一种基于伞绳释放的降落伞姿态控制系统及方法 专利技术说明

控制;调节装置的制造及其应用技术1.本发明涉及一种基于伞绳释放的降落伞姿态系统及方法，属于制导弹箭技术领域。背景技术：2.采用降落伞展开产生的空气动力作为控制力，可为物伞系统提供超出常规的迅捷机动能力。降落伞气动控制力的调控规律，与降落伞姿态主动控制技术息息相关。当前降落伞姿态主动控制技术按伞衣变形方式主要可分为对称伞衣变形和非对称伞衣变形两类。3.对于对称伞衣变形的控制策略以收帆技术为主，即通过对柔性面裙边进行收缩来改变有效阻力面积，从而充分利用风的作用：如果某一层的风对所需要的轨迹有贡献，降落伞就会打开以使风的好处最大化；相反地，降落伞就会闭合(收帆)，将花费在该层的时间最小化。因为这种收帆技术主要是对称变形，在竖直下落方向上的速率有较好的控制，但是在横向偏转的作用不太明显，同时收帆线的卷绕机构复杂，因此这种对称柔性面变形不适用与于姿态主动控制。4.对于非对称伞衣变形的控制策略，包括“气动肌肉执行器”和排气扰流装置。“气动肌肉执行器”(pma)是一种编织纤维管，其可以通过氮气加减压来实现控制绳长度的变化，从而使降落伞变形，形成一个不对称的形状，本质上改变压力中心，并提供驱动或滑移条件，但此时的“气动肌肉”需要较大的功率驱动，从而也使得整个装置笨重，不适合迅捷姿态调整。排气扰流装置bas(bleed air spoile)是一个可以打开或关闭的小切口。当打开时，降落伞内部的高压流体通过排气扰流装置排到下游高度分离流的特定区域，以增强整体流动特性，并根据不同的情况改变开口角度，从而可以产生侧向力对十字形降落伞实现转向控制；同时，bas开口角度的驱动装置所需功率较小。但从实验结果来看，其有效的开口角度范围有限，即超过一定开口角度后侧向力系数保持稳定不再改变，同时其所产生的侧向力系数较小，不能实现较为快速地转向操作，控制权限有限。技术实现要素：5.有鉴于此，对于降落伞来说，可以通过控制伞绳释放使得柔性面进行非对称变形，在气流的作用下，调整柔性面姿态，从而提供不同气动控制力，进而得到物伞系统机动所需的气动控制力，本技术提供一种基于伞绳释放的降落伞姿态控制装置及方法，通过伞绳释放系统来控制实现降落伞伞衣进行非对称形变，调整降落伞的姿态，从而提供不同的气动控制力，进而得到降落伞系统机动所需的气动控制力。6.实现本发明的技术方案：7.一种基于伞绳释放的降落伞姿态控制系统，由信息采集模块、智能控制模块和智能判断模块组成；8.所述信息采集模块，采集降落伞系统的速度、降落伞系统攻角和位置信息，将采集的信息发给智能控制模块与智能判断模块；9.所述智能判断模块，根据降落伞系统的位置信息，判断当前位置是否偏离预期方向，当偏离预期方向时，发送释放指令给智能控制模块，当未偏离预期方向时，发送减速指令给智能控制模块；10.所述智能控制模块，当接收到释放指令时，根据降落伞系统的速度、攻角和位置信息计算伞绳释放长度并驱动释放伞绳；当收到减速指令时，驱动释放所有伞绳达到相同长度。11.进一步地，所述计算伞绳释放长度，包括如下内容：12.根据速度和降落伞系统攻角，通过如下公式计算伞绳释放长度：13.cy＝a1v2+b1v+a2θ2+b2θ+c14.l＝dcy+e15.其中，cy表示降落伞系统的侧向力系数，v为降落伞系统的速度，θ为降落伞系统的攻角，l为伞绳释放长度，a1、b1、a2、b2、d为预设的影响系数，c、e为预设的修正系数。16.进一步地，所述释放伞绳的释放长度范围限定在：伞绳最长长度与伞绳最短长度之比不大于1.4。17.进一步地，所述智能判断模块预先存储有所述释放长度与预设调整时间的对应列表，根据当前计算出的释放长度l从所述列表中选择预设调整时间，并发送给信息采集模块；18.所述信息采集模块在经过预设调整时间之后，重新采集降落伞系统的信息并发送智能判断模块。19.进一步地，所述判断当前位置是否偏离预期方向，包括如下内容：20.取目标物体尾部质心处为a点，目标地点处为b点，目标物体的轴线方向与a、b两点连线的直线方向直接的夹角为α，在目标地点处取半径为r的空间圆球域作为目标范围，其中r为设定值；21.当|ab|sinα＜r时，系统未偏离预期方向；反之则偏离预期的方向。22.