一种超低空无伞空投装置

1.本发明涉及航空航天技术领域，具体是一种超低空无伞空投装置。


背景技术：

2.近年来，空投运输因其方便、快捷的特点得到快速的发展和广泛的运用，陆军装备物资的投送也越来越依赖直升机并主要采取有伞空投、机降、无伞空投3种方式。但前两种方式存在着明显的缺点，有伞空投前期准备时间长，时效性不强，易受风力、风向、高大树木等地面环境因素影响，且物资散布面积广，投送的装备物资不易快速集中形成战斗力，容易被敌方发现甚至攻击。机降对地面条件要求较高，需要有一定面积平整坚硬的地面来实现机降，丛林、沙漠、厚雪、沼泽、不平整山地等地面都无法实现机降，且投送时间较长，在没有绝对制空权的情况下，危险系数较高。
3.无伞空投相比前两种空投方式具有准备时间短、投送迅速、受气候条件影响小、着陆散布小、可重复利用等优点。但目前无伞空投的研究多致力于液体、食品等对结构完整性要求不高的材料的无伞空投，无法满足大型精密设备的无伞空投需求。基于此，本发明人在已申报专利（cn113715764a-一种一维展开机构与吸能材料复合作用的碰撞缓冲吸能装置）的基础上，提出一种超低空无伞空投装置来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超低空无伞空投装置，该空投装置具有收拢压紧和展开锁定两种状态。在直升机舱内时，设备固定于装置平台上，装置处于收拢压紧状态以满足机舱的存储要求，当装置从机舱推出下落一定高度开始着陆时，支臂展开到工作位置并锁定，锁定到位后依靠支臂内的吸能材料吸收冲击能量，实现空投装置的安全着陆。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超低空无伞空投装置，包括平台、支臂、足垫，所述平台与四条支臂均通过转铰连接，所述平台与各支臂的转链连接处均设有支臂驱动机构和支臂展开锁定机构，所述支臂由三个吸能模块 组成，所述吸能模块连接处设有吸能模块驱动机构和吸能模块展开锁定机构，所述支臂与足垫之间通过球铰连接；所述支臂在使用前收拢竖起，各吸能模块折叠在一起，构成一个长度较小的矩形体，矩形体放置方向与平台长度方向一致，支臂和吸能模块间通过电磁锁锁紧，所述吸能模块折叠构成的矩形体与接口呈一定角度；空投时所述电磁锁解锁，吸能模块展开并锁定成一条直线，支臂与平台呈一定角度，倾斜向下；所述支臂驱动机构包括第一滑块、第一连杆、第一曲柄、第一大齿轮轴、第一大齿轮、第一小齿轮轴和第一小齿轮,所述第一滑块两端分别通过第一圆柱螺旋压缩弹簧和第一圆柱螺旋拉伸弹簧与平台连接,所述第一连杆一端通过转动副与第一滑块连接，另一端通过转动副与第一曲柄连接；所述第一曲柄一端通过转动副与第一连杆连接，另一端与第一大齿轮轴固定连接；所述第一大齿轮轴一端通过转动副与平台相连，另一端与第一大齿
轮固连；所述第一小齿轮与第一大齿轮相啮合，第一小齿轮轴一端与第一小齿轮固连，另一端与平台通过转动副相连；所述支臂展开锁定机构包括接口、第一小齿轮轴、解锁销、固定销、侧盖板、后盖板和转动副外耳，所述接口铰链端与第一小齿轮轴固连，接口平面端与一维展开机构的下平台固连，所述解锁销与后盖板之间设有第一圆柱螺旋压缩弹簧，后盖板与转动副外耳通过螺钉连接,所述固定销与解锁销通过斜槽相接,固定销与转动副外耳内腔之间设有第一圆柱螺旋压缩弹簧,所述侧盖板与转动副外耳通过螺钉连接。
6.所述吸能模块展开锁定机构包括凸台、锁舌、盖板、凹台和铰链，所述锁舌与凸台之间设有第一圆柱螺旋压缩弹簧，所述盖板与凸台通过螺钉连接，所述凸台与凹台通过铰链相连。
7.所述凸台开有限位槽，用于锁舌的限位；所述凹台三面开有方形孔,用于与锁舌配合，实现关节锁紧。
