本發(fā)明屬于航空救生領(lǐng)域，涉及一種在飛行員啟動(dòng)應(yīng)急彈射時(shí)確定安全開(kāi)傘速度條件的判斷人椅系統(tǒng)彈射速度的方法。
背景技術(shù)：
：彈射座椅是在飛行器發(fā)生無(wú)法挽回的故障時(shí)，為飛行員救生提供保障的裝置，與救生傘配套使用。當(dāng)飛行員啟動(dòng)應(yīng)急彈射后，飛行員隨座椅(簡(jiǎn)稱人椅系統(tǒng))彈射離機(jī)，人椅系統(tǒng)進(jìn)入減速、下降過(guò)程，只有當(dāng)人椅系統(tǒng)實(shí)時(shí)速度、高度小于等于救生傘最大允許開(kāi)傘速度、高度時(shí)，救生傘才可以工作，當(dāng)救生傘張滿后，飛行員隨救生傘穩(wěn)降著陸(或著水)。在同樣的高度下，當(dāng)人椅系統(tǒng)飛行速度未能有效降低時(shí)開(kāi)傘過(guò)早，會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的開(kāi)傘動(dòng)載，對(duì)乘員脊柱造成損傷，并且可能超出救生傘允許的最大開(kāi)傘速度而損壞救生傘，喪失救生功能；若開(kāi)傘過(guò)遲，則會(huì)導(dǎo)致人椅系統(tǒng)高度損失過(guò)大，低于允許的最小開(kāi)傘高度時(shí)則會(huì)造成著陸速度超標(biāo)損傷乘員，甚至救生失敗?，F(xiàn)有座椅采用的救生方法是：以開(kāi)傘動(dòng)載滿足GJB232中的規(guī)定，做為救生傘安全開(kāi)傘的前提條件，通過(guò)不同速度、不同高度的空投試驗(yàn)驗(yàn)證，確定某一固定的絕對(duì)海拔高度做為救生傘最大允許開(kāi)傘高度，確定某一固定的真速做為救生傘最大允許開(kāi)傘速度。啟動(dòng)應(yīng)急彈射后，飛行員隨座椅(簡(jiǎn)稱人椅系統(tǒng))彈射離機(jī)，速度感受裝置獲取彈射時(shí)的速度，控制器根據(jù)彈射速度和高度值，決定救生傘開(kāi)傘延遲時(shí)間。當(dāng)延遲時(shí)間達(dá)到后，救生傘工作、人椅分離。其中，對(duì)人椅系統(tǒng)實(shí)時(shí)真速的獲取方法當(dāng)前主要有空壓測(cè)速法和主機(jī)飛參通訊法?？諌簻y(cè)速法是利用安裝在座椅上的空速管測(cè)量空氣總、靜壓，進(jìn)而計(jì)算得出人椅系統(tǒng)實(shí)時(shí)真速。這種方法存在易受干擾的缺點(diǎn)：在穿蓋彈射時(shí)，安裝在座椅頭靠?jī)蓚?cè)的空速管可能被艙蓋碎片堵塞；出艙過(guò)程中可能被高速氣流吹起的救生傘操縱帶阻擋；而椅載靜壓傳感器只能安裝在座椅側(cè)后方，高速?gòu)椛鋾r(shí)座椅后方形成的大氣紊流會(huì)導(dǎo)致靜壓感受較大誤差；這幾種現(xiàn)象都會(huì)造成彈射速度的嚴(yán)重誤判而產(chǎn)生錯(cuò)誤的開(kāi)傘時(shí)機(jī)。主機(jī)飛參通訊法是通過(guò)通訊接口與飛機(jī)主機(jī)進(jìn)行交互，獲取機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)提供的包括速度、高度、位置、姿態(tài)等飛行參數(shù)，這種方法最大的隱患是：由于發(fā)生彈射時(shí)飛機(jī)往往處在非正常的狀況，主機(jī)可能發(fā)生故障而無(wú)法向座椅提供有效的初速參數(shù)。研究和分析證明人椅系統(tǒng)彈射后的加速度參數(shù)與彈射離機(jī)時(shí)的速度存在可量化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，采用基于加速度等參數(shù)的彈射速度參數(shù)判斷方法是提高彈射速度感受可靠性的有效途徑。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是：提供了一種自主獲取人椅系統(tǒng)彈射離機(jī)后實(shí)時(shí)真速的新方法，通過(guò)分析人椅系統(tǒng)彈射后的加速度參數(shù)與彈射離機(jī)時(shí)的速度存在可量化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提供開(kāi)傘程序控制機(jī)構(gòu)決定開(kāi)傘的時(shí)機(jī)，以提高救生性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種判斷人椅系統(tǒng)彈射速度的方法，它包括安裝在座椅上的程序控制器，開(kāi)傘控制器和中央拉環(huán)，所述程序控制器可基于人