技术领域
[0001] 本
发明涉及航天技术领域，特别是一种验证降落伞无限质量开伞强度的系统及方法。
背景技术
[0002] 在航空航天领域，降落伞是一种重要的
气动减速及稳定装置，由柔软透气的特纺材料制成，在充气完成后具有较大的阻
力面积，可大大降低回收
载荷的运动速度，同时为回收载荷提供一定的
稳定性。
[0003] 降落伞的开伞过程分为无限质量开伞和有限质量开伞。两种开伞条件下，降落伞的受力状态不同。无限质量开伞过程中开伞载荷峰值一般出现在伞衣底边张满的瞬间，开伞载荷全部由伞衣承担，最大
应力出现在顶孔和伞衣底边附近；而在有限质量开伞过程中，开伞载荷峰值出现在伞衣充气过程中，开伞载荷主要由局部伞衣承担，最大应力出现在顶孔和上部伞衣。
[0004] 在降落伞的工程研制中，空投试验是验证降落伞强度必不可少的试验方法。针对无限质量开伞的降落伞，在空投试验中必须保证降落伞处于无限质量条件下开伞，才能确保试验降落伞的受力状态与实际情况相符，从而达到验证降落伞强度的试验目的。
[0005] 目前，对于无限质量开伞的小型降落伞，一般采用
风洞试验的方法进行验证；空投试验则主要用于有限质量开伞降落伞的验证。但由于国内现有风洞尺寸的限制，并不适用于尺寸较大的降落伞。
发明内容
[0006] 本发明解决的技术问题是：克服
现有技术中国内现有风洞尺寸的限制，并不适用于尺寸较大的降落伞的不足，提供了一种验证降落伞无限质量开伞强度的系统及方法。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明
实施例提供了一种验证降落伞无限质量开伞强度的系统，包括：空投模型、火工装置、控制装置、测量装置、降落伞装置，所述空投模型与
直升机连接，由前舱和试验伞舱组成；所述降落伞装置包括试验伞和主伞，所述试验伞预先安装于所述试验伞舱内；所述控制装置包括机上投放控制装置和舱上回收控制装置，所述舱上回收控制装置包括
空速管，其中，
[0008] 所述火工装置，用于完成所述空投模型的投放，所述试验伞舱与所述前舱的连接与分离；
[0009] 所述机上投放控制装置，用于控制所述空投模型的投放；
[0010] 所述舱上回收控制装置，用于实现对所述空投模型的回收控制；
[0011] 所述测量装置，用于测量所述空投模型的飞行海拔高度和
真空速速度；
[0012] 所述空速管，用于测量所述试验伞的开伞动压。
[0013] 优选地，所述降落伞装置还包括稳定伞，所述稳定伞通过吊点连接于所述空投模型尾部，在直升机
起飞前拉直叠好，由沙袋压于地面，直升机起飞后从沙袋下抽出完成开伞。
[0014] 所述火工装置，还用于完成所述稳定伞的分离和所述空投模型着陆后所述主伞的脱伞操作；
[0015] 所述稳定伞，用于保持直升机悬挂模型飞行过程中模型
姿态的稳定。
[0016] 优选地，所述机上投放控制装置包括：第一空投通用
控制器、第一控制
电池、第一火工电池、第一供电控制
开关以及第一
电缆，所述第一控制电池和所述第一火工电池分别通过所述第一电缆与所述第一空投通用控制器连接，
[0017] 所述第一控制电池和所述第一火工电池用于通过手动开关和拔销开关对所述第一空投通用控制器进行供电；
[0018] 所述第一供电控制开关用于控制所述第一控制电池和所述第一火工电池与所述第一空投通用控制器之间的导通和断开。
[0019] 优选地，所述舱上回收控制装置包括：大气数据计算机、转接盒、PC104控制器、第二空投通用控制器、第二控制电池、第二火工电池、过载开关、第二供电控制开关以及第二电缆，所述第一控制电池和所述第二火工电池分别通过所述第二电缆与所述第二空投通用控制器连接，
[0020] 所述第二控制电池和所述第二火工电池通过手动开关和拔销开关对所述第二空投通用控制器进行供电；
[0021] 所述第二供电控制开关用于控制第二控制电池和所述第二火工电池与所述第二空投通用控制器之间的导通和断开。
[0022] 优选地，所述测量装置包括：
加速度
