Устройство для измерения распределения давления на куполе парашюта
DEVICE FOR MEASURING PRESSURE DISTRIBUTION ON PARACHUTE CANOPY

Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для измерения давления на куполе парашюта (на наружной и на внутренней поверхностях) в аэродинамической трубе (АДТ).
Известны модели крыльев и других элементов летательных аппаратов, подготовленных для испытаний по измерению распределения давления в АДТ (РДК «Методы экспериментальных исследований», т. 1, кн. 4, Вып. 3, стр. 31, 1977 г., ЦАГИ.). Приемные отверстия давления на поверхности модели соединяются отдельными пневмотрубками, собранными в один жгут, называемый пневмотрассой измеряемого давления, с манометрами или преобразователями давления (датчиками), а последние с информационно-измерительной системой (ИИС). Модели чаще всего крепятся в рабочей части АДТ на жестких державках, внутри которых проходит жгут трубок пневмотрассы. Для испытаний парашютов такая технология неприменима, так как парашют нежесткое тело.
Известен принятый в качестве аналога планирующий парашют (ГШ), закрепленный на основании стенда, который установлен в АДТ, с приемниками давления на поверхности купола-крыла (они же приемные отверстия), соединенными пневмотрассой измеряемого давления, уложенной по стропам, с коммутатором механического типа, установленным на опоре-основании стенда и содержащим датчик давления, измеряющий давление относительно опорного - атмосферного. (Башкина Л.В. Сойнов А.И. «Исследование распределения давления по планирующему парашюту в АДТ». Сборник - Нестационарные задачи механики. К.Ф. АН СССР, Казань 1989 г.). Опорное давление подается из открытой рабочей части АДТ, из зоны вне потока. В механическом коммутаторе один датчик давления поочередно с помощью вращающегося диска и электродвигателя подключался к различным пневмотрассам измеряемого давления и передавал результаты измерения ИИС.У данного устройства есть недостатки: значительное число трубок пневмотрассы измеряемого давления, проходящей по стропам, увеличивая аэродинамическое сопротивление парашюта и угол атаки крыла, искажает результаты эксперимента, число приемников давления ограничено, значительная длина пневмотрассы измеряемого давления увеличивает ее вес и время регистрации давления механическим коммутатором (t=2…4 сек), обладающим значительным весом и низкой точностью (0,5%).
Известно принятое в качестве прототипа устройство для измерения распределения давления на куполе парашюта, содержащее стенд для крепления парашюта, закрепленные на куполе приемники давления, пневмотрассу опорного давления, установленные в куполе коллектор опорного давления и многоканальные электронные коммутаторы давления, соединенные электрически с информационно измерительной системой, один канал каждого электронного коммутатора давления соединен пневмотрассой с одним приемником давления, другой канал на каждом электронном коммутаторе давления соединен через коллектор опорного давления с пневмотрассой опорного давления (Свириденко А.Н., Сойнов А.И. «Экспериментальное исследование распределения давления по куполу планирующего парашюта в натурной АДТ Т-101», Материалы 25-й научно-технической конференции по аэродинамике. 27-28 февраля 2014 года. Издательство ЦАГИ (Жуковский) с. 217-218).
У данного устройства есть недостатки. 1. Коллектор опорного давления и электронные коммутаторы давления располагаются не вблизи центра давления профиля крыла, лежащего на  хорды. Это вызывает момент тангажа от силы их веса, направленный на кабрирование или пикирование, что снижает точность получаемых результатов, так как изменяет угол атаки профиля крыла в сечениях, где установлены коллектор и электронные коммутаторы давления.
2. В качестве опорного давления используется атмосферное, а оно может меняться в процессе эксперимента. Например, в летном эксперименте оно меняется с высотой снижения парашютной системы. Методически опорное давление удобно сделать постоянным, это уменьшит погрешности.
3. Отсутствует подсистема сброса электростатических зарядов с купола парашюта. Электростатические заряды, образующиеся при обтекании парашюта, изготовленного из синтетических материалов, могут повлиять на функционирование электронных коммутаторов давления, что вызовет погрешности в выдаваемых результатах.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи измерения давления на куполе на наружной и на внутренней поверхностях парашюта при различных его испытаниях. Устройство может использоваться для испытаний планирующих парашютов типа «крыло», имеющих две оболочки, а также и для однооболочковых парашютов, круглых или имеющих иную форму купола, с аэродинамическим качеством или без него.
