一种直升机集装货运系统及其控制方法与流程

1.本发明属于直升机特种设备领域，具体涉及一种直升机集装货运系统及其控制方法。


背景技术：

2.货物运输一直是直升机的基本作战使命，小到沙子水泥、设备器材，大到抢险物资、武器战车，直升机的运输任务涵盖了日常保障、抢险救灾、战场投送等多个场景。因此，直升机的运输能力、装卸载效率等技术指标是各类运输型直升机之间的核心竞争点。特别是在集装货物运输领域，因直升机的使用场景往往是承接各基地、场站配载好的集装货物跨山区、跨海域的中短途运输，即“运输最后一公里”的角色，其对集装货物的装卸载、限动和状态监控能力决定着运输型直升机的关键作战性能。
3.因此，各类运输型直升机均设计了各类舱内货物运输系统。从最简单的手动牵引绞车加防磨滚棒的形式到带有电动限位装置的空运锁，直升机上已应用了很多类用于集装运输的货运系统构型。然而目前已有的货运系统大多主要实现的是辅助牵引功能或单一的集装货盘锁定功能，尚无一种能够对集装货物运输场景进行整体规划，与机上多系统进行联动的货运系统，无法满足新时代复杂作战任务场景下的快速装卸和货物动态监控的要求。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种直升机集装货运系统及其控制方法，能够满足新时代复杂作战任务场景下的快速装卸和货物动态监控的要求。
5.第一方面，本技术提供一种直升机集装货运系统，直升机集装货运系统，包含任务管理系统控制面板(10)、货运系统中央处理器(20)、机电管理计算机(30)、货运系统监测部件(40)、综合显示器(50)、起落架系统(60)、飞控系统(70)、地板灯带(80)、尾舱门抛放系统(90)、火警监控盒(100)、舱内灭火系统(101)、货运系统执行部件(200)、应急释放开关(300)，其中：
6.所述任务管理系统控制面板(10)包括数据输入模块、视频显示模块和通电开关；
7.所述货运系统监测部件(40)包括视频监控系统(401)和停机角监控系统(402)；所述货运系统执行部件(200)包括空运电动锁(201)、末端止动器(202)和侧导轨灯带(203)；
8.所述起落架系统(60)上内置有重量传感器，可获得飞机起飞前总重量；
9.所述空运电动锁(201)是一组共6-12对的电动锁，每个锁的内部安装有微动开关，能够反馈空运电动锁(201)开闭状态并送入货运系统中央处理器(20)；
10.所述空运电动锁(201)内置有爆炸帽机构，可通过电气控制对空运电动锁(201)进行损毁式紧急打开；
11.任务管理系统控制面板(10)依次与货运系统中央处理器(20)、机电管理计算机(30)连接；货运系统中央处理器(20)分别与货运系统执行部件(200)、应急释放开关(300)
和货运系统监测部件(40)连接；机电管理计算机(30)分别与综合显示器(50)、起落架系统(60)、飞控系统(70)、地板灯带(80)、尾舱门抛放系统(90)、火警监控盒(100)连接；火警监控盒(100)与舱内灭火系统(101)连接。
12.具体的，所述侧导轨灯带(203)是一排每隔预设距离就有一个led灯泡的细长灯带，根据货运系统中央处理器(20)输入的信号进行亮暗；当集装货物上机时，侧导轨灯带(203)会将集装货物末端所在位置及其航向前侧的led灯亮起，其他led灯熄灭，从而指示集装货物的上机位置。
13.具体的，所述地板灯带(80)是一排每隔预设距离就有一条的垂直航向的发光灯带组；当集装货物上机时，地板灯带(80)中距离集装货物末端最近的那条灯带会亮起，用于辅助指示直升机内集装货物的放置位置。
14.第二方面，本技术提供一种直升机集装货运系统控制方法，方法包括：
15.步骤10：货运系统中央处理器(20)判断直升机集装货运系统当前所处的工作模式；
16.步骤20：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为正常装载模式，则启动货运系统；
17.步骤30：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为飞行监控模式，则对直升机集装货运系统进行飞行监控；