传感器、拉力传感器、数据记录器、GPS测量设备、遥测设备、高速相机、电池以及相应的开关和第三电缆。
[0023] 优选地，所述空投模型为带
尾翼的航弹模型。
[0024] 为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种验证降落伞无限质量开伞强度的方法，应用于上述任一项所述的系统，包括：
[0025] 在完成空投模型的连接后，打开测量装置和回收控制装置的手动开关，并启动测量装置；
[0026] 通过火工装置控制所述直升机投放所述空投模型；
[0027] 在空投通用控制器启动0.2s后，发出脱稳定伞指令；
[0028] 在所述稳定伞脱离后，通过通用控制器判断空速管测量的动压是否满足所述试验伞的开伞动压要求；
[0029] 在所述开伞动压满足所述试验伞的开伞动压要求时，通过通用控制器发出试验伞开伞指令，试验伞充气展开；
[0030] 在所述试验伞工作第一预设时间后，通过通用控制器发出所述试验伞舱与所述前舱分离指令，并拉出主伞的伞包，主伞充气展开；
[0031] 所述试验伞携带所述试验伞舱下降直至落地，所述主伞携带所述前舱下降直至落地；
[0032] 在所述主伞携带所述前舱着陆后，所述过载开关收集到前舱着陆
信号，通过通用控制器发出所述主伞脱伞指令，所述主伞与前舱分离。
[0033] 优选地，在所述在空投通用控制器启动0.2s后，发出脱稳定伞指令的步骤之前，还包括：
[0034] 在所述直升机携带所述空投模型飞行至靶场上空，保持试验要求的飞行海拔高度和真空速速度；
[0035] 控制所述空投模型与所述直升机分离；
[0036] 在拔销绳拉直后拔出拔销，启动舱上回收控制装置启动；
[0037] 通过舱上通用控制器启动计时。
[0038] 优选地，在所述打开测量装置和回收控制装置的手动开关，并启动测量装置的步骤之前，还包括：
[0039] 确定所述试验伞开伞动压；
[0040] 获取所述空投模型的模型质量；
[0041] 根据所述模型质量，确定所述空投模型的投放海拔高度和真空速速度。
[0042] 优选地，所述确定所述试验伞开伞动压的步骤，包括：
[0043] 根据所述试验伞的最大设计开伞动压及预置安全系数，确定所述试验伞的开伞动压。
[0044] 本发明与现有技术相比的优点在于：本发明涉及的一种验证降落伞无限质量开伞条件下强度的直升机空投试验系统，弥补现有试验方法不能满足降落伞无限质量开伞条件验证的不足，使获得的降落伞开伞载荷数据更加准确，从而达到验证降落伞无限质量开伞条件强度的目的。
附图说明
[0045] 为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对本发明的实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046] 图1为本发明实施例的一种验证降落伞无限质量开伞强度的系统的结构示意图；
[0047] 图2为本发明实施例的一种直升机的示意图；
[0048] 图3为本发明实施例的一种空投模型在机上吊挂示意图；
[0049] 图4为本发明实施例提供的一种工作程序示意图；
[0050] 图5为本发明实施例提供的一种不同模型重量对应的开伞动压与开伞载荷变化曲线的示意图；
[0051] 图6为本发明实施例提供的一种投放后模型动压变化曲线的示意图；
[0052] 图7为本发明实施例提供的一种试验实施
流程图。
具体实施方式
[0053] 下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的实施例保护的范围。
[0054] 实施例一
[0055] 参照图1，示出了本发明实施例提供了一种验证降落伞无限质量开伞强度的系统的结构示意图，包括：空投模型、火工装置、控制装置、测量装置、降落伞装置，空投模型与直升机(如图2所示)连接，由前舱和试验伞舱组成。
[0056] 降落伞装置包括试验伞和主伞，试验伞预先安装于试验伞舱内，主伞预先安装于前舱内。
