一种便携的单人反喷式软着陆安全保护装置及其使用方法转让专利
申请号 : CN202010649912.7
文献号 : CN111846246B
文献日 : 2021-11-09
发明人 : 马铁华 , 陈昌鑫 , 王晨斌 , 裴东兴 , 任一峰 , 武耀艳 , 焦斌 , 李帆
申请人 : 中北大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种便携的单人反喷式软着陆安全保护装置,其特征在于:由穿戴系统、收纳系统、伞降系统、喷气反推系统及控制系统组成;
穿戴系统包括充气背心、启动按钮、进气道、连接锁扣、分离按钮;启动按钮位于充气背心右侧肩带,分离按钮位于充气背心左侧肩带,并由电线连接至控制系统,进气道位于充气背心背侧下部,与高压气瓶连接;连接锁扣位于充气背心与背包之间,用于连接充气背心与背包;
收纳系统包括背包、隔离板;背包作为该装置的收纳体,为便携的单人反喷式软着陆装置的外层收纳装置,是伞降系统、喷气反推系统及控制系统的集成载体;隔离板安装在背包内部,处于伞降系统和喷气反推系统中间,包裹控制系统;
伞降系统包括降落伞包、手动开伞按键,降落伞包固定在背包的上层,由隔离板稳定支撑;降落伞开口竖直向上,位于背包顶部;手动开伞按键用固定螺栓安装在背包外表面左侧中央;
控制系统安装在隔离板内部,位于伞降系统和喷气反推系统中间,由传感器信号处理模块、速度传感器、激光测距传感器和加热控制模块组成,控制系统使用电线连接伞降系统以及喷气反推系统;背包外部右侧有手动喷气按键,激光测距传感器使用球型罩安装在背包外表面右侧,且位于手动喷气按键下部;
喷气反推系统位于背包内部底层,上方有隔离板用于隔离降落伞包和控制系统,内部包括高压气瓶、第一喷口、第二喷口,喷口内设有隔膜;喷气反推系统由电线连接至控制系统;高压气瓶横向放置,内部填充超临界CO2作为喷射气体,高压气瓶两端有固定螺栓连接侧壁固定螺帽起到固定作用,高压气瓶下侧为双喷口竖直向下,喷口内部粘贴隔膜,并由进气道连接充气背心。
2.根据权利要求1所述的便携的单人反喷式软着陆安全保护装置,其特征在于:所述连接锁扣位于充气背心与背包之间,两条锁扣平行排布,用高密度针织复合材料及铆钉连接充气背心与背包;降落伞包和背包通过高密度针织复合材料及铆钉连接。
3.根据权利要求1所述的便携的单人反喷式软着陆安全保护装置,其特征在于:所述传感器信号处理模块、速度传感器、加热控制模块由隔离板内部螺丝固定;手动喷气按键用固定螺栓安装在背包外表面右侧。
4.根据权利要求1所述的便携的单人反喷式软着陆安全保护装置,其特征在于:所述高压气瓶中设有高氯酸钾加热剂,其成分包括高氯酸钾、草酸铵、水杨酸,其中高氯酸钾为氧化剂,草酸铵、水杨酸为还原剂;
其加热药剂的各成分配比为:高氯酸钾:70%,草酸铵:20%,水杨酸:10%,加热药剂装填在高压气瓶内部。
5.根据权利要求1所述的便携的单人反喷式软着陆安全保护装置,其特征在于:所述充气背心和降落伞包由纺织材料以及部分金属件及橡胶塑料件构成;
背包各部件的连接材料,为复合型针织材料。
6.根据权利要求1所述的便携的单人反喷式软着陆安全保护装置,其特征在于:所述高压气瓶能达到70MPa的承压;为了防止CO2喷出吸热而冻住封口,高压气瓶内设置了发热剂,对CO2加热,形成超临界流体;在喷口处设置有隔膜,能保证在未产生高压气体之前,喷口保持封闭状态。
7.根据权利要求1所述的便携的单人反喷式软着陆安全保护装置,其特征在于:在下降过程中,所述控制系统的速度传感器、激光测距传感器不断采集飞行数据,达到开伞高度后,传感器信号处理模块开启伞降系统,进行一级减速并调整降落姿态;在当进入近地面时,加热控制模块开启加热装置,在落地前双喷口竖直向下喷射超临界流体,进行二级减速以到达平稳落地的目的。
