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文档简介

论新型奢华运用滑翔伞运动的发展历史与最新变革滑翔伞起源于1984年,是由法国一批热爱跳伞、滑翔翼的飞行人员发明的一种飞行运动,目前在欧美和日本等国非常流行,在台湾也掀起了一股旋风。滑翔伞与传统的降落伞不同,它是一种飞行器。最初,居住在阿尔卑斯山脚下沙木尼小镇的法国登山家贝登,利用一顶方形降落伞从阿尔卑斯山上成功地飞降到山下。许多登山家们纷纷效仿,并对降落伞进行进一步的改进,将降落伞与滑翔翼的特点相结合,制造出了利用山坡地形起飞,能够在空中自由翱翔的滑翔伞。1984年法国登山家菲隆(从阿尔卑斯山的勃朗峰上成功地飞出,使滑翔伞名声大噪,迅速在世界各地风行起来。今天,在世界各地,滑翔伞爱好者达数十万之多。 滑翔伞的历史发展过程:1495 - Leonardo Da Vinchi 设计了用四根木头撑开的锥形降落伞 1595 - Fausto Veranzio在威尼斯从塔上用木质和帆布组成的装备跳下1687 - 在泰国一个宫廷小丑用两个大伞从高处跳下.风带着他降落到房顶、树上和附近的河里 1783 - Sebastian Lenormand 用直径14英尺的降落伞从塔上跳下 1785 - 领式丝绸降落伞被日本的 Blanchard发明设计. 他从气球上跳下摔断了腿.1797 - Andre Garnerin 做了许多次高空跳跃, 有一次在伦敦8,000英尺的上空. 1800-更多的高空跳跃使用了不同的设计,包括反锥形的设计1887 - 第一款降落伞坐带被发明了1903 - Wright Brothers 做了第一次动力飞行. 1911 - 飞行员降落伞被发明了 - 从降落伞包拉出降落伞.第一次自由坠落被完成了1913 - 第一款可滑翔的降落伞被发明了.第一次世界大战导致取消了它的进一步开发! 1914 - 在 Tiny Broadwich 的降落伞绳被飞行器挂住之后, 在他第二次跳跃时割断了绳索自己拉动它-第一款人工操控的降落伞诞生了。1929 - 一种三角型伞翼被申请了专利1930 - 俄国人举行了第一次降落精确性辩论1932 - 美国人做了精确性的尝试1941 - 德国人降落了 14,000 伞兵在希腊的Crete岛. 1948 - 国际航空协会(Federation Aeronautique Internationale )正式成立了1948 - Dr Francis Rogallo & (美国)国家航空和宇宙航行局开发了三角型灵活的风筝.1954 - Fred Mason 把T型架插入伞翼布给它前冲力,并申请了专利1960 - Capt Joseph Kittinger从 102,000 英尺高的气球上落下, 在自由坠落过程中达到了702 英里每时1961 - 在美国 Tom Purcell Jr 在Rogello 风筝上被托拽. 1961 - 上升的降落伞被想出来了,托拽伞开始出现了.1962 - 操控降落伞被发明了. 一种到处都是孔的可以操纵的降落伞! 1962 - John Dickinson 飞一个罗加洛回收翼伞.60后期的翼伞都是在罗加洛回收翼伞基础上设计的.1964 - 第一款方形降落伞在佛罗里达被 Domina Jalbert 发明. 1968 - 在美国滑翔翼被Steve Snyder发明了. 