Приветствую Вас, Гость Пятница, 07.08.2020, 02:04 Главная Регистрация RSS
Главная » Статьи » Лётные испытания парапланов » 7.2 Спасательные парашютные системы для парапланериста

Спасательные парашютные системы для парапланериста.Часть1

СПАСАТЕЛЬНАЯ ПАРАШЮТНАЯ СИСТЕМА ПИЛОТА-ПАРАПЛАНЕРИСТА

 Часть1

Перед пилотами парапланеристами в начале их спортивной деятельности часто стоят следующие вопросы:

1. Какую (например, какой площади) выбрать для себя спасательную парашютную систему (СПС) из множества предлагаемых производителем и на что при этом обратить особое внимание?

2. Какие специфические особенности имеет та или иная конструкция СПС?

3. Можно ли доверять цифрам (например, по скорости снижения для заданного максимального полетного веса при заданной площади парашюта),    приводимым в рекламных проспектах, или лучше все проверить самому расчетным путем? Как это сделать?

4. Что включает в себя понятие совместимости СПС с подвесной системой?

5. Выбрать ли СПС новую, или лучше сэкономить (иногда, практически вдвое), приобретая уже бывшую в употреблении?

6. Как укладывать СПС, если Вы приобрели ее без документации?

 

Вначале попытаюсь ответить на вопросы 1–3, используя свой опыт ведущего инженера по летным испытаниям парашютных систем.

 

К любому типу спасательной системы парапланериста (СПС) предъявляются три основных требования.

1. Малое время (и, как следствие, путь) наполнения;

2. Скорость приземления на уровне моря для заданного значения предельной  массовой нагрузки на парашют – не более 6,5м/с;

3. Высокая степень маятниковой устойчивости системы (предельный угол отклонения от вертикали не более 100 ).

Крайне желательно, чтобы выбранная вами СПС удовлетворяла одновременно всем перечисленным выше требованиям. Однако, как показывает практика, в основном,  удовлетворяются в полной мере только два из трех, редко, когда все три условия сразу.

 

Одним из важнейших параметров является посадочная скорость парашюта (скорость приземления). Ее предельное значение приближенно определяется либо из закона сохранения энергии:

                                              ,                                                      (1)

либо из закона сохранения количества движения:

                                                     .                                                       (2)

Из уравнения (1) следует, что кинетическая энергия пилота (левая часть) в момент касания поверхности посадки переходит в работу его деформации (правая часть) при гашении этой энергии.

Из уравнения (2) следует, что количество движения пилота (левая часть) переходит в импульс перегрузки (правая часть), действующей на пилота, при  гашении этой энергии.

Элементарные расчеты показывают, что при предельно допустимом значении коэффициента линейного нарастания во времени перегрузки на человека при приземлении, равном 5,5 и времени ее воздействия 0,5с (с учетом переката пилота при приземлении, что переводит часть посадочной кинетической энергии в рассеиваемую энергию вращения), формула (2) дает предельное значение посадочной скорости приземления, равное 6,74м/с. 

Округляя дробную часть вниз до 0,5 м/с, получим (с положительным запасом) предельно-допустимое, для человека со средне-статистическими физическими данными, значение посадочной скорости:=6,5 м/с. Отметим, что по западным нормам (DHV), предельная посадочная скорость принимается равной:=6,8 м/с.

Теперь, когда известно предельно допустимое значение посадочной скорости =6,5 м/с, можно определить требуемое значение площади купола парашютапри заданной полетной массе пилота по следующей формуле:

                                                       .                                                      (3)

Сегодня подавляющее большинство СПС, предлагаемых на рынке, имеют конструкцию с непроницаемой основой купола и втянутой вершиной (т.е. с центральной стропой).  Коэффициент лобового сопротивления парашютов с центральной стропой (по данным трубных испытаний) находится в пределах:  =1–1,1.

Принимая (с запасом по безопасности)=1,0,  плотность воздуха=1,2кг/м3, ускорение свободного падения=9,8м/с2, предельную  посадочную скорость, равной=6,5 м/с, расчетную формулу (3) можно предельно упростить:

                                                      .                                                   (3а)

Подставляя сюда свою полетную массу в килограммах, можно получить минимально допустимую, по условиям относительной безопасности посадки, площадь купола парашюта.

Например, при=70кг, ≈27м2 , при=80кг, ≈31м2, при =100кг, ≈39м2.

Принимая =1,1, расчетная формула (3) примет вид:

                                                      .                                                    (3б)

Подставляя сюда свою полетную массу  в килограммах, можно получить минимально допустимую по условиям относительной безопасности посадки площадь купола парашюта.

Например, при=70кг,≈25м2 , при=80кг,≈28м2, при =100кг,≈35м2.

