一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置及方法与流程

1.本技术涉及航空救生装备的自动控制技术领域，具体涉及一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置及方法。


背景技术：

2.为保证弹射救生的安全性和可靠性，弹射座椅通常会采用2台电子程控器，实现座椅弹射离机对飞行员进行安全救生。2台电子程控器的结构及工作原理完全一样，存在共模故障和单点故障的风险；此外现有程控器为满足绝大多数地区的射伞救生需求，一般最大开伞高度会设定在一个固定高度(如7km)，但是国内存在较多高海拔地区，存在更高海拔的救生需求，因此需要增加一路具有时间-高度控制功能的应急分离装置，保证无论座椅惯导或程控器是否工作都可以实现人椅分离及射伞工作，同时可以解决个别情况下高海拔救生要求。
3.现有的应急分离装置多采用手动开关控制器控制燃爆机构的输出，为降低系统复杂性，无时间-高度控制电路，因此无法满足不同海拔高度主动救生要求。现有结构可实现时间-高度控制的机械开锁器多为钢索拉脱方式输出，无法匹配电子燃爆机构，且上锁过程复杂，须对座椅进行拆装，影响作战快速响应的需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的：设计一种机电一体式的高度-时间控制应急分离装置，可在座椅安装状态下进行上锁和对开锁高度进行调节，满足座椅在高海拔条件下的救生需求。
5.技术方案
6.一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置，包括计时弹簧组件a，上锁拨杆组件b，高度控制组件c，启动开关组件d和计时齿轮组件e等；
7.所述的计时弹簧组件a包括计时弹簧3，计时弹簧3与调节螺母2紧固连接，调节螺母2为外六角螺母，与外壳17对应位置的六方孔配合，可在方孔内滑动但不可转动；调节螺杆1穿过外壳17通过螺纹与调节螺母2连接，通过转动调节螺杆1调节计时弹簧3的拉力。
8.所述的上锁拨杆组件b包括上锁拨杆5，上锁拨杆5通过单向轴承8与转轴7连接，转轴7与传动杆6通过异型面紧固连接，传动杆6与转向连杆4通过销钉连接，可灵活转动；转向连杆4通过销钉与计时弹簧3连接，可灵活转动；锁止杠杆9通过转轴7与上锁拨杆5连接；扇形齿轮16通过转轴7与上锁拨杆连接；通过拨动上锁拨杆5使计时弹簧3拉伸产生弹性势能，同时带动锁止杠杆9和扇形齿轮16转动至起始位置。
9.所述的高度控制组件c包括波纹管组件24，波纹管组件24与制动杆10紧固连接，波纹管组件24与高度刻度盘20连接，高度刻度盘20具有齿轮结构，与调节齿轮21相互啮合，调节齿轮21与调节螺钉22紧固连接，调节螺钉22安装在外壳17上，且外壳17上安装有高度观察窗19，可观察高度的设定位置；实现高度控制时通过转动调节螺钉22转动波纹管组件24，控制制动杆10的伸出长度，以限制锁止杠杆9的转动，从而控制机构运动。
10.所述的启动开关组件d包括锁爪11，锁爪11与传动连杆13相连，复位弹簧14安装在传动连杆13上并压紧在外壳17上，启动拔销12安装在外壳17上并与传动连杆13通过斜面连接；启动拔销12拔出后，复位弹簧14在弹力作用下拉动锁爪11转动，释放锁止杠杆9启动应急分离装置。
11.所述的计时齿轮组件e包括扇形齿轮16，扇形齿轮16与传动齿轮组合18通过齿轮啮合，传动齿轮组合18中的棘轮与平衡摆片15配合；计时弹簧3通过扇形齿轮16推动传动齿轮组合18运动，并带动平衡摆片15周期性的转动，实现延时功能；扇形齿轮16另一端与微动开关23接触，控制电路的通断。
12.优选的，调节螺杆1和外壳17接触面刻花纹，增大摩擦力，防止调节螺杆在使用过程中转动。
