一种主备一体的降落伞装备及打开方法

技术领域

本发明属于航空应急救援领域，涉及一种主伞、备份伞一体化控制的降落伞系统及打开方法，具体涉及一种主备一体的降落伞装备及打开方法。

背景技术

目前降落伞系统主要包括主伞和备份伞。主伞打开后不需要打开备份伞、主伞不能打开时需要打开备份伞。

主伞的开伞方式主要有2种，第一种是离机开伞(一级)，第二种是使用机械启动装置开伞(二级开伞)。

备份伞的开伞方式主要是手拉开伞，即跳伞员跳伞时，当主伞系统出现故障不能开伞时，跳伞人员需手动飞脱主伞、并同时拉开备份伞。

现阶段还没有一种可以同时兼顾主伞、备份伞一体化控制的开伞装置，更多是依靠人力来保障跳伞员自身的救生安全。但是不可避免地在特定环境下跳伞员因生理、心理等因素的影响，处于不清醒状态，不能手动打开备份伞而造成伤亡事故。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种主备一体的降落伞装备及打开方法，如遇主伞不能正常张开或先正常张开后又出现故障时，能及时、自动地飞脱主伞并同时打开备份伞，保障伞载系统的安全着陆。

发明技术解决方案：

一种主备一体的降落伞装备，包括第一切割刀、第二切割刀、第三切割刀、启动器、温压传感器、MCU、电源模块和击发模块；第一切割刀与主伞的封包绳连接，第二切割刀与主伞与伞系统的连接绳连接，第三切割刀与备份伞的封包绳连接；传感器实时测量伞载系统所处区域的大气环境参数，并将测得的大气环境参数传递给MCU；MCU用来解算大气环境参数，并在满足设置的备份伞应急开伞控制逻辑后输出击发信号；电源模块用来给开伞装置提供电源；击发模块在接收到MCU输出的击发信号后，经过调解后控制第一切割刀、第二切割刀和第三切割刀击发。

进一步的，启动器包括启动栓、插孔和开关，插孔设在开伞装置上，插孔中设置有开关；待机状态下启动栓一端通过插孔插到开伞装置上，启动栓另一端连接到飞机上或者是挂在负载上；当启动栓插在插孔中时开关处于断开状态，设备不工作，当启动栓拔出时开关处于接通状态，设备进入工作状态。

进一步的，启动栓为柔性栓，启动栓上打防松保险，开关为常开型开关。

进一步的，传感器是温压传感器，温压传感器实时测量伞载系统所处区域的大气静压P和大气静温T，并将测得的大气静压值P和大气静温T传递给MCU；MCU用来解算大气静压P和大气静温T，并在满足设置的备份伞应急开伞控制逻辑后输出击发信号。

进一步的，MCU将温压传感器测量并传递过来的大气静压P、大气静温T先解算成伞载系统所处区域的高度值H，然后通过高度值H将单位时间的内的高度差解算成伞载系统的实时垂直下降速度V。

进一步的，根据气压高H度和大气静压P、大气静温T的关系计算气压高度H；忽略重力加速度g的变化，气压高度H与大气静压P、大气静温T的关系为：

T＝T0+βH

式(1-2)

根据单位时间内的高度变化量计算下降速度，即下降速度计算公式为：

式中：P0＝101.324kPa，是标准海平面的大气压；

R＝287.05278m

g0＝9.80665m/s

β为温度垂直变化率；

T0＝273.16K，为标准海平面的温度。

一种主备一体的降落伞装备的打开方法，使用上述的一种主备一体的降落伞装备，包括以下步骤：

步骤一，激活启动器，开伞装备开始工作；

步骤二，当伞载系统离机后，MCU将时钟T、解算出来的高度H与主伞预置开伞时间T0、高度H0进行对比，当T≥T0、H≤H0，认为到达主伞开伞边界；此时MCU对击发模块发出信号，击发模块控制第一切割刀击发；