[0057] 控制装置包括机上投放控制装置和舱上回收控制装置，舱上回收控制装置包括空速管。
[0058] 火工装置可以用于完成空投模型的投放、试验伞舱与前舱的连接与分离。
[0059] 机上投放控制装置可以用于控制空投模型的投放。
[0060] 舱上回收控制装置可以用于实现对空投模型的回收控制。
[0061] 测量装置可以用于测量空投模型的飞行海拔高度和真空速速度。
[0062] 空速管可以用于测量试验伞的开伞动压。
[0063] 在本发明的一种优选实施例中，降落伞装置还可以包括稳定伞，稳定伞通过吊点连接于空投模型尾部，在直升机起飞前拉直叠好，由沙袋压于地面，直升机起飞后从沙袋下抽出完成开伞。火工装置还可以用于完成稳定伞的分离和空投模型着陆后主伞的脱伞操作。
[0064] 稳定伞可以用于保持直升机悬挂模型飞行过程中模型姿态的稳定。
[0065] 在本发明的另一种优选实施例中，机上投放控制装置可以包括：第一空投通用控制器、第一控制电池、第一火工电池、第一供电控制开关以及第一电缆，第一控制电池和第一火工电池分别通过第一电缆与第一空投通用控制器连接。
[0066] 第一控制电池和第一火工电池可以用于通过手动开关和拔销开关对第一空投通用控制器进行供电；
[0067] 第一供电控制开关可以用于控制第一控制电池和第一火工电池与第一空投通用控制器之间的导通和断开。
[0068] 在本发明的另一种优选实施例中，舱上回收控制装置可以包括：大气数据计算机、转接盒、PC104控制器、第二空投通用控制器、第二控制电池、第二火工电池、过载开关、第二供电控制开关以及第二电缆，第一控制电池和第二火工电池分别通过第二电缆与第二空投通用控制器连接。
[0069] 第二控制电池和第二火工电池通过手动开关和拔销开关对第二空投通用控制器进行供电。
[0070] 第二供电控制开关可以用于控制第二控制电池和第二火工电池与第二空投通用控制器之间的导通和断开。
[0071] 在本发明的另一种优选实施例中，测量装置可以包括：加速度传感器、拉力传感器、数据记录器、GPS(Global Positioning System，全球
定位系统)测量设备、遥测设备、高速相机、电池以及相应的开关和第三电缆。
[0072] 在本发明的另一种优选实施例中，空投模型可以为带尾翼的航弹模型。
[0073] (1)为保证空投模型的静稳定性，空投模型为带尾翼的航弹模型；
[0074] (2)通过增加空投模型的重量，在地球低空实现降落伞无限质量开伞条件的模拟；
[0075] (3)将开伞动压作为试验伞开伞条件控制参数。开伞载荷与开伞动压呈正比，通过在满足要求的动压时刻开伞来达到验证降落伞强度的目的；
[0076] (4)通过空速管实测动压，控制弹伞点的动压，设置时序控制作为动压控制弹伞的备份手段，延时时间由弹道分析给出，位于动压控制弹伞时刻之后；
[0077] (5)通过两级开伞，既能实现试验伞的强度验证，又能保证空投模型安全着陆；
[0078] (6)直升机悬挂模型飞行过程中，为保持模型姿态的稳定，防止模型旋转，在模型后拖曳一个稳定伞。在模型投放后，稳定伞分离；
[0079] (7)通过控制装置、火工装置和测量装置等完成模型投放后开伞程序的执行和参数测量。
[0080] 试验系统主要由空投模型、火工装置、控制装置、测量装置、降落伞装置等组成。
[0081] 空投模型为带尾翼的航弹模型，如图1所示，由前舱和试验伞舱组成，其中试验伞(试验验证降落伞)安装于试验伞舱内。火工装置用于完成以下功能：(1)空投模型投放；(2)稳定伞分离；(3)空投模型试验伞舱与前舱的连接与分离；(4)模型着陆后主伞脱伞。其中，通过解
