空投重物、伞兵跳伞过载测试装置的设计与实现.pdf

武汉理工大学 硕士学位论文 空投重物、伞兵跳伞过载测试装置的设计与实现 姓名：刘钊 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：陈永泰 20100501 摘要 空投重物和伞兵伞在开伞、着陆过程中均会因受冲击而发生过载现象，过载 是评价降落伞性能的重要参数之一伞兵伞开伞过载是指在伞充气张开的过程 中，作用时间在1 秒以内作用于人体的冲击性加速度开伞和着陆冲击力是一种 瞬时冲击力，如果人体受到冲击力过大，超过人体生理所能承受的极限时，会对 组织、器官等造成损伤，重则可能导致死亡人体着地时的冲击力大小取决于坠 落的高度，高度越高，速度越快，着陆时人体对地面的冲击力就越大，地面对人 体的反作用力也就越大，从而更易造成损伤伞兵伞开伞的过载值是体现伞性能 和人体耐受能力的重要指标在跳伞开伞和着陆时，要预防冲击过载对人体所造 成的损伤，必须知道过载值的大小 本文设计了一套高精度，高速度，大容量，低功耗，方便灵活，便于携带的 伞兵伞开伞、着陆过载测试系统，要求对伞兵伞开伞、着陆过程中发生的过载进 行实时、准确、全面的测量；并根据实际测得的数据对伞兵伞投放过程进行仿真， 还原投放过程中伞兵在伞作用下的空中行为。

目的在于测量在跳伞训练过程中人 体所受到的冲击力大小，以及其影响因素，期望为进行科学的跳伞训练、防止或 减少人员损伤提供可靠的实验数据，能对评价降落伞性能提供重要的参考依据， 能对降落伞的材料选择及制造工艺有一定的指导作用 过载测试装置采用加速度传感器测量法来测量过载总体设计采用双单片机 结构：从单片机采用A V R 单片机A T m e g a 8 ，其主要负责对3 2 5 5 加速度传感器 数据的采集和处理，把传感器输出的电压值转换为加速度值，并把加速度值通过 串1 3 发送给主单片机；主单片机采用A T m e g a l 2 8 ，负责把从单片机采集的数据 存储到S D 卡数据采集完毕后通过U S B 把数据以文件的方式传给计算机，计 算机通过过载测试分析软件对采集的加速度数据进行分析，并绘出过载曲线图， 标出过载值根据实测数据对整个跳伞过程的仿真可方便的观察伞兵在降落伞作 用下的空中行为，减少空投次数，节约人力、物力、财力 关键字：跳伞过载，加速度传感器，S D 卡，F A T 3 2 ，U S B A b s t r a c t D u r i n gt h ea i r d r o p p e dw e i g h t ，p a r a t r o o p e r so p e n i n gt h ep a r a c h m eo rl a n d i n g ，i t w i l lo c c u ro v e r l o a dw h i c hw o u l dd u r et ot h ef o r c eo f i m p a c t ．E v a l u a t i o no fo v e r l o a d i so n eo ft h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r so ft h ep a r a c h u t ep e r f o r m a n c e s ．O v e r l o a do ft h e o p e n i n go fp a r a c h u t er e f e r st ot h ep r o c e s so fo p e ni n f l a t i o n ，i n1s e c o n d ，t h er o l eo f t h ei m p a c to fa c c e l e r a t i o no nt h eh u m a n b o d y ．P a r a c h u t ea n dt h el a n d i n gi m p a c ti sa n i n s t a n t a n e o u si m p a c t ，i ft h i si m p a c ti st o ol a r g ew h i c ho v e rt h ep h y s i o l o g i c a ll i m i t s h u m a nc a r lb e a r , i tc o u l dd a m a g eh u m a n ’St i s s u e sa n do r g a n s ，w o r s em o r ei tc o u l d c a u s ed e a t h ．T h ei m p a c to np e o p l ew h e nh ei s g r o u n d i n gd e p e n d so nt h ef a l lh e i g h t ， t h eh e i g h ti sh i g h e r , t h es p e e dw i l lb em o r e r a p i d l y , t h ei m p a c tw i l lb em o r es t r o n g l y , a n di tc o u l dm a k em o r ed a m a g e ．O v e r l o a do ft h e o p e n i n go fp a r a c h u t ei so n eo ft h e i m p o r t a n tp a r a m e t e r sb o t hi n e v a l u a t i n g t h ep e r f o r m a n c eo fp a r a c h u t ea n dt h e t o l e r a n c eo fh u m a n ．