一种基于伞绳释放的降落伞姿态控制方法，包括如下步骤：23.步骤一、获取降落伞系统位置、速度与降落伞系统攻角；24.步骤二、根据降落伞系统的位置信息，判断当前位置是否偏离预期方向；25.步骤三、当偏离预期方向时，根据降落伞系统的速度、攻角和位置信息计算释放长度并选择伞绳释放；当未偏离预期方向时，驱动释放所有伞绳达到相同长度。26.进一步地，该方法还包括步骤四、当经过与伞绳释放长度对应的预设调整时间后，重新采集降落伞系统的信息，并执行步骤二。27.有益效果：28.第一、本系统在计算的过程中，信息采集模块获取位置、速度与降落伞伞系统攻角，智能控制模块计算释放伞绳的长度，并设定相应的修正系数，保证系统的计算结果更为精确，减小系统的计算偏差。29.第二、在降落伞系统的运行过程中智能判断模块会根据系统的当前位置和释放伞绳后的时间与预期位置、预设调整时间进行关系判断，并根据判断结果进行相应的处理，系统的时效性更好。30.第三、智能控制模块控制释放长度范围限定在最短释放长度和最长释放长度之比不大于1.4，一方面避免了释放长度太长导致降落伞伞衣不能正常展开从而失去控制作用，另一方面保证整个阻尼轮3的安装装置更加小巧，若系统释放绳子长度过长，会导致降落伞系统中的释放组件的体积跟随同步增大，不易于布置。31.第四、本系统组成简单，成本较低、可复制性强、经济效益好。附图说明32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。33.图1为降落伞姿态控制工作流程图；34.图2为伞绳释放工作前伞衣的结构示意图；35.图3为伞绳释放工作中释放某一侧伞绳时伞衣的结构示意图；36.图4为伞绳释放工作中释放某相邻两侧伞绳时伞衣的结构示意图；37.图5为本发明伞绳释放工作后伞衣的结构示意图；38.图6为阻尼轮的结构示意图；39.图7为物伞系统完成预期方向姿态的判断示意图；具体实施方式40.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。41.本实施例提出一种释放伞绳的方法来使得降落伞伞衣进行非对称变形，运行流程如附图1所示，通过调整降落伞的姿态，从而提供不同气动控制力，进而得到降落伞系统机动所需的气动控制力。本实施例中该控制方法所涉及的装置如附图2所示，包括从前往后顺次组装的物体尾部1、飞行控制模块2(有智能控制模块、信息采集模块和智能判断模块为三个模块集合而成)、阻尼轮3、伞绳4和降落伞伞衣5。42.飞行控制模块包含信息系采集模块、智能控制模块和智能判断模块；43.所述信息采集模块，采集降落伞系统的速度、降落伞系统攻角和位置信息，将采集的信息发给智能控制模块与智能判断模块；44.所述智能判断模块，根据降落伞系统的位置信息，判断当前位置是否偏离预期方向，当偏离预期方向时，发送释放指令给智能控制模块，当未偏离预期方向时，发送减速指令给智能控制模块；45.所述智能判断模块预先存储有所述释放长度与预设调整时间的对应列表，基于所述列表，根据当前计算出的释放长度l从所述列表中，选择预设调整时间，并发送给智能判断模块信息采集模块；46.所述智能判断信息采集模块在经过预设调整时间之后，重新采集降落伞系统的信息并发送智能判断模块；47.所述智能控制模块，当接收到释放指令时，根据降落伞系统的速度、攻角和位置信息计算伞绳释放长度并驱动释放伞绳；当收到减速指令时，驱动释放所有伞绳达到相同长度。48.信息采集模块、智能判断模块和智能控制模块集成为一个飞行控制模块，所述阻尼轮与飞行控制模块共同安装在尾部组件上，其中阻尼轮呈十字形分布安装在尾部组件，即四个阻尼轮沿尾部组件周向均匀分布；所述降落伞伞衣为十字形，通过八根伞绳将降落伞伞衣与阻尼轮相连接，每个阻尼轮上连有两根伞绳，每根伞绳与降落伞伞衣的边缘端点相连，一个阻尼轮同步控制两根与降落伞伞衣同侧相连接的伞绳释放长度；所述降落伞伞衣随着不同伞绳长度的变化，在气流作用下将产生不同的非对称变形，为降落伞系统提供气动控制力；所述阻尼轮，只对伞绳进行释放，不进行收缩；所述伞绳，释放长度范围限定在：伞绳最长长度与伞绳最短长度之比不大于1.4；所述伞绳自身不产生弹性形变，只发生空间位置上的变化；49.控制机构阻尼轮3的驱动可由电磁驱动、电驱动以及气动驱动，本实施例不做具体限制。