CN115367120A - 牵引式气动发射伞网系统及其发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了牵引式气动发射伞网系统及其发射方法，涉及空中稳定减速器系统技术领域，由高压气瓶弹、电磁拔销器、凯夫拉绳、伞衣、伞包、降落伞、伞绳以及发射筒组成。牵引式气动发射伞网系统采用全新的设计思路，改变了传统降落伞弹射系统的设计理念，其特征是采用发射高压气瓶弹的方式，将以“Z”字形折叠好的降落伞、伞衣和伞绳的组合体逐层拉起，直至组合体在竖直方向完全伸展，褪去伞衣，使降落伞迅速、顺利、有效的展开。既能加快开伞速度，又能有效避免降落伞在展开过程中发生堆叠、无法展开而导致严重事故的发生。

Description

牵引式气动发射伞网系统及其发射方法

技术领域

本发明涉及空中稳定减速器系统技术领域，具体为牵引式气动发射伞网系统及其发射方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，无人机、中小型飞机等飞行器逐渐增多，广泛应用于军事、农业、海洋、交通、物流、安防、应急等领域。在享受科技带来便利的同时，飞行器的安全飞行问题也备受关注。飞行器一旦出现故障，轻则飞行器损毁，重则机毁人亡，后果不堪设想，尤其是体积大、造价昂贵的中大型无人机、中小型飞机，甚至是未来的飞行汽车。为防止飞行器坠毁事件的发生。

目前，现有的开伞原理按降落伞的抛出方式大致可概括为两种类型，即自由释放类和整体弹出类，但均有明显缺点：自由释放类开伞方式最典型的代表是传统开伞技术，当检测到飞行器发生故障而快速下坠时，将降落伞自由释放，降落伞依靠相对于空气的运动从伞包中逐层拉出，充气展开；缺点：开伞需要一定时间，而飞行器在低空下坠到地面的时间通常非常短，因此经常出现来不及开伞而导致的坠机事故；弹簧开伞虽然方便快捷、成本低廉，但其装置的灵敏性差，经常出现无法弹出的问题；爆破开伞装置以火工品为发射动力，在储存、运输以及勤务等过程中存在安全隐患；另外装置结构十分精密，组装成本高；高压气体开伞与爆破开伞如出一辙，只是在高压气体的生成方式上避免了火工品。而就整体弹出这一类开伞方式而言，最明显的缺点在于降落伞在展开过程中可能发生堆叠、无法展开而导致严重事故。

发明内容

本发明的目的在于提供牵引式气动发射伞网系统及其发射方法，以解决上述背景技术中提出的飞行器在飞行过程中出现故障而坠毁的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：牵引式气动发射伞网系统，包括发射筒，位于所述发射筒上方的高压气瓶弹，发射伞结构，包括伞包，叠放于所述伞包内部的伞衣，以及呈Z字型叠放于所述伞包内部的降落伞；所述发射筒螺接固定于所述伞包一侧；所述高压气瓶弹带动所述降落伞、伞衣和伞绳的组合体逐层拉起，直至组合体在竖直方向完全伸展，褪去伞衣，使降落伞展开。

利用发射高压气瓶弹，将以“Z”字形折叠好的降落伞、伞衣和伞绳的组合体逐层拉起，可以确保降落伞迅速、顺利、有效的展开。既加快了开伞速度，又有效避免了降落伞在展开过程中发生堆叠、无法展开而导致严重事故的发生。

优选的，所述高压气瓶弹包括：由三段组成的壳体，上下两端均设置有连接端、位于所述壳体内侧的高压气瓶，设置于所述高压气瓶上端的快接充气头，设置于所述高压气瓶下端的高压电磁阀，至少设置有三个、呈环形阵列等角度分布的拉环，连接于所述高压电磁阀下方的拉环，所述伞衣顶部通过凯夫拉绳与所述拉环连接。

优选的，所述气缸内设置有活塞，所述活塞在位于气缸上部极限位置时为最小行程处；所述高压气瓶与所述壳体之间设置有气体加热保温组件。

与其他使用高压气体的开伞方式相比，气动发射伞网系统增加了气体加热保温组件，用以克服温度对系统的影响，使系统可在低温或高空环境工作，增强其环境适应能力。

优选的，所述发射筒包括：发射筒外壳，延伸至气缸内部、与活塞下端衔接的推杆，与所述推杆通过螺纹固定的发射筒底座。

优选的，所述活塞底部顶住推杆，所述活塞在高压空气的作用下，所述高压气瓶弹产生反推力，使其向上运动；所述活塞达到最大行程后，所述推杆退出，所述高压气瓶弹与所述发射筒分离。

