專利名稱：一種氣動(dòng)肌肉傘帶可變形降落傘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種降落傘，尤其涉及一種氣動(dòng)肌肉傘帶可變形降落傘。
背景技術(shù)：
降落傘主要由傘衣、引導(dǎo)傘、傘繩、開傘部件和傘包等組成。在空投時(shí)，降落點(diǎn)的位 置取決于空投出的降落傘的運(yùn)行軌跡以及風(fēng)速、風(fēng)向等環(huán)境因素。空投受風(fēng)的影響很大， 通?？胀哆\(yùn)輸機(jī)的飛行高度要低于660米，否則空投的補(bǔ)給就會(huì)像天女散花一般散落在各 處，但飛行高度太低，又會(huì)被地面防空擊落的危險(xiǎn)。傳統(tǒng)空投作業(yè)采用彈道式圓形傘系統(tǒng)，投放后，由于無可主動(dòng)變形裝置，無法進(jìn)行 操縱。近年來精確空投系統(tǒng)得到了廣泛的研究。精確空投系統(tǒng)的目標(biāo)是提供迅速、準(zhǔn)確、低 成本的空投。目前實(shí)現(xiàn)精確空投的方法分為兩種投前精確模型預(yù)測、規(guī)劃和計(jì)算(如美國 的PADS系統(tǒng))，和投后主動(dòng)調(diào)節(jié)位姿方式(即制導(dǎo)與控制空投系統(tǒng)，包含制導(dǎo)、導(dǎo)航、控制電 子元件以及軟件，風(fēng)探測器，以及機(jī)電式作動(dòng)器，如美國的AGAS系統(tǒng)，GDS系統(tǒng))。前者根據(jù) 載荷重量、環(huán)境大氣測量值、風(fēng)速信息和精確的空投動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算復(fù)雜。另外由于數(shù)據(jù) 是投前獲取的，與實(shí)際數(shù)據(jù)有誤差，所以精度會(huì)有變化。后者，需要作動(dòng)器，如電機(jī)、螺旋槳 發(fā)動(dòng)機(jī)、慣性制導(dǎo)作動(dòng)裝置等，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離飛行。常見的投后主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置普遍都很復(fù)雜，成本高，重量大，所需的能耗大。低成本、 高效率實(shí)現(xiàn)降落軌跡主動(dòng)調(diào)節(jié)的研究重點(diǎn)集中在了可變長度傘繩和可變形傘衣兩方面。美國的RAD (小型可操縱空氣沖壓)漏斗形降落傘，在接近預(yù)定高度時(shí)，會(huì)釋放一 個(gè)大的引導(dǎo)傘，接著又抽出一個(gè)或多個(gè)大的傳統(tǒng)的圓形回收傘，具有縮短空投時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)， 但需要多個(gè)傘。美國研究利用形狀記憶合金絲來制作傘繩，利用給形狀記憶合金絲加熱來改變傘 繩的長度，從而來調(diào)節(jié)降落軌跡。但由于合金絲變形速度慢，此方法需用于高空空投，以便 給形狀記憶合金絲加熱和冷去留有足夠的時(shí)間。氣動(dòng)肌肉是一種新型的驅(qū)動(dòng)器，具有動(dòng)作 快，功率/重量比高等優(yōu)點(diǎn)，目前正在被研究用于可變長度傘繩。目前投后主動(dòng)調(diào)節(jié)位姿的精確空投系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，精度不高。實(shí)驗(yàn)得知，在 3000米高度，投放精度為100米左右，存在的缺點(diǎn)有采用的作動(dòng)器，如電機(jī)、螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)等，能耗大，重量沉，成本高；采用的調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)量有限，如AGAS采用氣動(dòng)肌肉調(diào)節(jié)傘繩長度，對(duì)傘衣進(jìn)行間 接的變形調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)量有限；采用的調(diào)節(jié)方法復(fù)雜，如RAD需要采用多個(gè)不同的傘，操作復(fù)雜；偏重于對(duì)降落姿 態(tài)的控制，對(duì)降落速度的控制考慮較少。