18.步骤40：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为正常卸载模式，则启动卸载系统；
19.步骤50：当直升机遇到紧急情况，则启动应急释放模式，对锁定部分进行紧急打开，将货物进行应急抛放；当直升机的舱内发生火灾，则启动紧急灭火模式。
20.具体的，步骤20包括：
21.步骤201：启动直升机集装货运系统，并进行通电自检；
22.步骤202：输入货盘数量及货物重量重心并解算装载方案；
23.步骤203：存储装载方案并显示；
24.步骤204：货物按已生成的方案进行装载并通过空运电动锁进行锁定，完成装载；
25.步骤205：对装载完成后的货物进行起飞前最终检测，结束装载。
26.具体的，步骤202中的执行重心解算的方法为：
27.货运系统中央处理器(20)将自身存储器中暂存的x个集装货物的重量重心按穷举法列出各顺序下的总重心，依次求解每个总重心在预设的重心包线内距各边线的距离总和；
28.若距离总和有大于0的值，则选取最大值对应的方案为最优方案，得到集装货物的装载顺序；
29.若距离总和无大于0的值，则向任务管理系统控制面板(10)输出告警信号，说明没有合适的装载方案，需重新配货。
30.具体的，步骤30包括：
31.采集视频监控系统(401)中的视频信息并送储存及显示。
32.具体的，步骤40包括：
33.根据已有装载方案生成卸载方案并显示，控制空运电动锁按顺序打开完成卸载。
34.综上所述，本技术提供了一种直升机集装货运系统及其控制方法，通过设置任务管理系统控制面板和货运系统中央处理器对货运系统各零部件进行合理有序的控制，满足直升机集装货物运输的要求。同时在此基础上设计了该货运系统与机上机电管理计算机、综合显示器等设备动态交互的控制方法，既满足了集装货物的快速装卸载，又满足了各系统间的动态交联、实时监控和紧急任务快速反应的需求。
附图说明
35.图1为本技术提供了一种直升机集装货运系统的结构示意图；
36.图2为本技术提供了一种处于正常装载模式下的直升机集装货运控制方法的流程示意图；
37.图3为本技术提供了一种重心解算流程图。
38.其中，10-任务管理系统控制面板、20-货运系统中央处理器、30-机电管理计算机、40-货运系统监测部件、50-综合显示器、60-起落架系统、70-飞控系统、80-地板灯带、90-尾舱门抛放系统、100-火警监控盒、101-舱内灭火系统、200-货运系统执行部件、201-空运电动锁、202-末端止动器、203-侧导轨灯带、300-应急释放开关。
具体实施方式
39.实施例一
40.如图1所示，本技术提供一种直升机集装货运系统，包含任务管理系统控制面板(10)、货运系统中央处理器(20)、机电管理计算机(30)、货运系统监测部件(40)、综合显示器(50)、起落架系统(60)、飞控系统(70)、地板灯带(80)、尾舱门抛放系统(90)、火警监控盒(100)、舱内灭火系统(101)、货运系统执行部件(200)、应急释放开关(300)，其中：
41.所述任务管理系统控制面板(10)包括数据输入模块、视频显示模块和通电开关；
42.所述货运系统监测部件(40)包括视频监控系统(401)和停机角监控系统(402)；所述货运系统执行部件(200)包括空运电动锁(201)、末端止动器(202)和侧导轨灯带(203)；
43.所述起落架系统(60)上内置有重量传感器，可获得飞机起飞前总重量；
44.所述空运电动锁(201)是一组共6-12对的电动锁，每个锁的内部安装有微动开关，能够反馈空运电动锁(201)开闭状态并送入货运系统中央处理器(20)；
45.所述空运电动锁(201)内置有爆炸帽机构，可通过电气控制对空运电动锁(201)进行损毁式紧急打开；
