В Средние века в Китае, странах Юго-Восточной Азии и Японии прекрасно знали, что прыжок с высоты можно более безопасно осуществить, если в руках прыгающего будет большой зонт. Имеются сведения, что японские ниндзя осуществляли затяжные прыжки с помощью специальных складных крыльев, которые иногда заменяло изделие похожее на большой зонт.
Первый реальный чертеж человека с устройством напоминающим парашют создал Леонардо да Винчи, который и провел практические расчеты площади купола, необходимого для безопасного прыжка с высоты.
Он предлагал пирамидальный купол с основанием квадрата в 12 локтей и такой же высотой. Общая площадь купола должна была составлять более 50 кв. м, чего вполне достаточно для торможения. Согласно да Винчи основание купола жестко фиксировалось 4 рейками. В 1617 году епископ Фауст Веранцио опубликовал книгу «новые машины», где был рисунок человека спрыгнувшего с высокой башни с подобием парашюта.
В 16-17 веках никакой практической надобности в парашютах для человечества не было. Надобность в подобном изделии возникла вместе с началом эры воздухоплавания. В 1783 году в воздух поднялся первый монгольфьер, а французский механик Луи Ленорман (незнакомый с работами да Винчи и Веранцио) предложил свой вариант парашюта.
Наконец в 1797 году наступил прорыв. Андре Жак Гарнерен сшил парашют из шелка, отказавшись от фиксирующих спиц, которые только утяжеляли изделие. 22 октября 1797 года состоялся первый прыжок с парашютом. То, что Андре Гарнерон остался жив и не получил травм свидетельствует об эффективности конструкции. Однако и в этом и в последующих прыжках Гарнерона во время полета нещадно мотало из стороны в сторону.
Как работает отверстие в куполе парашюта
Теперь обратимся к физике. Набегающий в полете на парашют воздух создает в его куполе избыточное давление, которое замедляет падение. В то же время по краям парашюта образуются вихри вследствие трения набегающих потоков воздуха, которые трутся о кромки парашюта. Эти вихри создаются неравномерно, вследствие чего парашют начинает раскачиваться. Эти колебания передаются человеку висящему на стропах, вследствие чего человек начинает раскачиваться.
Попавший в ловушку купола парашюта воздух сжимается, причем сжатие воздуха продолжает усиливаться, вследствие давления набегающего воздуха. Избыточное давление стремится вывернуть купол парашюта в обратную сторону, колебания его резко увеличиваются. Точно так выворачивается купол зонтика под давлением порыва ветра. Усилившиеся колебания резко увеличивают амплитуду раскачивания человека, что может привести к сильному удару о землю. Амплитуда колебаний тем больше, чем длиннее стропы парашюта.
В такой ситуации и начинает играть свою роль полюсное отверстие в куполе парашюта. Его наличие позволяет стравить избыточное давление воздуха. Сжавшийся воздух проходит в отверстие, не допуская большого избыточного давления под куполом парашюта. Вследствие этого колебания не достигают опасной величины, человек на стропах раскачивается на относительно небольшую амплитуду.
Таким образом, полюсное отверстие, несколько ускоряя спуск на парашюте, резко уменьшает амплитуду раскачивания человека. В совокупности подобные эффекты дают возможность безопасного приземления.
Трудно найти человека, который хоть раз не видел прыжки с парашютом. Зрелище и в самом завораживающее — невозможно не восхищаться смелостью людей бросивших вызов высоте. Основное внимание зрителей в момент прыжка сосредоточено на человеке, но и парашюту уделяется некая толика времени. Самые внимательные замечают, что в центре парашюта имеется отверстие многозначный термин, применяемый во многих областях знаний и обозначающий внутреннюю сквозную пустоту либо прерывность поверхности, либо нарушение сплошности поверхности и задаются вопросом — зачем оно нужно? Чтобы ответить на этот вопрос форма мысли, выраженная в основном языке предложением, которое произносят или пишут, когда хотят что-нибудь спросить, то есть получить интересующую информацию требуется совершить небольшой экскурс в такие науки как история и физика.
Источник изображения: gnti.org
Немного из истории область знаний, а также гуманитарная наука, занимающаяся изучением человека (его деятельности, состояния, мировоззрения, социальных связей, организаций и так далее) в прошлом парашюта
Первый реальный чертеж человека с устройством напоминающим парашют создал Леонардо да Винчи, который и провел практические расчеты площади купола, необходимого для безопасного прыжка с высоты.
Рисунок парашюта Леонардо ди сер Пьеро да Винчи (итал Да Винчи. Источник изображения: thinkinghumanity.com
В 16-17 веках никакой практической надобности в парашютах для человечества не было. Надобность в подобном изделии предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению в организации (на предприятии) по конструкторской документации возникла вместе с началом эры воздухоплавания. В 1783 году в воздух поднялся первый монгольфьер, а французский механик Луи Ленорман (незнакомый с работами да Винчи многозначное имя собственное и Веранцио) предложил свой вариант парашюта.
Он же и придумал это слово от chute – падение «» (фр. La Chute) — повесть французского писателя Альбера Камю, опубликованная в 1956 году и para — предоставить, взятых с французского языка. Ленорман доказал эффективность созданного им изделия сбрасывая с парашютом животных с балкона обсерватории. Высота при этом составляла 26 м.