步骤三，MCU将时钟T、解算出来的高度H、垂直下降速度V与备份伞预置开伞时间T1、安全高度H1、安全速度V1进行对比，若同时满足T≥T1、V≤V1，或同时满足H≤H1、V≤V1，认为主伞开伞正常、不满足备份伞应急开伞条件；否则认为主伞开伞不正常、需要需飞脱主伞并打开备份伞，此时MCU对击发模块发出信号，击发模块控制第二切割刀和击发第三切割刀先后激发。

进一步的，步骤二中，伞载系统离机时，启动器激活，触发开伞装置开始工作；温压传感器测量伞载系统所处区域的大气静压P、大气静温T，并将测得的大气静压P、大气静温T传递给MCU，MCU将大气静压P先解算成伞载系统所处区域的高度值H；伞载系统离机后经过一段时间T0、并下降到高度H0后，开伞装置击发第一切割刀，打开主伞封包绳，主伞充气张开。

进一步的，步骤三中，温压传感器持续测量伞载系统所处区域的大气静压P、大气静温T，并将测得的大气静压P、大气静温T传递给MCU，MCU将大气静压P先解算成伞载系统所处区域的高度值H，然后通过高度值H将单位时间的内的高度差解算成伞载系统的实时垂直下降速度V；当伞载系统下降到一定的安全高度H1后，MCU12将解算出来的高度H、垂直下降速度V与备份伞预置安全高度H1、安全速度V1进行对比，如同时满足H≤H1、V≤V1，认为主伞开伞正常、不满足备份伞应急开伞条件；否则，H≤H1、V>V1，认为主伞开伞不正常、需要需飞脱主伞并打开备份伞。

本发明的有益效果：

1)本降落伞系统，能够根据实际战训任务需求，合理设置工作参数，主伞、备份伞开伞时机可一体化精确控制，并能智能判断并处理主伞先正常开伞后意外失效的特殊故障模式；

2)本降落伞系统，为机电结构，电子控制、机械执行，控制精度高、可靠度高，可满足全疆域战训任务需求；

3)本降落伞系统，系统交联简单，使用维护性能好。

4)本降落伞系统，与现有的手拉开伞方式相比，具有操作程序简单、跳伞员培训时间短、安全性高、不受跳伞员心理生理因素影响等优点。

5)本降落伞系统中的开伞装置4及相关工作逻辑可应用于民用领域如汽车、船舶遇险时的应急救生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明专利实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明专利的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是降落伞系统示意图；

图2是伞载系统离机前开伞装备待工作状态示意图启动栓未拔出示意图；

图3是伞载系统离机后开伞装备工作状态示意图启动栓拔出、切割刀工作示意图；

图4是伞载系统离机后主伞工作示意图；

图5是主伞故障后开伞装备工作状态示意图切割刀工作；

图6是主伞飞脱后备份伞工作示意图；

图7是本发明的开伞装备工作逻辑流程图；

其中，1-主伞、2-备份伞、3-负载、4-开伞装置、5-第一切割刀、6-第二切割刀、7-第三切割刀、8-启动栓、9-插孔、10-开关、11-温压传感器、12-MCU、13-电源模块、14-击发模块。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以互相组合。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方向或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指装置或与案件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含包括更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或以上。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体化连接；可以是机械连接，也可以是点连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

一种主备一体的降落伞装备，包括第一切割刀5、第二切割刀6、第三切割刀7、启动器、温压传感器11、MCU12、电源模块13和击发模块14；第一切割刀5与主伞1的封包绳连接，第二切割刀6与主伞1与伞系统的连接绳连接，第三切割刀7与备份伞2的封包绳连接；传感器实时测量伞载系统所处区域的大气环境参数，并将测得的大气环境参数传递给MCU12；MCU12用来解算大气环境参数，并在满足设置的备份伞应急开伞控制逻辑后输出击发信号；电源模块13用来给开伞装置4提供电源；击发模块14在接收到MCU12输出的击发信号后，经过调解后控制第一切割刀5、第二切割刀6和第三切割刀7击发。

