Парашютно-десантная платформа
PARACHUTE LANDING PLATFORM

Изобретение относится к парашютно-десантной технике (ПДТ), предназначенной для десантирования с самолетов грузов различного назначения: объектов снабжения, боеприпасов, бронетехники и автотехники, артиллерийских и ракетных установок, а также грузов гуманитарной помощи населению в труднодоступных удаленных районах, средств спасения в областях природных бедствий и техногенных катастроф, поддержки научно-исследовательских экспедиций в различных климато-географических зонах.
Десантирование должно обеспечивать боевую готовность и пригодность десантированных объектов для использования по предназначению, целостность и функциональность конструкции, достаточную амортизацию удара и устойчивость в проектном положении при приземлении, погашение вертикальной и горизонтальной скорости объекта при контакте с поверхностью, исключать опрокидывание.
Расширение задач, которые могут решать воздушно-десантные войска (ВДВ) до стратегических масштабов, выдвигает фактор логистического обеспечения десантных операций в качестве одного из критериев, определяющих эффективность ВДВ. Такую же роль играет фактор доставки грузов в гуманитарно-спасательных операциях.
Десантирование техники выполняют парашютными системами и парашютно-десантными платформами (ЦДЛ), несущими на себе десантируемые объекты и грузы.
Поступление на снабжение ВВС специальных военно-транспортных самолетов, изменение характера и количество десантируемых объектов, стимулировали эволюционное развитие и совершенствование как парашютных систем, так и парашютно-десантных платформ.
Особые требования по безопасности и надежности были предъявлены к ПДП в результате предложения командующего ВДВ генерала В.Ф. Маргелова (1971 г. ) десантировать экипаж внутри боевой машины БМД-1. Проект, получивший условное наименование "Кентавр", был впервые реализован в 1973 г., затем сбросы выполнялись войсковыми экипажами в каждом парашютно-десантном полку. Был разработан и испытывался комплекс совместного десантирования (КСД), предполагавший установку на десантную платформу вместе с объектом десантирования кресел (кабины) для размещения экипажа или расчета с индивидуальными парашютами, - на случай отказа основного парашюта. Этот способ позволял десантировать вместе с боевой машиной не только экипаж, но и десант.Однако выбор был сделан в пользу десантирования боевой машины с экипажем внутри (https://oko-planet.su/history/historysng/319297-parashytno-fe universala. html).
Ключевыми элементами ПДП являются амортизаторы.
Известны сминаемые или разрушаемые сотовые, ячеистые конструкции, изготавливаемые:
- из бумаги с полимерной связкой (GB 820968-A, 1958 г.);
- из бумаги с пропиткой смолой (GB 781698 (A), 1957 г.);
- из армированного картона (WO 9506585 (A), WO 194FR01010, 1995 г.);
Известны амортизаторы из газонаполненных полимеров - композиционных материалов с каркасом (матрицей) из полимерных пленок, образующих стенки и ребра ячеек (пор), заполненных газом, преимущественно воздухом - пенопласты (https://oko-planet, su/history/historysng/319297-parashytno-desantnaya-tehnika-universala.html).
Указанные виды амортизаторов, решая в некоторой мере задачу нейтрализации посадочных нагрузок, имеют следующие недостатки: разрушаемые и деформируемые материалы оказывают недостаточное противодействие горизонтальной скорости при контакте с грунтом, что приводит к опрокидыванию объектов десантирования, кроме того эти виды амортизаторов являются одноразовыми.
Известны амортизаторы из упругого материала в форме тетраэдра (а.с. SU 9241/337003, опубл. 31.08.1944 г.). Действие данных амортизаторов основано на свойстве упругости твердого тела восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил, следовательно, такая реакция упругих амортизаторов отнюдь не способствует устойчивости десантируемых объектов относительно вертикали.
Известна воздушная амортизация (разработки Б.А. Сотскова), содержащая амортизаторы с камерами, надувавшимися при снижении встречным потоком воздуха. Наблюдалось недостаточное быстрое стравливание воздуха из оболочек при приземлении, что вызывало отскоки (https://oko-planet.su/history/historysng/319297-parashytno-desantnaya-tehnika-universala.html).