锁螺栓实现功能(2)和(3)，通过脱伞器实现功能(1)和(4)。控制装置包括机上投放控制装置和舱上回收控制装置。投放控制装置主要由空投通用控制器、控制电池、火工电池、供电控制开关以及电缆等组成。控制电池和火工电池通过手动开关和拔销开关对控制器进行供电，防止误动作。舱上回收控制装置由空速管、大气数据计算机、转接盒、PC104控制器、空投通用控制器、控制电池、火工电池、过载开关、供电控制开关以及电缆等组成。控制电池和火工电池通过手动开关和拔销开关对控制器进行供电。测量装置包括加速度传感器、拉力传感器、数据记录器、GPS测量设备、遥测设备、高速相机、电池以及相应的开关和电缆，用于实现开伞过载、开伞拉力、时序指令采集、GPS等参数的测量及开伞影像记录。模型起飞前，手动接通测量设备电源，手动触发高速相机。降落伞装置除试验伞外，还包括稳定伞和主伞。其中稳定伞用于保持直升机悬挂模型飞行过程中模型姿态的稳定，主伞用于为空投模型的前舱减速。
[0082] 本发明实施例提供的验证降落伞无限质量开伞条件下强度的直升机空投试验系统，弥补现有试验方法不能满足降落伞无限质量开伞条件验证的不足，使获得的降落伞开伞载荷数据更加准确，从而达到验证降落伞无限质量开伞条件强度的目的。
[0083] 实施例二
[0084] 参照图7，示出了本发明实施例提供的一种验证降落伞无限质量开伞条件下强度的直升机空投试验方法的步骤流程图，该方法可以包括：
[0085] 在完成空投模型与直升机的连接后，打开测量装置和回收控制装置的手动开关，并启动测量装置；
[0086] 通过火工装置控制所述直升机投放所述空投模型；
[0087] 在空投通用控制器启动0.2s后，发出脱稳定伞指令；
[0088] 在所述稳定伞脱离后，通过通用控制器判断空速管测量的动压是否满足所述试验伞的开伞动压要求；
[0089] 在所述开伞动压满足所述试验伞的开伞动压要求时，通过通用控制器发出试验伞开伞指令，试验伞充气展开；
[0090] 在所述试验伞工作第一预设时间后，通过通用控制器发出所述试验伞舱与所述前舱分离指令，并拉出主伞的伞包，主伞充气展开；
[0091] 所述试验伞携带所述试验伞舱下降直至落地，所述主伞携带所述前舱下降直至落地；
[0092] 在所述主伞携带所述前舱着陆后，所述过载开关收集到前舱着陆信号，通过通用控制器发出所述主伞脱伞指令，所述主伞与前舱分离。
[0093] 在本发明的一种优选实施例中，在所述在空投通用控制器启动0.2s后，发出脱稳定伞指令的步骤之前，还包括：
[0094] 在所述直升机携带所述空投模型飞行至靶场上空，保持试验要求的飞行海拔高度和真空速速度；
[0095] 控制所述空投模型与所述直升机分离；
[0096] 在拔销绳拉直后拔出拔销，启动舱上回收控制装置启动；
[0097] 通过舱上通用控制器启动计时。
[0098] 在本发明的一种优选实施例中，在所述打开测量装置和回收控制装置的手动开关，并启动测量装置的步骤之前，还包括：
[0099] 确定所述试验伞开伞动压；
[0100] 获取所述空投模型的模型质量；
[0101] 根据所述模型质量，确定所述空投模型的投放海拔高度和真空速速度。
[0102] 在本发明的一种优选实施例中，所述确定所述试验伞开伞动压的步骤，包括：
[0103] 根据所述试验伞的最大设计开伞动压及预置安全系数，确定所述试验伞的开伞动压。
[0104] 验证降落伞在无限质量开伞条件下强度的直升机空投试验工作程序如图4所示。
[0105] 1)空投模型在地面与直升机连接，模型后拖稳定伞，起飞前打开测量装置和回收控制装置的手动开关，启动测量装置，直升机起飞；
[0106] 2)直升机携带模型飞到靶场上空，保持试验要求的飞行海拔高度和真空速速度；
[0107] 3)投放模型，空投模型与直升机分离，拔销绳拉直后拔出拔销，启动舱上回收控制装置启动，此时，空投试验通用控制器启动计时(t＝0s)；
[0108] 4)空投通用控制器启动后0.2s(t＝0.2s)，发出脱稳定伞指令，稳定伞解锁螺栓工作，稳定伞与试验模型分离；
[0109] 5)稳定伞脱离后(t＝t1)，通用控制器开始判断空速管测量的动压是否满足开伞动压，当达到开伞动压要求时，通用控制器发出开伞指令，试验伞充气展开；
[0110] 6)参试降落试验伞工作一段时间后(t＝t2)，模型舱段分离解锁螺栓工作，试验伞舱和前舱分离，拉出主伞伞包；
[0111] 7)～8)试验伞携试验伞舱下降直至落地；