13.优选的，计时弹簧3为双层螺旋弹簧并联组成，在保证拉力条件下减小体积。
14.优选的，锁止杠杆9使用不锈钢材料并通过热处理将硬度提高至hrc62～68，同时其与制动杆10接触位置的边缘倒圆角r0.2，防止接触位置边缘损伤，导致高度精度降低。
15.优选的，制动杆10使用不锈钢材料并通过热处理将硬度提高至hrc52～58，同时端面倒圆角r0.2。
16.优选的，锁止杠杆9与制动杆10具有相对运动的面的粗糙度不大于ra0.2，保证相对运动灵活。
17.优选的，锁止杠杆9与锁爪11具有相对运动的面的粗糙度不大于ra0.2，保证相对运动灵活。
18.优选的，波纹管组件24由多层膜片组成，保证有效位移前大小前提下，缩小波纹管体积。
19.优选的，启动拔销12的端面为斜面，且启动拔销12与传动连杆13具有相对运动的面的粗糙度不大于ra0.2，保证相对运动灵活。
20.优选的，在所述启动拔销12上还设有防松保险，防止滑脱。
21.优选的，微动开关23为两个或三个并联安装，提高信号输入的可靠性。
22.第二方面，本技术提供一种机电一体式高度-时间控制应急分离方法，所述方法用于上述应急脱离装置，所述的方法包括：
23.步骤1：应急手柄启动，拉脱连接在应急手柄上的启动拔销12；
24.步骤2：锁爪11释放锁止杠杆9，计时弹簧3驱动传动齿轮组合18转动，开始延时工作；
25.步骤3：当锁止杠杆9转动至制动杆10接触位置时，判断装置所处的海拔高度：若海拔高度高于应急脱离装置的设定高度，则制动杆10锁住锁止杠杆9，传动齿轮组合18停止转动，直至应急脱离装置下降至设定高度，制动杆10收缩释放锁止杠杆9，机构继续运动；若海拔高度低于应急脱离装置的设定高度，则制动杆10锁不住锁止杠杆9，传动齿轮组件持续运动；
26.步骤4：计时弹簧3驱动扇形齿轮16转动至压紧微动开关23闭合，输出点火信号，机构运动至锁止杠杆9被止动销钉挡住，完成工作。
27.优选的，可通过调节螺杆1调整延迟时间及调节延迟时间的精度。
28.优选的，可通过调整锁止杠杆9的位置设定下降值设定海拔高度后所剩余的延时
时间。
29.技术效果
30.1)本高度-时间控制分离装置，能根据实际作战区域，合理的设置工作参数，根据海拔不同要求，实现不同的分离救生开锁逻辑。在平原或高海拔地区，本装置起备份控制作用，仅在座椅程控器失效时输出有效人椅分离及射伞动作；在个别超高海拔地区，本装置起主要控制作用，飞行员启动分离装置后，在设定的高度和时间输出人椅分离及射伞动作。本装置分离时机精确可控，可靠性高；
31.2)本高度-时间控制分离装置，上锁操作简单，可在座椅不拆装前提下进行上锁操作，同时高度-时间设置方法简单，可根据作战区域灵活更改，快速响应作战需要；
32.3)本高度-时间控制分离装置不仅可用在航空救生领域，例如用做座椅的应急分离装置，伞兵的自动开锁装置和空投物资包的自动脱离装置；还可以应用于高空观测领域，例如高空探测设备的投放或者回收装置等。
33.4)本高度-时间控制分离装置，结构简单，可多次重复利用，使用维护简单，成本低。
附图说明
34.图1是应急脱离装置外形示意图，上盖局部位置剖视；
35.图2是应急脱离装置结构组成图，隐藏上盖和上平板局部位置剖视；
36.图3时应急脱离装置背面结构示意图
37.其中，a-计时弹簧组件、b-上锁拨杆组件、c-高度控制组件、d-启动开关组件、e-计时齿轮组件、1-1.调节螺杆、2-调节螺母、3-计时弹簧、4-转向连杆、5-上锁拨杆、6-传动杆、7-转轴、8-单向轴承、9-锁止杠杆、10-制动杆、11-锁爪、12-启动拔销、13-传动连杆、14-复位弹簧、15-平衡摆片、16-扇形齿轮、17-外壳、18-传动齿轮组合、19-高度观察窗、20-高度刻度盘、21-调节齿轮、22-调节螺钉、23-微动开关、24-波纹管组件。
