Система автоматической отцепки парашюта. Часть 1: Обзор изнутри
Система автоматической отцепки парашюта (или автоотцепка, АО) – это устройство, которое предназначено для отсоединения парашюта от груза после его приземления. Чаще всего, в момент касания груза земли, парашют всё ещё подвержен порывам ветра и тянет за собой груз, переворачивая и унося его от места посадки.
Автоотцепка позволяет не только сохранить целостность груза, уменьшая вероятность протаскивания по земле после приземления, но и обеспечить точность посадки. Таким образом, АО является важным модулем в области доставки грузов парашютным способом.
Команда Лаборатории Микроприборов разработала серию прототипов АО с применением инерциальных МЭМС. В данном обзоре описан принцип действия, требования, предъявляемые к устройству, и первые полученные результаты.
Принцип работы АО
Рассмотрим принцип работы автоматической отцепки парашюта. В исходном состоянии блок АО закрепляется на ленте из прочного материала. Одним концом лента соединена с грузом, на другом находится кольцевое замковое устройство (КЗУ). С помощью КЗУ груз соединяется с куполом парашюта (рисунок 1).
Рисунок 1 – Схема соединения АО с грузом и парашютом
После сброса груза из летательного аппарата и раскрытия парашюта в автоотцепке разрывается связь в одной из сигнальных цепей (например, при натяжении ленты из паза в блоке АО выходит шток, соединённый с грузом). С этого момента датчик наклона в АО начинает отслеживать угол наклона купола. При посадке этот угол превышает заданное значение, после чего КЗУ размыкается, высвобождая парашют (рисунок 2).
Рисунок 2 – Процесс отцепки парашюта при посадке груза
Более детально рассмотрим процесс снижения. После раскрытия парашюта блок АО находится в вертикальном положении (вектор поля силы тяжести Земли совпадает с продольной осью блока) (рисунок 3, а). В процессе снижения внешние возмущения (например, порывы ветра) могут отклонять ось АО на некоторые углы (до 10º при сильном ветре).
При посадке груза парашют накреняется на угол более 45º (рисунок 3, б). Если датчик наклона регистрирует такое отклонение в течение более чем 1 секунды, можно считать, что приземление груза выполнено. Автоотцепка приводит в действие исполнительный механизм, который извлекает шпильку из КЗУ. КЗУ разблокируется и парашют отцепляется от груза.
Существующие устройства подобного назначения в большинстве своём являются чисто механическими (рисунок 4).
Рисунок 3 – Наклон блока относительно вертикальной оси при снижении (а) и посадке (б)
Устройства же с электронной системой оценки угла наклона имеют время срабатывания порядка нескольких секунд (из-за необходимости фильтрации сигнала датчиков наклона). Отсюда стояла задача разработки устройства с малыми массогабаритными показателями и в то же время имеющего время срабатывания порядка 1 с.
Рисунок 4 – Простейшее механическое устройство автоотцепки парашюта
Технические требования в изделию
Более детально, к изделию предъявлялись следующие технические требования:
1) Структура АО должна была включать управляющую электронику с инерциальными датчиками, механизм для втягивания стропы, источник питания, механизмы для переключения режимов работы устройства и механического размыкания электрической цепи (рисунок 5).
Рисунок 5 – Концепт-схема АО
2) От исполнительного механизма требовалось усилие втягивания стропы более 5 Н и осуществлять работу на длине втягивания 40 мм при скорости в 40 мм/c.
3) Масса устройства не должна превышать 2,5 кг, а габаритные размеры изделия – составлять не более 250х90х70 мм без учета штока и стропы, которые выходят за пределы корпуса.
Первые результаты
В результате разработки были созданы две версии изделия (рисунок 6).
Рисунок 6 – Версии АО с микросоленоидом и линейным приводом
Первая использовала в качестве исполнительного устройства микросоленоид с пружиной, вторая же задействовала линейный привод. В качестве показаний датчика наклона в обоих случаях было использовано комплексированное решение от триады МЭМС-акселерометров и датчиков угловой скорости.
Во второй части обзора будет рассмотрен алгоритм работы системы, а также результаты проведенного тестирования прототипов.To be continued…
Подписывайтесь на наш Telegram-канал: https://t.me/mplab
На этом канале мы публикуем: кейсы (наши статьи и исследования); информацию о продуктах (модификации и новинки); отвечаем на часто задаваемые вопросы и другие анонсы.