Известна система амортизации нагрузок на космический аппарат при посадке на безатмосферные объекты (RU 2725103, МПК: B64G 1/62 (2006.01), B64D 1/14 (2006.01), опубл. 29.06.2020, бюл. №19), содержащая прикрепленный к днищу космического аппарата несущий фланец с кольцевыми выступами и загрузочным отверстием, снабженным крышкой, мягкую U-образную в поперечном сечении оболочку, выполненную из кольчужной сетки, кромками присоединенную посредством бандажей к упомянутым кольцевым выступам и образующую подобие тора, заполненного наполнителем в виде гранулированных, твердотельных, сферических элементов диаметром 0,012-0,015 м, уложенным в 12-15 слоев в упомянутой оболочке, при этом масса наполнителя должна составлять 15±5% от массы космического аппарата.
Известна парашютная платформа ПП-128-5000 и как ее развитие платформа 14П134 (https://oko-planet.su/history/historysng/319297-parashytno-desantnaya-tehnika-universala.html), обозначаемая в серии П-7, широко принятая на снабжение в ВДВ и Военно-транспортной авиации, содержащая стальной каркас, продольные балки, замок крепления, элементы швартовки, съемный колесный ход, парашютную раму, подкладную пенопластовую амортизацию, размещенную между платформой и грузом. Прототип.
Известны модернизации платформы П-7: П-7М и П-7МР. Последняя содержит амортизаторы с дополнительными камерами, надуваемые встречным потоком воздуха при снижении. Однако, в процессе эксплуатации платформы П-7МР выявилось недостаточное быстрое стравливание воздуха из оболочек, что приводило "к подпрыгиванию" и опрокидыванию платформы после приземления, что не позволяло обеспечить безопасное десантирование (https://oko-planet.su/history/historysng/319297-parashytno-desantnaya-tehnika-universala.html).
Задачей изобретения является повышение надежности и безопасности десантирования объектов и грузов.
Техническим результатом изобретения является создание парашютно-десантной платформы, обеспечивающей надежную и эффективную амортизацию нагрузок без отскока и опрокидывания при приземлении в момент соприкосновения с поверхностью.
Технический результат изобретения достигается тем, что парашютно-десантная платформа содержит стальной каркас, элементы швартовки, парашютную раму, съемный колесный ход и по крайней мере четыре амортизатора, при этом амортизаторы выполнены в виде отдельных блоков и прикреплены к каркасу с его нижней стороны, каждый из которых состоит из несущего фланца с загрузочным отверстием, снабженным крышкой, мягкой тканевой мешкообразной оболочки, прикрепленной к несущему фланцу прижимным кольцом, выполненной в форме цилиндра высотой Н и диаметром D в соотношении H:D=2:3 и заполненной наполнителем из гранулированных твердотельных сферических элементов диаметром 12-15 мм на 80±5% от ее общего объема и уложенным в 8-11 слоев в упомянутой оболочке.
Перед тем, как привести техническое обоснование изобретения, проводится следующий эксперимент.
1. Сбрасывается металлический шар на твердую поверхность, гранитную или металлическую плиту. Результат: шар отскакивает вверх или в сторону.
2. Сбрасывается металлический предмет, например, шар на песчаный грунт или слой песка. Результат: шар замирает и не отскакивает.
3. Сбрасывается на твердую поверхность мягкая емкость с песком, гравием и другим сыпучим наполнителем. Результат: отскока нет.
На основе проведенных экспериментов можно заключить, что сыпучие среды отскок предотвращают.
Заявленные отличительные признаки изобретения обоснованы следующим образом.
1. В технике известны так называемые диссипативные системы, полная механическая энергия которых, (т.е. сумма кинетической и потенциальной энергии) при движении убывает, переходя в другие формы энергии, например, в теплоту. Этот процесс называет процессом диссипации (рассеяния) механической энергии; он происходит вследствие наличия различных сил сопротивления (трения). Практически из-за неизбежного наличия сил сопротивления все системы, в которых не происходит притока энергии извне, являются диссипативными системами. Например, отдельно взятый маятник часов из-за наличия сопротивления трения будет диссипативной системой и его колебания будут затухать без притока энергии извне. Твердое тело, движущееся по наклонной поверхности другого при наличии трения также является примером диссипативной системы. (Большая советская энциклопедия. Том 12, стр. 927. Москва. Издательство «Советская энциклопедия». 1973). Таким образом, процесс диссипации для машин и механизмов, функционирующих с потреблением энергии, носит негативный характер.
