УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВАРИЙНОГО СПУСКА ЧЕЛОВЕКА С ВЫСОТНОГО ОБЪЕКТА, ДЕМПФЕРНОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА, ОПОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ РАНЦА ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА И СИСТЕМА НАПОЛНЕНИЯ НАДУВНЫХ КАМЕР ЭТОГО УСТРОЙСТВА

Изобретение относится к устройству, предназначенному для спасения людей при чрезвычайных ситуациях, преимущественно для спуска людей с верхних этажей высотных объектов при пожаре или в иных аварийных ситуациях.
В настоящее время для спасения людей или их спуска с верхних этажей высотных объектов находят широкое применение индивидуальные средства защиты, представляющие собой раскрываемый купол для торможения падения, к которому прикрепляется сам спасаемый объект. Такое надувное устройство размещается в ранце, оснащено системой крепления на теле человека и системой газонаполнения и содержит основной надувной тормозной элемент и дополнительный надувной тормозной элемент, который в рабочем состоянии ДНТЭ имеет форму усеченного конуса, направленного вверх большим основанием, на меньшем основании располагается человек, а основной надувной тормозной элемент размещен в районе меньшего основания и выполнен в виде надувных торов, расположенных один над другим.
Используя такое средство для аварийного спуска человека с высотного объекта, пользователь на своей спине крепит опорный ложемент в виде ранца, соединенного через промежуточную мембрану и средства амортизации с уложенным в нем парашютом, располагается в сидячем или стоячем положении на площадке или в проеме высотного объекта так, чтобы его спина с ранцем была обращена в свободное пространство вне объекта, при помощи спасаемого человека или помимо него приводят в действие средство раскрытия надувной системы и формирования горообразных элементов и элементов посадочной гондолы, для чего надувают газом соответствующие камеры.
При раскрытии системы большее торообразное основание пневматического каркаса располагают в, приблизительно, вертикальном положении, после невольного, инициативного или принудительного схода спасаемого человека с площадки или из проема высотного объекта в свободное пространство вне его большее и меньшее горообразные основания парашюта поворачивают при падении в, приблизительно, горизонтальное положение и придают эластичной юбке форму конусоподобной тормозной поверхности таким образом, чтобы при горизонтальном положении элементов пневматического каркаса ложемент со спасаемым человеком, лежащим на нем, и промежуточная мембрана располагались непосредственно над меньшим горообразным основанием каркаса, при контакте посадочной гондолы с посадочной поверхностью, завершающем спуск, кинетическую энергию спасаемого человека гасят в процессе опускания его от меньшего торообразного основания каркаса до нижнего торообразного элемента посадочной гондолы за счет разрыва или рассоединения элементов, соединяющих средние участки эластичных тяг переменной длины.
Известно устройство для аварийного спуска человека с высотного объекта, содержащее опорный ложемент в виде ранца, который снабжен средствами крепления его на спине спасаемого человека и соединен через промежуточную мембрану и средства амортизации со сложенным в нем парашютом, парашют включает в себя надувные камеры, предназначенные для формирования при их наддуве большего и меньшего горообразных оснований пневматического каркаса, эластичную юбку, которая соединена с камерами большего и меньшего оснований и предназначена для формирования при их наддуве конусоподобного тормозного экрана, и надувные камеры для формирования при их наддуве горообразных элементов посадочной гондолы с образованием в ней полости, предназначенной для перемещения спасаемого человека от меньшего торообразного основания каркаса к нижнему торообразному элементу посадочной гондолы при завершении спуска, средства раскрытия парашюта, включающие в себя инициирующее устройство и эластичные газопроводы, сообщающие надувные камеры парашюта с источником газа через запорную арматуру. В этом устройстве источником газа является баллон со сжатым
газом или газогенератор, который скреплен с опорным ложементом и сообщен через запорную арматуру с надувными камерами парашюта посредством гибких газопроводов. Посадочная гондола выполнена в виде усеченного конуса и включает в себя камеры для формирования при их наддуве нижнего - посадочного и хотя бы одного промежуточного торов, связанных между собой силовым лентами. Тормозной экран в рабочем положении выполнен в виде усеченного конуса с углом раствора 90-130°. Пневматического каркас выполнен с надувными камерами, формирующими при их наддуве спицы, которые размещены вдоль образующих конуса тормозного экрана и соединены с большим и меньшим торовыми основаниями. Средства раскрытия парашюта включают в себя инициирующее устройство и баллон со сжатым газом или газогенератор, - сообщенный через запорную арматуру с надувными камерами парашюта посредством гибких газопроводов. Средства амортизации включают в себя эластичные тяги переменной длины, в которых концы скреплены с камерой меньшего основания пневматического каркаса и с промежуточной мембраной по их периметру, а средние участки сложены в, по меньшей мере, два слоя разрывными или иначе рассоединяемыми элементами с возможностью гашения кинетической энергии спасаемого человека в процессе опускания его от меньшего торообразного основания пневматического каркаса до нижнего торообразного элемента посадочной гондолы (RU опубл. заявка №2003124165, А62В 1/00, опубл. 27.02.2005).