启动器包括启动栓8、插孔9和开关10，插孔9设在开伞装置4上，插孔9中设置有开关10；待机状态下启动栓8一端通过插孔9插到开伞装置4上，启动栓8另一端连接到飞机上或者是挂在负载3上；当启动栓8插在插孔9中时开关10处于断开状态，设备不工作，当启动栓8拔出时开关10处于接通状态，设备进入工作状态。

启动栓8为柔性栓，启动栓8上打防松保险，开关10为常开型开关。

传感器是温压传感器11，温压传感器11实时测量伞载系统所处区域的大气静压P和大气静温T，并将测得的大气静压值P和大气静温T传递给MCU12；MCU12用来解算大气静压P和大气静温T，并在满足设置的备份伞应急开伞控制逻辑后输出击发信号。

MCU12将温压传感器11测量并传递过来的大气静压P、大气静温T先解算成伞载系统所处区域的高度值H，然后通过高度值H将单位时间的内的高度差解算成伞载系统的实时垂直下降速度V。

根据气压高H度和大气静压P、大气静温T的关系计算气压高度H；忽略重力加速度g的变化，气压高度H与大气静压P、大气静温T的关系为：

T＝T

式1-2

根据单位时间内的高度变化量计算下降速度，即下降速度计算公式为：

式中：P0＝101.324kPa，是标准海平面的大气压；

R＝287.05278m

g0＝9.80665m/s

β为温度垂直变化率；

T0＝273.16K，为标准海平面的温度。

一种主备一体的降落伞装备的打开方法，使用上述的一种主备一体的降落伞装备，包括以下步骤：

步骤一，激活启动器，开伞装备开始工作；

步骤二，当伞载系统离机后，MCU12将时钟T、解算出来的高度H与主伞1预置开伞时间T0、高度H0进行对比，当T≥T0、H≤H0，认为到达主伞1开伞边界；此时MCU12对击发模块14发出信号，击发模块14控制第一切割刀5击发；

步骤三，MCU12将时钟T、解算出来的高度H、垂直下降速度V与备份伞2预置开伞时间T1、安全高度H1、安全速度V1进行对比，若同时满足T≥T1、V≤V1，或同时满足H≤H1、V≤V1，认为主伞1开伞正常、不满足备份伞2应急开伞条件；否则认为主伞1开伞不正常、需要需飞脱主伞1并打开备份伞2，此时MCU12对击发模块14发出信号，击发模块14控制第二切割刀6和击发第三切割刀7先后激发。

步骤二中，伞载系统离机时，启动器激活，触发开伞装置4开始工作；温压传感器11测量伞载系统所处区域的大气静压P、大气静温T，并将测得的大气静压P、大气静温T传递给MCU12，MCU12将大气静压P先解算成伞载系统所处区域的高度值H；伞载系统离机后经过一段时间T0、并下降到高度H0后，开伞装置4击发第一切割刀5，打开主伞1封包绳，主伞1充气张开。

步骤三中，温压传感器11持续测量伞载系统所处区域的大气静压P、大气静温T，并将测得的大气静压P、大气静温T传递给MCU12，MCU12将大气静压P先解算成伞载系统所处区域的高度值H，然后通过高度值H将单位时间的内的高度差解算成伞载系统的实时垂直下降速度V；当伞载系统下降到一定的安全高度H1后，MCU12将解算出来的高度H、垂直下降速度V与备份伞2预置安全高度H1、安全速度V1进行对比，如同时满足H≤H1、V≤V1，认为主伞1开伞正常、不满足备份伞2应急开伞条件；否则，H≤H1、V＞V1，认为主伞1开伞不正常、需要需飞脱主伞1并打开备份伞2。