46.任务管理系统控制面板(10)依次与货运系统中央处理器(20)、机电管理计算机(30)连接；货运系统中央处理器(20)分别与货运系统执行部件(200)、应急释放开关(300)和货运系统监测部件(40)连接；机电管理计算机(30)分别与综合显示器(50)、起落架系统(60)、飞控系统(70)、地板灯带(80)、尾舱门抛放系统(90)、火警监控盒(100)连接；火警监控盒(100)与舱内灭火系统(101)连接。
47.具体的，所述侧导轨灯带(203)是一排每隔254mm就有一个led灯泡的细长灯带，能够根据货运系统中央处理器(20)输入的信号进行亮暗。当某个集装货物上机时，侧导轨灯带(203)会将集装货物末端所在位置及其航向前侧的led灯亮起，其他led灯熄灭，从而指示集装货物的上机位置。
48.具体的，所述地板灯带(80)是一排每隔1016mm就有一条的垂直航向的发光灯带组，共有7-10条，当某个集装货物上机时，地板灯带(80)中距离集装货物末端最近的那条灯带会亮起，用于辅助指示直升机内集装货物的放置位置。
49.实施例二
50.本技术提供了一种直升机集装货运控制方法，所述方法应用于直升机集装货运系统，方法包括：
51.步骤10：货运系统中央处理器(20)判断直升机集装货运系统当前所处的工作模式；
52.步骤20：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为正常装载模式，则启动货运系统；
53.步骤30：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为飞行监控模式，则对直升机集装货运系统进行飞行监控；
54.步骤40：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为正常卸载模式，则启动卸载系统；
55.步骤50：当直升机遇到紧急情况，则启动应急释放模式，对锁定部分进行紧急打开，将货物进行应急抛放；当直升机的舱内发生火灾，则启动紧急灭火模式。
56.举例来说，紧急情况包括直升机发动机受损失效、直升机受到攻击、直升机受瞬时大气流难以操纵等。
57.具体的，如图2所示，步骤20包括：
58.步骤201：启动直升机集装货运系统，并进行通电自检；
59.当处于正常装载模式时，货运系统启动，任务管理系统控制面板(10)通电，向货运系统中央处理器(20)发送系统自检命令，货运系统中央处理器(20)采集1次货运系统执行部件(200)和货运系统监测部件(40)的通电信号，并采集机电管理计算机(30)的状态信号，判断货运系统执行部件(200)、货运系统监测部件(40)和机电管理计算机(30)控制的各系统状态正常。随后任务管理系统控制面板(10)通过自带的视频显示模块输出通电自检正常的信息；
60.步骤202：输入货盘数量及货物重量重心并解算装载方案；
61.任务管理系统控制面板(10)通过自带的数据输入模块给出货盘的数量并将数据送入货运系统中央处理器(20)执行判断，若超出预设货盘数量阈值，则在任务管理系统控制面板(10)自带的视频显示模块进行错误告警，若输入货盘数量在阈值内，则视频显示模块提示按货盘顺序输入货盘重量重心。随后任务管理系统控制面板(10)通过自带的数据输入模块给出每块货盘的重量重心。任务管理系统控制面板(10)将该数据送入货运系统中央处理器(20)。若货盘总重量超出预设重量阈值，则在任务管理系统控制面板(10)自带的视频显示模块进行错误告警，若货盘总重量在阈值内，则执行重心解算，解算重心后得到货盘装载顺序。随后货运系统中央处理器(20)采集停机角监控系统(402)的停机角数据，并根据该数据在机电管理计算机(30)内置数据库中查询装载方案，并将该方案的显示信息送入任务管理系统控制面板(10)进行显示。同时，货运系统中央管理器(20)还会向末端止动器(202)发放启动信号，末端止动器(202)受到信号后打开，对集装货物的装载最远位置进行限位。
62.步骤203：存储装载方案并显示；
63.查询到装载方案后，货运系统中央管理器(20)将装载方案送入机电管理计算机(30)进行存储。同时机电管理计算机(30)还将该方案送入综合显示器(50)进行显示，让驾驶员了解后舱装货的具体信息。