8.根据权利要求1所述的便携的单人反喷式软着陆安全保护装置,其特征在于:所述速度传感器的型号为ZLS‑Px测速传感器,速度传感器有2个正交测量信号输出能测量水平和竖直两个方向的速度,不但能觉察被测体是否停止,而且能觉察被测体的运动方向;
所述激光测距传感器的型号为DIMETIX FLS‑CH30,其测量距离能达500米,典型精度高达1.5毫米。
9.一种权利要求1 8任一项所述的便携的单人反喷式软着陆安全保护装置的使用方~
法,其特征在于包括以下步骤:
(1)使用前确认各模块正常;高压气瓶密封,适温适压;
(2)根据降落伞穿戴方法,穿戴完毕并启动装置;
(3)速度传感器和激光测距传感器提供测量数据,低空降落伞自动开伞;辅助降落伞打开,调整人员飞行姿态;
(4)激光测距传感器收集下降数据,近地点1米处,激光测距传感器反馈信号,传感器信号处理模块对加热器控制模块进行通讯,加热器控制电路发出点火指令,命令点燃加热剂;
(5)加热剂启动,气体膨胀冲破隔膜,2 3s内迅速完成反喷;着陆前速度再次降低,缓慢~
安全着陆;气体迅速通过进气道,充入充气背心内保护着陆人员安全;根据实际情况选择分离背心。
10.根据权利要求9所述的便携的单人反喷式软着陆安全保护装置的使用方法,其特征在于:步骤(3)中,如果辅助伞无法自动打开,则手动控制开伞;
步骤(5)中,如果反喷气未自动工作,则按下手动喷气按键,立即打开隔膜开始反喷。
说明书 :
一种便携的单人反喷式软着陆安全保护装置及其使用方法
技术领域
背景技术
2035年)》明确指出“随着我国经济社会发展水平的不断提高及国家对低空空域管理的不断
完善,以包机业务为主的短途航空运输、电商和物联网发展带来的快递运输、高效便捷的无
人机货物运输等需求不断增加,航空应急救援和医疗救护市场不断扩大,环境监察、吊装作
业、空中巡查等新兴通航作业日益增多,休闲娱乐飞行、航空运动消费、低空旅游等市场前
景可观”,在通用航空产业快速发展的同时,低空飞行民用航空器的人员安全显得尤为重
要;另外,以高压线路巡检为代表的高空作业人员安全防护,以及高层建筑人员在事故时候
紧急逃生的安全防护,都需要一种小型便携单人反喷式软着陆安全保护装置。
织物制成。降落伞是空降兵作战和训练、航空航天人员的救生和训练、跳伞运动员进行训
练、比赛和表演,空投物资、回收飞行器的重要设备器材。然而普通降落伞在高空时候开伞
能够发挥有效减速作用;但是普通降落伞存在体积大不利于个人携带,低空时候由于着陆
时间短而不能有效开伞,而且需要专业训练,在低空飞行时候难以发挥安全保障作用。
发明内容
度上减小了着陆速度;同时,部分气体充入穿戴外衣中,减小着陆冲击力。
和压力达到临界点时,物质就进入了超临界状态,超临界状态下的物质出现为一种既非气
体又非液体的状态,叫超临界流体。由于超临界CO2流体无毒、无污染、不易燃烧、价格低廉、
化学惰性等特点,且兼有超临界流体的特性,是喷气式降落伞的理想气体原料。
充气背心背侧下部,与高压气瓶连接。连接锁扣位于充气背心与背包之间,两条锁扣平行排
布,用高密度针织复合材料及铆钉连接充气背心与背包。
背包内部,处于伞降系统和喷气反推系统中间,包裹控制系统。
开伞按键用固定螺栓安装在背包外表面左侧中央。
系统以及喷气反推系统。传感器信号处理模块、速度传感器、加热控制模块由隔离板内部螺
丝固定。背包外部右侧有手动喷气按键,手动喷气按键用固定螺栓安装在背包外表面右侧。
激光测距传感器使用球型罩安装在背包外表面右侧,且位于手动喷气按键下部。
制系统。高压气瓶横向放置,内部填充超临界CO2作为喷射气体,高压气瓶两端有固定螺栓
连接侧壁固定螺帽起到固定作用,高压气瓶下侧为双喷口竖直向下,喷管内部粘贴隔膜,并
由进气道连接充气背心。
织物的断裂伸长等性能。背包各部件的连接材料,要求强度高、润滑好和捻度均匀稳定,具
有防火防水耐磨透气等特点,符合人体工程学,紧贴使用者身体,易于操作,便于穿卸。
化,并且CO2安全无污染;为了防止CO2喷出吸热而冻住封口,高压气瓶内设置了发热剂,对