W em u s tk n o wt h ev a l u eo ft h es i z eo fo v e r l o a dw h e np a r a c h u t i s t i so p e n i n gt h ep a r a c h u t eo rl a n d i n gt op r e v e n tt h e i m p a c to fo v e r l o a da n dd a m a g eo n t h eb o d y ． T h i st h e s i sd e s i g n e das e to fh i g hp r e c i s i o n ，h i g hs p e e d ，l a r g ec a p a c i t y , l o w p o w e rc o n s u m p t i o n ，a n dp o r t a b l et e s t i n gs y s t e mf o ro v e r l o a do p e n i n ga n dl a n d i n go f p a r a c h u t e ，d i dr e a l - t i m e ，a c c u r a t e ，c o m p r e h e n s i v em e a s u r e m e n tt oo v e r l o a do f p a r a c h u t eo p e n i n ga n dl a n d i n g , a n ds i m u l a t e dt h ep r o c e s so fp a r a c h u t et h r o w ．i n a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ld a t af r o mt e s t i n g ，r e s t o r e dt ot h eb e h a v i o ro fp a r a t r o o p e r si n t h ea i rw h e nt h r o w i n gi nu n d e rt h ep a r a c h u t e ．I ta i m e da tm e a s u r i n gt h ep a r a c h u t e t r a i n i n gc o u r s ei nt h eh u m a nb o d yb yt h ei m p a c tf o r c es i z e ，a n dt h e i ri m p a c tf a c t o r s ， e x p e c t a t i o n sf o rt h ec o n d u c to fs c i e n c ei nt h ep a r a c h u t et r a i n i n g , t op r e v e n to rr e d u c e p e r s o n n e li n j u r y ．I tp r o v i d e dr e l i a b l ee x p e r i m e n t a ld a t aw h i c hC a l lp r o v i d ei m p o r t a n t p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no fp a r a c h u t er e f e r e n c e ，C a na p p l ys o m eg u i d a n c ef o rt h e p a r a c h u t em a t e r i a ls e l e c t i o na n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s ． O v e r l o a dt e s t i n gd e v i c eu s e dt o u s i n gt h ea c c e l e r a t i o nS O l l S O Ta st h eo v e r l o a d m e a s u r e m e n t ．D e v i c ea d o p t e dd u a l - s i n g l ec h i ps t r u c t u r e ：u s e dt h eA V Rs i n g l ec h i p A T m e g a 8a s t h es u b o r d i n a t es i n g l e c h i p ，r e s p o n s i b l ef o rd a t aa c q u i s i t i o na n d p r o c e s s i n go f3 2 5 5a c c e l e r a t i o ns e n s o r ．I tc o n v e r t e dt h es e n s o ro u t p u tv o l t a g ev a l u et o a c c e l e r a t i o nv a l u ea n ds e n tt h ea c c e l e r a t i o nv a l u e st h r o u g ht h es e r i a l p o r tt ot h e m a s t e rp r o c e s s o r ；u s e dA T m e g a l2 8a st h ep r i n c i p a ls i n g l ec h i p ，r e s p o n s i b l ef o r s t o r a g eo fd a t ac o l l e c t e db yt l l e s u b o r d i n a t es i n g l ec h i pt oS Dc a r d ．A R e rd a t a a c q u i s i t i o nt r a n s m i t t e dt h e mt oc o m p u t e ra sf i 。