我國的專利檢索還沒有發(fā)現(xiàn)有相關(guān)的專利，美國的AGAS(《期刊》)介紹了利用氣 動(dòng)肌肉傘繩的降落傘裝置，通過主動(dòng)伸長或縮短傘繩，利用降落傘系留點(diǎn)與空投裝備重心 的相對(duì)關(guān)系控制裝備的下降姿態(tài)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種低功耗、低成本、結(jié)構(gòu)簡單的傘帶可 調(diào)節(jié)的可變形降落傘，該降落傘可實(shí)現(xiàn)降落速度和落點(diǎn)的調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為本實(shí)用新型包括可變形的傘衣、高壓氣囊、氣動(dòng)肌肉、電磁閥、電源、傘繩、掛物平 臺(tái)、GPS模塊、風(fēng)速傳感器、速度傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制單元。半球面狀的傘衣邊沿處與多根傘繩的一端連接，多根傘繩的另一端均與掛物平臺(tái) 連接，傘衣內(nèi)表面布置有傘帶網(wǎng)，所述的傘帶網(wǎng)由多根沿半球面狀傘衣的經(jīng)線和緯線方向 上的傘帶組成，經(jīng)線上的傘帶有6 10根，經(jīng)線上的傘帶呈均勻分布，緯線上的傘帶有3 8根，經(jīng)線上的傘帶與緯線上的傘帶交接處設(shè)置有固定在傘衣上的傘帶連接件，傘帶連接件 將經(jīng)線上的傘帶和緯線上的傘帶分為多段傘帶段，每段傘帶段上串接有調(diào)節(jié)傘帶長度的氣 動(dòng)肌肉，該氣動(dòng)肌肉為采用不對(duì)稱壁厚橡膠管結(jié)構(gòu)的特殊氣動(dòng)肌肉。氣動(dòng)肌肉的氣體出入 端與電磁閥的氣體輸出端連接，電磁閥的氣體輸入端與高壓氣囊連通；驅(qū)動(dòng)器輸出端與電 磁閥的驅(qū)動(dòng)端連接，驅(qū)動(dòng)器輸入端與控制單元的信號(hào)輸出端連接；用于降落傘定位的GPS 模塊輸出端連接至控制單元的信號(hào)輸入端，測量當(dāng)前風(fēng)速的風(fēng)速傳感器和測量降落傘降落 速度的速度傳感器分別與控制單元的信號(hào)輸入端連接；電源為驅(qū)動(dòng)器和控制單元供電。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果本實(shí)用新型中的傘衣面積和形狀 可由氣動(dòng)肌肉的調(diào)節(jié)而產(chǎn)生變化，從而可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)降落的速度和姿態(tài)；采用經(jīng)向和緯向多 根氣動(dòng)肌肉傘帶布局，調(diào)節(jié)方法多樣、靈活，可適應(yīng)復(fù)雜的使用環(huán)境；采用高壓氣體作動(dòng)氣 動(dòng)肌肉，功率重量比大，能耗小，質(zhì)量輕，成本低；采用高壓氣囊提供氣壓，動(dòng)作時(shí)噪音小。采 用了不對(duì)稱壁厚的氣動(dòng)肌肉，使得氣動(dòng)肌肉受氣壓膨脹收縮后，并不是標(biāo)準(zhǔn)的圓柱體，而是 向壁厚側(cè)彎曲的圓柱體，可以使氣動(dòng)肌肉的變形與傘衣的內(nèi)球曲面變形協(xié)調(diào)一致。由于本 實(shí)用新型的傘衣可通過改變面積來調(diào)節(jié)降落速度，所以降落傘可以高空投下低空開傘模式 降落，也可以高空投下高空開傘模式降落。