[0112] 9)～10)主伞充气展开至全张满；
[0113] 11)主伞携模型着陆，主伞脱伞器工作，主伞与模型分离。
[0114] 本发明根据国内现有技术条件，提出了一种验证降落伞在无限质量开伞条件下强度的直升机空投试验系统，解决了现有试验方法不能满足无限质量开伞降落伞、特别是大尺寸降落伞强度的试验验证的问题，使获得的降落伞开伞载荷试验数据最接近于降落伞的实际工作情况，从而达到验证降落伞强度的目的。
[0115] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
[0116] (1)确定开伞点动压
[0117] 根据降落伞最大设计开伞动压，考虑一定的安全系数(一般取1.25倍)，确定试验伞的开伞动压。考虑在试验伞弹(拉)出、拉直、充气的短暂时间内动压也在增加，确定开伞时刻的动压要求。
[0118] (2)确定模型重量
[0119] 根据试验伞的阻力面积，确定可以满足无限质量开伞条件的空投模型重量范围。在实践中，当伞衣单位面积载荷(回收物重量/降落伞伞衣面积)大于40kg/m2即可认为是无限质量，反之即可认为是有限质量。结合仿真对不同重量模型在降落伞开伞过程中动压以及开伞载荷的变化情况进行对比(如图5)，最终确定开伞过程中动压损失较小、开伞载荷曲线趋势单一的模型重量满足无限质量开伞条件。
[0120] (3)确定投放高度和速度
[0121] 根据试验模型重量，确定能够满足其重量级别的吊挂及释放要求的直升机，根据直升机的飞行能力确定模型投放高度和速度参数。
[0122] (4)确定备份工作时序
[0123] 通过对模型投放后的弹道进行打靶仿真，考虑大气条件、投放条件、模型气动参数、时序误差、模型姿态等各种偏差对开伞动压的影响，根据模型动压随时间的变化曲线(如图6所示)，以及需要验证的降落伞开伞动压，确定备份工作时序。
[0124] (5)模型吊挂与连接
[0125] 如图3，在直升机1起飞前，将空投模型2在地面与直升机1连接。直升机有机外悬挂吊索3，直升机通过吊索3和一根短吊带4与
配重5连接，以防止模型投放后吊索回弹损坏直升机，配重5设有通孔，用于穿过电缆，配重5通过一根上吊带6与脱伞器7连接，脱伞器7为火工分离装置，具有消旋功能，脱伞器7通过两根下吊带8与空投模型2上的两个吊点相连。
[0126] 此外，直升机1与脱伞器7之间连接脱伞器点火电缆9，脱伞器7上安装一根地线电缆10，沿下吊带8接到模型2上，防止脱伞器7上积累静电，脱伞器7上安装一根拔销拉绳11，与模型2上的拔销开关连接，用于投放后启动舱上控制装置。稳定伞12通过解锁螺栓连接在模型尾部，将稳定伞12拉直叠好，伞衣装于伞包内，伞绳在伞包外拉直，由沙袋压于地面。
[0127] (6)模型起飞
[0128] 直升机起飞前，手动触发模型前舱上的测量手动开关、控制手动开关(控制电池、动压测量电池、火工电池)，手动触发试验伞舱的测量装置手动开关、GoPro开关。直升机起飞后，从伞包内、沙袋下抽出稳定伞，即可完成稳定伞开伞。
[0129] (7)模型投放
[0130] 直升机起飞到达预定
空域，飞行高度和速度满足投放要求时，投放人员打开机上控制装置的控制电池和火工电池手动开关，打开控制电池拔销开关，通用控制器发出点火指令，脱伞器动作，模型投放，飞机返航。
[0131] 本发明实施例提供的验证降落伞无限质量开伞条件下强度的直升机空投试验方法，弥补现有试验方法不能满足降落伞无限质量开伞条件验证的不足，使获得的降落伞开伞载荷数据更加准确，从而达到验证降落伞无限质量开伞条件强度的目的。
[0132] 以上所述，仅为本发明的实施例的具体实施方式，但本发明的实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明的实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的实施例的保护范围之内。因此，本发明的实施例的保护范围应以
权利要求的保护范围为准。