Недостаток этого устройства заключается в значительных его габаритах и весе, а также в невысокой эффективности.
Известно устройство для аварийного спуска человека с высотного объекта, содержащее опорный элемент в виде ранца, снабженного средствами его крепления на спине спасаемого человека и соединенного через промежуточную мембрану со сложенным в нем парашютом, включающим надувные камеры, предназначенные для формирования при их наддуве верхнего и нижнего оснований пневматического каркаса, образующего эластичную юбку, формирующую при ее соединении с надувными камерами конусообразный тормозной экран, средства раскрытия парашюта, включающие источник газа, скрепленный с ранцем и сообщенный с надувными камерами посредством гибких эластичных газопроводов, и
надувные камеры для формирования посадочной гондолы, в нем надувные камеры посадочной гондолы выполнены в виде нижнего основания и стоек, образующих каркас, и сообщающихся с нижним основанием пневматического каркаса, при этом посадочная гондола снабжена перегородками вертикальными и горизонтальными, нижней и верхней, образующими полости, в нижней перегородке выполнены отверстия, а верхняя перегородка скреплена с нижним основанием пневматического каркаса и с ранцем. При этом полости, образованные горизонтальными и вертикальными перегородками, выполнены в виде сот. Устройство так же снабжено пенообразующим механизмом, сообщенным с полостями посадочной гондолы для их заполнения быстро затвердевающей или иной пеной, и автоматически размыкаемым страховочным устройством, скрепленным одним концом с ранцем, а другим - с элементами конструкции здания при эвакуации спасаемого человека (RU №2288758, А62В 1/00, B64D 25/14, опубл.).
Данное техническое решение принято в качестве прототипа для заявленных объектов.
Недостатком данных известных решений является то, что данные конструкции устройств в части обеспечения гашения энергии при приземлении системы с человеком недостаточно эффективны. В разных решениях применяются различные системы демпфирования кинетической энергии. В том числе и энергии возврата, вектор которой направлен противоположно падению устройства. При приземлении происходит деформация газонаполненных торов пневматического каркаса, при которой происходит гашение кинетической энергии и перемещения спасаемого человека. Однако, газонаполненные торы или сотовые компоненты, так же заполненные газом, после деформации, испытывают возвратный процесс восстановления формы, при котором возникает сила, направленная вверх. И эта сила, представляющая собой нагрузку, так же действует на человека. Такое устройство по принципу гашения энергии больше напоминает спортивный снаряд типа батута, к сетке которого привязан человек. Нагрузки, действующие на человека и имеющие знакопеременные значения, изменяемые в очень короткий промежуток времени, являются факторами негативного воздействия на самого человека и могут привести к его повреждению.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по усовершенствованию устройства в части формирования непрямолинейной упругой характеристики демпфирования системы амортизации, обеспечивающей эффективное гашение кинетической энергии и уменьшение реактивного возвратного воздействия со стороны газонаполненных торов пневматического каркаса.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплутационных качеств при упрощении устройства, повышении безопасности пользования и уменьшении травматизма.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для аварийного спуска человека с высотного объекта, содержащее ранец со средствами его крепления на спине спасаемого человека и прилегаемая к спине этого человека часть, выполнена в виде опорного элемента, а внутри ранца помещен надуваемый каркас, включающий в себя надувную торообразную камеру, связанную с надуваемыми спицами, которые связаны с верхней горообразной камерой цилиндрообразной надувной конструкции, составленной из один над другим размещенных горообразных надувных камер диаметром, меньшим диаметра первой из упомянутых надувных камер, для образования конусообразного тормозного экрана, при этом к верхней надувной торообразной камере меньшего диаметра прикреплен опорный элемент ранца, а также источник газа для надувных горообразных камер, оно также снабжено надувной до атмосферного давления цилиндрообразной камерой с отверстиями для стравливания избыточного давления в момент приземления, размещенной внутри полости, образованной цилиндрообразным расположением надувных торобразных камер меньшего диаметра и герметизированной со стороны, обратной размещению торообразной камеры большего диаметра, опорный элемент ранца, прикреплен к верхней надувной торообразной камере меньшего диаметра лентами, выполненными с возможностью расслаивания или разделения по длине на равнопрочные части при нагрузке, а источник газа для надувных горообразных камер выполнен в виде одновременно активируемых в ручную газогенераторов, размещенных в полостях каждого изолированного объема надувных камер.