1
1
В технике существуют задачи, когда требуется рассеяние, поглощение поступающей излишней энергии: при торможении, амортизации и демпфировании нагрузок. Именно в таких случаях процесс диссипации энергии может играть положительную роль. Учитывая результат упомянутого выше эксперимента, автор предлагает сформировать отсутствующий в технической литературе образец диссипативной системы на основе использования свойств сыпучей среды, состоящей из отдельных частиц. Такая диссипативная система состоит из мягкой, эластичной, поддающейся остаточной деформации оболочки, наполненной твердыми гранулированными элементами. При приложении нагрузки в массе наполнителя развиваются процессы, вытекающие из положений теории упругости. Очевидно, что наполнитель в массе не является твердым телом с присущими ему свойством упругости, т.е. свойством восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил, вызвавших деформацию. В данном случае наполнителем из твердых элементов имитируется газ или жидкость, обладающие объемной упругостью, но не обладающие упругостью формы. При полном, без зазоров в точках контактов, заполнении оболочки частицами, эффект амортизации массива частиц объясняется явлением упругого рассеяния частиц(Упругое рассеивание частиц - процесс столкновения частиц, в результате которого меняется только импульсы, а внутренние состояния остаются неизменными (Новый политехнический словарь. Научное издательство «Большая российская энциклопедия». Москва. 2000. С.570).) за счет уплотнения и трения между частицами с выделением поглощенной на трение энергии в виде тепла (Новый политехнический словарь. Научное издательство «Большая российская энциклопедия». Москва. 2000. С. 570).
Эффект поглощения и рассеяния энергии подобными системами подтвержден при создании и эксплуатации «Космического молотка» в условиях земного тяготения и микрогравитации (патент RU 2560899 С2, опубл. 20.08.2015, МПК: B25D 1/12 (2006.01)), а также на модели «Колеса с квазигазовым наполнителем» (патент RU 2679522 С2, опубл. 11.02.2019, МПК: В60В 19/00 (2006.01), B64G 1/16 (2006.01)).
2. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что в рассмотренных конструкциях ПДП (прототип) амортизаторы размещены между платформой и десантируемыми объектами и не вступают в непосредственный контакт с грунтом. Рассмотрим процесс контакта (удара) платформы, несущей десантируемый объект, с грунтом. Платформа с объектом десантирования представляет собой систему, состоящую из двух масс: массы платформы и массы десантируемого объекта. Предположим две возможности размещения амортизаторов: между грузом и платформой и под платформой. При контакте десантируемой системы о грунт возможны следующие случаи:
- при касании грунта платформой происходит упругий удар;
- при касании грунта амортизаторами происходит пластический удар.
При рассмотрении процесса движения системы в координатах "скорость-время" получаем и сопоставляем расчет величины потребного хода обжатия амортизаторов: при пластическом ударе, то есть при касании грунта амортизаторами, потребный ход обжатия амортизаторов в четыре раза меньше, чем в случае упругого удара при касании грунта платформой (Б.А. Бронштейн. Безопасность космонавта при посадочном ударе спускаемого аппарата о грунт. Москва. 2014. С. 79-82). Очевидно, что основные амортизаторы рационально размещать под платформой для обеспечения пластического соударения платформы с грузом.
3. Значимым показателем амортизации и устойчивости относительно вертикали является площадь ПДП, вступающая в контакт с грунтом. Оптимальным был бы вариант, когда вся площадь контакта защищена амортизатором, в нашем случае оболочкой с наполнителем. Однако, для платформы, например, П-7, с габаритными размерами 4916×3194×624 мм, такой вариант явно неконструктивен. Поэтому предполагается создание амортизаторов в виде отдельных блоков, которые устанавливаются под каркасом.
