CN110615102A - 一种空投系统着陆防翻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空投系统着陆防翻装置，包括防翻支架、高度及水平测定模块、定力电动收缆机构、地锚和控制器，防翻支架固设于空投货台上，定力电动收缆机构和高度及水平测定模块设置于防翻支架上，定力电动收缆机构通过定向防翻连接绳与地锚连接，高度及水平测定模块和定力电动收缆机构分别与控制器连接。结构简单，使用方便，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
技术领域
本发明涉及一种空投系统着陆防翻装置。
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。
空投系统目前采用被动式防翻稳定技术，包含防翻支架稳定技术和定向防翻稳定技术。其中防翻支架稳定技术采用防翻支架结构安装固定在货台上面，着陆时加宽货台侧面的宽度，防止货台发生侧翻。定向防翻稳定技术采用地锚抓地后，连接绳受力并拉动货台转动到顺风向着陆，避免迎风测向着陆。
防翻支架(或防翻板)安装时不占用货台宽度，空投系统离机空投后按照工作程序展开。防翻支架(或防翻板)加大系统的自身重量，增加伞绳钩挂的风险，且防翻支架(或防翻板)在机舱内一旦提前意外展开会造成严重的飞行事故，所以对防翻支架(或防翻板)的可靠性要求较高。
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。
定向防翻装置采用地锚及定向防翻连接绳等部件，在空投系统展开稳降过程中，打开定向防翻装置，连接在装备尾部长轴上的地锚及连接绳抛向地面，地锚着地后在风力作用下抓地并拉紧连接绳，转动装备顺风向着陆，在风力小时因连接绳拉不紧而起不到稳定效果；同时无法感测装备转动的状态，释放的连接绳在拉紧时也可能钩挂住转动的装备的底边，造成地锚不一定沿装备长轴向拉动装备转动，造成着陆时装备长轴向与飞行方向近乎垂直，装备翻倒。
防翻支架稳定技术和定向防翻稳定技术具有一定局限性，不能适应复杂环境下的空投系统。
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装置，结构简单，使用方便，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装置，包括防翻支架、高度及水平测定模块、定力电动收缆机构、地锚和控制器，防翻支架固设于空投货台上，定力电动收缆机构和高度及水平测定模块设置于防翻支架上，定力电动收缆机构通过定向防翻连接绳与地锚连接，高度及水平测定模块和定力电动收缆机构分别与控制器连接。
按照上述技术方案，定力电动收缆机构包括电机、收揽盘和锁闭机构，收揽盘套设于电机的输出轴上，锁闭机构设置于收揽盘的一侧，定向防翻连接绳的一端缠绕于收揽盘上，定向防翻连接绳的另一端与地锚连接；电机驱动收揽盘转动，从而收放定向防翻连接绳，改变空投货台与地锚之间的距离，锁闭机构用于锁止收揽盘，防止收揽盘转动。
按照上述技术方案，电机与防翻支架之间还连接有电机基座，电机通过电机基座固设于防翻支架上，电机基座设有内腔，收揽盘套设于电机基座的内腔中，形成防护作用，锁闭机构设置于电机基座上。
按照上述技术方案，电机的输出轴与收揽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，棘轮布置于收揽盘的外圈，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。
按照上述技术方案，高度及水平测定模块包括卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达，卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达分别与控制器连接；卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达固设于防翻支架上，控制器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，通过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。
按照上述技术方案，控制器与锁闭机构和电机之间连接有驱动器。
本发明具有以下有益效果：
本发明的空投系统着陆防翻装置，结构简单，使用方便，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是本发明实施例中空投系统着陆防翻装置的立面图；
图2是本发明实施例中空投系统着陆防翻装置的主视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是本发明实施例中空投系统着陆防翻装置的电控原理图；
图中，1-电机，2-扭矩限制器，3-电机基座，4-收揽盘，5-棘轮，6-电机轴套，7-拉簧座，8-拉簧，9-棘爪，10-复位拉杆。
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4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装置，包括防翻支架、高度及水平测定模块、定力电动收缆机构、地锚和控制器，防翻支架固设于空投货台上，定力电动收缆机构和高度及水平测定模块设置于防翻支架上，定力电动收缆机构通过定向防翻连接绳与地锚连接，高度及水平测定模块和定力电动收缆机构分别与控制器连接。
进一步地，定力电动收缆机构包括电机1、收揽盘4和锁闭机构，收揽盘4套设于电机1的输出轴上，锁闭机构设置于收揽盘4的一侧，定向防翻连接绳的一端缠绕于收揽盘4上，定向防翻连接绳的另一端与地锚连接；电机1驱动收揽盘4转动，从而收放定向防翻连接绳，改变空投货台与地锚之间的距离，锁闭机构用于锁止收揽盘4，防止收揽盘4转动；所述的定力电动收缆机构能单向自动收紧定向防翻连接绳，并达到规定力矩后使定向防翻连接绳停止，避免电机1烧毁的弊端，结构简单，方便控制。
进一步地，定向防翻连接绳包括钢缆。
进一步地，电机1与防翻支架之间还连接有电机基座3，电机1通过电机基座3固设于防翻支架上，电机基座3设有内腔，收揽盘4套设于电机基座3的内腔中，形成防护作用，锁闭机构设置于电机基座3上。
进一步地，电机1的输出轴与收揽盘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布置于收揽盘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，锁闭机构还包括拉簧8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8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8带动棘爪9复位，使棘爪9与棘轮5脱离。