50.一种基于伞绳释放的降落伞姿态控制方法，包括如下步骤：51.步骤一、飞行控制模块获取降落伞系统位置、速度与降落伞系统攻角；52.步骤二、根据降落伞系统的位置信息，判断当前位置是否偏离预期方向；53.如附图3所示，为某一侧伞绳4释放时的工作过程，阻尼轮3根据飞行控制模块2的控制来调整阻尼力，对伞绳4长度进行释放，使降落伞伞衣5能够提供降落伞系统姿态调整所需的气动控制力和该力所产生的偏转力矩。对于不同预期方向的姿态调整，伞绳4的释放长度也会不同。54.如附图4所示，为某相邻两侧伞绳4释放时的工作过程，其工作步骤和原理与一侧伞绳4释放的工作过程类似，区别在于可以根据姿态调整需要，对相邻两侧伞绳4进行释放，可以更迅捷的提供不同方向的气动控制力，在实际情况中可以避免二次调整的过程，缩短调整时间。55.如附图5所示，为伞绳4释放工作后的状态。此时降落伞伞衣5的非对称变形已经帮助降落伞系统完成了小半径机动转弯，到达预期飞行方向。此时阻尼轮3释放其它侧伞绳4长度，使其与最长伞绳4长度相同，相较于工作之前，伞绳4长度同步伸长一定计算长度，降落伞伞衣5在气流作用下均匀充气展开，伞衣5外形稳定后再次关于物体轴线对称。56.预期方向的姿态调整如附图7所示，a点为物体尾部质心处，b点为目标地点，因为物体的尺寸相较于a、b两点之间距离|ab|可以忽略不计，因此可以将a点近似当做物体的质心；直线ac方向为物体轴线方向，直线ab为预期飞行方向，直线ac与直线ab之间夹角为α，目标地点b处有半径为r的空间圆球域，该区域均属于目标地点范围之内；当|ab|、α和r满足57.|ab|sinα＜r时，可以判定降落伞系统姿态未偏离预期方向；58.步骤三、当偏离预期方向时，根据降落伞系统的速度、攻角和位置信息计算释放长度并选择伞绳释放；当未偏离预期方向时，驱动释放所有伞绳达到相同长度。59.通过风洞试验和数值模拟方法，建立伞绳4释放长度、物伞系统的速度和攻角之间函数关系数据库，即：60.cy＝f(v，θ)＝a1v2+b1v+a2θ2+b2θ+cꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(1)[0061][0062]其中，cy为物伞系统的侧向力系数，v为物伞系统的速度，θ为物伞系统的攻角，a1、b1为速度v的影响系数，a2、b2为攻角θ的影响系数，c为侧向力系数cy的修正项，l为伞绳释放长度，d为侧向力系数cy的影响系数，为伞绳释放长度的修正项。飞行控制模块2能够根据初始地点和目标地点的位置信息以及上述函数关系，进行计算并通过阻尼轮3对整个物伞系统实现主动驱动控制；[0063]当整个降落伞系统完成第一次姿态调整后，若降落伞系统实际并未达到预期飞行方向和预期位置，飞行控制模块将继续输出控制指令，实现伞绳释放的工作，对降落伞系统进行更加精确的姿态调整，从而使得降落伞系统达到期望飞行方向和预期位置。[0064]当降落伞系统达到通过伞绳4的多次释放策略方法达到预期方向后，飞行控制模块2驱动阻尼轮3对某其它侧伞绳4进行释放，使所有伞绳4长度再次达到相同，降落伞伞衣5在气流作用下也再次与降落伞系统呈轴对称；[0065]步骤四、当经过与伞绳释放长度对应的预设调整时间后，重新采集降落伞系统的信息，并执行步骤二。[0066]后续飞行控制模块2继续监测其位置信息，若飞行轨迹超出目标轨迹允许的范围，将继续执行伞绳4释放策略方法，直到符合预期方向和预期轨迹，到达目标位置。[0067]当整个降落伞系统完成了所有的姿态调整，飞行控制模块将继续输出控制指令，驱动阻尼轮释放其它较短侧的伞绳，使伞绳长度一致，降落伞系统能够按照既定方向或位置飞行；[0068]本发明主要提供的是一种基于伞绳释放的降落伞系统姿态控制策略方法，对于所有涉及到降落伞系统诸如伞弹系统、空投系统等相关的系统，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。[0069]当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。[0070]以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!