用于大型装备模拟空投的绳长调整装置及姿态调整装置的制作方法

本实用新型属于模拟空投试验技术领域，涉及起吊物三维姿态调整,具体地说是一种用于大型装备模拟空投的绳长调整装置及姿态调整装置。

背景技术：

全世界近年来自然灾害频发，局部战争也时有发生，在自然灾害发生或局部战争发生的情况下，传统的物资补给很难保证时效性，也存在一定的弊端，给物资补给和后勤保障带来了极大的困难，使用空投方式进行物资补给和后勤保障是传统物流方式的重要补充手段。然而在大型物资空投包装、空投运载平台以及武器装备等的设计定型阶段，为了考核被试设备的结构及部件承受冲击载荷的能力，经常需要抗冲击振动试验，验证器性能是否满足设计指标，其中实装空投试验是检验方式之一，但是存在较多问题，如实装空投试验时间长、成本高、风险大，且随机性大，试验条件不可控，无法系统、全面、准确地考核被试设备在各种工况下的抗冲击振动性能。

相比而言，模拟着陆抗冲击试验由于成本低、效率高、试验条件可控，已成为着陆抗冲击振动试验的发展方向，模拟空投试验的目的主要有两个：

(1)尽可能真实的再现实装空投的冲击试验环境，考核被试设备在常规实装空投下的性能，节约试验成本；

(2)模拟极端情况下的冲击试验环境，全面考核被试设备的抗振动冲击性能。

在实装空投试验中，被试设备不同的着陆姿态、着陆速度是影响被试设备抗冲击振动性能评估结果的重要因素，因此在模拟空投试验中，也需要相应的设备实现被试设备的跌落姿态的控制与调整。而在现有技术中，往往忽略跌落姿态因素对模拟空投试验抗冲击性能评估的影响，只是简单的将被试设备吊装起来，并不控制被试设备的跌落姿态。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的以上不足，本实用新型旨在提供一种用于大型装备模拟空投的绳长调整装置及姿态调整装置，以达到通过控制与调整大型被试设备的初始吊装姿态，实现控制大型被试设备跌落姿态的目的。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种用于大型装备模拟空投的绳长调整装置，包括壳体、挂钩，挂钩包括由上而下依次设置的用于固定绳端的钩部、与壳体铰接的连接部及能将置于卡部与壳体之间的压紧绳索的卡部，绳索能够由壳体顶端贯穿至壳体底端。

作为本实用新型的限定，壳体为左侧板、前侧板及后侧板围成的结构，挂钩置于前侧板与后侧板之间。

作为本实用新型的进一步限定，连接部通过销轴连接在壳体前侧板及后侧板的中部。

作为本实用新型的另一种限定，钩部为开口朝上的“C”形结构。

作为本实用新型的进一步限定，钩部上固定有用于遮挡开口的锁紧片。

作为本实用新型的再进一步限定，锁紧片一端通过锁紧扭簧固定在钩部，使锁紧片在锁紧扭簧作用下，自然状态下锁紧片与钩部“C”形结构的内边缘接触。

作为本实用新型的第三种限定，卡部与绳索接触处为齿轮形或锯齿形或圆弧形。

作为本实用新型的还有一种限定，挂钩底端通过拉簧与壳体相连，使挂钩在拉簧作用下具有使卡部压紧绳索的力。

本实用新型还提供了一种利用上述用于大型装备模拟空投的绳长调整装置所实现的用于大型装备模拟空投的姿态调整装置，其技术方案如下：包括N个用于大型装备模拟空投的绳长调整装置，以及与用于大型装备模拟空投的绳长调整装置一一对应的N根绳索，其中，N≥3；每根绳索绳端由大型被试设备的吊装绳长调整装置的壳体顶端贯穿至壳体底端，绳端固定在大型被试设备的吊装绳长调整装置的钩部，置于壳体底端与钩部之间的绳索上吊装有被试设备。

由于采用了上述的技术方案，本实用新型用于大型装备模拟空投的绳长调整装置与现有技术相比，所取得的有益效果是：

由于大型被试设备质量比较大，自由落体过程中状态变化不大，本实用新型通过控制与调整大型被试设备的初始吊装姿态，从而实现大型被试设备跌落姿态的控制；

本实用新型通过挂钩的设置，一是通过钩部起到固定绳端的作用，保证绳索在起吊被试设备时的稳固性及可靠性；二是通过连接部与壳体铰接，便于调节壳体与卡部之间的间隙；三是起到由卡部将置于卡部与壳体之间的绳索压紧的作用，并且，在被试设备重力作用下，处于下部的卡部绕处于中部的铰接处发生旋转时，也会使卡部压紧绳索的力加大，提高锁紧的可靠度，从而保证在吊装被试设备的过程中，壳体底端与钩部之间绳长不变；

