为什么降落伞被誉为无人机及eVTOL最后的安全防线?

2025/03/31 22:02:13

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图源:微信公众号

在eVTOL(电动垂直起降飞行器)的安全系统中,如果出现突然意外,就像汽车会自动弹出安全气囊一样,会自动弹出降落伞。

整机降落伞系统所用的技术起源于航天技术中神舟飞船着陆的最后一段降落伞辅助减速。

在飞机的安全措施中,相当于最后一道防线。当其他所有的应急程序都无法保证安全的紧急情况下,该系统可以拯救乘客和飞机的安全。

在部分专业人士看来,整机降落伞系统之于飞行器就好像安全气囊之于汽车,应当成为保障机上乘客安全和减缓地面次生灾害的标配。

看到题图,可能会有人好奇,降落伞的中部为什么是空的?

那是因为在打开降落伞的时候,飞行器的速度一般都很高。伞如果在高速下突然打开,冲击力很大,中间的孔可以释放部分压力,减轻对伞体和与飞机的连接部位的冲击力。

降落伞系统如何设计?怎么保证安全?

整机降落伞系统一般由四大部分组成:

降落伞组件

主要由伞衣、伞绳和伞包等组成,是起到气动阻力的主要部件。通常采用高强度透气纺织材料(如芳纶或超高分子量聚乙烯纤维)制造。

伞衣的设计很复杂,需要兼顾折叠体积与展开面积比(通常达数百倍)。也就是说,伞衣的重量需要尽量轻,并且还需要强度够高。

另外,经过折叠后,体积小小的,不是很大。并且,降落伞的折叠方式也有很多讲究,你需要确保伞衣展开的时候,可以快速平稳展开,还不会让线搅成一团。

吊带系统

连接机身与降落伞的主要装置,由多个吊带和连接件等组成。相当于降落伞和飞机之间的“安全带”,它的设计要满足三个关键要求:

材料必须超级结实

吊带用的材料就像登山用的顶级绳索,得用高强度合成纤维或特殊布料(比如凯夫拉或碳纤维)。

因为降落伞突然打开时,冲击力相当于一辆汽车急刹车时的几十倍拉力,如果材料不够强,吊带可能直接崩断。

多个固定点分散力量

就像搬重物时用多个挂钩分担重量,吊带会通过多个连接点固定在机翼、机身框架等位置。

比如固定翼飞机可能在机背装3个锚点,而eVTOL(飞行汽车)可能需要在机身四周分布4个点,甚至更多,这样能避免某个连接点“吃独食”导致断裂。

需要量身定制适配不同飞机

不同飞机形状差异大:固定翼飞机像鸟,吊带主要装在背部;eVTOL像带旋翼的方盒子,吊带可能得环绕机身。

设计时要考虑飞机重心,比如载货无人机重心靠下,吊带就得调低连接位置,防止降落伞拽飞机时翻跟头。

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图源:西锐飞机

弹射系统

主要由射伞装置、伞舱等组成。它可以迅速弹出或推出降落伞。

射伞装置可以通过机械或化学动力快速释放降落伞,例如固体燃料火箭弹射(如西锐CAPS系统)、压缩气体弹射(如大疆DROPSAFE系统)

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图源:无人机测评

伞舱可用于储存折叠后的降落伞,需具备密封性和快速开启能力。例如,部分系统采用电磁锁控制舱盖开闭,通过单片机触发释放。

激活系统

由激活手柄组件、电子控制单元(或包含在飞控系统中)等其中一种或多种组成,用于激活整机降落伞系统。

就是按下按钮,发出信号,给弹射系统发出弹射指令的信号装置。它是确保飞行器在紧急情况下能够及时触发降落伞的核心模块,其设计结合了多种控制方式以提高可靠性。

它的激活方式有:飞控自动激活:当飞控系统检测到飞行器失控、动力失效等预设紧急状态时,会自动发送信号触发降落伞弹射。例如,T191系统支持飞控自主激活。

手动激活:飞行员或地面操作员可通过物理手柄或按钮手动启动,适用于飞控系统失效或需要人为干预的场景。

自主激活:部分系统可能配备独立传感器(如高度、速度传感器),在飞控系统完全失效时仍能根据预设条件自动触发。

如何利用降落伞安全降落?

飞行员可以手动拉动驾驶舱内的紧急手柄,或由飞控系统根据传感器数据判定出现故障。弹射系统将伞包从机身存储仓告诉弹出。

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图源:民用飞机设计与研究

弹射后,伞绳和伞衣在极端的时间内完成拉直。伞衣展开时,内部形成湍流,外部发生气流分离,需通过透气性织物平衡阻力与稳定性。

充气时间与飞行高度、速度密切相关,eVTOL因水平速度较低,更依赖高度换取充气时间(建议最小高度80米

主伞完全充气后,飞机下降速度从自由落体状态降至5.5-6 m/s的安全范围(接近人类承受极限),并通过吊带系统保持机身水平姿态。

最后着陆时,结合抗坠撞设计(如起落架吸能、机身可控破坏元件),进一步降低冲击力,比如,西锐飞机通过起落架减震设计实现“完整着陆”。

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图源:民用飞机设计与研究