专利名称：载人军用装备空降装置和重物空投装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于坦克，装甲运兵车等载人军用装备为军事目的而实施载人空投时的快速空降装置和新型重物空投装置。
背景技术：
载人军用装备——坦克，装甲运兵车等的空降应属于重物空投。
非载人的重物空投多采用大面积的投物伞将重物减速使其安全降落至地面。为减少降落伞面积和防止重物落地时产生的冲击过载造成的重物损坏，在重物下方设置减震缓冲装置，为防止重物翻倒还设计有防翻装置。
重物空投由于重量大往往需要很大面积的降落伞，以8吨重物为例，在以6m/s的下降速度着陆时伞衣总面积约为4000m2。大面积降落伞给伞的生产，使用和可靠开伞带来一系列问题，同时也增大了空投的重量，在以6m/s垂直速度着陆时伞系统本身的重量约占空投重物本身重量的5～20％，8吨重物空投伞系统重量可达0.4～1.6吨。
重物空投减震缓冲装置有多种形式，常见如减震针，填充式缓冲装置，缓冲充气囊，制动火箭等，重物空投重量越大减震缓冲装置设计越困难。
载人军用装置空降类似重物空投，其区别在于除保证装备安全着陆外，还必须保证内部乘员的安全性并且保证空降后乘员具有战斗力。此外空降装置的设计还必须减小在空降过程中遭受攻击的可能性和着陆后迅速投入战斗的能力，因此解决载人军用装备空降比重物空投更困难，是一项重大军事科研课题。
国外情况，据报道1998年俄罗斯完成了重达10吨的7人载人战车空投试验，降落伞面积达3040m2。
发明内容
本军用载人装备空降和重物空投装置是一种新的空降技术方案。
1.方案组成和说明1.1方案组成除控制装置外主要由下述3部分组成(1)降落伞系统(2)套杯式减震缓冲装置(3)辅助装置(必要时)参见说明书附图——载人军用装备空降装置方案图(战车空降——典型示意图)。
以战车为例，降落伞系统主要由装在战车顶部的开伞装置，引导伞，主伞，系留装置和脱离装置等组成。
降落伞系统可以是单伞，也可以设计成多伞。
本空降方案减震缓冲装置是一种设想的新型套杯式减震缓冲装置，套杯由多圈套环组成，最内层的最小套环带有封底。除最小套环外每个套环内表面设计有卡环和卡槽，与之配套的小号套环外表面设计有卡键，卡键的作用是保持套杯形状和吸收撞击动能。在空降前套环重合套在一起，中间空心部分设计有气囊。工作时气囊充气套环伸开呈长杯状。套环可以用金属材料制造，也可以采用较轻的复合材料。
辅助装置可能包括座椅减震缓冲气囊和吸收二次撞击动能的辅助减震缓冲装置，防偏缓冲杆及风向舵等。
1.2方案说明以载人战车为例。
降落伞系统有两个作用，一是减低战车着陆速度，二是控制战车下降和着陆接触撞击地面时的姿态。
降落伞是利用气动阻力减速最有效的工具，具有气动力作用面积大，效率高等特点。本方案中除利用降落伞减速外，还利用伞的系留点位置控制战车的下降和着陆姿态，使战车尾端朝下而不是常规的水平正常位置着陆，它的目的有两个，一是利用设置在战车尾端的套杯式减震缓冲装置吸收撞击动能，二是使车内乘员处于人体最大的承受过载方位——即胸向背方向(注意空降时车内乘员座椅方向均应朝向战车正前方)，以保证乘员安全。
套杯式减震缓冲装置装在战车尾端下方，在空投前套环处于叠套重合位置，空投后或在战车降落接近地面时利用套环内部空心部位设置的气囊充气使其伸长，使卡键卡入卡环形成锥形套杯状。利用卡键破坏卡槽和套环变形吸收撞击动能。气囊也有两个作用，一是使重叠的套环伸长，二是其本身也可以吸收撞击能量。
除上述两个主要部分外还应包括弹出引导伞，伞脱离，起动套杯式缓冲装置气囊等控制装置。
根据载人装备实际情况或设计试验结果，必要时还可以在装备底部，如战车底部设置辅助减震缓冲装置，减小由于战车中前部落地时形成的二次冲击过载。辅助减震缓冲装置有多种形式，本方案推荐一种自行设计的层垫式减震缓冲装置，它由多个可充气成固定形状的气囊层叠组成，下部总体形状呈弧形。此外还可以在乘员座椅的椅垫(背垫，坐垫)内设计缓冲气囊，以便更好的保护乘员，保证乘员的战斗力。这些气囊可与套杯式减震缓冲装置气囊同时启动充气。考虑空降时风的影响和套杯式减震缓冲装置受力情况，还可以在战车底部加装防偏缓冲杆或风向舵。二个防偏缓冲杆在空降前收缩在战车腹部，可以与套杯式缓冲装置同时起动撑开，主要作用是防偏和辅助缓冲吸能。