8.所述吸能模块驱动机构包括第二滑块、第二连杆、第二曲柄、第二大齿轮轴、第二大齿轮、第二小齿轮和第二小齿轮轴，所述第二滑块两端分别通过第一圆柱螺旋压缩弹簧、第一圆柱螺旋拉伸弹簧与吸能模块展开锁定机构的凸台相连,所述第二连杆一端通过转动副与第二滑块连接、另一端通过转动副与第二曲柄相连；所述第二曲柄一端通过转动副与第二连杆相连，另一端与第二大齿轮轴固定；所述第二大齿轮轴一端通过转动副与吸能模块展开锁定机构的凸台相连，另一端与第二大齿轮固连，所述第二小齿轮与第二大齿轮相啮合，第二小齿轮轴一端与第二小齿轮固连，另一端与吸能模块展开锁定机构中的合页固定连接。
9.所述吸能模块包括一维展开机构和吸能材料，所述吸能材料和一维展开机构组合在一起，吸能材料处于一维展开机构内部，在碰撞时同步变形，吸能材料和一维展开机构的运动互不干涉。
10.所述一维展开机构包括下平台、中平台、上平台和支链，三个平台之间相互平行，所述支链包括支链下杆和支链上杆, 支链杆两端安装有转动副，支链杆之间、支链杆与平台之间都通过转动副相连接。
11.所述支链上杆开有凹槽，支链下杆在机构平台收拢时与支链上杆的凹槽相配合，防止机构收拢时两杆之间的运动出现干涉，所述支链初始状态为倾斜状态，防止机构在收拢运动时出现奇异状态。
12.所述下平台、中平台、上平台、支链材料均采用碳纤维材料和金属镶嵌件构成。
13.所述吸能材料的两端与一维展开机构的平台固连，机构平台受压力作用收拢时挤压吸能材料，吸能材料吸收冲击能量。
14.所述吸能材料为铝蜂窝或泡沫铝。
15.与现有技术相比，发明的有益效果1、本发明整体结构轻便，本发明的结构材料大多采用碳纤维材料，而碳纤维材料具有密度小、强度高的特点。
16.2、本发明缓冲性能良好，能够吸收重型设备空投的冲击，本发明使用的吸能材料铝蜂窝具有密度小、比吸能大的优点，与现有的大部分吸能材料相比吸能效果更为显著。
17.3、本发明能满足重型设备的无伞空投需求，目前无伞空投装置大多只能满足液
体、食品等耐摔、对结构完整性要求不高等材料的无伞空投需求。
附图说明
18.图1为本发明超低空无伞空投装置收拢状态示意图；图2为本发明超低空无伞空投装置工作状态示意图；图3为本发明实施例中吸能模块的结构示意图；图4为本发明实施例中一维展开机构的结构示意图；图5为本发明实施例中支链结构的示意图；图6为本发明实施例中支臂驱动机构的结构示意图；图7为本发明实施例中支臂展开锁定机构的结构示意图；图8为本发明实施例中转动副外耳半剖示意图；图9为本发明实施例中支臂展开锁定机构工作状态示意图；图10为本发明实施例中吸能模块关节驱动机构的结构示意图；图11为本发明实施例中吸能模块关节展开锁定机构的结构示意图；图12为本发明实施例中吸能模块关节展开锁定机构的内部结构示意图；图13为本发明实施例中凹台的结构示意图。
19.图中：1、平台；2、第一滑块；3、第一连杆；4、第一曲柄；5、第一大齿轮轴；6、第一大齿轮；7、第一小齿轮轴；8、第一小齿轮；9、一维展开机构；10、吸能材料；11、接口；12、解锁销；13、固定销；14、侧盖板；15、后盖板；16、转动副外耳；17、凸台；18、盖板；19、凹台；20、第二滑块；21、第二连杆；22、第二曲柄；23、第二大齿轮轴；24、第二大齿轮；25、第二小齿轮；26、第二小齿轮轴；901、下平台；902、中平台；903、上平台；904、支链下杆；905、支链上杆；a、支臂；b、吸能模块；c、支链；d、锁舌；e、铰链；f、限位槽；g、方形孔；h、足垫；t、电磁锁。
具体实施方式
20.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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.如图1所示，一种超低空无伞空投装置，包括平台1、支臂a、足垫h，所述平台1与四条支臂a均通过转铰连接，所述平台1与各支臂a的转链连接处均设有支臂驱动机构和支臂展开锁定机构，所述支臂a由三个吸能模块 b组成，所述吸能模块b连接处设有吸能模块驱动机构和吸能模块展开锁定机构，所述支臂a与足垫h之间通过球铰连接；所述支臂a在使用前收拢竖起，各吸能模块b折叠在一起，构成一个长度较小的矩形体，矩形体放置方向与平台1长度方向一致，支臂a和吸能模块b间通过电磁锁t锁紧，根据放置位置不同，吸能模块b收拢成的矩形体与铰链活动杆成一定角度，此角度可以根据空投装置的储存需要而改变。
