СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПАСЕНИЯ ЛЮДЕЙ ПРИ ПАДЕНИИ С ВЫСОТЫ
METHOD AND DEVICE FOR SAVING PEOPLE FALLING FROM HEIGHT

Изобретение относится к спасательной технике и может быть использовано при создании устройств для спасения людей при падении с высоких объектов, например для спасения людей при пожарах.
Известно устройство спасения, предложенное НИЦ им. Г.Н.Бабакина и представляющее собой аэродинамическое надувное устройство (Пичхадзе К.М., Воронцов В.А., Защиринский A.M., Пономарев П.А. Система спуска с орбиты и аварийного спасения на основе надувного тормозного устройства (Журнал Полет, №08, 2003 год), В.Постнов, С.Орищенко, Ю.Шевченко, Мир и безопасность №6, 2006; №1, 2007). Это устройство (система «Спасатель» либо «Волан») весит 30 кг и состоит из надувного тормозного устройства и баллона со сжатым воздухом. В надутом состоянии тормозное устройство имеет вид бублика, середина которого затянута сеткой, а по центру расположена надувная платформа для размещения груза. В случае возникновения чрезвычайной ситуации человек должен надеть его на спину, защелкнуть находящийся на груди замок, сесть на подоконник спиной к улице, и дернуть за рукоятку, которая располагается в районе груди. При выдергивании рукоятки включается система автоматического газонаполнения, в результате чего устройство приобретает коническую форму и становится жестким, похожим на огромный волан для бадминтона, внутри которого, в нижней его части, лежащим на специальном ложементе и защищенным со всех сторон, и оказывается спасаемый человек.
Известен также персональный летательный аппарат - реактивный ранец, носимый на спине, позволяющий человеку подниматься в воздух посредством реактивной тяги (патент США №3243144, 1966 г.). Тяга создается за счет выбрасываемой двигателем вертикально вниз реактивной струи. Ранец состоит из жесткого стеклопластикового корсета, который закреплен на теле пилота системой ремней. Корсет имеет сзади металлическую трубчатую раму, на которой установлены три баллона: два с жидкой перекисью водорода и один со сжатым азотом. Летательный аппарат оснащен ракетным двигателем, подвижно установленным на шаровом шарнире в верхней части корсета. Сам ракетный двигатель состоит из газогенератора и двух жестко соединенных с ним труб, которые заканчиваются реактивными соплами с управляемыми наконечниками. Двигатель жестко соединен с двумя рычагами, которые проходят под руками пилота. Этими рычагами пилот наклоняет двигатель вперед или назад, а также в стороны. На правом рычаге установлена поворотная рукоятка управления тягой, связанная тросиком с клапаном-регулятором подачи топлива в двигатель. На левом рычаге установлена рулевая рукоятка, которая гибкими тягами связана с управляемыми наконечниками реактивных сопел (прототип).
Недостатками известных технических решений являются:
- неудобство в работе (низкая эргономичность);
- большой вес и габариты;
- большой промежуток времени для приведения устройства в рабочее состояние;
- высокая квалификация пилотов.
Целями изобретения являются:
- увеличение скорости приведения устройства в рабочее состояние,
- снижение веса,
- уменьшение габаритов,
- повышение простоты и надежности эксплуатации.
Также можно отметить, что применять устройство могут необученные люди.
Поставленная цель достигается тем, что в способе для спасения людей при падении с высоты, при котором при помощи реактивного устройства снижают скорость падения, устройство надевают на спину, фиксируют его относительно тела человека, раскрывают надувной стабилизирующий баллон, ориентируют падающее тело, вычисляют расстояние до Земли и при достижении высоты торможения создают тягу при помощи реактивного двигателя, направленную против вектора скорости падения, при этом управляют работой реактивного двигателя в зависимости от скорости падения и расстояния до Земли.
Поставленная цель достигается тем, что раскрывают надувной стабилизирующий баллон путем подачи сжатого газа в стабилизирующий надувной баллон.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве реактивного двигателя используют воздушно-гидравлический ракетный двигатель. Поставленная цель достигается тем, что в качестве реактивного двигателя используют импульсный двигатель.
Поставленная цель достигается тем, что скорость полета регулируют путем отсечки тяги ракетного двигателя.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве реактивного двигателя - взрывной импульсный двигатель.
Поставленная цель достигается тем, что двигатель работает в импульсном режиме со временем работы до 1 с.
Поставленная цель достигается тем, что раскрывают надувной стабилизирующий баллон до момента падения.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для спасения людей при падении с высоты, содержащем подвесную систему, состоящую из круговой лямки из двух частей и соединяемых при помощи фиксатора, подвесная система скреплена с панелью, на которой крепится реактивный двигатель с механизмом инициирования, связанным с бортовым компьютером, при этом в верхней части двигателя расположен отсек со стабилизирующим баллоном, емкостью со сжатым воздухом и клапаном, соединенной со стабилизирующим баллоном, при этом устройство содержит датчик высоты, связанный с бортовым компьютером.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве двигателя использован ракетный двигатель твердого топлива, содержащий заряд твердого топлива с механизмом инициирования - воспламенителем, соединенный с бортовым компьютером.