以高压空气为发射动力，发射过程中无有效的喷出质量，仅靠喷射高压空气很难获得足够的推力，为使高压气瓶弹能将降落伞投送至指定高度，创新设计了推力放大机构，在高压空气的作用下，利用气缸和活塞的相对运动，瞬间放大推力，确保将降落伞投送至预定位置。

优选的，所述高压气瓶弹达到组合体完全伸展的高度后，所述电磁拔销器动作，使所述伞衣与降落伞的顶部连接解锁，所述高压气瓶弹继续向上拉扯伞衣，使所述伞衣与降落伞脱离，所述降落伞在空气的作用下打开。

优选的，所述气缸底部设置有至少三个排气孔，所述活塞经过排气孔达到最大行程后，高压空气经排气孔排出，产生的推力继续作用于所述高压气瓶弹。

将高压气瓶设计成可发射的高压气瓶弹，用以代替小型火箭。整个发射伞网系统无火工装置，在储存、运输以及勤务方面避免了火工装置附带的潜在危险，使本发明具有很高的使用安全性。

优选的，相邻所述壳体之间通过螺纹连接，中间段所述壳体通过卡榫结构固定于所述高压气瓶上。

牵引式气动发射伞网系统的发射方法，包括以下步骤：

S1、安装高压气瓶弹，将高压气瓶安装于高压气弹瓶内部，同时与发射筒进行组件的衔接后，将高压气瓶弹整体与发射筒组装；

S2、将折叠成长方形状态的降落伞放入与其形状相似的伞衣内，将二者顶部的穿孔对齐，电磁拔销穿过穿孔，将降落伞顶部固定在伞衣内。伞衣底部折叠，通过尼龙粘扣带将降落伞封在伞衣内；

S3、当飞行器出现故障并快速下落时，电磁阀在短的时间内完成动作，高压空气迅速涌入气缸，由于活塞底部顶住发射筒内的推杆，而发射筒相对于地面处于静止状态，从而使活塞相对于地面的位置保持不变，活塞在高压空气的作用下，对高压气瓶弹产生反推力，使其向上运动；

S4、活塞达到最大行程后，推杆退出，高压气瓶弹与发射筒分离；

S5、高压气瓶弹在上升过程中将组合体逐层拉起，直至组合体在竖直方向完全伸展，当高压气瓶弹达到组合体完全伸展的高度后，电磁拔销器动作，使伞衣与降落伞的顶部连接解锁，高压气瓶弹凭借自身惯性，继续向上拉扯伞衣，挣脱底部尼龙粘扣带，使伞衣与降落伞脱离，降落伞在空气的作用下打开，完成动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出一种可定义为“牵引类”的开伞方式，即牵引式气动发射伞网系统，采用发射高压气瓶的方式，将降落伞牵引至开伞高度开伞。牵引式气动发射伞网系统可有效解决上述各开伞方式的缺点，实现可靠开伞，有效保护飞行器的安全。气动发射伞网系统采用高压空气作为发射动力，整个系统不包含火工品，可随时充气加压，使用便捷，安全可靠；弹射采用单片机检测飞行器坠落状态，具有更高的可靠性；以高压空气作为动力来源，取材方便，清洁环保，不用额外附带燃料，可有效减轻飞行器的飞行重量。除此之外，本发明还具有结构简单、成本低廉、质量轻、动力大、反应快等优点。

附图说明

图1为本发明牵引式气动发射伞网系统的立体图。

图2为本发明高压气瓶弹的剖视图。

图3为本发明高压气瓶弹的立体图。

图4为本发明发射筒和高压气瓶弹的立体图。

图5为本发明发射筒和高压气瓶弹的剖视图。

图6是本发明所述降落伞折叠前后的对比示意图。

图7是本发明所述降落伞在伞包内部折叠示意图。

图8是本发明所述高压气瓶弹携带伞衣上升示意图。

图中：高压气瓶弹1、电磁拔销器2、凯夫拉绳3、伞衣4、伞包5、降落伞6、伞绳7、发射筒8、高压气瓶9、快接充气头10、壳体11、高压电磁阀12、气缸13、发射筒外壳14、发射筒底座15、气缸底座16、推杆17、活塞18、拉环19、气体加热保温组件20。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