22.如图2所示，超低空无伞空投装置工作时，支臂a与平台1、吸能模块b与吸能模块b之间的磁力锁t断电，支臂a和吸能模块b分别在各自的驱动机构带动下运动，当支臂a与吸能模块b运动到工作位置，锁定装置触发，实现锁定，锁定到位后依靠支臂a内的吸能材料10吸收冲击能量，实现空投装置的安全着陆。
23.在上述结构的基础上，如图3所示，本实施例中采用本发明人已申报专利（cn113715764a-一种一维展开机构与吸能材料复合作用的碰撞缓冲吸能装置）中的碰撞缓冲吸能装置作为吸能模块b的主要组成部分，并利用支臂驱动机构和支臂展开锁定机构，使吸能模块b与支臂a和平台1有机结合，从而能够有效吸收重型设备空投的冲击，以满足对结构完整性要求较高的大型精密设备的无伞空投需求。
24.具体的，所述吸能模块b包括一维展开机构9和吸能材料10，所述吸能材料10和一维展开机构9组合在一起，吸能材料10处于一维展开机构内部，在碰撞时同步变形，吸能材料10和一维展开机构9的运动互不干涉。
25.具体的，所述吸能材料10的两端与一维展开机构9的平台固连，机构平台受压力作用收拢时挤压吸能材料，吸能材料吸收冲击能量。
26.优选的，所述吸能材料10为铝蜂窝或泡沫铝。
27.如图4、图5所示，所述一维展开机构9包括下平台91、中平台92、上平台93和支链c,三个平台之间相互平行，所述支链c包括支链下杆94和支链上杆95, 支链杆两端安装有转动副，支链杆之间、支链杆与平台之间都通过转动副相连接。
28.具体的，所述支链上杆95开有凹槽，支链下杆94在机构平台收拢时与支链上杆95的凹槽相配合，防止机构收拢时两杆之间的运动出现干涉，所述支链c初始状态为倾斜状态，防止机构在收拢运动时出现奇异状态。
29.优选的，所述下平台91、中平台92、上平台93、支链c材料均采用碳纤维材料和金属镶嵌件构成。
30.如图6所示，所述支臂驱动机构包括第一滑块2、第一连杆3、第一曲柄4、、大齿轮轴5、第一大齿轮6、第一小齿轮轴7和第一小齿轮8,所述第一滑块2两端分别通过第一圆柱螺旋压缩弹簧和第一圆柱螺旋拉伸弹簧与平台1连接,所述第一连杆3一端通过转动副与第一滑块2连接，另一端通过转动副与第一曲柄4连接；所述第一曲柄4一端通过转动副与第一连杆3连接，另一端与大齿轮轴5固定连接；所述大齿轮轴5一端通过转动副与平台1相连，另一端与第一大齿轮6固连；所述第一小齿轮8与第一大齿轮6相啮合，第一小齿轮轴7一端与第一小齿轮8固连，另一端与平台1通过转动副相连；如图7、图8、图9所示，所述支臂展开锁定机构包括接口11、第一小齿轮轴7、解锁销12、固定销13、侧盖板14、后盖板15和转动副外耳16，所述接口11铰链端与第一小齿轮轴7固连，接口11平面端与一维展开机构9的下平台固连，所述解锁销12与后盖板15之间设有第一圆柱螺旋压缩弹簧，后盖板15与转动副外耳16通过螺钉连接,所述固定销13与解锁销12通过斜槽相接,固定销13与转动副外耳16内腔之间设有第一圆柱螺旋压缩弹簧,所述侧盖板14与转动副外耳16通过螺钉连接。
31.如图10所示，所述吸能模块驱动机构包括第二滑块20、第二连杆21、第二曲柄22、第二大齿轮轴23、第二大齿轮24、第二小齿轮25和第二小齿轮轴26，所述第二滑块20两端分别通过第一圆柱螺旋压缩弹簧、第一圆柱螺旋拉伸弹簧与吸能模块展开锁定机构的凸台17相连,所述第二连杆21一端通过转动副与滑块19连接、另一端通过转动副与第二曲柄22相连；所述第二曲柄22一端通过转动副与第二连杆21相连，另一端与第二大齿轮轴23固定；所述第二大齿轮轴23一端通过转动副与吸能模块展开锁定机构的凸台17相连，另一端与第二大齿轮24固连，所述第二小齿轮25与第二大齿轮24相啮合，第二小齿轮轴26一端与第二小