本实用新型的壳体为左侧板、前侧板及后侧板围成的结构，能够便于绳索由壳体顶端贯穿至壳体底端；而将挂钩置于前侧板与后侧板之间，能够使挂钩与壳体稳定的连接；

本实用新型的连接部通过销轴连接在壳体前侧板及后侧板的中部，这是为了便于置于挂钩下部的卡部能够将绳索压紧在卡部与壳体之间；

本实用新型的钩部采用开口向上的“C”形结构，能够将绳索挂置于钩部；钩部上设置的锁紧片，能够将钩部的“C”形结构开口进行遮挡，以防止已进入钩部的绳索由开口处脱离钩部；锁紧片上设置的锁紧扭簧，利于锁紧片自动复位对钩部开口处的遮挡，即锁紧片与“C”形结构的内边缘接触；

本实用新型的卡部上与绳索接触处为齿轮形或锯齿形，利于增大卡部与绳索的接触面积，使卡部卡紧锁定绳索，防止出现绳索滑脱的情况出现；

本实用新型的挂钩底端设置的拉簧，平时处于拉伸状态，工作时，给挂钩施加一个外力，推动挂钩朝向使卡部与壳体之间间隙增大的方向转动后，拉簧被进一步拉伸，间隙增大便于绳索穿过，绳索穿过二者间隙，不再向挂钩施加外力后，由于拉簧被拉伸，在拉簧弹力作用下，会使挂钩朝向卡部与壳体之间间隙减小的方向转动，从而挂钩自动压紧绳索，更进一步保证卡部对绳索的锁紧，以防在自然状态下绳索长度发生变化；

无论是在被试设备降落时需要保持水平状态，还是需要保持倾斜一定角度状态，都能通过本实用新型进行控制跌落姿态，本实用新型使用便捷，易于维护保养。

本实用新型用于大型装备模拟空投的姿态调整装置与现有技术相比，所取得的有益效果是：

本实用新型通过设置N根绳索及与绳索向对应设置的用于大型装备模拟空投的绳长调整装置，通过改变被试设备与吊装点的绳长，从而控制被试设备与吊装点的距离；

本实用新型的绳索数量大于等于3，便于唯一确定被试设备的倾斜面，以增加被试状态姿态调整的精准度。

本实用新型适用于大型装备模拟空投试验中，用于实现大型被试设备跌落姿态的控制。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作更进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的壳体1结构示意图；

图3为本实用新型实施例1的挂钩2结构示意图；

图4为本实用新型实施例2的结构示意图；

图5为本实用新型实施例2计算绳长时的空间坐标系示意图；

图6为本实用新型实施例2计算绳长时的空间矢量示意图；

图7为本实用新型实施例2计算绳长时的车体上挂点示意图。

图中：1、壳体；11、左侧板；12、前侧板；13、后侧板；2、挂钩；21、钩部；22、连接部；23、卡部；3、锁紧片；4、锁紧扭簧；5、拉簧；6、连接装置；7、快速解脱装置；8、被试设备；9、第二销轴；10、第二柱销。

具体实施方式

实施例1一种用于大型装备模拟空投的绳长调整装置

如图1所示，本实施例包括壳体1及挂钩2。

壳体1的结构参考图2，包括左侧板11、前侧板12及后侧板13一体成型结构，从而使绳索能够由壳体1顶端贯穿至壳体1底端。前侧板12及后侧板13之间设置挂钩。

挂钩2的结构参考图3，挂钩2由上至下依次包括一体成型的钩部21、连接部22及卡部23。

钩部21为开口朝上的“C”形结构，钩部21上通过第一销轴连接有锁紧扭簧4，锁紧扭簧4与锁紧片3相连。锁紧片3的位置位于“C”形结构的开口处，用于遮挡钩部21的开口，锁紧片3可为片状，锁紧片3置于“C”形结构开口内，自然状态下即锁紧片3上不施加外力时，在锁紧扭簧4扭转力的作用下，能够使锁紧片3转动至与钩部21“C”形结构内边缘紧密接触，从而自动将钩部21开口进行遮挡。

