Устройство бесплатформенного парашютного десантирования грузов из летательных аппаратов
DEVICE FOR PLATFORMLESS PARACHUTE LANDING OF CARGO FROM AIRCRAFT

Изобретение относится к парашютно-десантной технике, предназначенной для десантирования из летательных аппаратов штучных грузов различного назначения: почты, прессы, продуктов питания, медицинского оборудования и медикаментов, оптики, фото- и тв-техники, радийных устройств, гаджетов, ампулизированных жидких и расфасованных сыпучих грузов для 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, а также предметов армейского снаряжения (боеприпасов, оружия и др.).
Создание средств оперативной доставки маломерных грузов расширяет возможности применения и значение легкомоторной авиации на региональных маршрутах, что не исключает при этом применения военно-транспортной авиации. Очевидно, что при сбросах из малых самолетов и вертолетов использование парашютно-десантных платформ технически нецелесообразно. При назначении габаритных размеров и веса десантируемых упаковок необходимо учитывать размеры дверей, люков самолетов, вертолетов и физические возможности членов экипажа.
За прототип принята известная упаковка для десантирования грузов из летательных аппаратов (RU 2014248, МПК: B64D 1/08 (1990.01), опубл. 15.06.1994), включающая в себя емкость для груза, размещенную во внешней оболочке, снабженной поперечными и продольными силовыми элементами и средством подвески к парашюту, связанным с продольными силовыми элементами, внешняя оболочка выполнена в форме усеченной пирамиды, меньшее основание которой обращено к средству подвески к парашюту, а ее поперечные элементы имеют тарированные разрывные связи и установлены на внешней оболочки с помощью шлевок, во внешнюю оболочку помещена емкость из рыболовной сетки, снаружи внешней оболочки закреплен контейнер для парашюта.
При использовании данной упаковки грузы размещаются во внутренней емкости из сетки, внешнюю оболочку стягивают поперечными тарированными связями до образования жесткого компактного пакета цилиндрической формы и подсоединяют парашют. Амортизация при ударе о землю при приземлении обеспечивается разрушением тарированных связей, изменением формы и объема внешней оболочки и возможностью смещения груза.
Недостатки прототипа заключаются в следующем. Так как сбросы могут производиться на разных высотах и скоростях, посадка может происходить на разнохарактерные грунты с различной силой удара о поверхность, то и разрывные связи должны тарироваться в соответствии с непредсказуемой для всех возможных случае силой разрыва связей. При несовпадении этих величин не произойдет полноценная амортизация удара, то есть не гарантируется сохранность груза.
Одноразовость использования также является недостатком прототипа.
Задачей изобретения является повышение надежности и эффективности десантирования и приземления грузов.
Техническим результатом изобретения является создание устройства бесплатформенного парашютного десантирования грузов из летательных аппаратов, обеспечивающего повышение надежности и эффективности средств десантирования и амортизации при приземлении грузов, а также многократности применения.
Технический результат изобретения достигается тем, что устройство бесплатформенного парашютного десантирования грузов из летательных аппаратов, включающее в себя внешнюю оболочку и емкость для груза, размещенную во внешней оболочке, снабженной продольными и поперечными силовыми элементами и средством подвески к парашюту, связанным с продольными силовыми элементами, снаружи внешней оболочки закреплен контейнер для парашюта, при этом в него введен амортизатор в виде заменяемого блока, состоящий из многослойной диафрагмы с крышкой загрузочного отверстия, прикрепленной к днищу внешней оболочки шнуром, мягкой тканевой мешкообразной оболочки, присоединенной строчкой к диафрагме и заполненной наполнителем в виде гранулированных твердотельных сферических элементов диаметром 12-15 мм на 80±5% ее объема, уложенных в 8-11 слоев, при этом оболочка амортизатора выполнена из ткани в форме цилиндра высотой Н и диаметром D в соотношении H:D=2:3, внешняя оболочка выполнена с многослойным днищем с одной стороны и припуском с кулиской для формирования защитной шторки емкости для груза с другой стороны, а емкость для груза выполнена из сетки в форме цилиндрического мешка.
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
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 (1 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. Устройство десантирования должно 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 0,05-0,1 м. Этим обосновывается высота цилиндрической оболочки Н.
3. 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, ГОСТ 5582-75;
- из металлопорошков и смесей изготовленных по 3-D технологиям;
3
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.
4. Внешняя оболочка 1 выполняется в форме цилиндра с днищем 5. например, из ткани парашютной, артикул 56028П, ГОСТ 16428-89 (https://shtf.su/tkani-parashut).
Мягкая тканевая оболочка амортизатора 19 выполняется в виде цилиндрического мешка из той же ткани.
Для оболочки целесообразно использовать материал от парашютных систем, выработавших эксплуатационный ресурс, которые выдержали летные испытания.
5. Емкость для груза 17 выполняется в виде цилиндрического мешка, например, из сетевого полотна: Дель капроновая узловая Касимов-снасть, ячея 12 мм, артикул УТ000002985 (https://www.boy-scout.ru).
6. Для силовых элементов 2, 3 может быть применена, например, лента техническая ГОСТ 13939-90.
7. Шнур 16 используется, например, ШТА-3-75, ТУ 8153-015-1727875-1.