Указанный технический результат достигается тем, что демпферное
приспособление для устройства аварийного спуска человека с высотного объекта, представляет собой надуваемую до атмосферного давления цилиндрообразную камеру с отверстиями для стравливания избыточного давления в момент ее нагружения внешним усилием, при этом данная цилиндрообразная камера размещена под опорным элементом, к которому прикреплен спасаемый человек, и прикреплена к надувным камерам устройства аварийного спуска человека с высотного объекта.
Указанный технический результат достигается тем, что в демпферном приспособлении цилиндрообразная камера выполнена разделенной, по крайней мере, на две полости, каждая из которых сообщена с атмосферой.
Указанный технический результат достигается тем, что в демпферном приспособлении цилиндрообразная камера разделенна, по крайней мере, на две полости, которые сообщены между собой и одна из которых сообщена с атмосферой.
Указанный технический результат достигается тем, что опорная конструкция ранца для устройства аварийного спуска человека с высотного объекта, представляет собой стенку ранца, выполненную в виде анатомического ложемента по форме спины человека, прикрепляемого к человеку и посредством разрывных элементов к надувным камерам устройства аварийного спуска человека с высотного объекта.
Указанный технический результат достигается тем, что система наполнения надувных камер устройства аварийного спуска человека с высотного объекта, представляет собой одновременно активируемые вручную газогенераторы, каждый из которых размещен в соответствующей полости надувной камеры.
Указанный технический результат достигается тем, что в системе наполнения надувных камер устройства аварийного спуска человека, по крайней мере, в одной из спиц установлен газогенератор, соединяющей две камеры, изолированные от объема других надувных камер и спиц.
Указанные признаки для каждого объекта являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг.1 - вид сверху на устройство для аварийного спуска человека с высотного объекта;
фиг.2 - то же, что на фиг.1, вид сбоку;
фиг.3 - первый вариант выполнения цилиндрообразной камерой
фиг.4 - второй вариант выполнения цилиндрообразной камерой
фиг.5 - установка газогенератора в спице.
Согласно настоящего изобретения рассматривается устройство для аварийного спуска человека с высотного объекта, которое содержит ранец со средствами его крепления на спине спасаемого человека и прилегаемая к спине этого человека часть которого выполнена в виде опорного элемента и внутри которого помещена надуваемый каркас.
Указанный каркас включает в себя надувную торообразную камеру, связанную с надуваемыми спицами, которые связаны с верхней торообразной камерой цилиндрообразной надувной конструкции, составленной из один над другим размещенных горообразных надувных камер диаметром, меньшим диаметра первой из упомянутых надувных камер, для образования конусообразного тормозного экрана.
К верхней надувной торообразной камере меньшего диаметра прикрепляется опорный элемент ранца. Источник газа предназначен для надувных горообразных камер и создания в них устойчивого давления, превышающего атмосферное.
Устройство так же содержит демпферное приспособление в виде надувной до атмосферного давления цилиндрообразной камеры с калиброванными отверстиями для стравливания избыточного давления в момент приземления. Эта камера размещается внутри полости, образованной
цилиндрообразным расположением надувных торобразных камер меньшего диаметра. С нижней стороны эта камера герметизирована (со стороны, обратной размещению торообразной камеры большего диаметра). Камера демпферного устройства может быть выполнена разделенной на, по крайней мере, две полости, каждая из которых сообщена с атмосферой через отдельное калиброванное отверстие. Разделенные полости могут сообщаться между собой, и одна из которых сообщена с атмосферой.