Поставленная цель достигается тем, что двигатель содержит по крайне мере один отсечной клапан, соединенный с бортовым компьютером. Поставленная цель достигается тем, что в качестве двигателя использован воздушно-гидравлический реактивный двигатель, содержащий воду с воздухом, клапан, емкость со сжатым воздухом и клапаном, который соединен линией связи с бортовым компьютером, при этом внутренняя полость двигателя соединена с датчиком давления, соединенного с бортовым компьютером линией связи.
Способ и устройство поясняются чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг.2 дан вид устройства с ракетным двигателем твердого топлива, на фиг.3 показано устройство с воздушно-гидравлическим реактивным двигателем, на фиг.4 изображено применение устройства, на фиг.5, 6, 7 показаны зависимости высоты, скорости и перегрузки в полете от времени для различных вариантов использования устройства.
Устройство содержит подвесную систему, состоящую из круговой лямки, содержащую две части 1, 2, соединяемые при помощи фиксатора 3 (Фиг.1). Части 1 и 2 скреплены с панелью 4, на которой крепится двигатель 5, в верхней части которой расположен отсек 6 со сложенным стабилизирующим надувным баллоном 7. Двигатель 5 может работать в импульсном режиме со временем работы до 1 с. На панели 4 расположен датчик высоты 8.
В качестве двигателя 5 могут использоваться ракетные двигатели твердого топлива (Фиг.2), содержащие заряд твердого топлива 9 с воспламенителем 10. Стабилизирующий надувной баллон 7 соединен с емкостью со сжатым воздухом 11 с клапаном 12. В верхней части отсека 6 находится сбрасываемая крышка 13. Двигатель 5 имеет отсечной клапан 14, соединенный с бортовым компьютером 15 линией связи 16. Емкость со сжатым воздухом 11 соединена с бортовым компьютером 15 линией связи 17, датчик высоты 8 соединен с бортовым компьютером 15 линией связи 18, а воспламенитель 10 - линией связи 19.
В качестве двигателя 5 может использоваться воздушно-гидравлический реактивный двигатель (Фиг.3), содержащий воду 20 с воздухом 21, клапаном 22, емкостью со сжатым воздухом 23 и клапаном 24. Клапан 24 соединен линией связи 25 с бортовым компьютером 15. Внутренняя полость двигателя 5 соединена с датчиком давления (манометром) 26, соединенным с бортовым компьютером 15 линией связи 27, причем клапан 22 соединен с бортовым компьютером 15 линией связи 28.
Устройство 23 (Фиг.4) закреплено при помощи лямок на спине человека 24.
Также в качестве двигателя могут использоваться взрывные, детонационные импульсные двигатели и т.п. В качестве спасаемых объектов могут выступать как люди, так и различные технические системы.
Способ и устройство могут быть реализованы следующим образом.
Вариант 1. В случае чрезвычайной ситуации человек надевает устройство на спину (Фиг.1), соединяет лямки 1 и 2, фиксирует их при помощи фиксатора 3, тем самым достигая надежного закрепления на человеке. Далее автоматически или в ручном режиме раскрывают стабилизирующий надувной баллон 7 путем открытия клапана 12 (Фиг.2) и соответственно подают сжатый газ в стабилизирующий надувной баллон 7 из емкости со сжатым воздухом 11. Далее покидают объект (горящее здание) (Фиг.4) и начинается свободный стабилизируемый полет человека 23. В результате надува баллона 7 центр давления смещается назад относительно центра масс, и полет становится стабилизируемым, тем самым человек 24 ориентируется «ногами вниз». Сигналы о расстоянии до Земли попадают в бортовой компьютер 15 по линии связи 18 (Фиг.2). Бортовой компьютер рассчитывает время подачи импульса на срабатывание двигателя 5 в зависимости от высоты человека 24 до Земли, скорости падения и максимально возможных перегрузок. При достижении необходимой высоты бортовой компьютер выдает сигнал по линии связи 19 на воспламенитель 10, который поджигает заряд твердого топлива 9. Двигатель начинает работать, создавая тягу (импульс), направленную против вектора падения. Падение человека 24 (Фиг.4) замедляется и он безопасно приземляется. В случае необходимости для предотвращения полета вверх бортовой компьютер по линии связи 16 выдает сигнал на отсечной клапан 14, который, открываясь, сбрасывает давление и соответственно тягу в камере двигателя 5 (Фиг.4).
Двигатель 5 может быть выполнен как однорежимным, так и многорежимным, как с постоянной тягой, так и с переменной. Открытие стабилизирующего надувного баллона 7 (или нескольких баллонов) может осуществляться как в полете, так и при подготовке к прыжку.