齿轮25固连，另一端与吸能模块展开锁定机构中的合页e固定连接。
32.如图11、图12、图13所示，所述吸能模块展开锁定机构包括凸台17、锁舌d、盖板18、凹台19和铰链e，所述锁舌d与凸台17之间设有第一圆柱螺旋压缩弹簧，所述盖板18与凸台17通过螺钉连接，所述凸台17与凹台19通过铰链e相连。
33.具体的，所述凸台17开有限位槽f，用于锁舌d的限位；所述凹台19三面开有方形孔g,用于与锁舌d配合，实现关节锁紧。
34.工作过程：本发明超低空无伞空投装置在使用前为收拢状态，各吸能模块b折叠在一起，构成一个长度较小的矩形体，矩形体放置方向与平台1长度方向一致，支臂a和吸能模块b间通过电磁锁t锁紧，根据实际放置位置的不同，吸能模块b收拢成的矩形体与铰链活动杆成一定角度，此角度可以根据空投装置的储存需要而改变。
35.当超低空无伞空投装置进入工作状态时，支臂a与平台1、吸能模块b与吸能模块b之间的磁力锁t断电，支臂a和吸能模块b分别在各自的驱动机构带动下运动，当支臂a与吸能模块b运动到工作位置，锁定装置触发，实现锁定，锁定到位后依靠支臂a内的吸能材料10吸收冲击能量，实现空投装置的安全着陆。
36.本发明超低空无伞空投装置整体结构轻便，所用碳纤维材料密度小、强度高，搬运方便；所使用的铝蜂窝吸能材料密度小、比吸能大，与现有的大部分吸能材料相比缓冲性能更好，能够有效吸收重型设备空投的冲击，满足对结构完整性要求较高的大型精密设备的无伞空投需求。
37.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种超低空无伞空投装置，包括平台（1）、支臂（a）和足垫（h），其特征在于，所述平台（1）与四条支臂（a）均通过转铰连接，所述平台（1）与各支臂（a）的转链连接处均设有支臂驱动机构和支臂展开锁定机构，所述支臂（a）由三个吸能模块 （b）组成，所述吸能模块（b）连接处设有吸能模块驱动机构和吸能模块展开锁定机构，所述支臂（a）与足垫（h）之间通过球铰连接；所述支臂（a）在使用前收拢竖起，各吸能模块（b）折叠在一起，构成一个长度较小的矩形体，矩形体放置方向与平台（1）长度方向一致，支臂（a）和吸能模块（b）间通过电磁锁（t）锁紧，所述吸能模块（b）折叠构成的矩形体与接口（11）呈一定角度；空投时所述电磁锁（t）解锁，吸能模块（b）展开并锁定成一条直线，支臂（a）与平台（1）呈一定角度，倾斜向下；所述支臂驱动机构包括第一滑块（2）、第一连杆（3）、第一曲柄（4）、大齿轮轴（5）、第一大齿轮（6）、第一小齿轮轴（7）和第一小齿轮（8）,所述第一滑块（2）两端分别通过第一圆柱螺旋压缩弹簧和第一圆柱螺旋拉伸弹簧与平台（1）连接,所述第一连杆（3）一端通过转动副与第一滑块（2）连接，另一端通过转动副与第一曲柄（4）连接；所述第一曲柄（4）一端通过转动副与第一连杆（3）连接，另一端与大齿轮轴（5）固定连接；所述大齿轮轴（5）一端通过转动副与平台（1）相连，另一端与第一大齿轮（6）固连；所述第一小齿轮（8）与第一大齿轮（6）相啮合，第一小齿轮轴（7）一端与第一小齿轮（8）固连，另一端与平台（1）通过转动副相连；所述支臂展开锁定机构包括接口（11）、第一小齿轮轴（7）、解锁销（12）、固定销（13）、侧盖板（14）、后盖板（15）和转动副外耳（16），所述接口（11）铰链端与第一小齿轮轴（7）固连，接口（11）平面端与一维展开机构（9）的下平台固连，所述解锁销（12）与后盖板（15）之间设有第一圆柱螺旋压缩弹簧，后盖板（15）与转动副外耳（16）通过螺钉连接,所述固定销（13）与解锁销（12）通过斜槽相接,固定销（13）与转动副外耳（16）内腔之间设有第一圆柱螺旋压缩弹簧,所述侧盖板（14）与转动副外耳（16）通过螺钉连接。2.