实施例2：

空降空投是快速将人员物资投放到目的地的重要手段，体现了一个国家快速投放的能力。本降落伞系统，能够根据实际战训任务需求，合理设置工作参数，主伞、备份伞开伞时机可精确控制，能智能判断并处理主伞先正常开伞后意外失效的特殊故障模式，最大限度的提高跳伞员的在主伞故障时的救生成功率。

如图1、图2所示，一种主伞、备份伞一体化控制的降落伞系统，包括主伞1、备份伞2、负载3和开伞装置4。本降落伞系统交联简单，可应用于人员空降及物资空投场景。

开伞装置4是本降落伞系统的核心控制部分，是主伞开伞、主伞状态监控、备份伞开伞条件判断及启动、飞脱装置，设置有第一切割刀5、第二切割刀6、第三切割刀7、启动栓8和插孔9，启动栓8一端通过插孔9插到开伞装置4上。插孔9中设置有开关10；待机状态下启动栓8插在插孔9中、推开开关10，开伞装置4处于低功耗状态。

开伞装置4中设置有温压传感器11、MCU12、电源模块13和击发模块14；温压传感器11用来测量伞载系统所处区域的大气静压P，并将测得的大气静压值Q传递给MCU12；MCU12用来解算温压传感器11测量并传递过来的大气静压P、大气静温T，并在满足设置的备份伞应急开伞控制逻辑后输出击发信号；电源模块13用来给开伞装置4提供电源；击发模块14在接收到MCU12输出的击发信号后，经过调解后将第一切割刀5、第二切割刀6、第三切割刀7击发。

本发明应用场景为空降空投训练时，

步骤1：伞载系统登机前，根据该次伞降任务剖面设置好主伞1的开伞控制逻辑要素时间T

步骤2：伞载系统登机后，将启动栓8的另一端连接到飞机上。

步骤3：伞载系统离机时，挂在飞机上的启动栓8被拔脱，启动栓8与开伞装置4分离，触发开伞装置4开始工作。温压传感器11测量伞载系统所处区域的大气静压P、大气静温T，并将测得的大气静压P、大气静温T传递给MCU12，MCU12将大气静压P先解算成伞载系统所处区域的高度值H。

步骤4：伞载系统离机后经过一段时间T

步骤5：温压传感器11持续测量伞载系统所处区域的大气静压P、大气静温T，并将测得的大气静压P、大气静温T传递给MCU12，MCU12将大气静压P先解算成伞载系统所处区域的高度值H，然后通过高度值H将单位时间的内的高度差解算成伞载系统的实时垂直下降速度V。

步骤6：当伞载系统离机一定时间T

步骤7：主伞1或备份伞2带着负载3降落。

本发明应用场景为战时应对突发情况时，

步骤1：伞载系统离机前，根据该次伞降任务剖面设置好主伞1的开伞控制逻辑要素时间T

步骤2：伞载系统离机前，将启动栓8的另一端连接到挂在负载3上。

步骤3：伞载系统离机时，由工作人员拔脱启动栓8，启动栓8与开伞装置4分离，触发开伞装置4开始工作。温压传感器11测量伞载系统所处区域的大气静压P、大气静温T，并将测得的大气静压P、大气静温T传递给MCU12，MCU12将大气静压P先解算成伞载系统所处区域的高度值H。

步骤4：伞载系统离机后经过一段时间T

步骤5：温压传感器11持续测量伞载系统所处区域的大气静压P、大气静温T，并将测得的大气静压P、大气静温T传递给MCU12，MCU12将大气静压P先解算成伞载系统所处区域的高度值H，然后通过高度值H将单位时间的内的高度差解算成伞载系统的实时垂直下降速度V。

步骤6：伞载系统下降到一定的安全高度H

步骤7：主伞1或备份伞2带着负载3降落。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神本质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖本发明的保护范围内。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。