Вариант 2. В случае чрезвычайной ситуации человек надевает устройство на спину (Фиг.1), соединяет лямки 1 и 2, фиксирует их при помощи фиксатора 3, тем самым достигая надежного закрепления на человеке. В случае использования воздушно-гидравлического двигателя (Фиг.3) перед прыжком в камеру двигателя 5 с водой 20 и воздухом 21 подается сжатый воздух из емкости 23 путем открытия клапана 24. Значение давления попадает по линии связи 27 в бортовой компьютер 15. При длительном хранении давление может варьироваться из-за различных утечек. По манометру 26 отслеживается давление в камере двигателя 5. После заполнения камеры двигателя 5 сжатым воздухом человек выпрыгивает из здания. В падении автоматически или в ручном режиме раскрывается стабилизирующий надувной баллон 7 путем открытия клапана 12 и соответственно подачи сжатого газа в стабилизирующий надувной баллон 7 из емкости со сжатым воздухом 11. В результате надува баллона 7 центр давления смещается назад относительно центра масс и полет становится стабилизируемым, тем самым человек 24 ориентируется «ногами вниз». Сигналы о расстоянии до Земли попадают в бортовой компьютер 15 по линии связи 18. Бортовой компьютер рассчитывает время подачи импульса на срабатывание двигателя 5 в зависимости от высоты человека до Земли, скорости падения, давления в камере двигателя и максимально возможных перегрузок. При достижении необходимой высоты бортовой компьютер выдает сигнал по линии связи 28 на клапан 22, который открывается. Двигатель начинает работать, создавая тягу (импульс), направленную против вектора падения. Падение человека 24 (Фиг.4) замедляется и он безопасно приземляется.
Для рассмотрения динамики падения спасаемого объекта были рассчитаны три случая применения предлагаемого устройства.
Случай 1. При покидании здания в случае чрезвычайной ситуации (Фиг.5). Для импульса торможения используется ракетный двигатель твердого топлива удельным импульсом 220 с и тягой 4200 Н. Вес твердого топлива 1,1 кг, а всего устройства порядка 4 кг. Объект (человек) весом 90 кг падает с высоты 40 метров с начальной скоростью 0 м/с. На высоте 8 метров от Земли включается двигатель, работающий 0,6 с, который обеспечивает торможение до скорости около 2 м/с и максимальной перегрузкой 3,86 g. Тем самым достигается безопасное приземление.
Случай 2. При покидании здания в случае чрезвычайной ситуации (Фиг.6). Для импульса торможения используется воздушно-пневматический реактивный двигатель с удельным импульсом 26 с и тягой 4200 Н. Вес воды 8 кг, а всего устройства порядка 12 кг. Объект (человек) весом 90 кг падает с высоты 30 (10-этажное здание) метров с начальной скоростью 0 м/с. На высоте 8 метров от Земли включается двигатель, работающий 0,5 с, обеспечивающий торможение до скорости около 1 м/с и максимальной перегрузки 4,2 g. Тем самым достигается безопасное приземление. В описанном случае двигатель работает на водовоздушной смеси, которая создает тягу, тем самым обеспечивается безопасный полет и приземление.
Случай 3. Использование заявляемого устройства в качестве запасного или основного средства приземления при покидании самолета или вертолета (Фиг.7). Для импульса торможения используется ракетный двигатель твердого топлива удельным импульсом 220 с и тягой 6000 Н. Объект отделяется от носителя, например вертолета, на высоте 800 метров со скоростью 0 м/с. По достижении некоторого времени скорость падения становится уравновешенной и составляет 54 м/с. На высоте 25 метров от Земли начинает работать двигатель с длительностью порядка 1 с, обеспечивая тем самым торможение до скорости 3-4 м/с и максимальную перегрузку 6,76 g.
При анализе изобретения на соответствие критерию «новизна» выявлено, что часть признаков заявленной совокупности является новой, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».
При анализе изобретения на соответствие критерию «изобретательский уровень» выявлено, что техническое решение анализируемого объекта ново, следовательно, признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», поскольку оно представляет собой новую совокупность признаков, как сочетание известных признаков и нового технического свойства, и также представляет собой новое расположение, количество и связи элементов. Кроме того, посредством предлагаемого способа и устройства достигнут результат, удовлетворяющий давно существующим потребностям.
Изобретение может использоваться в спасательной технике, может быть тиражировано и, следовательно, соответствует критерию «промышленная применимость».
Достоинства способа и устройства:
- компактность;
- устойчивая работа в широком диапазоне режимов управления для обеспечения безопасного приземления в различных погодных условиях и на различных площадках;
- относительная простота конструкции, обеспечивающая достаточно высокую надежность работы;
- малая масса и габариты;
- удобство применения;
- адаптивность.