申请人认为，现有的开伞原理按降落伞的抛出方式大致可概括为两种类型，即自由释放类和整体弹出类，但均有明显缺点：

（1）自由释放类

自由释放类开伞方式最典型的代表是传统开伞技术，当检测到飞行器发生故障而快速下坠时，将降落伞自由释放，降落伞依靠相对于空气的运动从伞包中逐层拉出，充气展开。

缺点：开伞需要一定时间，而飞行器在低空下坠到地面的时间通常非常短，因此经常出现来不及开伞而导致的坠机事故。

（2）整体弹出类

整体弹出类开伞方式是在检测飞行器快速下坠时，对折叠好的降落伞施加作用力，将其整体不变地从伞包弹出，然后降落伞依靠相对于空气的运动充气展开。这类开伞方式主要有弹簧开伞方式、爆破开伞方式以及高压气体开伞方式等。

弹簧开伞是一种利用固定在降落伞中的弹簧将降落伞弹出的开伞方式；爆破开伞是一种利用炸药产生高压气体，将降落伞整体弹出的开伞方式；高压气体开伞是利用高压气体发生器产生高压气体，将降落伞整体弹出的开伞方式。

缺点：弹簧开伞虽然方便快捷、成本低廉，但其装置的灵敏性差，经常出现无法弹出的问题；爆破开伞装置以火工品为发射动力，在储存、运输以及勤务等过程中存在安全隐患；另外装置结构十分精密，组装成本高；高压气体开伞与爆破开伞如出一辙，只是在高压气体的生成方式上避免了火工品。而就整体弹出这一类开伞方式而言，最明显的缺点在于降落伞在展开过程中可能发生堆叠、无法展开而导致严重事故。

为此，申请人设计牵引式气动发射伞网系统，牵引式气动发射伞网系统由高压气瓶弹1、电磁拔销器2、凯夫拉绳3、伞衣4、伞包5、降落伞6、伞绳7以及发射筒8组成。牵引式气动发射伞网系统采用全新的设计思路，改变了传统降落伞弹射系统的设计理念，其特征是采用发射高压气瓶弹1的方式，将以“Z”字形折叠好的降落伞6、伞衣4和伞绳7的组合体逐层拉起，直至组合体在竖直方向完全伸展，褪去伞衣，使降落伞迅速、顺利、有效的展开。既能加快开伞速度，又能有效避免降落伞在展开过程中发生堆叠、无法展开而导致严重事故的发生。牵引式气动发射伞网系统采用高压空气作为动力，无炸药成分，可随时充气加压，使用更加安全方便；弹射采用单片机检测飞行器坠落状态，具有更高的可靠性；以高压空气作为动力来源，取材方便，清洁环保，不用额外附带燃料，可有效减轻飞行器的飞行重量。

本发明采用发射高压气瓶的方式，将降落伞牵引至开伞高度开伞。牵引式气动发射伞网系统可有效解决上述各开伞方式的缺点，实现可靠开伞，有效保护飞行器的安全。气动发射伞网系统采用高压空气作为发射动力，整个系统不包含火工品，可随时充气加压，使用便捷，安全可靠；弹射采用单片机检测飞行器坠落状态，具有更高的可靠性；以高压空气作为动力来源，取材方便，清洁环保，不用额外附带燃料，可有效减轻飞行器的飞行重量。除此之外，本发明还具有结构简单、成本低廉、质量轻、动力大、反应快等优点，是一种安全可靠、性价比很高的气动射伞系统。

本发明涉及的牵引式气动发射伞网系统，在实际应用中，如图1至图3所示，由高压气瓶弹1、电磁拔销器2、凯夫拉绳3、伞衣4、伞包5、降落伞6、伞绳7以及发射筒8组成，发射筒8通过螺栓安装于伞包5侧面，折叠规整的降落伞6套在伞衣4内，伞衣4顶部通过凯夫拉绳3与壳体11上的拉环19相连接。

本发明采用发射高压气瓶弹1的方式，将以“Z”字形折叠好的降落伞6、伞衣4和伞绳7的组合体逐层拉起，使降落伞6迅速、顺利、有效的展开。既能加快开伞速度，又能有效避免降落伞6在展开过程中发生堆叠、无法展开而导致严重事故的发生。

本发明涉及的牵引式气动发射伞网系统，在实际应用中，如图4至图5所示，高压气瓶弹1安装于发射筒8内，高压气瓶弹1由高压气瓶9、快接充气头10、壳体11、高压电磁阀12、气缸13、气缸底座16、活塞18、拉环19以及气体加热保温组件20等组成。

高压气瓶9采用0.5L双口气瓶，上部瓶口安装快接充气头10，下部瓶口安装高压电磁阀12，高压电磁阀12要求动作速度，以保证高压气体能够瞬间释放。高压电磁阀12下部与气缸13连接，活塞18在位于气缸13上部极限位置时为最小行程处。

