当ω顺时针α＞β，满足90°<α-β<315°时，

则释放地锚12；

当ω＝0，满足60°＜|α-β|＜300°时，H＜320，释放地锚12；

当H＜80，即刻释放地锚12，以上公式中，ω为空投货台长轴的旋转的角速度，α为空投货台的水平运动方向，β为空投货台长轴与正北夹角，V_电机为电机1转动释放钢缆的速度，V_{降落伞垂直落速}为降落伞的垂直落速。

进一步地，空投货台上设有卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达，通过毫米波雷达测量空投装备离地面的相对高度，通过卫星定位模块测量装备的水平运动方向α，通过电子罗盘测量装备长轴与正北夹角β同时计算装备长轴的旋转的角速度ω。

进一步地，电机1的输出轴与绞盘4之间连接有扭矩限制器2。

进一步地，锁闭机构包括棘轮5、棘爪9和驱动机构，棘轮5布置于绞盘4的外圈，棘爪9设置于棘轮5的一侧，驱动机构与棘爪9连接，控制器与驱动机构连接，控制器通过驱动机构带动棘爪9动作，对棘轮5形成锁紧制动或解锁。

进一步地，驱动机构包括复位拉杆10和电磁吸合器，复位拉杆10与棘爪9连接，电磁吸合器设置于复位拉杆10的一侧，控制器与电磁吸合器连接，控制器控制电磁吸合器通电或断电，从而吸合复位拉杆10使棘爪9动作。

进一步地，棘爪9作用在棘轮5上时锁住绞盘4，防止绞盘4逆时针转动，允许其在电机1带动下顺时针转动。

进一步地，锁闭机构还包括拉簧和拉簧座7，棘爪9通过转轴设置于电机基座3上，可绕转轴转动，棘爪9的一端与复位拉杆10的下端铰接，棘爪9的另一端通过拉簧与拉簧座7连接，拉簧座7固设于电机基座3，电磁吸合器设置于复位拉杆10的一侧，电磁吸合器不吸合复位拉杆10时拉簧带动棘爪9复位，使棘爪9与棘轮5脱离。

进一步地，定力电动收缆机构还包括控制器，控制器分别与卫星定位模块、电子罗盘、毫米波雷达、电机1和锁闭机构连接。

进一步地，货台上设有防翻支架，定力电动收缆机构设置于防翻支架上。

进一步地，电机1连接有电机基座3，电机基座3设有内腔，绞盘4套设于电机基座3的内腔中，锁闭机构设置于电机基座3上。

本发明的工作原理：

空投系统的地锚12的连接钢缆长度200m，电机1通过绞盘4释放钢缆的速度为12m/s，电机1通过绞盘4收紧松弛的钢缆的速度为8m/s，空投系统稳定下落速度约为8m/s，在降落的过程中，每200ms采集计算一次α、β、H，每1s计算一次ω及方向。

(1)当ω逆时针α＞β，满足45°<α-β<270°，并且满足 此时可以启动电机1逆时针转动，释放绞盘4上的钢丝缆绳，释放时间释放时间到，电机1停止逆时针转动，启动锁闭机构锁住绞盘4阻止逆时针转动(允许顺时针转动)，启动电机1开始顺时针转动，通过绞盘4实时收紧空投系统在下落过程中可能松弛的钢缆，直至高度H降落为0，电机1停止转动。

(2)当ω逆时针β＞α，满足90°<β-α<315°，并且满足 此时可以启动电机逆时针转动，后续操作同(1)。(3)当ω顺时针β＞α，满足45°<β-α<270°，并且满足 此时可以启动电机1逆时针转动，后续操作同(1)。

(4)当ω顺时针α＞β，满足90°<α-β<315°，并且满足 此时可以启动电机1逆时针转动，后续操作同(1)。

(5)当ω＝0，H＜320，满足60°＜|α-β|＜300°，释放地锚12，后续操作同(1)。

(6)当H＜80，释放地锚12，后续操作同(1)。

说明：(1)～(4)条件中设定，α-β或者β-α的角度范围，为了保证地锚12不会沿空投系统的飞行方向以及可能影响空投系统飞行的区域释放。为了保证释放时地锚12一定能触地，所以在允许姿态调整的时间内，释放的钢缆与降落伞下落的高度之和一定要大于当前高度。同时要保证计算得，H＜333m，取H最大为320m。同时考虑地锚12与地面的摩擦力，释放连接地锚12的钢缆长度不能太短，应保证在50m以上，因此计算得，H＞83m，取H最小为320m。