64.装载方案显示后，任务管理系统控制面板(10)上会依次显示各集装货物的装载位置和空运电动锁(201)的控制开关，同时，货运系统中央处理器(20)还会输出货盘顺序信息至控制侧导轨灯带(203)和机电管理计算机(30)。机电管理计算机(30)将货盘顺序信息同步送入地板灯带(80)。
65.步骤204：货物按已生成的方案进行装载并通过空运电动锁进行锁定，完成装载。
66.当集装货物到达指示位置后，任务管理系统控制面板(10)上的空运电动锁(201)的控制开关将信号送入货运系统中央处理器(20)，随后货运系统中央处理器(20)控制集装货物附近预定的空运电动锁(201)进行锁定。延迟1.5s后货运系统中央处理器(20)会采集刚才控制的空运电动锁(201)的状态信息，若与预设状态不一致则向任务管理系统控制面板(10)输入故障信号，在控制面板上进行告警。若与预设状态一致，则按同规则进行下一个集装货物的装载，直至完全装载完毕。
67.步骤205：对装载完成后的货物进行起飞前最终检测，结束装载。
68.在所有集装货物都装载完毕后，货运系统中央处理器(20)会对所有空运电动锁(201)再进行一次状态采集，若与预定状态不一致，则将不一致的锁信息送入任务管理系统控制面板(10)进行显示，若与预定状态一致，则向机电管理计算机(30)发出采集飞机总负载的信号，机电管理计算机(30)收到信号后采集起落架系统(60)上重量传感器的信号并进行处理，随后送回给货运系统中央处理器(20)，若该数据与超出预设的最大重量阈值5％，则向任务管理系统控制面板(10)送出告警信号，将货物超重信息显示出来，提示货物实际重量和输入重量可能存在差异。
69.若重量未超出预设的最大重量阈值5％，对货运系统执行部件(200)进行断电，并向机电管理计算机(30)送出当前空运电动锁(201)的状态信号以及装载完成信号，机电管理计算机(30)存储当前空运电动锁(201)的状态信号并控制地板灯带(80)熄灭，结束装载任务。
70.更具体的，步骤202中的执行重心解算的方法为：
71.货运系统中央处理器(20)将自身存储器中暂存的x个集装货物的重量重心按穷举法列出各顺序下的总重心，依次求解每个总重心在预设的重心包线内距各边线的距离总和，若有大于0的值，则选取最大值对应的方案为最优方案，得到集装货物的装载顺序。若无大于0的值，则向任务管理系统控制面板(10)输出告警信号，说明没有合适的装载方案，需重新配货。
72.具体的，步骤30包括：采集视频监控系统(401)中的视频信息并送储存及显示。
73.在飞行监控模式下，货运系统中央处理器(20)仅采集视频监控系统(401)中的视频信号并在转码后送入任务管理系统控制面板(10)和机电管理计算机(30)，随后任务管理系统控制面板自带的视频模块可将监控视频显示出来，供货舱人员监控货物状态。机电管理计算机(30)将视频信号送入综合显示器(50)进行显示，供机组人员监控货物状态。
74.具体的，步骤40包括：根据已有装载方案生成卸载方案并显示，控制空运电动锁按
顺序打开完成卸载。
75.在正常卸载模式下，货运系统中央处理器(20)从机电管理计算机(30)中读取上次记录下的装载方案，获取集装货物的装载顺序并在系统内处理为相反的集装货物卸载顺序，并送入任务管理系统控制面板(10)进行显示。随后货运系统中央处理器(20)对控制货运系统执行部件(200)进行上电，并按顺序依次控制锁定每个集装货物的空运电动锁(201)打开，对集装货物进行按顺序卸载。直至所有货物下机，完成卸载。
76.具体的，步骤50包括：收到应急释放信号后抛放尾舱门和舱内货物，实现货物应急抛放。
77.在应急释放模式下，应急释放开关(300)启动,货运系统中央处理器(20)收到释放信号后，先将紧急释放信号送入机电管理计算机(30)，并同时在内部启动500ms倒计时器。机电管理计算机(30)收到紧急释放信号后，向尾舱门抛放系统(90)发送点火信号，使尾舱门抛放系统执行应急抛放。同时向飞控系统(70)传送当前集装货物装载方案和紧急抛放信号，飞控系统(70)收到紧急抛放信号后根据传送过来的货物装载方案，自动进入应急抛放飞行姿态辅助控制模式，保证大重心偏移情况下的飞行稳定性。