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型傘衣的內(nèi)表面上傘帶網(wǎng)布置示意圖；圖3為本實(shí)用新型電氣控制結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型氣動(dòng)肌肉的截面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1和圖2所示，一種氣動(dòng)肌肉傘帶可變形降落傘包括可變形的傘衣2、高壓氣 囊6、氣動(dòng)肌肉16、電磁閥13、電源7、傘繩1、掛物平臺(tái)14、GPS模塊8、風(fēng)速傳感器9、速度 傳感器10、控制單元11和驅(qū)動(dòng)器12。半球面狀的傘衣2可采用尼龍纖維材料加工，直徑可為3m，邊沿處與8 12根傘 繩1的一端連接，傘繩1要求結(jié)構(gòu)緊湊、強(qiáng)度高、柔軟、彈性好、伸長不勻率小，可采用空芯或 有芯的編織繩。多根傘繩1的另一端均與掛物平臺(tái)14連接。掛物平臺(tái)14下端固定連接有被降物品15。傘衣2內(nèi)表面布置有傘帶網(wǎng)，傘帶網(wǎng)由多根沿半球面狀傘衣2的經(jīng)線和緯線 方向上的經(jīng)線傘帶19和緯線傘帶18組成，傘帶18、19通過傘線與傘衣內(nèi)表面連接。傘線 可采用強(qiáng)度高、潤滑好和捻度均勻穩(wěn)定的纖維絲材料。經(jīng)線上的傘帶有8根，呈均勻分布， 緯線上的傘帶有4根，呈均勻分布。經(jīng)線上的傘帶與緯線上的傘帶交接處設(shè)置有固定在傘 衣2上的傘帶連接件17，傘帶連接件17可采用鋁合金材質(zhì)，傘帶連接件17將經(jīng)線上的傘帶 和緯線上的傘帶分為多段傘帶段，每段傘帶段上可串接有調(diào)節(jié)傘帶長度的氣動(dòng)肌肉16，氣 動(dòng)肌肉16應(yīng)采用具備較高的強(qiáng)度和較大功率重量比的不對(duì)稱壁厚橡膠外管氣動(dòng)肌肉，為 便于氣動(dòng)肌肉16的受壓收縮，橡膠管的壁厚不易太厚，氣動(dòng)肌肉16的外徑可為2 3cm。 可以全部傘帶段上都串接有氣動(dòng)肌肉16，也可以部分傘帶段上串接有氣動(dòng)肌肉16。高壓氣 囊6通過3 6根氣囊繩5掛在傘衣2下中心位置，且要低于傘衣2的邊沿線。高壓氣囊 6可采用直徑為0. 4m的橡膠氣囊。電源7、GPS模塊8、風(fēng)速傳感器9、速度傳感器10、控制 單元11、驅(qū)動(dòng)器12和電磁閥13集中安裝在高壓氣囊6下方。如圖1和圖3所示，氣動(dòng)肌肉16的氣體出入端通過氣管接頭4與輸氣管3 —頭連 接；每個(gè)氣動(dòng)肌肉16都可以單獨(dú)連接一根輸氣管3，獨(dú)立動(dòng)作；也可以多根氣動(dòng)肌肉16串 聯(lián)在一起，由一根輸氣管3提供高壓氣體，多根氣動(dòng)肌肉16同時(shí)動(dòng)作；連接氣動(dòng)肌肉16的 輸氣管3緊貼傘衣2的內(nèi)表面分布，集中匯集到傘衣2頂點(diǎn)后向下垂下來與電磁閥13的氣 體輸出端連接；電磁閥13的氣體輸入端通過輸氣管3與高壓氣囊6連通；由于高壓氣體是 空氣，輸氣管3可采用直徑為0. 6cm的普通柔性耐壓氣管，氣管接頭4采用常用的快速對(duì)接 氣動(dòng)接頭；驅(qū)動(dòng)器12輸出端與電磁閥13的驅(qū)動(dòng)端連接，驅(qū)動(dòng)器12輸入端與控制單元11的 信號(hào)輸出端連接；用于降落傘定位的GPS模塊8輸出端連接至控制單元11的信號(hào)輸入端， 測量當(dāng)前風(fēng)速的風(fēng)速傳感器9和測量降落傘降落速度的速度傳感器10分別與控制單元11 的信號(hào)輸入端連接；電源7為控制單元11和驅(qū)動(dòng)器12供電，可采用鋰離子可充電電池，能 量密度大，可重復(fù)使用，容量5AH即可。電磁閥13采用兩位三通閥，可實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)肌肉與高壓 氣囊的接通充氣、與外界大氣的接通排氣以及密封保壓三種狀態(tài)。如圖4所示，本實(shí)用新型中的氣動(dòng)肌肉采用不對(duì)稱壁厚橡膠層，貼近傘衣內(nèi)表面 側(cè)的氣動(dòng)肌肉橡膠壁較薄，另一側(cè)的橡膠壁較厚。普通的氣動(dòng)肌肉受壓后會(huì)產(chǎn)生直線伸縮 運(yùn)動(dòng)，與傘衣內(nèi)曲面之間會(huì)產(chǎn)生較大的間隙，在氣流下會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，并影響傘衣的穩(wěn) 定性。