ПАРАШЮТ
PARACHUTE

Изобретение относится к парашютной технике и предназначено для использования в парашютах, десантирующих людей и различные грузы в атмосфере Земли, т.е. в воздухе, а также в парашютах, используемых для торможения объектов, движущихся в различных газовых и жидких средах с куполами различных форм и геометрии, выполненных с конструктивной проницаемостью.
Известно, что основным полезным свойством парашютов является создание высокой силы сопротивления его движению для обеспечения требуемых траекторных параметров:
2
F=Сп S ρV/2, где:
F - сила сопротивления, действующая на парашют;
Сп - коэффициент сопротивления парашюта;
S - площадь купола парашюта;
ρ - плотность среды;
V - скорость движения парашюта.
Как видим, величину этой силы сопротивления, в значительной степени, определяет коэффициент сопротивления парашюта, являясь показателем качества парашюта. Чем выше коэффициент сопротивления парашюта, тем меньше вес и объем, занимаемый парашютной системой, выполняющей поставленную задачу, что крайне важно в аэрокосмических и других отраслях применения парашютов, где имеются ограничения по весогабаритным параметрам.
Вместе с тем, большая сила сопротивления парашюта определяет и большие нагрузки на все элементы парашюта, особенно в процессе раскрытия его купола, что может приводить к разрушению элементов парашюта, т.к. при раскрытии купол парашюта взаимодействует в динамичном режиме с набегающим потоком среды в которой функционирует парашют, таких как воздух, вода, другие газовые и жидкие среды, формируя высокое избыточное давление под ним и предельные напряжения в его основе, в лентах каркаса и стропах.
Для снижения динамических нагрузок, действующих на парашют в процессе раскрытия его купола, используют различные конструктивные приемы, обеспечивающие плавное его раскрытие, и в их числе применение вырезов и просветов в поверхности его купола, так называемой конструктивной проницаемости, через которые среда функционирования парашюта может свободно уходить, истекать за купол, снижая тем самым давление под ним, и, как следствие, уменьшая динамические нагрузки при его раскрытии, но одновременно и его коэффициент сопротивления Сп (Н.А. Лобанов. Основы расчета и конструирования парашютов. М.: Машиностроение, 1965 г.).
Из этого же источника известен парашют с куполом круглой формы и поверхностью, образованной взаимно пересекающимися радиальными и кольцевыми лентами, обычно применяемый в воздушной среде. В среднем, площадь просветов между лентами, образующими такие купола, может достигать 40% от общей поверхности купола. Достоинства такого парашюта заключаются в постепенном наполнении купола воздухом и, как следствие, в невысоких динамических нагрузках, действующих на купол при его раскрытии.
Недостатками этого известного парашюта являются его большой вес, сложность изготовления, большая стоимость, а также высокая скорость приземления, из-за низкого коэффициента сопротивления. Большая доля просветов в поверхности купола приводит к протеканию большого количества воздуха через его поверхность без силового взаимодействия с ней, снижению перепада давления на сплошных участках поверхности купола, уменьшению суммарной нагрузки на него и падению несущей способности парашюта т.е. коэффициента сопротивления Сп.
Известен также парашют, содержащий полусферический купол из полотнищ, элементы в виде рукавов, обеспечивающих истечение воздуха за купол при его раскрытии, с каркасом из радиально закрепленных на нем силовых лент, разделяющих основу купола на отдельные, расположенные между ними сектора, а также стропы, скрепленные с куполом парашюта (Патент на изобретение №2126764, опубликованный 1999.02.27, Патент на изобретение №2336202, опубликованный 2008.10.20).
Достоинства такого парашюта, как и приведенного выше, заключаются в плавном раскрытии купола, небольших динамических нагрузках, действующих на него при этом, а также в достаточно высоком коэффициенте сопротивления, вследствие организации истечения воздуха за купол в сторону его входной кромки, с помощью указанных рукавов.
Недостатками этого известного парашюта являются: относительно большой вес, повышенная сложность изготовления, высокая стоимость, а также ненадежность его функционирования. кроме того, трудоемкость процесса укладки в контейнер на объекте применения и извлечения из контейнера при вводе в поток, вызванная значительным усложнением конструкции купола вследствие оснащения его указанными рукавами.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является парашют, содержащий купол с основой, сформированной из концентрично расположенных относительно полюса купола секций с радиальными парами полотнищ смежных секций его основы, сочлененными с возможностью истечения воздуха между ними за купол, при его раскрытии, с каркасом из радиально закрепленных на основе купола силовых лент, разделяющих основу купола на отдельные, расположенные между ними, сектора с одним полотнищем от каждой секции основы купола, а также стропы, скрепленные с куполом парашюта (Патент США 4588149, 13.05.1986).
Этот, наиболее близкий к заявляемому техническому решению, парашют обладает меньшим весом, по сравнению с вышеприведенными известными парашютами, прост по конструкции, удобен в применении, обеспечивает снижение динамических нагрузок при раскрытии купола, вследствие истечения воздуха через щели между полотнищами двух секций купола, образующихся в процессе его раскрытия, за счет применения специального кроя полотнищ нижней секции купола.