为保底操作，在最低限定高度时须释放地锚12。

如图4-图7所示中，α为空投系统的水平运动方向，ω为空投货物或货台的角速度大小，β为空投货物或货台长轴方向(头指向尾)与正北向的顺时针夹角。双箭头弧线表示的姿态调整时货台允许转动的角度。

利用毫米波雷达测量空投装备离地面的相对高度，利用卫星定位模块测量装备的水平运动方向，利用电子罗盘测量装备长轴与正北夹角同时计算装备长轴的旋转的角速度，当装备降落到设定高度，控制器根据角速度和装备长轴与装备的水平运动方向夹角的分类，控制驱动器打开电机1转盘上的锁闭机构，启动电机1反转，释放钢缆，钢缆末端连着的地锚12在重力作用下下落；当地锚12落地后，闭合电机1转盘上的锁闭机构(此时只允许电机1正转)，启动电机1正转，收紧松弛的钢缆，装备在随风向前飞的过程中地锚12沿装备自身长轴方向在其后拖住，以保证在着陆时装备的自身长轴向与装备的飞行方向基本重合，提高空投装备着陆时的抗翻性能。

卫星定位模块，电子罗盘，毫米波雷达均采用成熟的模块，卫星定位模块可以是单GPS、单北斗、单GLONASS定位模式也可是其任意组合，电子罗盘可采用三维磁阻的传感器，毫米波雷达可采用77GHz频段的无线电波雷达传感器，它们与控制器之间均采用RS232接口通讯。驱动器中有两路驱动，一路为“H”桥驱动电路，用于驱动直流有刷电机1的正反转；一路为开关驱动电路，用于驱动锁闭机构的电磁铁吸合和释放从而带动锁闭机构闭合(只允许电机1正转)和抬起(电机1可以正转也可以反转)。控制器和驱动器之间采用电平信号控制。电机1由电机本体、减速器和力矩限制器组成，力矩限制器与转盘相连，转盘内侧有卷盘钢缆的槽，转盘外侧有带弧度的齿轮，锁闭机构与转盘外侧的齿轮相接(如图2所示)；锁闭机构抬起时，电机1可以正、反转，锁闭机构闭合时，电机1只能正转，同时电机1正转时，若外部拖拽力量过大，电机本体和减速器会保持正转，力矩限制器和转盘则保持静止，以保护电机不会堵转烧毁。电机1通过转盘的正转或反转来收紧或释放钢缆，200m钢缆的末端连接着55Kg的三爪式地锚12。

空中择机释放，在空投系统着陆的近地段，测得空投系统的货物或货台的底部离地高度H，同时测得空投系统的水平运动方向α(α为与正北方向的夹角，α测取时可以将空投系统作质点考虑)，空投货物或货台的角速度(方向为顺时针或逆时针，大小为ω)，空投货物或货台长轴方向β(由货物或货台前端指向尾部地锚12，指向与正北向的顺时针夹角)，当高度H降落到320m及以下时，根据方向顺时针或逆时针，以及α＞β或α＜β，分类计算，满足设定条件后，释放地锚12，电机1逆时针转动，将盘在绞盘4上的钢缆释放，以保证地锚12着陆时在空投系统水平运动的相反方向。

着陆时间，根据高度H、电机1转动释放钢缆的速度V_电机以及降落伞的垂直落速V_{降落伞垂直落速}计算出地锚12的着陆时间；地锚12着陆后，电机1停止逆时针转动，启动电机绞盘4的锁闭机构(锁闭机构可以防止电机在外部大扭矩拖拽时逆时针转动，只允许电机顺时针转动)，启动电机顺时针转动，通过绞盘4实时收紧空投系统在下落过程中可能松弛的钢缆，直至高度H降落为0，电机停止转动。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空投系统着陆防翻方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在空中择机释放连接在空投货台上的地锚，货台通过钢缆与地锚连接；