78.在货运系统中央处理器(20)500ms倒计时结束后，向空运电动锁(201)发送紧急释放信号，启动空运电动锁(201)内置的爆炸帽机构，对锁定部分进行紧急打开，将货物进行应急抛放。
79.具体的，步骤50包括：收到紧急灭火信号后显示视频信号并执行紧急灭火操作。
80.在紧急灭火模式下，舱内发生火灾，火警监控盒(100)收到着火信息，向机电管理计算机(30)发出火警信号，机电管理计算机(30)立即向货运系统中央处理器(20)调取视频监控系统(401)信号并送入综合显示器(50)。同时，机电管理计算机(30)向火警监控盒(100)发送灭火信号，并由火警监控盒(100)控制舱内灭火系统(101)执行紧急灭火动作。
81.本发明的技术特点如下：
82.1.一种直升机集装货运系统及其控制方法，正常装载模式、正常卸载模式、飞行监控模式、应急释放模式和紧急灭火模式，满足了集装货物在直升机上各项任务动作的执行要求，同时多个系统联动，具备良好的逻辑性和可实施性。
83.2.本发明给出了一种合理的重心结算方案，通过与直升机自有重心包线进行比对，给出集装货物最优装载顺序，大幅节省装载时间；
84.3.本发明中设计了视频监控系统、停机角监控系统、侧导轨灯带、地板灯带等集装货物装卸载和状态监控的辅助模块，能够更有利于驾驶员和操作人员对货物信息进行全方位掌控；
85.4.本发明通过将货运系统中央处理器和机电管理计算机在功能区分的基础上做了动态交联，能够有效保存可用信息，提升整个货运系统的可靠性和维修性，并能减少仅使用一块主控芯片带来的运算效率低下的问题；
86.5.本发明给出了清晰可行的装载流程，大幅提升了产品的实用性。
87.综上所述，本技术提供了一种直升机集装货运系统及其控制方法，通过设置任务管理系统控制面板对空运电动锁、末端止动器等主要功能执行部件以及视频监控、停机角监控、灯带等其他辅助部分进行了同一控制，并通过货运系统中央处理器和机电管理计算机的联动，实现对直升机综显、尾舱门、起落架、飞控等设备的信号实时交互。并设计了紧急
释放和应急灭火模式，满足各应急条件下的快速反应要求。同时还给出了完整的装载流程和重心解算流程，提升了产品的实用性。通过本发明能够大幅提升直升机在集装货物运输领域的规划和快速反应能力，同时有效提升机组人员和操作人员对货物状态的把控，提升飞行的安全性。具有良好的工程价值和经济价值。

技术特征：
1.一种直升机集装货运系统，其特征在于，直升机集装货运系统，包含任务管理系统控制面板(10)、货运系统中央处理器(20)、机电管理计算机(30)、货运系统监测部件(40)、综合显示器(50)、起落架系统(60)、飞控系统(70)、地板灯带(80)、尾舱门抛放系统(90)、火警监控盒(100)、舱内灭火系统(101)、货运系统执行部件(200)、应急释放开关(300)，其中：所述任务管理系统控制面板(10)包括数据输入模块、视频显示模块和通电开关；所述货运系统监测部件(40)包括视频监控系统(401)和停机角监控系统(402)；所述货运系统执行部件(200)包括空运电动锁(201)、末端止动器(202)和侧导轨灯带(203)；所述起落架系统(60)上内置有重量传感器，可获得飞机起飞前总重量；所述空运电动锁(201)是一组共6-12对的电动锁，每个锁的内部安装有微动开关，能够反馈空运电动锁(201)开闭状态并送入货运系统中央处理器(20)；所述空运电动锁(201)内置有爆炸帽机构，可通过电气控制对空运电动锁(201)进行损毁式紧急打开；任务管理系统控制面板(10)依次与货运系统中央处理器(20)、机电管理计算机(30)连接；货运系统中央处理器(20)分别与货运系统执行部件(200)、应急释放开关(300)和货运系统监测部件(40)连接；机电管理计算机(30)分别与综合显示器(50)、起落架系统(60)、飞控系统(70)、地板灯带(80)、尾舱门抛放系统(90)、火警监控盒(100)连接；火警监控盒(100)与舱内灭火系统(101)连接。2.