1968 - 在平静的湖岸跑步起飞降落伞. 飞行杂志报道了这件事. 1969 - 滑翔机被 Steve Snyder发明了.1973 - 在大不列颠滑翔伞组织撤消支持后,大不列颠滑翔伞俱乐部组织成立了, 1970 - 悬挂滑翔运动开始非常流行1980 - 在法国和瑞士阿尔卑斯山脉,一些滑翔爱好者开始模仿悬挂滑翔者从山坡上起飞.1980 -1990滑翔伞被从跳伞改进而来提供了适宜的滑翔。这种设计使伞翼更高,气室更窄,伞形更狭长。加速器被发明了,它是放在组带前,拉下可以给伞更大冲力的设备1992 大不列颠悬挂滑翔协会和大不列颠滑翔伞俱乐部合并为大不列颠悬挂滑翔及滑翔伞协会飞 行 原 理滑翔伞的空气动力学结构比较明朗,它的伞衣有上翼面、下翼面和数十个成形肋片(隔间)构成。伞衣前缘部分有一定尺寸的进气口(风口),而后缘则完全封闭,这样当飞行员在山坡上向前跑动时,空气灌入风口,根据流体连续性原理和伯努里定理,由于上下翼面弯度不同,空气流经时产生压力差,较短直的下翼面产生向较弯长的上翼面的推力,滑翔伞就是靠这种提升力能把人带离地面,成功地起飞,飞行时的空速范围是21-65公里小时。滑 翔 伞 构 成滑翔伞主要由伞衣、伞绳、组带、座袋等主要部分组成。伞衣又称伞头,由上、下翼面和左右肋片隔成一个个气室,当空气由风口进入气室后,在空气冲压力的作用下,伞衣内腔均匀充气并保持一定的刚性。翼肋上大小不等的空洞使各气室间的空气可沿展向流动,以平衡整个伞翼的内部压力。早期的伞衣用色彩鲜艳不透气的抗撕裂涂层尼龙织物缝制,现在的滑翔伞使用涂有聚胺基甲酸脂和硅原料的双面涂层的抗紫外线辐射、抗撕裂的涤纶聚酯织物缝制。伞衣重量平均在6-8公斤之间,翼展长可达11-13米,翼面积在20-30平方米之间,不同尺寸和级别的滑翔伞中,伞衣的翼面积(投影)、气室数、展弦比(翼展的长度与弦长的比值)等参数各不相同,因而滑翔伞的速度、滑翔比、下沉率也不同,所以要根据飞行员的体重和飞行技术,选择相应的级别和型号。伞绳是连接伞衣与座带的传力构件,早期滑翔伞的伞绳多用常规降落伞使用的绵丝绳,为减小变形和风阻,减轻重量,现基本上都采用直径小、强度高、变形小的防弹纤维材料制作,它的内芯为凯芙拉纤维Kevlar或Spectra材科、外层为聚脂纤维的护套,以防紫外线照射而降低强度并增加耐磨性,别小看这火柴棍粗细的伞绳,每根的拉力可达40KG以上。组带把伞绳由前往后分为34组(称A、B、C及D组),在伞衣中心轴两侧呈对称分布,依次控制着前缘风口、伞的主面升力中心和后缘等部位,组带的端点由金属保险主钩与座带相连。左右手的刹车绳可以控制左右转弯、减速、刹停等动作,因而飞行员在空中可以准确地控制飞行方向和航线。降落时通过对刹车绳的控制,脚部受到的冲击甚至比下台阶还要轻缓,可以做到翩翩而至,从天而降。座袋是飞行员在飞行过程中支撑人体的重要部分,使飞行员呈半躺状态或坐姿飞行,保持良好的视角和舒适感。座袋内的高强度纤维板可以保护身体免受撞击,有些则加装了可充气的座垫,在背垫中装有固定或活动式的玻璃钢背部护板,增强了对人体背部和脊柱的防护功能。流线型的座袋专为竞速越野设计,可以减少空气阻力。除此之外,背带系统上还设有放置救生伞和配重水袋(重物)等的空间。 救生伞Parachute又称副伞,形状为圆穹形,下沉率大,滑翔比小,主要负责救生。