具体实施方式
38.下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，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。
39.应急脱离装置是弹射救生的最后一道防线，当电子程控器输出失效或者其他紧急状况下，飞行员需要手动启动应急脱离装置，实现弹射救生。
40.如图2、3所示，一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置，包括计时弹簧组件a，上锁拨杆组件b，高度控制组件c，启动开关组件d和计时齿轮组件e等；
41.计时弹簧组件a作为装置的总动力源属于核心部件，在空间限制的条件下采用双层弹簧并联而成，保证输出弹力满足需求，计时弹簧3一端与调节螺母2焊接固连，调节螺母2六方杆安装在外壳17的六方孔内，可在孔内灵活运动，调节螺杆1通过外壳17的通孔与调节螺母2连接，连接螺纹为自锁螺纹，可在计时弹簧的3的拉力载荷下自锁，调节螺杆1和调节螺母2组合是时间控制关键组件，通过调节计时弹簧3的预紧拉力，实现开锁延时时间设定及调节延时精度的作用。
42.上锁拨杆组件b为应急脱离装置的上锁组件，可通过拨动上锁拨杆5对装置进行上锁。上锁拨杆5通过单向轴承8与转轴7连接，只能单向转动，单向上锁完成后对转轴7反向转动无阻力作用，可防止外界载荷影响计时精度；转轴7通过异型面或者销钉方式依次与传动杆6、锁止杠杆8和扇形齿轮16固连在一起；传动杆6通过转向连杆4与计时弹簧3连接，避免弹簧在运动时受到力矩作用导致时间精度超差；
43.高度控制组件c为装置的核心部件，通过波纹管组件24将不同海拔高度气压转变成位移参数，波纹管组件24与制动杆10焊接在一起，通过制动杆10的伸长量控制锁止杠杆9的运动，实现高度控制；波纹管组件24与高度刻度盘20固连，高度刻度盘20在装置调试时贴字指示高度数值，高度刻度盘20通过轮齿与固连在调节螺钉22的调节齿轮21啮合，调节螺钉22安装在外壳17上，通过转动调节螺钉22可对开锁高度进行设置，并可通过高度观察窗19观察高度设定情况。
44.启动开关组件d为装置的控制开关，启动拔销12与座椅上应急手柄相连接，启动应急手柄时装置开始工作，启动拔销与外壳17之间用棉线打保险，防止意外拔脱；传动连杆13上套有复位弹簧14并安装在外壳上，传动连杆13一端通过斜面与启动拔销12连接，可相对滑动，另一端与锁爪11连接。当启动拔销12插入装置中，传动连杆13带动锁爪11逆时针转动，可将锁止杠杆9锁住；当启动拔销12拔脱后，在复位弹簧14作用下，锁爪11顺时针转动，解除对锁止杠杆9的限制。
45.计时齿轮组件e由扇形齿轮16、传动齿轮组合18和平衡摆片15组成。计时弹簧组件a通过扇形齿轮16推动传动齿轮组合18及平衡摆片15运动，通过平衡摆片15的周期摆动实现延时功能；扇形齿轮16另一端与微动开关23接触配合，当计时弹簧组件e转动至一定位置时，微动开关23闭合，输出电路信号，启动燃爆装置工作，实现人椅分离及射伞功能。
46.实施案例1，本发明装置在低海拔区域工作时，仅在座椅电子程控器功能失效时起应急分离作用。
47.步骤1：首先通过调节螺钉22设定开锁高度数值(高度值设定在所需弹射高度之上)。
48.步骤2：插入启动拔销12并打保险，启动拔销12另一端连接在应急手柄上。
49.步骤3：推动上锁拔杆5对装置进行上锁。
50.步骤4：座椅弹射后在工作区域启动应急手柄，拉脱装置启动开关d，装置开始工作。
51.步骤5：计时弹簧组件e通过扇形齿轮16推动传动齿轮组合18及平衡摆片15运动，延时设定时间，扇形齿轮16触发微动开关23。