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)初速度參數(shù)與出艙后速度改變量參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系、以及人椅系統(tǒng)彈射出艙后的加速度參數(shù)與速度改變量參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算人椅系統(tǒng)彈射出艙實(shí)際速度，其特征包括如下步驟：步驟一：飛行員拉動(dòng)彈射座椅上的中央拉環(huán)啟動(dòng)應(yīng)急彈射，人椅系統(tǒng)彈射離機(jī)；步驟二：安裝在座椅上的程序控制器按方案確定需要進(jìn)行計(jì)算的時(shí)間段△T為自座椅彈射出艙后0.1s開(kāi)始至0.3s；步驟三：程序控制器采集座椅提供的人椅系統(tǒng)質(zhì)量參數(shù)m；程序控制器采集安裝在座椅上的角速度傳感器信號(hào)，對(duì)預(yù)設(shè)在程序控制器人椅系統(tǒng)氣動(dòng)阻力系數(shù)CD、人椅系統(tǒng)氣動(dòng)特征面積As進(jìn)行計(jì)算修正；程序控制器采集安裝在座椅上的高度傳感器信號(hào)h并轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的平均大氣密度ρ；程序控制器采集座椅給出的或預(yù)設(shè)的二級(jí)動(dòng)力航向分量參數(shù)F；使用上述參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，迭代計(jì)算公式如下：式(1)中，n為非負(fù)整數(shù)0,1,2，…，其最大值nmax為將時(shí)間區(qū)間△T平均分割得到的份數(shù)，以Δtn＝△T/nmax≤0.0025s為宜，Atn為tn時(shí)刻人椅系統(tǒng)加速度，vtn為tn時(shí)刻人椅系統(tǒng)速度，n＝0時(shí)vt0為時(shí)間區(qū)間△T起始時(shí)刻人椅系統(tǒng)速度，經(jīng)過(guò)n次計(jì)算，得到vtnmax為時(shí)間區(qū)間△T結(jié)束時(shí)刻人椅系統(tǒng)速度，進(jìn)而得到區(qū)間△T內(nèi)的人椅系統(tǒng)速度變化量ΔV＝vtnmax_vt0，計(jì)算確定區(qū)間初速度和區(qū)間速度改變量的關(guān)系表，在低速?gòu)椛鋾r(shí)速度改變量為隨彈射速度增大而減小的正值，在中高速?gòu)椛鋾r(shí)速度改變量為隨彈射速度增大而減小的負(fù)值；步驟四：人椅系統(tǒng)彈射出艙后，程序控制器采集椅載傳感器系統(tǒng)輸出的航向加速度參數(shù)a，并在0.1s～0.3s內(nèi)對(duì)a進(jìn)行積分運(yùn)算，得到實(shí)際的速度改變量值步驟五：根據(jù)實(shí)際速度改變量ΔV，可在由步驟三中確定的區(qū)間初速度和區(qū)間速度改變量的關(guān)系表中查找人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)的實(shí)際速度；步驟六：安裝在座椅上的開(kāi)傘控制器根據(jù)步驟五得到的人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)的實(shí)際速度，判斷救生傘安全開(kāi)傘時(shí)機(jī)。所述需要進(jìn)行計(jì)算的時(shí)間段，可以在從彈射出艙時(shí)刻到座椅設(shè)計(jì)允許的最早開(kāi)傘時(shí)刻之間選取一個(gè)連續(xù)的時(shí)間區(qū)間，選取的區(qū)間長(zhǎng)度越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)計(jì)算得出的人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)速度越準(zhǔn)確；所述人椅系統(tǒng)質(zhì)量，是指彈射時(shí)隨同乘員一起離開(kāi)座艙的所有救生裝備、乘員及自身裝備等的總質(zhì)量值，在計(jì)算時(shí)可以使用近似值代替，近似程度越好，對(duì)應(yīng)計(jì)算得出的人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)速度越準(zhǔn)確；步驟一中所述人椅系統(tǒng)氣動(dòng)阻力系數(shù)，是指彈射時(shí)隨同乘員一起離開(kāi)座艙的所有救生裝備、乘員及自身裝備等的總的氣動(dòng)阻力系數(shù)，可由仿真計(jì)算或?qū)嶋H試驗(yàn)確定其近似值，近