副伞拉手设计在飞行员伸手就可以够到的地方,当主伞万一出现不能恢复的状况无法继续飞行时,就可以抛出副伞降落。为了获得最大的牵引力,减缓下沉速度,在副伞抛出后要尽快回收主伞以使副伞升至飞行员的正上方。副伞平时折叠在座袋里,即使不用也必须每隔3-6个月重新包装一次,以防粘连而影响开伞性能和打开速度。前置的副伞包设计为一个平台,可以放置高度表、对讲机、GPS(全球卫星定位系统,用于导航)、罗盘、飞行电脑等各种飞行仪表以提供飞行数据,使飞行员在飞行过程中对空域、高度、速度、方向做到一目了然,并能随时保持和队友以及地面人员的相互联系。为适应飞行需要,确保安全,还要携带救生伞和配备个人防护用品,如抗震性能卓越的专业头盔Helmets、可减少风阻并保暖防潮的飞行服、有护踝和防滑刺的专业伞靴、手套和护目镜等。滑翔伞的运动的真正形成经历了一个漫长的测试、研发过程,其运用的物理原理以及各个运动状态下得自然原因所带来的不同原因都是影响滑翔伞在运动过程中对人身的保护以及伞体本身的各种性能,因而在滑翔伞的设计中对运动的模拟要从各个方面精确的进行测试。PPG的模型绝大多数的降落伞与负载系统被当成一个和飞机相同的刚体来进行分析而伞翼还被作为一个六自由度的模型来分析然而, 在考虑到降落伞及其负载的振荡存在不同后, 分析其运动特性时就将其作为两个个体组成的系统来分析在此类系统中具有最多自由度的是可旋转的降落伞,被作为两个个体组成的具有九个自由度的系统进行分析 近期,伞翼和其负载间的相对运动已经被研究其中存在着四种相对运动(1) 相对偏航, (2) 相对横摇(3)相对升降 (4) 相对俯仰.然而, (2)相对横摇和 (3) 相对升降通常可被忽略图展示了PPG的零部件该伞翼具有基本的6个自由度, 例如, 相对自由俯仰运动和扭曲运动,可以被建模成一个关于伞翼偏航轴Zc的含弹簧和阻尼的二阶振荡系统. 选取伞翼和其负载的重心作为其各自的坐标系统零点伞翼和负载的连接处(悬挂点)采用了一种连接反应和一种回转力矩的模型,控制输入两条控制绳从伞盖的左右尾缘垂下. 向负载方向拉拽控制绳使伞翼边缘偏转以在伞盖中产生刹停力,可以使PPG向被拉拽控制绳方向偏转. 当左右控制绳同时被拉拽即可减缓向前的速度. 因此,PPG的系统有3个控制输入。飞行测试数据和数学分析结果的比较/图4.控制输入图5和图6分别显示了伞盖的俯仰率和俯仰角在飞行测试中的数据和数学模拟的比较结果. 其中部分由飞行测试得来的飞行动力参数进行了修改, 数学模拟的时间序列曲线和飞行测试中的并不接近. 因此对用于数学模拟的参数必须修改. 图5 伞盖俯仰率的比较图6.伞盖俯仰角的比较飞行分析基于这个模型我们得到了运动的共识,并分析了滑翔,平飞,左右转等的运动参数。同时计算了利用推进力直线水平飞行,转向水平飞行时各状态变量的时间响应,并分析了在方波输入或阶跃输入时的振荡阻尼系数。直线水平飞行和滑翔图7-9显示了一水平飞行的数学分析结果.刹车偏转角为零. 推进力由一个时间常数为1秒的一阶系统的阶跃响应提供. 阶跃信号的值为190.92N,在5s处发生跳变。图8显示了伞盖原点的轨迹. 图9显示了伞翼和负载的俯仰角.伞盖和负载的俯仰角初始值分别是3.5 (deg) 和4.841 (deg)。伞盖俯仰角的震荡在阶跃输入发生20秒处收敛. 震荡的最大振幅约为4 (deg).伞盖的俯仰角的稳态值为16.281 (deg).图7.