2方案论证2.1设定着陆速度即设定战车着陆时伸长的套杯式减震缓冲装置与地面接触时的战车垂直下降速度。此速度取决于主伞伞衣面积。它又是决定战车着陆时撞击动能和冲击过载的主要因素。
对于载人装备的理想着陆状况是实现软着陆，即接触地面时的垂直降落速度接近零的着陆。单纯靠降落伞减速实现小速度着陆是不现实的，因为它将使降落伞面积非常大。仍以8吨战车为例，当着陆速度为5m/s时，伞衣总面积约为5600m2，着陆速度再小为3m/s时，伞衣总面积约为15600m2，伞衣面积将以着陆速度减小的平方倍增大。伞衣面积大相应的伞系统重量也增大，而且着陆速度小，留空时间长，在战斗中易遭受攻击，对战车空降不利。而着陆速度大将带来着陆撞击动能大和产生大冲击过载的后果，所以设定合适的着陆速度是任何空降方案的关键。
在本方案中综合各方面因素设定着陆速度约为10～15m/s，在此速度范围内伞衣总面积约在1450～620m2之间(此数据为估算数据，未考虑空投装置本身重量)。
2.2载人军用装备空降姿态角装备空降姿态角指空降和着陆时装备底平面与地水平面之间的夹角。
考虑姿态角而不是按常规以装备底面水平着陆是因为人体承受过载能力最大的方位是胸向背方向。
在本方案中乘员的座椅方向应是使空降时乘员面朝正常位置的前方(在战车内设设计时应考虑)。
在装备(如战车)正常状态如乘员座椅椅背垂直时则装备空降姿态角约为70～75度，如椅背后倾15度时装备空降姿态角减小15度约为55～60度。
同时，设计此姿态角也有利于将套杯式减震缓冲装置设置在战车的尾部下方，便于吸收撞击动能和使减震缓冲装置脱离。
所以姿态角的最后确定还要考虑另一个重要因素，就是套杯式减震缓冲装置的能量吸收。
对于不载人的装备空投，即重物空投的姿态角应根据装备结构具体情况以保护装备不损坏为主结合辅助装置考虑。
2.3套杯式减震缓冲装置的能量吸收考虑降落伞面积问题和载人装备空降的留空时间，装备空降着陆速度不能太小，这就必须解决相应速度的撞击动能吸收和人体承受冲击过载问题。装备着陆时的动能由形成的冲击力F和在此作用力下的缓冲行程距离S之积吸收，即1/2·mv2＝FS式中m为装备(战车)的质量，v是着陆速度。在本方案中重型装备的巨大动能主要由经过特殊设计的套杯式减震缓冲装置吸收，撞击时形成的冲击力使卡键依次破坏与之配合套环上卡槽凸缘，套环相继重合形成缓冲行程。此外套杯装置空心部位的气囊和套环变形也可以吸收能量。套杯式减震缓冲装置不仅可以利用卡键数量，卡键力调节吸收能量大小，利用套环数量调节缓冲行程，还可以利用卡键沿圆周方向的分布调整力矩。
2.4乘员承受过载情况载人军用装备空降对乘员(战斗员)的伤害主要来自过载，包括过载大小，承受过载时间和过载变化速率，而这些都取决于着陆速度和缓冲行程。套杯式减震缓冲装置缓冲行程的设计可以达到1.5m以上，下表列出不同着陆速度和不同缓冲行程所形成的冲击过载值G
从上表可以看出当缓冲行程达到1.5m时，即使在较大的着陆速度15m/s时，其产生的过载值也只有7.7，而正常人体在胸向背方向可较长时间承受过载值为8。只要设计的好对于部队战斗员是不会造成伤害的。
由于着陆时装备有一定姿态角，当装备中前部落地时可能产生对人体不利的冲击过载，必要时利用辅助措施消除这种影响。
2.5辅助措施必要时加装辅助减震缓冲装置既可以更好保护成员也可以保护装备。考虑风的影响和消除部分套杯式减震缓冲装置相对装备重心产生的力矩可采用防偏缓冲杆和风向舵等辅助措施。
综上所述论据足以证明本空降装置方案是可行的。
3.方案特点
3.1工作原理本载人军用装备空降装置利用较小面积的降落伞以较大下降和着陆速度实施空降，并利用降落伞系留点与装备重心的相对位置控制载人装备的着陆姿态，使安装在装备尾部的减震缓冲装置先接触地面，使装备内部乘员在装备着陆撞击地面时处于人体最大承受过载方向。利用经特殊设计的套杯式减震缓冲装置吸收撞击动能，以达到保护装备内部乘员和快速空降的目的。
3.2留空时间短由于本方案采用了较小面积的降落伞，使载人军用装备空降和重物空投的下降速度较快，减小了留空时间，从而减小了遭受敌方攻击的可能性。