高压气瓶弹1的壳体11上通过螺纹固定有三个拉环19，并在通过高压气瓶弹1质心的横截面上以120°分布，避免高压气瓶弹1在发射后出现翻转的情况。壳体11与壳体11之间采用螺纹相互连接，中间两段壳体11通过卡榫结构固定在高压气瓶上，使高压气瓶弹1具有良好的气动外形。为减小环境温度对高压气体压力的影响，在中间两段壳体11与高压气瓶9之间夹装一层气体加热保温组件20，使高压气体在不同环境温度下具有稳定的气压。

发射筒8则由发射筒外壳14、发射筒底座15和推杆17组成。推杆17通过螺纹固结于发射筒底座15上。安装高压气瓶弹1时，先将气缸13中的活塞18推至最小行程处，后将高压气瓶弹1整体插入发射筒8内，此时推杆17也通过气缸底座16的导孔插入气缸13内，与活塞18接触。当飞行器出现故障并快速下落时，电磁阀12在很短的时间内完成动作，高压空气迅速涌入气缸13。由于活塞18底部顶住发射筒8内的推杆17，而发射筒8相对于地面处于静止状态，从而使活塞18相对于地面的位置保持不变，活塞18在高压空气的作用下，对高压气瓶弹1产生反推力，使其向上运动。当活塞18达到最大行程后，推杆17退出，高压气瓶弹1与发射筒8分离。

这一过程采用高压空气作为动力，高压气瓶弹1在发射过程中没有有效的喷出质量，仅靠喷射气体，无法获得足够的推力。

为解决这一问题，本发明则利用气缸13、活塞18和发射筒8等组件创新设计了推力放大机构。由活塞18的截面积、高压气瓶9内的气体压强、上升物体的总质量以及活塞18行程等参数，可计算高压气瓶弹1脱离发射筒8时的速度，从而近似、保守地计算出高压气瓶弹1上升的高度，以确保降落伞6迅速、顺利、有效的展开。

此外，高压气瓶弹1无炸药成分，可随时充气加压，使用更加安全；以高压空气作为动力来源，取材方便，清洁环保，不用额外附带燃料，可有效减轻飞行器的飞行重量；弹射采用单片机检测飞行器坠落状态，具有更高的可靠性。气缸13底部开有三个排气孔，当活塞18掠过排气孔，达到最大行程后，高压空气经排气孔喷出，产生的推力继续作用于高压气瓶弹1。

参见图7，降落伞6折叠前后的对比状态，将折叠成长方形状态的降落伞6放入与其形状相似的伞衣4内，将二者顶部的穿孔对齐。电磁拔销器2穿过穿孔，将降落伞6顶部固定在伞衣4内。伞衣4底部折叠，通过尼龙粘扣带将降落伞6封在伞衣4内。

参见图7，伞衣4、降落伞6以及伞绳7的组合体以“Z”字型叠放在伞包5内。高压气瓶弹1在上升过程中将组合体逐层拉起，直至组合体在竖直方向完全伸展。

参见图8，当高压气瓶弹1达到组合体完全伸展的高度后，电磁拔销器2动作，使伞衣4与降落伞6的顶部连接解锁。高压气瓶弹1凭借自身惯性，继续向上拉扯伞衣4，挣脱底部尼龙粘扣带，使伞衣4与降落伞6脱离，降落伞6在空气的作用下打开。

牵引式气动发射伞网系统的发射方法，包括以下步骤：

S1、安装高压气瓶弹1，安装高压气瓶弹1时，先将气缸13中的活塞18推至最小行程处，后将高压气瓶弹1整体插入发射筒8内，此时推杆17也通过气缸底座16的导孔插入气缸13内，与活塞18接触。

S2、将折叠成长方形状态的降落伞6放入与其形状相似的伞衣4内，将二者顶部的穿孔对齐，电磁拔销器2穿过穿孔，将降落伞6顶部固定在伞衣4内，伞衣4底部折叠，通过尼龙粘扣带将降落伞6封在伞衣4内，伞衣4、降落伞5以及伞绳7的组合体以“Z”字型叠放在伞包5内；

S3、当飞行器出现故障并快速下落时，电磁阀12在很短的时间内完成动作，高压空气迅速涌入气缸13，由于活塞18底部顶住发射筒内的推杆17，而发射筒8相对于地面处于静止状态，从而使活塞18相对于地面的位置保持不变，活塞18在高压空气的作用下，对高压气瓶弹1产生反推力，使其向上运动；