进一步地，高度及水平测定模块包括卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达，卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达分别与控制器连接；卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达固设于防翻支架上，控制器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，通过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。
进一步地，电机1的输出轴通过电机轴套6与收揽盘4连接。
进一步地，控制器与锁闭机构和电机1之间连接有驱动器。
本发明的工作原理：
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，发明了一种适应性强、可靠性高，能帮助空投系统进行姿态调整的新型防翻装置。该防翻装置利用毫米波雷达测量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，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，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在重力作用下下落；当地锚落地后，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。
一种空投系统着陆防翻装置，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在重力作用下下落；当地锚落地后，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1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。
控制器获取卫星定位模块的高度信息h、航向信息(空投装备与北向夹角)α，控制器通过电子罗盘获取空投装备长轴的指向β(与正北方向的夹角)和根据指向的变化计算出空投装备长轴旋转的角速度υ，控制器根据α和β可以得知空投装备的航向与空投装备长轴指向的夹角θ。控制器通过毫米波雷达获得空投装备对地的相对高度信息Δh，控制器实时监测相对高度信息Δh(同时监测卫星定位模块测得的高度信息h)，当Δh，υ，θ满足《一种空投系统着陆防翻方法》的条件时，控制器通过驱动器的开关驱动电路抬起锁闭机构，同时通过“H”桥驱动电路驱动电机1反转释放钢缆；控制器根据《一种空投系统着陆防翻方法》来计算空投装备落地时间，落地时间到，控制器停止驱动“H”桥驱动电路让电机1停止反转，之后通过驱动器的开关驱动电路闭合锁闭机构，最后再驱动“H”桥驱动电路让电机1开始正转，收紧钢缆，最终保证空投装备在随风向前飞的过程中地锚沿装备自身长轴方向在其后拖住，以保证在着陆时空投装备的自身长轴向与空投装备的飞行方向基本重合，从而提高空投装备着陆时的抗翻性能。
本发明的工作过程包括以下步骤：
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。
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连接；
定力电动收缆机构包括电机1、绞盘和锁闭机构，绞盘套设于电机1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。
进一步地，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1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，阻止绞盘逆时针转动。
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，
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。
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 (8)
1.一种空投系统着陆防翻装置，其特征在于，包括防翻支架、高度及水平测定模块、定力电动收缆机构、地锚和控制器，防翻支架固设于空投货台上，定力电动收缆机构和高度及水平测定模块设置于防翻支架上，定力电动收缆机构通过定向防翻连接绳与地锚连接，高度及水平测定模块和定力电动收缆机构分别与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的空投系统着陆防翻装置，其特征在于，定力电动收缆机构包括电机、收揽盘和锁闭机构，收揽盘套设于电机的输出轴上，锁闭机构设置于收揽盘的一侧，定向防翻连接绳的一端缠绕于收揽盘上，定向防翻连接绳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装置，其特征在于，电机与防翻支架之间还连接有电机基座，电机基座设有内腔，收揽盘套设于电机基座的内腔中，锁闭机构设置于电机基座上。
4.根据权利要求2所述的空投系统着陆防翻装置，其特征在于，电机的输出轴与收揽盘之间连接有扭矩限制器。
5.根据权利要求2所述的空投系统着陆防翻装置，其特征在于，锁闭机构包括棘轮、棘爪和驱动机构，棘轮布置于收揽盘的外圈，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。
6.根据权利要求5所述的空投系统着陆防翻装置，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。
7.根据权利要求6所述的空投系统着陆防翻装置，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。
8.根据权利要求1所述的空投系统着陆防翻装置，其特征在于，高度及水平测定模块包括卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达，卫星定位模块、电子罗盘和毫米波雷达分别与控制器连接。
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