3.3重量轻本方案总重量主要由降落伞系统和减震缓冲装置两部分组成，在设定着陆速度为10m/s时降落伞系统重量约为6m/s时的1/2.78，设定着陆速度为15m/s时降落伞系统重量约为6m/s时的1/6.25，如果选择小比重高强度的材料，其重量可以分别达到约144kg和64kg，显然它比一般重物空投方案降落伞系统重量要轻得多。由于采用特殊设计的套杯式减震缓冲装置，可以采用复合材料制造，重量也较轻。
3.4特殊设计的减震缓冲装置套杯式减震缓冲装置具有均匀吸收撞击动能的特性，在设计上很容易调节承受冲击力的大小，同时还可以调节沿圆周方位的不同承力要求。套环重叠未伸长的套杯式减震缓冲装置体积小，占用飞机空投机舱空间小，装拆方便，使用后易于脱卸，利于军事行动。
层垫式气囊辅助减震缓冲装置折叠收放在装备(战车)底部后方，不占有效空间。
3.5控制装备着陆姿态利用降落伞系留点和空降装备重心的相对位置控制装备下降和着陆姿态，使装备内部乘员处于最有利承受过载方位和利用装备尾部套杯式减震缓冲装置吸收撞击动能。
4.结论经论证上述方案可行并具有重量轻，体积小，留空时间短等特点，对部队现代化建设，提高部队机动作战能力具有重要作用，对于其他载人飞行空降着陆亦可借鉴。
载人军用装备空降装置方案图示出典型的带有套杯式减震缓冲装置和辅助层垫式减震缓冲装置的战车空降示意图。
具体实施例方式
本方案设计研究的重点是套杯式减震缓冲装置和层垫式气囊减震缓冲装置，经落震试验研究成功后可以在战车等试验件上加装降落伞进行不载人空投全系统联合测试试验，试验成功后进行载人空降试验，装备部队。
权利要求
1 一种载人军用装备用于军事目的而实施载人空投时的快速空降方案和重物空投方案。此方案的特征是使用较小面积的降落伞，以较大的下降速度使载人军用装备或空投重物下降和着陆。利用降落伞系留点与空投装备重心的相对关系控制装备的下降姿态，对于载人军用装备空降，应使装备内部的乘员在装备下降过程中和装备着陆时处于人体最大承受过载方位；对于重物空投则按最有利保护装备不受损坏方位，使装在装备尾部下方或底部的减震缓冲装置首先接触和撞击地面，利用特殊设计的套杯式减震缓冲装置吸收撞击动能并控制冲击过载，以保护乘员和装备，必要时设置辅助减震缓冲装置和防偏装置。
2.根据权利1所述的载人军用装备空降方案和重物空投方案，其特征是利用降落伞减速并控制载人装备或空投重物的着陆姿态，使其尾端朝下，尾端下方的减震缓冲装置首先接触地面。
3.根据权利1所述的载人军用装备空降方案和重物空投方案，其中套杯式减震缓冲装置，其特征是此装置由多圈套环组成，在套环之间的配合表面分别设计有卡槽和卡键，内圈最小套环带有封底，中间空心部位装有可充气气囊，气囊充气前套环重叠成圆柱状，充气时套环逐渐被撑开最后成锥形套杯状。
4.根据权利3所述的套杯式减震缓冲装置，其特征是此装置由多圈套环及吸能元件或吸能结构组成。
5.根据权利1所述的载人军用装备空降方案和重物空投方案，其中辅助减震缓冲装置之一——层垫式减震缓冲装置，其特征是此装置由多个可充气成固定形状的气囊层叠组成，下部总体形状呈弧形。
6.根据权利1所述的载人军用装备空降方案，其中辅助减震缓冲装置之一——乘员个体防护装置，其特征是装在乘员椅垫(背垫和椅垫)中的可充气气囊。
全文摘要
一种载人军用装备用于军事目的而实施载人空投时的快速空降方案和重物空投方案。此方案使用较小面积的降落伞，以较大的下降速度使载人军用装备或空投重物下降和着陆。利用降落伞系留点与空投装备重心的相对关系控制装备的下降姿态，对于载人军用装备空降，使装备内部的乘员在装备下降过程中和装备着陆时处于人体最大承受过载方位；对于重物空投则按最有利保护装备不受损坏方位，使装在装备尾部下方的减震缓冲装置首先接触和撞击地面，利用特殊设计的套杯式减震缓冲装置吸收撞击动能并控制冲击过载，以保护乘员和装备，必要时设置辅助减震缓冲和防偏装置。
文档编号B64D1/08GK1663883SQ20041001666
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月2日 优先权日2004年3月2日
发明者张宝霖 申请人:张宝霖