似程度越好，對(duì)應(yīng)計(jì)算得出的人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)速度越準(zhǔn)確；所述人椅系統(tǒng)氣動(dòng)特征面積，是指彈射時(shí)隨同乘員一起離開(kāi)座艙的所有救生裝備、乘員及自身裝備等的總的氣動(dòng)特征面積，可由仿真計(jì)算或?qū)嶋H試驗(yàn)確定其靜態(tài)近似值，并且在彈射出艙后會(huì)跟隨人椅系統(tǒng)的姿態(tài)變化而改變，此時(shí)可以根據(jù)姿態(tài)參數(shù)計(jì)算得到其動(dòng)態(tài)近似值，近似程度越好，對(duì)應(yīng)計(jì)算得出的人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)速度越準(zhǔn)確；所述人椅系統(tǒng)海拔高度，是指人椅系統(tǒng)彈射出艙后采集到的海拔高度參數(shù)，可以由啟動(dòng)彈射時(shí)采集到的海拔高度參數(shù)來(lái)近似，近似程度越好，對(duì)應(yīng)計(jì)算得出的人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)速度越準(zhǔn)確；所述座椅二級(jí)動(dòng)力航向分量參數(shù)，可在計(jì)算時(shí)采集得到，也可根據(jù)設(shè)計(jì)值近似，近似程度越好，對(duì)應(yīng)計(jì)算得出的人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)速度越準(zhǔn)確；所述不同初始速度值，可以采用等間隔或不等間隔選取，間隔選取越小，對(duì)應(yīng)計(jì)算得出的人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)速度越準(zhǔn)確。所述的人椅系統(tǒng)加速度參數(shù)，是指飛機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系下的加速度值，可以由椅載慣性導(dǎo)航器件測(cè)量得出，也可以由椅載加速度、角速度傳感器等器件測(cè)量并轉(zhuǎn)換后得出；如果選取的計(jì)算時(shí)間區(qū)間較小也可以采用未經(jīng)轉(zhuǎn)換的椅載加速度傳感器測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算得到速度改變量，此時(shí)計(jì)算結(jié)果誤差變大；所述的對(duì)加速度進(jìn)行計(jì)算得到速度改變量，其計(jì)算方法可以是數(shù)值積分，也可以是其它能夠得到速度改變量的計(jì)算方法。應(yīng)用該方法也可以用來(lái)近似估算啟動(dòng)彈射時(shí)人椅系統(tǒng)和飛機(jī)的速度。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明依據(jù)首次發(fā)現(xiàn)和闡明的人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)初速度參數(shù)與出艙后速度改變量參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及人椅系統(tǒng)彈射出艙后的加速度參數(shù)與速度改變量參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)了一種基于人椅系統(tǒng)質(zhì)量、人椅系統(tǒng)氣動(dòng)阻力系數(shù)、人椅系統(tǒng)氣動(dòng)特征面積以及人椅系統(tǒng)彈射出艙后的加速度、姿態(tài)角、海拔高度、座椅二級(jí)動(dòng)力等參數(shù)計(jì)算獲知人椅系統(tǒng)彈射出艙時(shí)速度的方法。本發(fā)明既能夠避免現(xiàn)有的采用空壓裝置感受彈射出艙速度方法易受干擾的缺點(diǎn)，又能夠避免在采用由飛機(jī)主機(jī)提供彈射出艙速度方法時(shí)飛機(jī)故障情況下無(wú)法提供有效的彈射速度，能夠自主的可靠獲得彈射出艙速度參數(shù)，程序控制機(jī)構(gòu)依據(jù)該速度參數(shù)決定打開(kāi)救生傘的時(shí)間，從而有效提高彈射救生成功率，保障飛行員的救生安全。本發(fā)明提供了一種完全自主式的實(shí)時(shí)判斷彈射速度的方法，能夠避免現(xiàn)有彈射救生裝置速度感受方式的缺陷和不足，提高了彈射救生的性能和可靠性。附圖說(shuō)明圖1為人椅系統(tǒng)速度改變量-初速度對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。