由于本實(shí)用新型采用了不對(duì)稱壁厚的氣動(dòng)肌肉，使得氣動(dòng)肌肉受氣壓膨脹收縮后，并 不是標(biāo)準(zhǔn)的圓柱體，而是向壁厚側(cè)彎曲的圓柱體，可以使氣動(dòng)肌肉的變形與傘衣的內(nèi)球曲 面變形協(xié)調(diào)一致。緯線方向的氣動(dòng)肌肉傘帶的變形主要用于調(diào)節(jié)下降速度；經(jīng)線方向的氣動(dòng)肌肉傘 帶的變形主要用于調(diào)節(jié)下降方向；經(jīng)線和緯線方向分布的氣動(dòng)肌肉傘帶的協(xié)調(diào)變形會(huì)使得 傘衣做出類似于水母的變形動(dòng)作。本實(shí)用新型的使用方法如下使用前，將高壓氣囊6充好高壓空氣。將輸氣管3與 電磁閥13和氣動(dòng)肌肉16連接好，確保無漏氣發(fā)生。將攜帶被降物品15的降落傘從高空空 投出去后，傘衣2在風(fēng)力作用以及高壓氣囊6及其下安裝的控制單元11等部分的重力作用 下，展開成圓球狀態(tài)。調(diào)節(jié)傘衣2下降速度和姿態(tài)的步驟1、通過給緯線上分布的氣動(dòng)肌肉16施加相同的高壓氣體，導(dǎo)致緯線傘帶段長度 縮短，可引起傘衣2的受風(fēng)阻力面積變小，降落速度加快。氣動(dòng)肌肉16收縮越大，傘衣2受風(fēng)阻力面積越小，下降速度越快。2、通過給緯線上分布的氣動(dòng)肌肉16施加不同的高壓氣體，導(dǎo)致緯線傘帶段長度 不同程度的縮短，可引起傘衣2的對(duì)稱度變化，即不再保持圓球形，從而可調(diào)節(jié)降落傘的下 降姿態(tài)。變形后，降落傘將向氣動(dòng)肌肉16收縮一側(cè)傘衣2的反方向運(yùn)動(dòng)。3、通過給經(jīng)線上分布的氣動(dòng)肌肉16施加相同的高壓氣體，導(dǎo)致經(jīng)線傘帶段長度 均衡縮短，可引起傘衣2的受風(fēng)阻力面積變小，降落速度加快。氣動(dòng)肌肉16收縮越大，傘衣 2受風(fēng)阻力面積越小，下降速度越快；4、通過給徑向上分布的氣動(dòng)肌肉16施加不同的高壓氣體，導(dǎo)致徑向傘帶段長度 不同程度的縮短，可引起傘衣2的對(duì)稱度變化，即不再保持圓球形，從而可調(diào)節(jié)降落傘的下 降姿態(tài)。變形后，降落傘將向氣動(dòng)肌肉16收縮一側(cè)傘衣2的反方向運(yùn)動(dòng)；5、同時(shí)調(diào)節(jié)緯線和經(jīng)線分布的氣動(dòng)肌肉傘帶18、19上的氣動(dòng)肌肉16，并采用不同 的調(diào)節(jié)氣壓，則可實(shí)現(xiàn)更豐富的傘衣2變形，從而更靈活地調(diào)節(jié)降落傘的下降速度和落點(diǎn) 位置。GPS模塊8將降落傘的位置、風(fēng)速傳感器9將當(dāng)前風(fēng)速、速度傳感器10將當(dāng)前下降 速度都輸入給控制單元11，控制單元11根據(jù)位置信息判斷偏離降落點(diǎn)的誤差程度，并對(duì)速 度信號(hào)和風(fēng)速信號(hào)進(jìn)行分解得到外界風(fēng)速，而后根據(jù)設(shè)定的調(diào)節(jié)方法來對(duì)氣動(dòng)肌肉16進(jìn) 行充放氣調(diào)節(jié)。下降速度太慢時(shí)，可通過給氣動(dòng)肌肉16加壓收縮來加快下降速度；可通過 給非迎風(fēng)面?zhèn)鹊臍鈩?dòng)肌肉16加壓收縮來補(bǔ)償風(fēng)對(duì)降落傘的偏航。輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)首先給 驅(qū)動(dòng)器12。驅(qū)動(dòng)器12將調(diào)解信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)電磁閥13做出充放氣的動(dòng)作。當(dāng)高壓氣體被充入氣動(dòng)肌肉16內(nèi)后，氣動(dòng)肌肉會(huì)在壓力作用下膨脹變形，直徑變 粗，長度變短。