CO2加热,形成超临界流体。喷口处隔膜的存在可保证罐体内,在未产生高压气体之前,喷口
保持封闭状态。
后,传感器信号处理模块开启伞降系统,进行一级减速并调整降落姿态。在当进入近地面
时,加热控制模块开启加热装置,在落地前双喷口竖直向下喷射超临界流体,进行二级减速
以到达平稳落地的目的。
测体的运动方向。将传感器固定在稳定的背包内部,它是非接触的传感器,除能测量速度
外,还可以识别运动方向。传感器上下左右留有一定的位置空间,不致使传感器在运动过程
中与周围部件相碰,造成损坏。
的低温环境中正常工作。坚固的铝合金外壳,使防护等级达到IP65,可在各种复杂现场及户
外使用。工作原理:采用相位比较原理进行测量。激光传感器发射不同频率的可见激光束,
接收从被测物返回的散射激光,将接收到的激光信号与参考信号进行比较,用微处理器计
算出相应相位偏移所对应的物体间距离,可以达到毫米级测量精度。
态;
作,可手动按下喷气按钮,立即打开喷气隔膜开始反喷)。着陆前速度再次降低,缓慢安全着
陆。气体迅速通过进气道,充入充气背心内保护着陆人员安全(可根据实际情况选择分离背
心)。
层救援器材,安全防护装置等。
附图说明
12‑背包,13‑降落伞开口,14‑传感器信号处理模块,15‑速度传感器,16‑加热剂,17‑充气背
心,18‑启动按钮,19‑进气道,20‑连接锁扣,21‑分离按钮。
具体实施方式
统、伞降系统、喷气反推系统及控制系统组成。
控制系统,进气道位于充气背心17背侧下部,与高压气瓶6连接。连接锁扣20位于充气背心
17与背包12之间,两条锁扣平行排布,用高密度针织复合材料及铆钉连接充气背心17与背
包12(以图5为基准)。
10安装在背包12内部,处于伞降系统和喷气反推系统中间,包裹控制系统。
包12顶部。手动开伞按键1用固定螺栓3安装在背包12外表面左侧中央(以图3为基准)。
连接伞降系统以及喷气反推系统。传感器信号处理模块14、速度传感器15、加热控制模块8
由隔离板10内部螺丝固定。背包12外部右侧有手动喷气按键9,手动喷气按键9用固定螺栓3
安装在背包12外表面右侧。激光测距传感器7使用球型罩安装在背包12外表面右侧(以图3
为基准),且位于手动喷气按键9下部。
反推系统由电线连接至控制系统。高压气瓶6横向放置,内部填充超临界CO2作为喷射气体,
高压气瓶6两端有固定螺栓3连接侧壁固定螺帽2起到固定作用,高压气瓶6下侧为双喷口竖
直向下,喷管内部粘贴隔膜,并由进气道19连接充气背心17。
伞衣织物的断裂伸长等性能。背包12各部件的连接材料为高密度针织复合材料,要求强度
高、润滑好和捻度均匀稳定,具有防火防水耐磨透气等特点,符合人体工程学,紧贴使用者
身体,易于操作,便于穿卸。
化,并且CO2安全无污染;为了防止CO2喷出吸热而冻住封口,储气瓶内设置了发热剂,对CO2
加热,形成超临界流体。喷口处隔膜的存在可保证罐体内,在未产生高压气体之前,喷口保
持封闭状态。
到开伞高度后,传感器信号处理模块14开启伞降系统,进行一级减速并调整降落姿态。在当
进入近地面时,加热控制模块8开启加热装置,在落地前双喷口竖直向下喷射超临界流体,
进行二级减速以到达平稳落地的目的。
被测体的运动方向。将传感器固定在稳定的背包内部,它是非接触的传感器,除能测量速度
外,还可以识别运动方向。传感器上下左右留有一定的位置空间,不致使传感器在运动过程
中与周围部件相碰,造成损坏。
的极端低温环境中正常工作。坚固的铝合金外壳,使防护等级达到IP65,可在各种复杂现场
及户外使用。工作原理:采用相位比较原理进行测量。激光传感器发射不同频率的可见激光
束,接收从被测物返回的散射激光,将接收到的激光信号与参考信号进行比较,用微处理器
计算出相应相位偏移所对应的物体间距离,可以达到毫米级测量精度。
作,可手动按下喷气按钮,立即打开喷气隔膜开始反喷)。着陆前速度再次降低,缓慢安全着
陆。气体迅速通过进气道,充入充气背心内保护着陆人员安全(可根据实际情况选择分离背
心)。