Задачей и техническим результатом является:
- повышение точности измерения давления,
- сокращение времени подготовки эксперимента,
- расширение вида испытаний, включая определение давления на куполе в летном эксперименте или при динамическом затягивании строп управления планирующим парашютом, что обеспечивается совокупностью существенных признаков предложенного устройства для измерения распределения давления на куполе парашюта.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения распределения давления на куполе парашюта содержит стенд для крепления парашюта, закрепленные на куполе приемники давления, пневмотрассу опорного давления, установленные в куполе коллектор опорного давления и многоканальные электронные коммутаторы давления, соединенные электрически с информационно измерительной системой, один канал каждого электронного коммутатора давления соединен пневмотрассой с одним приемником давления, при этом другой канал на каждом электронном коммутаторе давления соединен через коллектор опорного давления с пневмотрассой опорного давления, так что оно снабжено: задатчиком опорного давления, содержащим баллон со сжатым газом, редуктор и манометр, соединенный электрическим кабелем с информационно измерительной системой; системой сброса электростатических зарядов в виде пластин, соединенных с одной стороны с электронными коммутаторами давления, а с другой стороны, посредством кабеля сброса электростатических зарядов - с электростатическими разрядниками или заземлением стенда, причем электронные коммутаторы давления и коллектор опорного давления закреплены внутри секций оболочки парашюта вблизи центра давления профиля, на расстоянии  хорды профиля от передней кромки.
Технический результат также достигается тем, что электронные коммутаторы давления и коллектор опорного давления закреплены на нервюрах парашюта.
Технический результат также достигается тем, что пневмотрасса опорного давления закреплена на стропе в центральном сечении парашюта.
Перечень фигур:
Фиг. 1 Схема устройства для измерения распределения давления на куполе парашюта в аэродинамической трубе.
Фиг. 2 Схема размещения измерительного оборудования на нервюре парашюта.
Фиг. 3 Схема размещения элементов системы определения давления на однооболочковом парашюте.
Предлагаемое устройство содержит планирующий парашют 1, состоящий из верхней и нижней оболочек 2, соединенных нервюрами 3, и строп 4 (Фиг. 1, Фиг. 2). На поверхности оболочек 2 закреплены приемники давления 5. Приемник состоит из ниппеля - тонкой (<1 мм) круглой пластинки из легкого сплава (А1) с отверстиемв центре, соединенным каналом с полым штуцером, на который с тыльной стороны от отверстия надета дренажная трубка пневмотрассы измеряемого давления 6, соединяющая приемник давления 5 с малогабаритным, легким (менее 100 г) электронным коммутатором давления (ЭКД) 7, закрепленным между оболочками 2 на нервюре 3 на  ее хорды от передней кромки парашюта 1, вблизи центра давления профиля парашюта 1. Число датчиков давления в ЭКД 7 соответствует числу подводимых к нему трубок пневмотрассы измеряемого давления 6. Все датчики измеряют давление относительно опорного. Все ЭКД 7 соединены с коллектором опорного давления 8, также установленным в куполе и закрепленным на нервюре на  ее хорды, пневмотрассой опорного давления 9. В коллектор опорного давления 8 подается опорное давление по пневмотрассе опорного давления 9, проложенной по стропе 4 в центральном сечении парашюта 1. В зависимости от задач и условий проведения эксперимента, опорное давление может быть атмосферным, в случае отладочных экспериментов оно подается в коллектор опорного давления 8 из зоны вне воздушного потока, например, из кабины управления АДТ 10, где установлен барометр 11, связанный с ИИС 12. Но атмосферное давление может меняться в течение эксперимента. В летном эксперименте его использовать нельзя - оно меняется с высотой. Предпочтительней использовать постоянное опорное давление, которое подается в трассу опорного давления 9 от задатчика давления 22, состоящего из баллона со сжатым газом 13 с редуктором 14 и манометром 15. Баллон 13 закреплен в рабочей части АДТ на основании стенда 16, к которому подсоединен парашют 1 (Фиг1). Все ЭКД 7 связаны с ИИС 12 соединительными кабелями 17, закрепленными на стропах 4. Манометр 15 соединен с ИИС 12 кабелем (не показан). Для замера давления в канале внутри секций планирующего парашюта 1 - в зоне между оболочками 2, несколько трубок пневмотрассы измеряемого давления 6 с приемниками давления 5 (или без них) закрепляются внутри секции на нервюре 3 или на одной из оболочек 2.
Для устранения влияния на измерения ЭКД 7 электростатических зарядов, образующихся на куполе парашюта 1 в потоке АДТ, ЭКД 7 установлены на изготовленных из металла тонких пластинах 18, прикрепленных к нервюрам 3. К пластинам 18 прикреплены кабели сброса электростатических зарядов 19, они соединены в общую цепь внутри оболочек 2 и связаны одним кабелем, уложенным по стропе 4, с системой заземления стенда или с электростатическими разрядниками 20, установленными в рабочей части АДТ на основании стенда 16 на подветренной стороне. Электростатические разрядники 20 могут быть установлены на задней кромке планирующего парашюта 1 и соединены напрямую с пластинами 18 кабелями сброса электростатических зарядов 19 (Фиг. 2). Для ликвидации крена планирующего парашюта 1 на нижней поверхности оболочки 2 или на нервюре 3 на  хорды профиля в консольной части купола установлен противовес 21 - набор пластин различного веса (Фиг. 1).