52.步骤6：微动开关23接通输出点火信号，燃爆机构工作，完成人椅分离及射伞工作。
53.实施案例2，本发明在高海拔地区工作时，即满足应急分离功能，又能实现高海拔手动分离功能。
54.步骤1：首先通过调节螺钉22设定手动开锁高度数值(高度设定值高于程控器的最大高度值)。
55.步骤2：插入启动拔销12并打保险，启动拔销12另一端连接在应急手柄上。
56.步骤3：推动上锁拔杆5对装置进行上锁。
57.步骤4：座椅弹射后在高海拔区域启动应急手柄，拉脱装置启动开关d，装置开始工
作。
58.步骤5：计时弹簧组件e通过扇形齿轮16推动传动齿轮组合18及平衡摆片15运动，直至锁止杠杆9被制动杆10锁住，装置暂定运动。
59.步骤6：座椅下降至值设定高度值，波纹管组件24在气压作用下收缩，制动杆10解除对锁止杠杆9的限制，装置继续运动。
60.步骤7：走完剩余延时时间后，扇形齿轮16触发微动开关23，输出点火信号，燃爆机构工作，完成人椅分离及射伞工作。
61.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置，其特征在于，包括计时弹簧组件a，上锁拨杆组件b，高度控制组件c，启动开关组件d和计时齿轮组件e等；所述的计时弹簧组件a包括计时弹簧(3)，计时弹簧(3)与调节螺母(2)紧固连接，调节螺母(2)为外六角螺母，与外壳(17)对应位置的六方孔配合，可在方孔内滑动但不可转动；调节螺杆(1)穿过外壳(17)通过螺纹与调节螺母(2)连接，通过转动调节螺杆(1)调节计时弹簧(3)的拉力；所述的上锁拨杆组件b包括上锁拨杆(5)，上锁拨杆(5)通过单向轴承(8)与转轴(7)连接，转轴(7)与传动杆(6)通过异型面紧固连接，传动杆(6)与转向连杆(4)通过销钉连接，可灵活转动；转向连杆(4)通过销钉与计时弹簧(3)连接，可灵活转动；锁止杠杆(9)通过转轴(7)与上锁拨杆(5)连接；扇形齿轮(16)通过转轴(7)与上锁拨杆连接；通过拨动上锁拨杆(5)使计时弹簧(3)拉伸产生弹性势能，同时带动锁止杠杆(9)和扇形齿轮(16)转动至起始位置；所述的高度控制组件c包括波纹管组件(24)，波纹管组件(24)与制动杆(10)紧固连接，波纹管组件(24)与高度刻度盘(20)连接，高度刻度盘(20)具有齿轮结构，与调节齿轮(21)相互啮合，调节齿轮(21)与调节螺钉(22)紧固连接，调节螺钉(22)安装在外壳(17)上，且外壳(17)上安装有高度观察窗(19)，可观察高度的设定位置；实现高度控制时通过转动调节螺钉(22)转动波纹管组件(24)，控制制动杆(10)的伸出长度，以限制锁止杠杆(9)的转动，从而控制机构运动；所述的启动开关组件d包括锁爪(11)，锁爪(11)与传动连杆(13)相连，复位弹簧(14)安装在传动连杆(13)上并压紧在外壳(17)上，启动拔销(12)安装在外壳(17)上并与传动连杆(13)通过斜面连接；启动拔销(12)拔出后，复位弹簧(14)在弹力作用下拉动锁爪(11)转动，释放锁止杠杆(9)启动应急分离装置；所述的计时齿轮组件e包括扇形齿轮(16)，扇形齿轮(16)与传动齿轮组合(18)通过齿轮啮合，传动齿轮组合(18)中的棘轮与平衡摆片(15)配合；计时弹簧(3)通过扇形齿轮(16)推动传动齿轮组合(18)运动，并带动平衡摆片(15)周期性的转动，实现延时功能；扇形齿轮(16)另一端与微动开关(23)接触，控制电路的通断。2.根据权利要求1所述的一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置，其特征在于，调节螺杆(1)和外壳(17)接触面刻花纹。3.