Однако нужно иметь в виду, что СПС с =1,1 встречаются реже, чем с  =1,0. При условии непроницаемости ткани основы купола коэффициент лобового сопротивления парашюта с центральной стропой существенно зависит от длины стропы.

Эта функция имеет точку максимума, т.е. длина центральной стропы должна быть специально подобрана не только по условию максимума коэффициента , но и по условию обеспечения эффективной наполняемости купола и по условиям потери устойчивости как самого купола, так и маятниковой устойчивости системы пилот-парашют.

Редкий производитель СПС для парапланериста (особенно, если это мелкая фирма) может вам точно сказать величину коэффициента лобового сопротивления своего изделия (поскольку трубные и летные испытания с высококачественными измерениями – это довольно дорогое удовольствие).

 

Часто можно видеть в рекламных проспектах, что при относительно малых площадях  купола СПС (27-33м2), производитель заявляет его посадочную скорость, равной 5 м/с, одновременно с относительно большим весом пилота.

Используя формулу (3), рассчитаем потребную площадь купола для этой посадочной скорости, приняв даже=1,1, плотность воздуха=1,2кг/м3, ускорение свободного падения=9,8м/с2, предельную посадочную скорость,  равной=5 м/с. Получим: 

.

Например, при=70кг,≈41,6м2 , при=80кг,≈47,5м2, при=100кг,≈59,4м2. Это значительно больше, чем заявленные производителем площади. Возникает вопрос, можно ли верить этому производителю?

Итак, все количественные характеристики, которые заявляет производитель, по возможности должны быть тщательно перепроверены.

Таким образом, выбирая фирму-производителя СПС парапланериста, обратите внимание на скорость снижения с заданной полетной массой. Если она равна 6,5 м/с для вашей полетной массы, то здесь люди хотя бы потрудились поставить более менее достоверные цифры.

Скорость снижения 5 м/с (для парашютов площадей 27-33м2) должна вызвать у Вас здоровую подозрительность к данной фирме и ее продукции. 

 Следующий важный вопрос – это компромисс между величиной посадочной скорости и временем наполнения купола. Он связан с выбором площади купола СПС. 

 С одной стороны, чем больше площадь купола СПС, тем меньше скорость приземления и тем выше уровень травмобезопасности пилота при посадке. Кроме того, увеличение площади купола СПС уменьшает удельную массовую нагрузку на парашют и увеличивает путь наполнения, что уменьшает скорость системы в момент полного наполнения купола, уменьшая аэродинамическую  нагрузку системы пилот-парашют.

 Однако, с другой стороны, чем больше площадь купола, тем больше время, а значит, и путь наполнения (потеря высоты при наполнении).

Значительно опаснее аварийная ситуация на относительно малой высоте (несколько десятков метров над землей), когда на первый план выходит время наполнения купола парашюта. В этом случае важно иметь минимально возможное время наполнения купола, которое тем меньше, чем меньше его площадь. Купол малой площади наполняется относительно быстро и быстро начинает свою работу по торможению пилота. Конечно, скорость приземления при этом будет выше предельно допустимой, травматизма не избежать, но зато можно сохранить жизнь.

Время наполнения парашюта зависит также и от скорости системы пилот­–параплан (сопротивление которого, хоть уже и потерявшего работоспособность, тоже необходимо принимать во внимание) в момент введения СПС в действие.

Статистика по среднему времени наполнения непроницаемых куполов СПС с центральной стропой следующая: при скорости введения парашюта в действие равной 10м/с, – среднее время наполнения купола примерно равно 2,5с; при скорости введения парашюта в действие равной 30м/с, – среднее время наполнения купола примерно равно 1,5с.  

  Потеря высоты системы пилот-парашют (без параплана!) при наполнении непроницаемого купола СПС с центральной стропой, приближенно может быть оценена по формуле:  

.

Например, для купола площадью 36м2 среднее значение потери высоты в процессе наполнения по этой формуле составит приблизительно 27м. Для купола площадью 30м2, среднее значение потери высоты составит приблизительно 24,6м. Посадочная скорость для пилота массой 80кг с куполом площадью 36м2 составит 6,02м/с, а с куполом площадью 30м2 составит 6,6м/с (это легко получить, преобразовав для вычисления скорости  формулу (3)).

Переходя к процентным соотношениям для рассмотренного случая  можно сделать следующий вывод.

Уменьшение площади купола на 20% приводит к уменьшению потери высоты при наполнении на 9,7%, но и к увеличению скорости приземления на 9,6% и, как следствие, к увеличению кинетической энергии удара при приземлении (пропорциональной квадрату скорости) – на 20%.