根据权利要求1所述的一种超低空无伞空投装置，其特征在于：所述吸能模块展开锁定机构包括凸台（17）、锁舌（d）、盖板（18）、凹台（19）和铰链（e），所述锁舌（d）与凸台（17）之间设有第一圆柱螺旋压缩弹簧，所述盖板（18）与凸台（17）通过螺钉连接，所述凸台（17）与凹台（19）通过铰链（e）相连。3.根据权利要求2所述的一种超低空无伞空投装置，其特征在于：所述凸台（17）开有限位槽（f），用于锁舌（d）的限位；所述凹台（19）三面开有方形孔（g）,用于与锁舌（d）配合，实现关节锁紧。4.根据权利要求1所述的一种超低空无伞空投装置，其特征在于：所述吸能模块驱动机构包括第二滑块（20）、第二连杆（21）、第二曲柄（22）、第二大齿轮轴（23）、第二大齿轮（24）、第二小齿轮（25）和第二小齿轮轴（26），所述第二滑块（20）两端分别通过第一圆柱螺旋压缩弹簧、第一圆柱螺旋拉伸弹簧与吸能模块展开锁定机构的凸台（17）相连,所述第二连杆（21）一端通过转动副与滑块（19）连接、另一端通过转动副与第二曲柄（22）相连；所述第二曲柄（22）一端通过转动副与第二连杆（21）相连，另一端与第二大齿轮轴（23）固定；所述第二大齿轮轴（23）一端通过转动副与吸能模块展开锁定机构的凸台（17）相连，另一端与第二大齿轮（24）固连，所述第二小齿轮（25）与第二大齿轮（24）相啮合，第二小齿轮轴（26）一端与第二小齿轮（25）固连，另一端与吸能模块展开锁定机构中的合页（e）固定连接。5.根据权利要求1所述的一种超低空无伞空投装置，其特征在于：所述吸能模块（b）包括一维展开机构（9）和吸能材料（10），所述吸能材料（10）和一维展开机构（9）组合在一起，
吸能材料（10）处于一维展开机构内部，在碰撞时同步变形，吸能材料（10）和一维展开机构（9）的运动互不干涉。6.根据权利要求5所述的一种超低空无伞空投装置，其特征在于：所述一维展开机构（9）包括下平台（91）、中平台（92）、上平台（93）和支链（c）,三个平台之间相互平行，所述支链（c）包括支链下杆（94）和支链上杆（95）, 支链杆两端安装有转动副，支链杆之间、支链杆与平台之间都通过转动副相连接。7.根据权利要求6所述的一种超低空无伞空投装置，其特征在于：所述支链上杆（95）开有凹槽，支链下杆（94）在机构平台收拢时与支链上杆（95）的凹槽相配合，防止机构收拢时两杆之间的运动出现干涉，所述支链（c）初始状态为倾斜状态，防止机构在收拢运动时出现奇异状态。8.根据权利要求7所述的一种超低空无伞空投装置，其特征在于：所述下平台（91）、中平台（92）、上平台（93）、支链（c）材料均采用碳纤维材料和金属镶嵌件构成。9.根据权利要求8所述的一种超低空无伞空投装置,其特征在于：所述吸能材料（10）的两端与一维展开机构（9）的平台固连，机构平台受压力作用收拢时挤压吸能材料，吸能材料吸收冲击能量。10.根据权力要求5所述的一种超低空无伞空投装置，其特征在于：所述吸能材料（10）为铝蜂窝或泡沫铝。

技术总结
本发明提供了一种超低空无伞空投装置，包括平台、支臂和足垫，平台与支臂均通过铰链连接，平台与支臂铰链配合处均设有支臂驱动机构、支臂展开锁定机构；支臂均由三个吸能模块组成，吸能模块通过铰链关节相连，互相平行叠加，连接处设有关节驱动机构、关节展开锁定机构；支臂与铰链的活动杆件相连，可以在电磁锁解锁后沿铰链转动方向运动。本发明超低空无伞空投装置整体结构轻便，所用碳纤维材料密度小、强度高，搬运方便；所使用的铝蜂窝吸能材料密度小、比吸能大，与现有的大部分吸能材料相比缓冲性能更好，能够有效吸收重型设备空投的冲击，满足重型设备等对结构完整性要求较高的无伞空投需求。无伞空投需求。无伞空投需求。


技术研发人员：宋小科 徐超林 赵莹 张瑞珍 郭北
受保护的技术使用者：华东交通大学
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/6/12