Опорный элемент ранца выполняется в виде анатомического ложемента по форме спины человека, прикрепленного к верхней надувной торообразной камере меньшего диаметра лентами, выполненными с возможностью расслаивания или разделения по длине на равнопрочные части при нагрузке. В общем случае, опорная конструкция ранца для устройства аварийного спуска человека с высотного объекта представляет собой стенку ранца, выполненную в виде анатомического ложемента по форме спины человека, прикрепляемого к человеку и посредством разрывных элементов к надувным камерам устройства аварийного спуска человека с высотного объекта.
Источник газа для надувных горообразных камер выполнен в виде одновременно активируемых в ручную газогенераторов, размещенных в полостях каждого изолированного объема надувных камер и спиц. В общем случае, система наполнения надувных камер устройства аварийного спуска человека с высотного объекта представляет собой одновременно активируемые вручную газогенераторы, каждый из которых размещен в соответствующей полости надувной камеры и спицы, соединяющей эти камеры, изолированной от объема других надувных камер и спиц.
Ниже рассматривается конкретный пример исполнения изобретения.
Устройство для аварийного спуска человека с высотного объекта представляет собой надувное тормозное устройство (НТУ). Это устройство предназначено для индивидуального спасения людей и ценных грузов, находящихся на любом этаже высотных зданий, во время пожара или при других чрезвычайных ситуациях, требующих срочной эвакуации. Возможность создания такого устройства появляется благодаря тому, что НТУ совмещает в себе как эффективное средство торможения при спуске в атмосфере, так и амортизирующее устройство.
При использовании НТУ не требуется специальных навыков в управлении, можно использовать его практически мгновенно, оно защищает в процессе спуска от ударов о стены и воздействия высокой температуры и открытого пламени, наличие системы амортизации. Наличие системы амортизации обеспечивает безопасность приземления.
НТУ является основным компонентом системы спасения (фиг.1, 2) и предназначено для создания формы устройству и обеспечения расчетной скорости снижения и посадки. НТУ состоит из двух каскадов: основного 1 (ОНТУ), имеющего форму «колодца», и дополнительного 2 (ДНТУ), имеющего форму усеченного конуса. В надутой, развернутой конфигурации устройство имеет форму конического-цилиндрического полого тела, является аэродинамически устойчивым и самоориентируемым в полете телом так, что оно будет постоянно иметь тенденцию к спуску в направлении «колодцем вниз».
Основной 1 и дополнительный каскады 2 соединяются надувными спицами 3, которые размещены вдоль образующих конуса ДНТУ и обтянуты коническим воздухонепроницаемым чехлом. Герметичная оболочка НТУ заполняется газом под избыточным давлением, вследствие чего она не изменяет свою форму во время спуска. Наружная сторона НТУ снабжена теплозащитным покрытием, обеспечивающим безопасность при прохождении через очаги открытого пламени.
ДНТУ предназначено для обеспечения эффективного аэродинамического торможения, состоит из верхнего тора 4, к которому крепятся спицы 3, имеющие соединение с объемом верхнего тора. Нижняя часть спиц крепится к силовому тору 5 ОНТУ. Спицы выполнены в виде надувных оболочек, которые могут быть сообщены полостями с полостями торов 4 и 5 или иметь независимый внутренний объем, то есть изолированный объем.
ОНТУ имеет форму «колодца», образованного торами 6, соединенными между собой по образующей и соединенными с силовым тором 5. Нижний тор 6 закрыт воздухонепроницаемой мембраной 7. В верхней плоскости верхнего тора ОНТУ крепятся разрывные элементы 8, к другому концу которых прикреплен ложемент 9. Разрывные элементы обеспечивают гашение части кинетической энергии спасаемого человека в момент касания НТУ с землей.
Устройство для аварийного спуска человека с высотного объекта помещается в ранце, в котором ложемент является опорным элементом для прилегания к спине человека. Ранец снабжен средствами крепления его на спине спасаемого человека 10. Сам ранец не показан, он может быть той же конструкции, что описана в RU №2288758. Размещение человека 10 осуществляется в ложементе 9 устройства Вид А. Человек притягивается привязной системой к ложементу спиной. Ложемент является частью ранца, в форму которого уложено НТУ со всеми его системами. Ложемент имеет анатомическую форму спины человека, для обеспечения равномерного давления в момент приземления. Ложемент предназначен для размещения человека во время полета в лежащем положении и его фиксации. Человек притягивается привязной системой к ложементу спиной.