连接部22除用于连接钩部21与卡部23外，连接部22上设有第二销轴9与壳体1的前侧板12与后侧板13铰接相连，使挂钩2能够以第二销轴9为转动中心旋转。

卡部23用于卡紧置于卡部23与壳体1之间的绳索，卡部23上与绳索接触处为齿轮形或锯齿形或圆弧形，采用齿轮形或锯齿形能够有效增加卡部23与绳索的接触面积，利于锁紧绳索；在图3中，卡部23的左侧面与绳索相接触，故将卡部23的左侧面设置成齿轮形，且卡部23齿轮形的中心与钩部21“C”形结构的中心不是同心的，以更好的锁紧绳索，防止绳索滑脱。

挂钩2底端连接有拉簧5，拉簧5的上端与挂钩2通过第一柱销固定在壳体1上，下端通过第二柱销10固定在壳体1的前侧板与后侧板之间上。如图1所示，拉簧5设置在挂钩2的右下端，拉簧5平时处于拉长状态，即不向挂钩2上施加外力时。工作时，给挂钩2施加一个外力，在本实施例中用手推动挂钩2绕第二销轴9逆时针转动，挂钩2的转动带动本处于拉长状态的拉簧5进一步拉长，卡部23与壳体1之间的间隙增大，绳索能够穿过二者之间的间隙。不再向挂钩2上施加外力后，即不再用手推动挂钩后，由于被拉伸的拉簧5要恢复原长的弹力作用下，会使挂钩2绕第二销轴9顺时针转动，从而减小卡部23与壳体1之间的间隙，使卡部23紧紧压紧绳索。

本实施例用于调整吊装被试设备8的绳长，在使用本实施例时，需将绳索由壳体1顶端贯穿至壳体1底端，位于壳体1内的绳索被卡部23压紧，由壳体1底端穿出的绳端套置固定在钩部21，而被试设备8吊置于壳体1底端至钩部21之间的绳索上。当需要调整绳索长度时，只需用手推动挂钩2绕第二销轴逆时针转动后，使卡部23与壳体1间的间隙增大，向上或向下拽动绳索，以改变吊装点至被试设备8顶面的距离。

实施例2一种用于大型装备模拟空投的姿态调整装置

本实施例利用实施例1中的用于大型装备模拟空投的绳长调整装置来实现。本实施例包括N个实施例1的用于大型装备模拟空投的绳长调整装置，以及与用于大型装备模拟空投的绳长调整装置一一对应的N根绳索，其中，N≥3；每根绳索绳端由大型被试设备的吊装绳长调整装置的壳体1顶端贯穿至壳体1底端，绳端固定在大型被试设备的吊装绳长调整装置的钩部21，置于壳体1底端与钩部21之间的绳索上吊装有被试设备8。

本实施例在使用时可以配合连接装置6及快速解脱装置7一起使用，快速解脱装置7与连接装置6相连。快速解脱装置7可采用现有技术中能够对吊装的连接装置6快速解锁、安全吊装的装置，如飞机吊装空投用自动吊钩锁具。连接装置6可采用现有起重机械中常见的吊环。快速解脱装置7对连接装置6处于锁死状态时，被试设备8由连接装置6安全吊装在空中；而在快速解脱装置7对连接装置6处于解锁后，被试设备8、连接装置6、绳索、用于大型装备模拟空投的绳长调整装置皆脱离快速解脱装置7而自由落至投放点。

本实施例中的被试设备8为车体，当然被试设备8也可为其他装备，为调整被试设备8跌落姿态，在对被试设备8起吊前使用本实施例时可按照以下步骤进行：

A.连绳

N根绳索的顶端汇聚在一点连接在连接装置6上，N根绳索的下部一一对应穿入N个用于大型装备模拟空投的绳长调整装置中，其中，N≥3。由于绳索越多，如果绳索长度设置不合理的话，会导致有的绳索不受力的问题，即容易出现绳索冗余问题，作为本实施例的优选方案，设置N＝3根均受力的绳索，如图4所示，使用三根绳索以及三个用于大型装备模拟空投的绳长调整装置，每根绳索的顶端汇聚在一点连接在连接装置6上，每根绳索的下部分别穿入至一个用于大型装备模拟空投的绳长调整装置中。

B.穿绳

第一步：每根绳索下部皆由壳体1顶端穿入壳体1内并置于壳体1与挂钩2卡部23之间，绳索再由壳体1底端穿出。

被试设备8上表面安装与绳索数量相对应的吊装环，即N个吊装环，且安装时需保证N个吊装环不共线，且安装面应该保证与被试设备8车体平面平行；本实施例中共设有三个不共线的吊装环。