根据权利要求1所述的直升机集装货运系统，其特征在于，所述侧导轨灯带(203)是一排每隔预设距离就有一个led灯泡的细长灯带，根据货运系统中央处理器(20)输入的信号进行亮暗；当集装货物上机时，侧导轨灯带(203)会将集装货物末端所在位置及其航向前侧的led灯亮起，其他led灯熄灭，从而指示集装货物的上机位置。3.根据权利要求1所述的直升机集装货运系统，其特征在于，所述地板灯带(80)是一排每隔预设距离就有一条的垂直航向的发光灯带组；当集装货物上机时，地板灯带(80)中距离集装货物末端最近的那条灯带会亮起，用于辅助指示直升机内集装货物的放置位置。4.一种直升机集装货运系统控制方法，其特征在于，方法包括：步骤10：货运系统中央处理器(20)判断直升机集装货运系统当前所处的工作模式；步骤20：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为正常装载模式，则启动货运系统；步骤30：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为飞行监控模式，则对直升机集装货运系统进行飞行监控；步骤40：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为正常卸载模式，则启动卸载系统；步骤50：当直升机遇到紧急情况，则启动应急释放模式，对锁定部分进行紧急打开，将货物进行应急抛放；当直升机的舱内发生火灾，则启动紧急灭火模式。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤20包括：步骤201：启动直升机集装货运系统，并进行通电自检；步骤202：输入货盘数量及货物重量重心并解算装载方案；步骤203：存储装载方案并显示；步骤204：货物按已生成的方案进行装载并通过空运电动锁进行锁定，完成装载；
步骤205：对装载完成后的货物进行起飞前最终检测，结束装载。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤202中的执行重心解算的方法为：货运系统中央处理器(20)将自身存储器中暂存的x个集装货物的重量重心按穷举法列出各顺序下的总重心，依次求解每个总重心在预设的重心包线内距各边线的距离总和；若距离总和有大于0的值，则选取最大值对应的方案为最优方案，得到集装货物的装载顺序；若距离总和无大于0的值，则向任务管理系统控制面板(10)输出告警信号，说明没有合适的装载方案，需重新配货。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤30包括：采集视频监控系统(401)中的视频信息并送储存及显示。8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤40包括：根据已有装载方案生成卸载方案并显示，控制空运电动锁按顺序打开完成卸载。

技术总结
本申请提供一种直升机集装货运系统及其控制方法，方法包括：步骤10：货运系统中央处理器(20)判断直升机集装货运系统当前所处的工作模式；步骤20：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为正常装载模式，则启动货运系统；步骤30：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为飞行监控模式，则对直升机集装货运系统进行飞行监控；步骤40：当直升机集装货运系统当前所处的工作模式为正常卸载模式，则启动卸载系统；步骤50：当直升机遇到紧急情况，则启动应急释放模式，对锁定部分进行紧急打开，将货物进行应急抛放；当直升机的舱内发生火灾，则启动紧急灭火模式。则启动紧急灭火模式。则启动紧急灭火模式。


技术研发人员：成德 王梅 徐龙起 胡敦远 颜亮
受保护的技术使用者：中国直升机设计研究所
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/3/31