8. Для петельно-крючковой застежки 14 используется, например, лента крючковая арт. 3с421-Г50 ГОСТ 30019-93, лента петельная арт. 3с422-Г50 ГОСТ 30019-93.
Устройство десантирования показано на фигурах:
На фиг. 1 - конструкция устройства;
На фиг. 2 - крепление амортизатора к внешней оболочке;
На фигурах:
1 - внешняя оболочка;
2 - поперечные силовые элементы;
3 - продольные силовые элементы;
4 - средства подвески к парашюту;
5 - днище внешней оболочки;
6 - припуск внешней оболочки;
7 - кулиска;
8 - шторка;
9 - контейнер для парашюта;
10 - диафрагма амортизатора;
11 - оболочка амортизатора;
12 - загрузочное отверстие;
13 - крышка;
14 - петельно-крючковая застежка;
15 - люверсы;
16 - шнур;
17 - емкость для груза;
18 - наполнитель;
19 - амортизатор.
Устройство бесплатформенного парашютного десантирования грузов (фиг. 1) из летательных аппаратов, включающее в себя внешнюю оболочку 1 и емкость для груза 17, размещенную во внешней оболочке 1, снабженной продольными 3 и поперечными 2 силовыми элементами и средствами подвески к парашюту 4 (например, в виде петель), связанным с продольными силовыми элементами 3, снаружи внешней оболочки 1 закреплен контейнер для парашюта 9, отличающееся тем, что в него введен амортизатор 19 в виде заменяемого блока, состоящий из многослойной диафрагмы 10 с крышкой 13 на петельно-крючковой застежке 14 загрузочного отверстия 12, прикрепленной к днищу внешней оболочки 5 шнуром 16 через люверсы 15 (фиг. 2), мягкой тканевой мешкообразной оболочки 11, присоединенной строчкой к диафрагме 10 и заполненной наполнителем 18 в виде гранулированных твердотельных сферических элементов диаметром 12-15 мм на 80±5% ее объема, уложенных в 8-11 слоев, при этом оболочка амортизатора 11 выполнена из ткани в форме цилиндра высотой Н и диаметром D в соотношении H:D=2:3, внешняя оболочка 1 выполнена с многослойным днищем 5 с одной стороны и припуском 6 с кулиской 7 для формирования защитной шторки 8 емкости для груза 17 с другой стороны, а емкость для груза 17 выполнена из сетки в форме цилиндрического мешка.
Амортизатор 19 присоединяют к внешней оболочке 1 в процессе изготовления или при замене.
Порядок использования изобретения:
- внешнюю оболочку 1 укладывают на плоской поверхности в виде «гармошки»;
- во внешнюю оболочку 1 помещают в сложенном виде «гармошкой» емкость для груза 17;
- в емкость для груза 17 загружают десантируемые объекты в индивидуальных упаковках;
- после заполнения емкости груза 17 завязывают ее горловину;
- внешнюю оболочку 1 поднимают выше горловины емкости для груза 17, затягивают кулиску 7, закрывают шторку 8, предохраняя объекты десантирования от попадания пыли и атмосферных осадков;
- к парашюту присоединяют средства подвески 4 и укладывают парашют в контейнер 9;
- в снаряженном состоянии устройство загружают в салон летательного аппарата, фиксируют фал извлечения из контейнера 9 и принудительного раскрытия парашюта в салоне;
- осуществляют сброс устройства через дверь или люк летательного аппарата действиями экипажа.
Моделированием установлено, что при наличии 8-11 слоев гранул наполнителя реализуется амортизационный эффект для груза 250 кгс («Колесо с квазигазовым наполнителем» (патент RU 2679522 С2, опубл. 11.02.2019, МПК: В60В 19/00 (2006.01), B64G 1/16 (2006.01)).
Из конструктивных соображений принимаем высоту оболочки амортизатора Н=300 мм. В оболочку укладывается 27 полных слоев гранул диаметром 12 мм, то есть 3,3 групп по 8 минимально необходимых слоев в группе. Таким образом, амортизатор способен нейтрализовать при приземлении нагрузку от груза весом до 250 кгс × 3,3 - 825 кгс.
Вес десантируемых грузов для типов парашютов составляет:
- спортивные, спасательные - вес парашютиста
40-80 кг
- десантные - вес парашютиста со снаряжением
150 кгс
(http://extrimal.ru; http://www.parachutist.ru/Vidy_par.html, https://zextrem.com/vozdux/parashyutnyj-sport/vidy-parashyutov.html).
Таким образом, амортизация при приземлении парашютируемых грузов обеспечивается характеристиками изобретения.
Описание физического процесса амортизации нагрузок при посадке.
После загрузки наполнителя 18 под его весом оболочка амортизатора 11 прогибается и принимает форму несколько вытянутого сферического сегмента, а при контакте с грунтом - профиль поверхности. Выпуклость упомянутой оболочки не снижает эффективность амортизатора.
При ударном контакте амортизатора с поверхностью приземления происходит уменьшение высоты амортизатора и увеличение площади контакта с поверхностью в результате изменения формы с одновременным рассеиванием энергии удара за счет трения между гранулами и выделения в виде тепла. Таким образом, обеспечивается сохранность грузов при приземлении.