В цилиндрической полости ОНТУ находится демпфирующий мешок 11, выполненный из прочного воздухонепроницаемого материала. Мешок имеет форму цилиндра с днищами. Мешок имеет калиброванные отверстия 13 для стравливания избыточного давления в момент приземления. Мешок с помощью растяжек крепится к внутренней части ОНТУ и верхней частью к ложементу. В момент заполнения НТУ газом, мешок разворачивается и наполняется воздухом до атмосферного давления. В момент приземления инерционная масса человека через ложемент давит на мешок, создавая в нем избыточное давление, которое обеспечивает гашение части кинетической энергии спасаемого человека в момент касания НТУ с землей. Для осуществления более эффективного торможения демпфирующий мешок 11 может быть разделен на полости фиг.3, каждая из которых сообщена с атмосферой отверстиями 13. Полости демпфирующего мешка 11 могут сообщаться между собой отверстиями 13 по схеме, приведенной на фиг.4, одна из которых сообщается с атмосферой.
Устройство выполнено с системой амортизации (демпфирующая система устройства), предназначенной для снижения величин ударных перегрузок до безопасного уровня.
Демпфирующая система устройства состоит из двух элементов: разрывных элементов 8 и демпфирующего мешка 11. Разрывные элементы представляют собой ленты, которые при нагрузке расслаиваются или разделяются по длине на две равнопрочные части, гася при этом
кинетическую энергию. Разрывные элементы могут быть в исполнении переменной разрывной силы. Такие разрывные элементы увеличивают диапазон гашения кинетической энергии от малого веса человека до большого. Демпфирующий мешок может быть выполнен в нескольких вариантах. Первый - однообъемный с калиброванными отверстиями для применения во всем диапазоне весов спасаемого человека. Второй - много секционный по горизонтали с разными калиброванными с отверстиями по секциям. Многосекционный мешок обеспечивает меньшую высоту демпфирования при большом весе человека.
Система газонаполнения предназначена для развертывания и создания избыточного давления в МТУ. Система наполнения газом НТУ состоит из отдельных газогенераторов холодного газа 12, установленных в каждом замкнутом объеме. Такой подход позволяет отказаться от подводящих трубопроводов, которые при укладке НТУ в форму ранца увеличивают его объем. Каждый газогенератор активизируется в ручную. Процесс активации может быть механическим, электрическим или электромеханическим, но главное происходит одновременно для всех газогенераторов. Конструктивное решение как самого газогенератора, так и системы его активации в рамках данной заявки не рассматриваются, так как относятся к известным средствам. Процесс наддува и развертывания должен быть быстрым. Общее время, необходимое для развертывания свернутого и упакованного в форму ранца устройства, активизация газогенератора и полного наддува НТУ не должно превышать 10 сек.
Принцип действия устройства заключается в гашении кинетической энергии спасаемого человека в процессе опускания его на землю.
Ранец с опорным элементом крепят на спине спасаемого человека 10. Человека располагают в сидячем или стоячем положении на площадке или в проеме высотного объекта так, чтобы его спина с ранцем была обращена в свободное пространство вне объекта. Спасаемый человек или кто-либо другой приводит в действие источник газа (систему газогенераторов, расположенных в каждой изолированной полости). В процессе спуска устройство стабилизируется и приземляется приблизительно в горизонтальном положении.
При контакте посадочной гондолы ОНТУ, имеющей внутренне расположенный мешок 11, с поверхностью земли кинетическая энергия спускаемого человека гасится за счет стравливания воздуха из полости мешка 11 через калиброванные отверстия. При этом гашение кинетической энергии дополняется за счет деформации торов ОНТУ. При превышении предельных значений нагрузок происходит расслоение или разделение по длине на две равнопрочные части лент разрывных элементов. При таком параллельно совмещенном процессе амортизации происходит нелинейное гашение кинетической энергии приземляющегося человека.
В процессе полета устройства ДНТУ обеспечивает эффективное аэродинамическое торможение до скорости менее чем 15 м/с. Посадочные нагрузки при касании с землей гасятся системой демпфирования. Перегрузка при посадке не превышает 16 ед. и время ее действия менее 0,5 сек.