Аналогичные расчеты помогут вам принять компромиссное решение при выборе площади купола.

 Далее, важно отметить следующее. 

Эксперименты показывают, что динамика процесса наполнения купола с втянутой вершиной (с центральной стропой) существенно отличается от динамики процесса наполнения купола без центральной стропы. Она носит явно асимметричный характер, при котором первичный локальный газовый объем подготовительного этапа формируется с одной стороны купола, который затем интенсивно распространяется по кольцу, формируя полутор полностью наполненного купола. Коэффициент динамичности при этом, по данным трубных испытаний, может превышать значение:

Максимальное значение перегрузки, действующей на пилота в процессе раскрытия парашюта, можно приближенно оценить по формуле:

                                                     .                                             (4)

Принимая трубное значение =1,5, =1,0, =1,2кг/м3, =9,8м/с2, получим упрощенную формулу для оценки максимального значения перегрузки:

                                                     .                                            (4а)

Так, при скорости снижения (введения парашюта в действие) =10м/с, площади купола =30м2, массе  пилота =80кг, получим: =3,45. При скорости снижения =20м/с этого же пилота с этим же парашютом получим =13,8

А это уже превышает предел переносимости человека по перегрузке (пилот просто потеряет сознание в процессе раскрытия), а также может разрушиться или, в лучшем случае, получить множественные повреждения и сам парашют.

Правда, здесь необходимо отметить следующее.

Дело в том, что при продувках парашютов в аэродинамических трубах, скорость потока в процессе раскрытия парашюта остается неизменной, поэтому динамика его наполнения весьма интенсивна (а значит, велико и значение коэффициента динамичности). Для абсолютно жесткого парашюта теоретическое значение коэффициента динамичности равно 2 (как отношение удвоенного квадрата скорости системы в момент полного наполнения к квадрату скорости в момент начала наполнения).

В летных испытаниях скорость системы пилот-параплан в процессе раскрытия парашюта непрерывно уменьшается а, следовательно, уменьшается и его коэффициент динамичности.

Кроме того, снижение коэффициента динамичности парашюта в летном эксперименте по сравнению с трубным обусловлено инерционностью массы системы (относительно малым числом Ньютона), а также упругостью элементов конструкции подвесной системы. В связи с этим перегрузка, действующая на систему в летном эксперименте, будет примерно на треть меньше, чем это дает расчет с использованием трубного коэффициента динамичности . 

Возвращаясь к условиям предыдущего примера, в летном эксперименте можно ожидать следующих вероятных значения максимальной перегрузки при скорости введения парашюта в действие =10м/с: =2,3, а при скорости введения в действие =20м/с: =9,1, что уже находится на пределе переносимости ее человеком.     

 Вывод. При полном отказе параплана в воздухе и начале практически свободного падения, следует не дожидаться разгона, а принимать решение на ввод парашюта СПС с центральной стропой – немедленно!  

 Очень важный вопрос связан с поведением системы пилот– параплан–парашют при отказавшем и частично наполненном крыле параплана.

Во-первых, при частично отказавшем в нормальном функционировании крыле параплана, или при частичном обрыве строп, система пилот-параплан  часто начинает вращаться, что делает ввод запасного парашюта небезопасным и достаточно сложным. Центробежная сила инерции приведет к возрастанию перегрузки, что может существенно увеличить потребное усилие на введение парашюта в действие, а небольшое расстояние выброски может привести к попаданию парашюта в стропы параплана или оборачиванию его вокруг строп параплана, т.е. к полному отказу в функционировании СПС.

Во-вторых, после полного наполнения удачно введенного в действие спасательного парашюта, при условии частичного отказа параплана, параплан и парашют значительно отклоняются друг от друга, образуя  большой угол развала между ними. Это существенно увеличивает скорость снижения системы в целом, так как собственный коэффициент сопротивления парашюта в таком полетном положении значительно уменьшается. В этом случае, оценив запас высоты и соблюдая условия безопасности, нужно постараться аккуратно подтянуть параплан под себя (не давая ему близко подойти к парашюту), чтобы максимально уменьшить угол развала.

Бывают случаи, когда после полного наполнения купола СПС, полностью наполняется и отказавший параплан, установившись в новое для себя балансировочное положение. Угол развала между парашютом и парапланом в этом случае может значительно увеличиться и скорость снижения системы значительно возрасти. В этом случае, при наличии запаса высоты, можно попробовать аккуратно подтянуть параплан к себе, уменьшив угол развала и, тем самым, – скорость снижения системы в целом.

 

Категория: 7.2 Спасательные парашютные системы для парапланериста | Добавил: Petr (20.11.2012)
Просмотров: 1416 | Комментарии: 1 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]