S4、活塞18达到最大行程后，推杆17退出，高压气瓶弹1与发射筒8分离；

S5、高压气瓶弹1在上升过程中将组合体逐层拉起，直至组合体在竖直方向完全伸展，当高压气瓶弹1达到组合体完全伸展的高度后，电磁拔销器6动作，使伞衣4与降落伞6的顶部连接解锁，高压气瓶弹1凭借自身惯性，继续向上拉扯伞衣4，挣脱底部尼龙粘扣带，使伞衣4与降落,6脱离，降落伞6在空气的作用下打开。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.牵引式气动发射伞网系统，其特征在于，包括：

发射筒；

高压气瓶弹，位于所述发射筒上方；

发射伞结构，包括伞包，叠放于所述伞包内部的伞衣，以及呈Z字型叠放于所述伞包内部的降落伞；所述发射筒螺接固定于所述伞包一侧；

所述高压气瓶弹带动所述降落伞、伞衣和伞绳的组合体逐层拉起，直至组合体在竖直方向完全伸展，褪去伞衣，使降落伞展开。

2.根据权利要求1所述的牵引式气动发射伞网系统，其特征在于，所述高压气瓶弹包括：

壳体，由三段组成；

高压气瓶，上下两端均设置有连接端、位于所述壳体内侧；

快接充气头，设置于所述高压气瓶上端；

高压电磁阀，设置于所述高压气瓶下端；

拉环，至少设置有三个、呈环形阵列等角度分布；

气缸，连接于所述高压电磁阀下方；

所述伞衣顶部通过凯夫拉绳与所述拉环连接。

3.根据权利要求2所述的牵引式气动发射伞网系统，其特征在于：所述气缸内设置有活塞，所述活塞在位于气缸上部极限位置时为最小行程处；所述高压气瓶与所述壳体之间设置有气体加热保温组件。

4.根据权利要求1所述的牵引式气动发射伞网系统，其特征在于，所述发射筒包括：

发射筒外壳；

推杆，延伸至气缸内部、与活塞下端衔接；

发射筒底座，与所述推杆通过螺纹固定。

5.根据权利要求4所述的牵引式气动发射伞网系统，其特征在于，所述活塞底部顶住推杆，所述活塞在高压空气的作用下，所述高压气瓶弹产生反推力，使其向上运动；所述活塞达到最大行程后，所述推杆退出，所述高压气瓶弹与所述发射筒分离。

6.根据权利要求3所述的牵引式气动发射伞网系统，其特征在于，所述高压气瓶弹达到组合体完全伸展的高度后，所述电磁拔销器动作，使所述伞衣与降落伞的顶部连接解锁，所述高压气瓶弹继续向上拉扯伞衣，使所述伞衣与降落伞脱离，所述降落伞在空气的作用下打开。

7.根据权利要求3所述的牵引式气动发射伞网系统，其特征在于，所述气缸底部设置有至少三个排气孔，所述活塞经过排气孔达到最大行程后，高压空气经排气孔排出，产生的推力继续作用于所述高压气瓶弹。

8.根据权利要求2所述的牵引式气动发射伞网系统，其特征在于，相邻所述壳体之间通过螺纹连接，中间段所述壳体通过卡榫结构固定于所述高压气瓶上。

9.基于权利要求1-8任意一项所述的牵引式气动发射伞网系统的发射方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、安装高压气瓶弹，将高压气瓶安装于高压气弹瓶内部，同时与发射筒进行组件的衔接后，将高压气瓶弹整体与发射筒组装；

S2、将折叠成长方形状态的降落伞放入与其形状相似的伞衣内，将二者顶部的穿孔对齐，电磁拔销穿过穿孔，将降落伞顶部固定在伞衣内，伞衣底部折叠，通过尼龙粘扣带将降落伞封在伞衣内；

S3、当飞行器出现故障并快速下落时，电磁阀在短的时间内完成动作，高压空气迅速涌入气缸，由于活塞底部顶住发射筒内的推杆，而发射筒相对于地面处于静止状态，从而使活塞相对于地面的位置保持不变，活塞在高压空气的作用下，对高压气瓶弹产生反推力，使其向上运动；

S4、活塞达到最大行程后，推杆退出，高压气瓶弹与发射筒分离；

S5、高压气瓶弹在上升过程中将组合体逐层拉起，直至组合体在竖直方向完全伸展，当高压气瓶弹达到组合体完全伸展的高度后，电磁拔销器动作，使伞衣与降落伞的顶部连接解锁，高压气瓶弹凭借自身惯性，继续向上拉扯伞衣，挣脱底部尼龙粘扣带，使伞衣与降落伞脱离，降落伞在空气的作用下打开，完成动作。

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