第二步：绳索由壳体1底端穿出后，每根绳索的下端穿过与每根绳索一一对应的吊装环。

第三步：按压锁紧片3，使由壳体1底端穿出的绳端穿过吊装环后，经锁紧片3与钩部21缝隙处进入钩21部内，从而将绳端套置在钩部21“C”形结构内，也就是说，壳体1底端与钩部21之间的绳索上通过吊装环吊有被试设备8；锁紧片3在锁紧扭簧4作用下，将钩部21“C”形结构的开口遮挡住，防止绳索脱离钩部21，使钩部21起到对绳端的固定作用。

C.调绳

参考图4，在被试设备8起吊前，使挂钩2绕第二销轴9逆时针转动，挂钩2卡部23与壳体1之间间隙增大后，根据被试设备8降落时要保持的倾斜角度，调整每个大型装备模拟空投的三维姿态调整装置上置于壳体底端1与钩部21之间绳索的长度。由于每根绳索从连接装置6至套在挂钩2上绳端的长度是一定的，通过调整用于大型装备模拟空投的绳长调整装置在绳索上的位置，可以改变连接装置6至被试设备顶面上吊装环之间的距离，而在调整三根不共线的绳索的长度后，可以唯一确定绳索上所吊装的被试设备8的倾斜面，从而实现对被试设备8跌落姿态的控制。

绳索上标有刻度，在调整绳长时可参考刻度进行调节，并且可以前侧板12的上沿为参考基准。在对绳索长度进行调节时，可采用多次调节每根绳索的长度已达到最终的调整目的，也可以采用计算的方式确定所需设置的绳长，本实施例以设置三根绳索为例，具体计算过程如下：

如图5所示，以全局坐标系为参考坐标系，正交坐标轴设为x,y,z。x,y,z随体坐标系坐标轴设为xb,yb,zb。不妨设绕zb轴的偏转角(或偏航角)(yaw)为ψ，绕yb轴的俯仰角(pitch)为θ，绕xb轴的滚动角(或横滚角)(roll)设为在不考虑偏转角的情况下，任意姿态下，作为被试设备8的车辆的随体坐标系可以看成相对于初始坐标系经过绕ox轴旋转角度，再绕oy轴旋转θ角度后得到。

其中绕oxb、oyb旋转的坐标变换矩阵为：

则从oxyz到oxbybzb的坐标变换矩阵为：

在车上设置三个悬挂点A、B、C，具体位置如图5所示，ABC三点构成一个三角形，为求解方便，优选能够保证三角形ABC为锐角三角形的悬挂点。图6为空间矢量示意图。

绳长矢量表达式为：Li＝T+Rxy·bi

其中i依次取值为A、B、C，即i＝A、B、C。

T＝[0 0 L]为车体中心到悬挂点的矢量(相对于初始参考坐标系)，要求在同一竖直线上。

三个悬挂点在随体坐标系o-xbybzb中的矢量表达式分别为：

bA＝[0 1 0]^T*d

其中：α为∠BOA，β为∠COA；

a、b、c为三角形ABC的边长；

d为三角形外接圆半径，计算公式为：

S为三角形的面积：

(海伦公式或秦九昭公式)

带入d的计算公式得：

具体参数如图7所示。

将bi带入绳长矢量表达式可得

最终绳长计算公式为:

当然上述计算过程可以通过手动推导计算得到绳长，也可将上述推导过程编写为运行程序。那么，通过六个变量即可计算得到绳长。运行程序的输入量为：高度L(矢量T的长度，该长度可自定义)、三角形三边AB、AC、BC的长度(在实际被试设备8上测量即可获得)、绕yb轴的俯仰角(pitch)为θ、绕xb轴的滚动角(roll)设为运行程序输出量为：三根绳索AD、BD、CD的长度。将绳索根据计算结果移动至相应的刻度上，可以前侧板12的上沿为基准进行调整。

调整完每个空投装备吊装绳长调整装置上置于壳体1底端与钩部21之间绳索的长度后，在挂钩2底端拉簧5弹力作用下，使挂钩2自动绕第二销轴9顺时针转动，通过挂钩2卡部23将绳索压紧在壳体1内以固定连接装置6至被试设备8顶面吊装的绳长。

由此，在起吊被试设备前完成对大型被试设备8的初始吊装姿态的控制与调整，从而实现控制大型被试设备8跌落姿态的目的。