根据权利要求1所述的一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置，其特征在于，计时弹簧(3)为双层螺旋弹簧并联组成。4.根据权利要求1所述的一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置，其特征在于，锁止杠杆(9)使用不锈钢材料并通过热处理将硬度提高至hrc62～68，同时其与制动杆(10)接触位置的边缘倒圆角r0.2。5.根据权利要求1所述的一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置，其特征在于，制动杆(10)使用不锈钢材料并通过热处理将硬度提高至hrc52～58，同时端面倒圆角r0.2。6.根据权利要求1所述的一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置，其特征在于，锁止杠杆(9)与制动杆(10)具有相对运动的面的粗糙度不大于ra0.2，保证相对运动灵活；锁止杠杆(9)与锁爪(11)具有相对运动的面的粗糙度不大于ra0.2。7.根据权利要求1所述的一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置，其特征在于，
波纹管组件(24)由多层膜片组成；启动拔销(12)的端面为斜面，且启动拔销(12)与传动连杆13具有相对运动的面的粗糙度不大于ra0.2；在所述启动拔销(12)上还设有防松保险；微动开关23为两个或三个并联安装。8.一种机电一体式高度-时间控制应急分离方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：应急手柄启动，拉脱连接在应急手柄上的启动拔销(12)；步骤2：锁爪(11)释放锁止杠杆(9)，计时弹簧(3)驱动传动齿轮组合(18)转动，开始延时工作；步骤3：当锁止杠杆(9)转动至制动杆(10)接触位置时，判断装置所处的海拔高度：若海拔高度高于应急脱离装置的设定高度，则制动杆(10)锁住锁止杠杆(9)，传动齿轮组合(18)停止转动，直至应急脱离装置下降至设定高度，制动杆(10)收缩释放锁止杠杆(9)，机构继续运动；若海拔高度低于应急脱离装置的设定高度，则制动杆(10)锁不住锁止杠杆(9)，传动齿轮组件持续运动；步骤4：计时弹簧(3)驱动扇形齿轮16转动至压紧微动开关23闭合，输出点火信号，机构运动至锁止杠杆(9)被止动销钉挡住，完成工作。9.根据权利要求8所述的一种机电一体式高度-时间控制应急分离方法，其特征在于，可通过调节螺杆(1)调整延迟时间及调节延迟时间的精度。10.根据权利要求8所述的一种机电一体式高度-时间控制应急分离方法，其特征在于，可通过调整锁止杠杆(9)的位置设定下降值设定海拔高度后所剩余的延时时间。

技术总结
本申请涉及航空救生装备的自动控制技术领域，具体涉及一种机电一体式高度-时间控制应急分离装置及方法。包括计时弹簧组件A，上锁拨杆组件B，高度控制组件C，启动开关组件D和计时齿轮组件E，本高度-时间控制分离装置，能根据实际作战区域，合理的设置工作参数，根据海拔不同要求，实现不同的分离救生开锁逻辑。在平原或高海拔地区，本装置起备份控制作用，仅在座椅程控器失效时输出有效人椅分离及射伞动作；在个别超高海拔地区，本装置起主要控制作用，飞行员启动分离装置后，在设定的高度和时间输出人椅分离及射伞动作。本装置分离时机精确可控，可靠性高。可靠性高。可靠性高。


技术研发人员：李裘进 陈明森 赵凌云 张阳
受保护的技术使用者：武汉航空仪表有限责任公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/3/30