控制输入(推进力)图8.伞翼轨迹图9.俯仰角图10-12展示了方波输入推进力的数字模拟结果. 刹车偏转角为0. 推进力由一个时间常数为1秒的一阶系统响应提供. 输入的上升沿在5秒处并在20秒处消失. 图11显示伞盖的轨迹. 图9显示了伞翼和负载的俯仰角的时间响应。. 震荡在5秒和20秒处活跃在约40秒处收敛。伞盖俯仰角的稳态值为3.5 (deg)。图10.控制输入(推进力)图11.伞盖轨迹 图12.俯仰角右转水平飞行和滑翔图显示了右转水平飞行的数学模拟结果。右侧控制绳被拉动大约30厘米, 相当于刹车偏转角的0.1 (rad).推进力为251.54 (N)的阶跃输入.右侧控制绳开始被拉动的时间在5 (sec)处,同时推进力增加.拉动控制绳的时间参数为2秒. 推进力输入的时间常数为1秒。图15显示了伞盖原点的轨迹. 图16显示了伞翼和负载的高度角. 一大振幅的二阶震荡出现在伞盖的俯仰角和滚动角。震荡后振幅在30秒处收敛.俯仰角的最大振幅大约是10 (deg). 滚动角的最大振幅为7 (deg). 稳态时伞盖的俯仰角和滚动角分别是22 (deg) 和15 (deg)图13.控制输入(刹车偏转角) 图14.控制输入(推进力)图15.伞盖轨迹为了研究由推进力引起的负载震荡,我们必须分析PPG的运动特性。因而我们建立一个8自由度的模型,并给予这个模型进行了数学模拟。分析结果表明,提供的模型PPG可以恰当的描述真是的PPG。据新科学家报道,在美国,无人驾驶滑翔伞的设计 初衷就是协助士兵们完成一些秘密任务。总部位于纽约的美国阿塔里航宇公司多年来致力于研发各类航空器,包括小型无人驾驶飞机和双人滑翔机。一般滑翔伞有一 矩形或者椭圆型的伞篷,为其在空中滑行产生上升力。因此只要有足够的上升气流或者热裂法炭黑,飞行者能在无动力条件下翱翔蓝天,只需拉动连接伞篷绳索就能 自如控制飞行器的速度方向。阿塔里航宇公司已经研发了几款远程控制滑翔伞,内含操纵装置、全球定位系统接收器和无线电装置。公司发言人称,这些滑翔伞可以携带养料补给,甚至携带炸 弹,并且能精确投掷。同时公司也开发出了无人驾驶滑翔伞。伞篷下装有发动机和适于有效载荷的推进器。这些滑翔伞外型更为小巧,操作更为简便,而且比现有的 航空器噪音更低。美国国防高级研究项目署(DARPA)对无人驾驶侦察器提供长期的资金支持,此侦察器被称为持久自行动力翼伞(LEAPP)。LEAPP 既可以空投也能从地面发射,在载重100千克的情况下仍能飞行48小时,而且翼伞中配置了摄像监视器。它不仅能自行驾驶,也可以进行远程操控。微型 LEAPP模型的视频录象显示其起飞降落和飞行的全过程。大型LEAPP的首飞试验预定在2006年的9月。阿塔里 航宇公司也未停止对双人滑翔伞的开发工作,他们已经用希腊神话的客迈拉为其命名,滑翔伞后部将装配一个推进器而且配置了动力轮。它能从飞机中降落,在空中 滑翔,必要时通过调整伞篷角度就能平稳降落。此滑翔伞时速将达到46.3公里,每小时消耗7.5升燃料。滑翔伞是人类最轻巧便宜的飞行器,据报道,欧洲有大约300万滑翔伞爱好者,韩国和日本也大概有10万人滑翔伞爱好者,随着低空开发和经济的发展,滑翔伞运动在中国将进一步发展壮大。97世界杯滑翔伞比赛今年6月在河南省林州市举行。各国参赛

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