Недостаток этого, наиболее близкого к заявляемому, технического решения заключается в том, что в процессе раскрытия купола парашюта открывающиеся кольцевые щели между полотнищами двух секций обеспечивают истечение воздуха из-под купола во внешний поток за купол в сторону его полюса, обратную направлению его движения, что формирует реактивную силу, направленную в сторону движения парашюта, обратную истечению воздуха, увеличивая скорость его снижения и снижая тем самым его тормозные свойства, т.е. уменьшая коэффициент его сопротивления Сп.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении коэффициента сопротивления парашюта посредством организации истечения среды функционирования парашюта за купол в сторону его движения с формированием ею дополнительной силы торможения парашюта.
Этот технический результат достигается тем, что в парашюте, содержащем купол с основой, сформированной из концентрично расположенных относительно полюса купола секций, включающих радиальные пары полотнищ смежных секций, размещенных попарно-симметрично относительно его полюса, составленные из полотнищ, сопрягаемых между собой с возможностью истечения среды функционирования парашюта за купол при его раскрытии, с каркасом из радиально закрепленных на основе купола силовых лент, разделяющих основу купола на отдельные, расположенные между ними, радиальные сектора с одним полотнищем от каждой секции основы купола, а также стропы, скрепленные с куполом парашюта,... радиальные пары сопрягаемых между собой полотнищ с возможностью истечения среды функционирования парашюта за купол при его раскрытии выполнены с образованием радиальных каналов сопрягаемыми частями поверхностей их полотнищ, направляющих истекающую среду функционирования парашюта за купол в сторону его движения с формированием ею дополнительной силы торможения парашюта, при этом полотнища этих радиальных пар соединены между собой внахлест таким образом, что полотнище, расположенное ближе к полюсу, покрывает сверху частью своей нижней поверхности верхнюю часть поверхности другого полотнища, расположенного дальше от полюса.
Дополнительное оснащение парашюта управляющими стропами, пропущенными через радиальные пары полотнищ смежных секций основы купола, формирующих радиальные каналы для истечения среды функционирования парашюта за купол, позволяет обеспечить изменение геометрических параметров этих каналов с возможностью изменения объема истечения через них среды функционирования парашюта и вызванных этим истечением реактивных сил. Несимметричное, относительно полюса купола, изменение объемов истечения среды через радиальные каналы и, соответственно, вызванное этим несимметричное изменение реактивных сил, позволяет управлять траекторными параметрами движения парашютной системы.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.
Фиг. 1 - общий вид парашюта.
Фиг. 2 - купол парашюта в раскрое.
Фиг. 3 - радиальный сектор купола парашюта с полотнищами, скрепленными всеми своими основаниями, без образования между ними радиальных каналов истечения за купол среды функционирования парашюта.
Фиг. 4 - радиальный сектор купола парашюта с возможностью формирования радиальных каналов истечения среды функционирования парашюта за купол.
Фиг. 5 - А-А- на фиг. 1.
Парашют содержит: купол 1 (фиг. 1) с полюсом 2, с основой из трех концентрично расположенных относительно полюса 2 купола парашюта 1 секций из полотнищ: приполюсной секции 3 из полотнищ 4 (фиг. 1 и 2) и расположенных за ней секций 5 и 6 из полотнищ 7, 8 и 9, с каркасом из радиально закрепленных на основе купола 1 силовых лент 10, разделяющих купол 1 на отдельные, расположенные между силовыми лентами 10 каркаса, радиальные сектора с одним полотнищем от каждой секции 3, 5 и 6 основы купола 1: четыре радиальных сектора 11 (фиг. 2 и 3), не имеющие радиальных каналов для истечения среды функционирования парашюта за купол, с полотнищами 4, 7 и 9, скрепленными своими основаниями, и четыре радиальных сектора 12 (фиг. 2. и 4) с полотнищами 4, 8 и 9 и радиальными каналами 13 между полотнищами 8 и 9 для истечения среды функционирования парашюта за купол в сторону движения парашюта (фиг. 5), а также стропы 14 (фиг. 1), скрепленные с куполом парашюта 1 возле его входной кромки 15.
Полотнища 4, 7, 8 и 9 (фиг. 2) всех секций 3, 5 и 6 расположены на куполе с обеспечением сплошного покрытия ими всей его поверхности.
Радиальные сектора 11 (фиг. 1 ,2 и 3), не имеющие радиальных каналов для истечения среды функционирования парашюта за купол, скомпонованы таким образом: основание полотнища 4 приполюсной секции 3 скреплено с малым основанием полотнища 7 секции 5, а большее основание этого полотнища 7 секции 5 скреплено с малым основанием полотнища 9 другой секции 6.