由于本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了不同壁厚的氣動(dòng)肌肉16，當(dāng)膨脹時(shí)，薄壁側(cè)膨脹量大 于厚壁側(cè)，從而使得氣動(dòng)肌肉16在縮短的同時(shí)，向壁厚側(cè)彎曲變形，可以促進(jìn)氣動(dòng)肌肉傘 帶與傘衣內(nèi)表面的良好接觸。使用后，傘衣2和傘繩1打包纏繞在高壓氣囊6上，縮小體積。本實(shí)用新型通過細(xì)化傘衣2的緯線和經(jīng)線的傘帶段，給每個(gè)傘帶段串接氣動(dòng)肌肉 16可增強(qiáng)變形的調(diào)節(jié)能力。由于氣動(dòng)肌肉中腔是氣體，所以不會(huì)導(dǎo)致傘衣的重量有大
權(quán)利要求1.一種氣動(dòng)肌肉傘帶可變形降落傘，包括可變行的傘衣、高壓氣囊、氣動(dòng)肌肉、電磁閥、 電源、傘繩、掛物平臺(tái)、GPS模塊、風(fēng)速傳感器、速度傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制單元，其特征在 于半球面狀的傘衣邊沿處與多根傘繩的一端連接，多根傘繩的另一端均與掛物平臺(tái)連 接，傘衣內(nèi)表面布置有傘帶網(wǎng)，所述的傘帶網(wǎng)由多根沿半球面狀傘衣的經(jīng)線和緯線方向上 的傘帶組成，經(jīng)線上的傘帶有6 10根，經(jīng)線上的傘帶呈均勻分布，緯線上的傘帶有3 8 根，經(jīng)線上的傘帶與緯線上的傘帶交接處設(shè)置有固定在傘衣上的傘帶連接件，傘帶連接件 將經(jīng)線上的傘帶和緯線上的傘帶分為多段傘帶段，每段傘帶段上串接有調(diào)節(jié)傘帶長度的氣 動(dòng)肌肉，氣動(dòng)肌肉的氣體出入端與電磁閥的氣體輸出端連接，電磁閥的氣體輸入端與高壓 氣囊連通；驅(qū)動(dòng)器輸出端與電磁閥的驅(qū)動(dòng)端連接，驅(qū)動(dòng)器輸入端與控制單元的信號(hào)輸出端 連接；用于降落傘定位的GPS模塊輸出端連接至控制單元的信號(hào)輸入端，測量當(dāng)前風(fēng)速的 風(fēng)速傳感器和測量降落傘降落速度的速度傳感器分別與控制單元的信號(hào)輸入端連接；電源 為驅(qū)動(dòng)器和控制單元供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變形降落傘，其特征在于所述的氣動(dòng)肌肉的橡膠層壁厚 不對(duì)稱，氣動(dòng)肌肉貼近傘衣內(nèi)表面?zhèn)鹊臑楸∠鹉z壁，遠(yuǎn)離傘衣內(nèi)表面?zhèn)鹊臑楹裣鹉z壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變形降落傘，其特征在于所述的傘繩為編織繩。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種氣動(dòng)肌肉傘帶可變形降落傘?，F(xiàn)有空投降落傘精確空投系統(tǒng)復(fù)雜，成本高、精度低。本實(shí)用新型中的傘衣內(nèi)表面布置有傘帶網(wǎng)，傘帶網(wǎng)由多根傘帶組成，傘帶交接處設(shè)置有固定在傘衣上的傘帶連接件，傘帶連接件將傘帶分為多段傘帶段，每段傘帶段上串接有調(diào)節(jié)傘帶長度的不對(duì)稱壁厚結(jié)構(gòu)氣動(dòng)肌肉，氣動(dòng)肌肉的氣體輸入由控制單元控制；定位的GPS模塊、風(fēng)速傳感器、降落速度的速度傳感器分別與控制單元連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便，可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)降落的速度和姿態(tài)。
文檔編號(hào)B64D17/10GK201914462SQ20102066301
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者王斌銳, 謝原, 金英連 申請(qǐng)人:中國計(jì)量學(xué)院