具體實(shí)施示例：下面結(jié)合具體實(shí)施示例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：本例中假設(shè)使用某型號(hào)座椅進(jìn)行彈射救生：計(jì)算“初始速度值—速度改變量關(guān)系”表選取需要進(jìn)行計(jì)算的時(shí)間段△T為彈射出艙后的0.1s～0.3s。選取該時(shí)間段的主要考慮因素是：根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，座椅二級(jí)動(dòng)力航向推力在該時(shí)段比較穩(wěn)定，可以近似為常量以簡(jiǎn)化計(jì)算。自彈射出艙后0.1s開(kāi)始至0.3s，程序采集人椅系統(tǒng)質(zhì)量m、人椅系統(tǒng)氣動(dòng)阻力系數(shù)CD、人椅系統(tǒng)氣動(dòng)特征面積As、海拔高度h(轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的平均大氣密度ρ)、座椅二級(jí)動(dòng)力航向分量參數(shù)F。在本例中，上述參數(shù)簡(jiǎn)化為常量，取m＝210kg，F(xiàn)＝1200N，ρ*Cd*As＝-0.53，代入公式(1)進(jìn)行迭代計(jì)算：式中，n為非負(fù)整數(shù)0,1,2，…，其最大值nmax為將時(shí)間區(qū)間△T平均分割得到的份數(shù)，以Δtn＝△T/nmax≤0.0025s為宜，本例中取Δtn＝0.001s；Atn為tn時(shí)刻人椅系統(tǒng)加速度，vtn為tn時(shí)刻人椅系統(tǒng)速度，n＝0時(shí)vt0為時(shí)間區(qū)間△T起始時(shí)刻人椅系統(tǒng)速度，經(jīng)過(guò)n次計(jì)算，得到vtnmax為時(shí)間區(qū)間△T結(jié)束時(shí)刻人椅系統(tǒng)速度，進(jìn)而得到區(qū)間△T內(nèi)的人椅系統(tǒng)速度變化量ΔV＝vtnmax_vt0。分別以5m/s為間隔設(shè)定vt0為0m/s，5m/s，10m/s，…等不同的時(shí)間區(qū)間△T起始時(shí)刻初速度值，經(jīng)過(guò)上述計(jì)算分別得到相應(yīng)的人椅系統(tǒng)速度改變量值，如表所示：表人椅系統(tǒng)速度改變量-初速度對(duì)應(yīng)關(guān)系區(qū)間初速度0m/s5m/s10m/s…395m/s400m/s區(qū)間速度改變量1.13m/s1.121.08…-64.48m/s-66.01m/s表中所示，若人椅系統(tǒng)彈射出艙0.1s時(shí)初速度為0m/s，至出艙0.3s時(shí)速度增加了1.13m/s；若人椅系統(tǒng)彈射出艙0.1s時(shí)初速度為5m/s，至出艙0.3s時(shí)速度增加了1.12m/s；……，若人椅系統(tǒng)彈射出艙0.1s時(shí)初速度為395m/s，至出艙0.3s時(shí)速度降低了64.48m/s；若人椅系統(tǒng)彈射出艙0.1s時(shí)初速度為400m/s，至出艙0.3s時(shí)速度降低了66.01/s。將表中人椅系統(tǒng)速度改變量-初速度對(duì)應(yīng)關(guān)系表格數(shù)據(jù)繪制為曲線后如圖1所示：計(jì)算實(shí)際速度改變量值人椅系統(tǒng)彈射出艙后，程序采集椅載傳感器系統(tǒng)輸出的航向加速度參數(shù)a，并在0.1s～0.3s內(nèi)對(duì)a進(jìn)行積分運(yùn)算，得到實(shí)際的速度改變量值查表確定人椅系統(tǒng)彈射出艙0.1s時(shí)的實(shí)際速度根據(jù)步驟四中得到實(shí)際速度改變量ΔV，在由步驟三得到的表中查找人椅系統(tǒng)彈射出艙0.1s時(shí)的實(shí)際速度。例如，如計(jì)算得到實(shí)際速度改變量ΔV＝1.1m/s，則查表可知，人椅系統(tǒng)彈射出艙0.1s時(shí)的實(shí)際速度為5m/s～10m/s,約為7.5m/s；如計(jì)算得到實(shí)際速度改變量ΔV＝-65m/s，則查表可知，人椅系統(tǒng)彈射出艙0.1s時(shí)的實(shí)際速度為395m/s～400m/s,約為397m/s。至此，程序機(jī)構(gòu)已可得知人椅系統(tǒng)彈射出艙0.1s時(shí)的速度參數(shù)，進(jìn)而結(jié)合高度參數(shù)設(shè)定救生傘工作延遲時(shí)間。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3