4. ПДП должна обеспечивать безопасное приземление на различные поверхности: мерзлая почва, каменистые и скальные грунты, склоны и другие неровности микрорельефа. Цилиндрическая оболочка, заполненная наполнителем на высоту Н должна обеспечивать блокирование в толще наполнителя камней, возвышений размерами, по меньшей мере, до 0,1 - 0,2 м. Этим обосновывается высота цилиндрической оболочки Н. В интересах устойчивости отдельного блока-амортизатора относительно вертикали отношение высоты оболочки Н к диаметру D принимается 2:3.
5. Гранулированные, твердотельные, сферические элементы наполнителя должны соответствовать следующим требованиям:
- устойчивость физических характеристик при эксплуатации;
- сохранение формы под статическими и динамическими нагрузками;
- химическая и коррозийная устойчивость;
- исключение адгезии и диффузионной сварки гранул между собой;
- невысокий коэффициент трения;
- исключение магнетизма.
Гранулированные, твердотельные, сферические элементы могут быть:
- в виде штампованных полусфер, соединенных контактной сваркой в полые сферы из стали 12Х18Н10Т, ГОСТ5582-75;
- из металлопорошков и смесей изготовленных по 3-D технологиям;
2
2
2
- керамзитовое зерно, по структуре представляющее собой стекловидную пористую массу (с замкнутыми порами сферической формы), покрытую тонкой спекшейся оболочкой. Керамзит изготавливают преимущественно в виде гранул крупностью 5-40 мм. Плотность керамзитового гравия от 150 до 800 кг/м, прочность при сжатии от 0,3 до 6 МН/м (3-60 кгс/м), морозостойкость не менее 15 циклов переменного замораживания и оттаивания. Используется в составе конструктивного керамзитобетона для различных несущих конструкций зданий и инженерных сооружений, например, мостов, а также в судостроении для корпусов судов, что позволяет существенно снизить их массу и стоимость (Большая советская энциклопедия. Москва. Издательство «Советская энциклопедия». 1973. Том 12, С. 141). По результатам моделирования гранулированные, твердотельные, сферические элементы диаметром 0,012÷0,015 м обеспечивают диссипацию в массе толщиной 8÷11 слоев.
6. Мягкая тканевая оболочка амортизатора выполняется в виде цилиндрического мешка. Для оболочки целесообразно использовать материал от парашютных систем, выработавших эксплуатационный ресурс, которые выдержали летные испытания, например, ткань парашютная, артикул 56028П, ГОСТ 16428-89 (https://shtf.su/tkani-parashut).
Устройство изобретения показано на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 - парашютно-десантная платформа (ПДП).
На фиг. 2 - конструкция амортизатора.
Обозначения на фигурах.
1 - каркас;
2 - парашютная рама;
3 - съемный колесный ход;
4 - амортизатор;
5 - тельфер;
6 - рольганг;
7 - объект десантирования;
8 - несущий фланец;
9 - крышка;
10 - оболочка;
11 - прижимное кольцо;
12 - наполнитель;
13 - загрузочное отверстие.
:
Парашютно-десантная платформа (фиг. 1) содержит каркас 1, парашютную раму 2, съемный колесный ход 3, элементы швартовки (на фиг. не показаны) и амортизаторы 4, выполненные в виде отдельных блоков, прикреплены к каркасу 1 с нижней стороны по его периметру. Каждый из амортизаторов 4 содержит несущий фланец 8 с загрузочным отверстием 13 и крышкой 9 на винтах, мягкую тканевую мешкообразную оболочку 10, прикрепленную к несущему фланцу 8 прижимным кольцом 11 на винтах, оболочка 10 выполнена в форме цилиндра высотой Н и диаметром D в отношении H:D=2:3 и заполнена наполнителем из гранулированных твердотельных сферических элементов 12 диаметром 12-15 мм на 80±5% ее общего объема, уложенных в 8-11 слоев в оболочке 10.