Радиальные сектора 12 (фиг. 1, 2 и 4) с радиальными каналами 13 (Фиг. 5) для истечения среды функционирования парашюта за купол содержат: полотнища 4 приполюсной секции 3, соединенные с малыми основаниями полотнищ 8 секции 5, а также радиальные пары из уложенных внахлест полотнищ 8 и 9 смежных секций 5 и 6 основы купола 1. При этом полотнище 8 этой пары, расположенное ближе к полюсу 2, покрывает другое полотнище 9, расположенное дальше от полюса 2 в области их нахлеста 17 между верхним основанием 18 полотнища 9 и нижним основанием полотнища 8 с возможностью образования сопрягаемыми частями их поверхностей радиальных каналов 13, направляющих истекающую среду функционирования парашюта за купол в сторону его движения с формированием ею дополнительной силы торможения парашюта при раскрытии его купола (фиг. 2, 4 и 5). При этом области нахлеста 17 полотнищ 8 и 9 представляют собой четырехугольники с вершинами 19, 20, 21 и 22 (фиг. 4).
Все радиальные сектора 12 с радиальными каналами 13 размещены на поверхности купола строго попарно-симметрично относительно его полюса 2 (фиг. 2).
Парашют снабжен управляющими стропами 16, пропущенными через формирующие каналы радиальные пары полотнищ 8 и 9 смежных секций 5 и 6 основы купола 1 с возможностью изменения геометрических параметров этих каналов.
Парашют изготавливают следующим образом.
Вначале изготавливают полотнища 4,7,8 и 9 всех секций 4, 5 и 6 основы купола 1. При этом полотнища 4 и 9 выполняют одинаковыми для всех секторов 11 и 12, а полотнища 8 выполняют большей величины, чем полотнища 7, для возможности формирования областей нахлеста 17 полотнищ 8 над полотнищами 9.
Затем формируют радиальные сектора 11, не имеющие пар полотнищ, образующих радиальные каналы, для чего последовательно сшивают основания их полотнищ 4, 7 и 9.
После этого собирают радиальные сектора 12 (фиг. 4), формирующие при раскрытии купола парашюта радиальные каналы. Для этого вначале сшивают основания полотнищ 4 с малыми верхними основаниями полотнищ 8. Затем укладывают внахлест сверху полотнища 8 на полотнища 9 (фиг. 4), формируя таким образом область нахлеста 17, и скрепляют их только в точках 19, 20, 21 и 22, чтобы конфигурация и периметры собранных секторов 12, составленных из полотнищ 4, 8 и 9, точно соответствовали конфигурации и периметрам собранных секторов 11.
После формирования всех радиальных секторов основы купола парашюта 1 их укладывают между собой по радиальным кромкам таким образом, чтобы сектора 12 располагались относительно полюса купола строго попарно-симметрично, а затем скрепляют радиальные кромки всех секторов с лентами 10 радиального каркаса.
Сборка основы купола завершена.
После этого к собранному куполу присоединяют стропы 14, а для регулирования объемов истечения среды функционирования парашюта за купол 1 через радиальные каналы 13 к парашюту прикрепляют управляющие стропы 16 (Фиг. 5). Для этого через полотнища 9 (фиг. 1 и 5) пропускают управляющие стропы 16 с закреплением их одним концом на полотнищах 8 (фиг. 1 и 5), а второй конец управляющих строп 16 выводится на механизм, регулирующий их натяжение (не показан).
Парашют функционирует таким образом.
После отделения парашюта от объекта размещения с помощью вытяжной системы происходит вытягивание его купола и строп на всю их длину. Далее под воздействием набегающего потока среды функционирования парашюта происходит раскрытие его купола. В результате формирующегося под куполом избыточного давления при его раскрытии среда его функционирования раскрывает и радиальные каналы 13 (фиг. 5) и выходит через них из-под купола за него во внешнее пространство в направлении его движения (вниз) со скоростью Vi (фиг. 5), вызывая, при этом реактивную силу Fr, составляющая которой Fry направлена в сторону, обратную движению парашюта, оказывая на парашют тормозящее действие, уменьшая скорость его движения и увеличивая тем самым его коэффициент сопротивления Сп.
Управление перемещением парашюта по заданной траектории осуществляется таким образом.
Посредством натяжения управляющих строп 16 осуществляется уменьшение площади выходного сечения каналов 13 (фиг. 5). При несимметричном натяжении управляющих строп, позволяющим управлять вектором движения парашюта, формируется действующая на парашют дополнительная сила, равная разнице между силами Frx, возникающими в диаметрально противоположных секторах 12, и с ее помощью осуществляется перемещение парашюта в направлении, перпендикулярном его оси симметрии, в сторону радиального канала 13, стянутого управляющей стропой 16.
Заявленное техническое решение, благодаря совокупности своих существенных признаков, отраженных в формуле изобретения, позволяет увеличить коэффициент сопротивления парашюта посредством организации истечения среды функционирования парашюта за купол в сторону его движения вследствие формирования ею дополнительной силы торможения парашюта.
Заявленный в качестве изобретения парашют прошел успешные испытания в воздушной среде и готов к промышленному выпуску для использования в разных условиях функционирования и различных средах, с куполами любых из известных геометрий, форм и с любым количеством секций и полотнищ, формирующих его основу.