2)地锚着陆后，开始收紧松弛的钢缆直至货台降落至地面；

3)通过地锚与地面的摩擦力拖拽货台，使货台的长轴方向与货台的飞行方向相反。

2.根据权利要求1所述的空投系统着陆防翻方法，其特征在于，空投货台上设有定力电动收缆机构，定力电动收缆机构通过钢缆与地锚连接；

定力电动收缆机构包括电机、绞盘和锁闭机构，绞盘套设于电机的输出轴上，锁闭机构设置于绞盘的一侧，钢缆的一端缠绕于绞盘上，钢缆的另一端与地锚连接。

3.根据权利要求2所述的空投系统着陆防翻方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，在空中择机释放地锚具体过程是指：

a)当空投货台下降至离地高度H时，即刻释放地锚；

b)启动电机逆时针转动，释放绞盘上的钢缆，释放时间其中V_电机为电机转动释放钢缆的速度，V_{降落伞垂直落速}为降落伞的垂直落速；

c)释放时间截止后，电机停止逆时针转动，启动锁闭机构锁住绞盘，阻止绞盘逆时针转动。

4.根据权利要求2所述的空投系统着陆防翻方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，收紧松弛的钢缆直至货台降落至地面的具体过程为：启动电机顺时针转动，通过绞盘实时收紧空投货台在下落过程中松弛的钢缆，直至货台降落至地面，电机停止转动。

5.根据权利要求2所述的空投系统着陆防翻方法，其特征在于，在所述的步骤a)中，

当ω逆时针α＞β，满足45°<α-β<270°时，

则释放地锚；

当ω逆时针β＞α，满足90°<β-α<315°时，

则释放地锚；

当ω顺时针β＞α，满足45°<β-α<270°时，

则释放地锚；

当ω顺时针α＞β，满足90°<α-β<315°时，

则释放地锚；

当ω＝0，满足60°＜|α-β|＜300°时，H＜320，释放地锚；

当H＜80，即刻释放地锚，以上公式中，ω为空投货台长轴的旋转的角速度，α为空投货台的水平运动方向，β为空投货台长轴与正北夹角，V_电机为电机转动释放钢缆的速度，V_{降落伞垂直落速}为降落伞的垂直落速。

6.根据权利要求5所述的空投系统着陆防翻方法，其特征在于，空投货台上设有卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达，通过毫米波雷达测量空投装备离地面的相对高度，通过卫星定位模块测量装备的水平运动方向α，通过电子罗盘测量装备长轴与正北夹角β同时计算装备长轴的旋转的角速度ω。

7.根据权利要求2所述的空投系统着陆防翻方法，其特征在于，电机的输出轴与绞盘之间连接有扭矩限制器。

8.根据权利要求2所述的空投系统着陆防翻方法，其特征在于，锁闭机构包括棘轮、棘爪和驱动机构，棘轮布置于绞盘的外圈，棘爪设置于棘轮的一侧，驱动机构与棘爪连接，控制器与驱动机构连接，控制器通过驱动机构带动棘爪动作，对棘轮形成锁紧制动或解锁。

9.根据权利要求8所述的空投系统着陆防翻方法，其特征在于，驱动机构包括复位拉杆和电磁吸合器，复位拉杆与棘爪连接，电磁吸合器设置于复位拉杆的一侧，控制器与电磁吸合器连接，控制器控制电磁吸合器通电或断电，从而吸合复位拉杆使棘爪动作。

10.根据权利要求9所述的空投系统着陆防翻方法，其特征在于，锁闭机构还包括拉簧和拉簧座，棘爪通过转轴设置于电机基座上，可绕转轴转动，棘爪的一端与复位拉杆的下端铰接，棘爪的另一端通过拉簧与拉簧座连接，拉簧座固设于电机基座，电磁吸合器设置于复位拉杆的一侧，电磁吸合器不吸合复位拉杆时拉簧带动棘爪复位，使棘爪与棘轮脱离。