Эксплуатацию изобретения осуществляют следующим образом:
- выполняют сборку амортизатора 4, для чего оболочку 10 присоединяют к несущему фланцу 8 прижимным кольцом 11 на винтах; оболочку 10 через загрузочное отверстие 13 в несущем фланце 8 заполняют наполнителем 12, отверстие 13 закрывают крышкой 9 на винтах; каркас 1 устанавливают на технологические подставки (на фиг. не показаны); амортизатор 4 монтируют к каркасу 1 прикреплением несущего фланца 8. Количество амортизаторов 4 может быть различным, по крайней мере четыре, определяется поставленными задачами и соответствующими расчетами;
- выполняют подготовку ПДП к десантированию: размещают и швартуют объект десантирования 7 на каркасе 1, монтируют парашютную систему на раме 2, а также устанавливают рамы подвески и тросы подвесной системы (на фиг. не показаны).
- производят загрузку ПДП в самолет одним из двух способов:
- используют тельфер 5 самолета;
- закатывают на собственном колесном ходу 3 (если полетный вес груза превышает возможности погрузочно-разгрузочного оборудования самолета).
- размещают ПДП в грузовой кабине самолета с учетом положения на роликовых дорожках 6.
Осуществляют отделения от самолета и сброс ПДП:
- используют вытяжную парашютную систему для извлечения ПДП из самолета методом срыва;
- выполняют полет в режиме кабрирования (резкий поворот самолета в полете кверху).
Физическая картина процесса амортизации представляется следующим образом.
После загрузки наполнителя 12 под его весом днище мешкообразной оболочки 10 прогибается и принимает форму несколько вытянутого сферического сегмента, а при контакте с грунтом - профиль поверхности. Выпуклость днища не снижает эффективность амортизатора. При ударном контакте амортизаторов с поверхностью приземления происходит уменьшение высоты амортизатора и увеличение площади контакта с поверхностью за счет изменения формы с одновременным рассеиванием энергии удара за счет трения между гранулами и выделения в виде тепла.
Пример.
В известной системе амортизации нагрузок на космический аппарат при посадке на безатмосферные объекты (RU 2725103, МПК: B64G 1/62 (2006.01), B64D 1/14 (2006.01), опубл. 29.06.2020, бюл. №19) в оболочке уложено 15 слоев наполнителя для амортизации объекта массой 250 кг. Из этого видно, что по сравнению с минимально возможным количеством слоев (8) заложен двукратный запас, при котором масса десантируемого объекта могла быть увеличена вдвое, то есть до 500 кг. Если ПДП с грузом 6-10 т оснащать 4-мя, 6-ю амортизационными блоками, то каждый блок должен обеспечить амортизацию приземляемого груза весом до 1500 кгс. Для этой цели блочный амортизатор должен содержать, по крайней мере, в 6 раз больше групп из 5-ми слоев наполнителя, чем в известной системе амортизации, то есть достаточно иметь 50 слоев наполнителя. Применяя из конструктивных соображений высоту оболочки 0,6 м и укладывая в нее 50 слоев наполнителя, получаем диаметр гранулы d=12 мм. Учитывая плотность укладки 12-миллиметровых гранул без зазоров, заполнение объема оболочки осуществляется на 80%, то есть реально будет уложено 48 слоев, что также содержит 6 групп по 8 слоев, при этом грузоподъемность амортизационного блока достигает 1500 кгс.
Вес десантируемого груза является определяющим параметром ПДП, который, в свою очередь, зависит от способности амортизировать определенную нагрузку одним отдельно взятым блоком-амортизатором. Моделированием установлено, что для груза весом 300 кгс реализация амортизационного эффекта происходит при наличии 8-11 слоев наполнителя («Колесо с квазигазовым наполнителем для лунного и планетного транспорта и способ его сборки» RU 26795522, опубл. 11.02.2019, Бюл. №5, МПК: В60В 19/00 (2006.01), B64G 1/16 (2006.01). Из конструктивных соображений принимаем высоту оболочки Н=400 мм, диаметр оболочки D=600 мм, в нее укладывается 34 полных слоя гранул диаметром 12 мм, значит 4,25 групп по 8 минимально необходимых слоев в группе. Таким образом, один блок способен амортизировать при приземлении груз весом 300 кгс × 4,25=1275 кгс, то есть 4, 6, 8 амортизаторов достаточно для десантирования грузов 5100, 7650 и 10200 кгс соответственно.