Схема размещения элементов системы определения давления на однооболочковом парашюте приведена на Фиг. 3.
Устройство функционирует следующим образом. При подготовке эксперимента в АДТ на поверхности исследуемого парашюта 1 в выбранных точках оболочек 2 закрепляют приемники давления 5 и соединяют их пневмотрассой измеряемого давления 6 с ЭКД 7, а последние - с коллектором опорного давления 8 пневмотрассой опорного давления 9. Производят монтаж кабелей сброса электростатических зарядов 19 с пластин 18. Коммутируют соединительными кабелями 17 ЭКД 7 с ИИС 12 в кабине управления 10. В пробном пуске для ликвидации возможного крена планирующего парашюта 1 используют противовес 21, закрепленный на нервюре 3 или на внутренней поверхности оболочки 2 на  хорды профиля. В коллектор опорного давления 8 через пневмотрассу опорного давления 9 подают опорное давление от задатчика давления 22 из баллона сжатого газа 13. Величина опорного давления зарегистрирована ИИС 12 манометром 15. В зачетном пуске на установившейся скорости потока по программе последовательно зарегистрирована серия опросов всех ЭКД 7, измеряющих перепады давления в исследуемых точках оболочки парашюта 1 относительно опорного давления. Благодаря высокой частоте опроса (кГц) датчиков давления ЭКД 7 время опроса минимально (миллисекунды), время эксперимента сокращается. А использование современных помехозащищенных датчиков давления с температурной компенсацией повышает точность измерений до 0,01…0,3%. Величины избыточных давлений в цифровом виде передают от ЭКД 7 по соединительным кабелям 17 в ИИС 12, где сформирован массив данных с учетом опорного давления. В процессе эксперимента электростатические заряды, образующиеся на оболочке 2, сбрасываются с пластин 18 с помощью кабелей сброса электростатических зарядов 19 и электростатических разрядников 20 в поток, где они нейтрализуются. Для этой цели также может быть использована система заземления основания стенда 16 и кабель сброса электростатических зарядов 19. После взятия отсчетов и регистрации данных ИИС 12 увеличивают скорость потока и/или изменяют другие параметры эксперимента. За счет размещения коллектора 8, ЭКД 7 и противовеса 21 вблизи центра давления профиля крыла устраняется момент тангажа из-за силы веса этих элементов, что повышает точность. Использование стационарного опорного давления для ЭКД 7 от задатчика давления 22 расширяет возможности эксперимента и повышает точность опытов. Наличие электростатических разрядников 20 на куполе парашюта устраняет возможные погрешности, связанные с воздействием этих зарядов на ЭКД 7 и способствует повышению точности определения характеристик. С помощью противовеса 21 ликвидируется крен купола парашюта 1, что также устраняет возможные погрешности, связанные с изменением обтекания парашюта с креном и уменьшает время подготовки эксперимента. За счет размещения коллектора 8, ЭКД 7 и противовеса 21 вблизи центра давления профиля крыла устраняется момент тангажа из-за силы веса этих элементов, что повышает точность. Использование стационарного опорного давления для ЭКД 7 от задатчика давления 22 расширяет возможности эксперимента и повышает точность опытов. Наличие электростатических разрядников 20 на куполе парашюта 1 устраняет возможные погрешности, связанные с воздействием этих зарядов на ЭКД 7 и способствует повышению точности определения характеристик. С помощью противовеса 21 ликвидируется крен купола парашюта 1, что также устраняет возможные погрешности, связанные с изменением обтекания парашюта с креном и уменьшает время подготовки эксперимента. С помощью заявляемого устройства есть возможность определения поля давления на куполе в нестационарных условиях. Можно определять распределение давления по куполу в летном эксперименте, разместив ИИС 12, задатчик давления 22 и электростатические разрядники 20 на приземляемом грузе парашютной системы.
Таким образом, заявленная совокупность признаков необходима и достаточна для достижения технического результата: повышения точности определения характеристик, расширения видов испытаний, сокращения времени подготовки эксперимента.
Заявленное устройство собрано и проходит апробацию в натурной АДТ.
Перечень позиций:
1 - парашют
2 - оболочки парашюта
3 - нервюра
4 - стропа
5 - приемник давления
6 - пневмотрасса измеряемого давления
7 - электронный коммутатор давления (ЭКД)
8 - коллектор опорного давления
9 - пневмотрасса опорного давления
10 - кабина управления
11 - барометр
12 - ИИС
13 - баллон сжатого газа
14 - редуктор
15 - манометр
16 - основание стенда
17 - соединительный кабель
18 - пластина
19 - кабель сброса электростатических зарядов
20 - электростатический разрядник
21 - противовес
22 - задатчик давления