Парашюта Гарнерена. Источник изображения многозначный термин: Оптическое изображение Монохромное изображение Полутоновое изображение Полноцветное изображение Цифровое изображение Растровое изображение Бинарное изображение Битовое : wikipedia.org
Выходом оказалось парадоксальное решение — проделанное вверху полюсное отверстие. По слухам, сделать это отверстие предложил один из лидеров французской революции, но в любом случае именно Гарнерен впервые его сделал и испытал. После внедрения парашюта с полюсным отверстием устойчивость полета резко увеличилась, спуск Спуск — тип улицы с наклонным рельефом и слово в названии улицы стал гораздо безопаснее.
Как работает отверстие в куполе парашюта
Полюсное отверстие в куполе парашюта. Источник изображения: independence.aero
Парашют Г.Е. Котельникова РК-1 образца 1911 г.
В такой ситуации и начинает играть свою роль полюсное отверстие в куполе парашюта. Его наличие позволяет стравить избыточное давление воздуха. Сжавшийся воздух смесь газов (главным образом азота и кислорода — 98—99 % в сумме и зависит от влажности (концентрации водяного пара), а также аргона, углекислого газа, водорода), образующая земную атмосферу проходит в отверстие, не допуская большого избыточного давления физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности под куполом парашюта. Вследствие этого колебания не достигают опасной величины, человек на стропах раскачивается на относительно небольшую амплитуду.
Схема обтекания воздухом купола: а — без полюсного отверстия; б — с полюсным отверстием. Источник или Источники, может употребляться в следующих значениях: Источник (природный), ключ, родник — выход подземных вод на поверхность изображения: Псурцев, П.А. Прыжки с парашютом
Таким образом, полюсное отверстие, несколько ускоряя спуск на парашюте, резко уменьшает амплитуду максимальное значение смещения или изменения переменной величины от среднего значения при колебательном или волновом движении раскачивания человека. В совокупности подобные эффекты дают возможность безопасного приземления.
Если вам понравилась статья,поставьте лайкиподпишитесь на каналНаучпоп. Наука для всех.Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!
Полюсное отверстие (ПО) может повышать динамику процесса раскрытия парашюта и в некоторой степени аэродинамическую (максимальную) нагрузку, а также коэффициент сопротивления полностью наполненного парашюта.
Объясняется это следующим.
При отсутствии ПО и осесимметричном наполнении купола парашюта точка торможения потока находится в полюсе купола. Это создает локальный перепад давления, интегрируя который по поверхности выполненной части купола, получим приближенно мгновенное значение нагрузки на парашют.
Предположим теперь, что мы ввели полюсное отверстие в конструкцию купола парашюта. Тогда точка торможения потока (которая была у купола без ПО) перейдет в окружность торможения, расположенную концентрично окружности ПО. Осесимметричный поток в зоне полюсного отверстия под куполом разделится на две части: внутренний под куполом, центральный – будет протекать через ПО, а внешний под куполом – растекаться под куполом, формируя выполненную часть купола. Разделительной поверхностью будет осесимметричная поверхность, опирающаяся на окружность торможения.
Очевидно, что часть площади купола, непосредственно прилегающая к окружности торможения, будет больше площади, прилегающей к точке торможения. Следовательно, перепад давления торможения уже будет не локальным (в точке), а распределенным (по окружности), а значит, и интеграл по поверхности выполненной части купола (приближенно мгновенное значение нагрузки на парашют) будет больше, чем в случае купола без ПО.
С увеличением размера ПО увеличивается радиус и длина окружности торможения, а следовательно, и нагрузка на парашют и его коэффициент сопротивления.
Однако увеличение нагрузки на парашют с увеличением ПО не беспредельно. Увеличение ПО одновременно увеличивает и поток импульса (количество движения) потока, покидающего купол, что уменьшает аэродинамическую нагрузку на парашют.
Таким образом, результирующая аэродинамическая нагрузка на парашют является результатом взаимодействия двух противоположно направленных процессов, один из которых увеличивает нагрузку, а второй – уменьшает.
При небольших размерах ПО (особенно если еще ПО перекрыто лентами радиального каркаса купола), результирующая аэродинамическая нагрузка на парашют будет возрастать, а при больших размерах, наоборот, существенно снижаться, существенно снижаться будет и коэффициент сопротивления парашюта.
Факт повышения нагрузки на парашют при начальных увеличениях размеров ПО (до определенного предела) был подтвержден в летном эксперименте с куполами больших площадей (500-1000м 2 ), после чего дальнейшее увеличение площади ПО приводило к резкому снижению аэродинамической нагрузки на купол, а еще большее увеличение – к отказам в наполнении купола.
Дальнейшее увеличение размеров ПО резко уменьшает величину критической скорости наполнения парашюта, что может приводить к его ненаполнению. Снижение критической скорости связано с тем, что большая часть кинетической энергии потока раскрывающей купол, уносится с внутренним потоком через ПО, а энергии внешнего под куполом потока, растекающегося под куполом и формирующего выполненную часть купола, уже явно не хватает для его раскрытия.
Полюсное отверстие увеличивает маятниковую устойчивость парашюта, причем, чем больше его площадь, тем выше маятниковая устойчивость. Это связано с тем, что парашют устойчиво удерживается на траектории, определяемой ему осевой трубкой тока, проходящей через полюсное отверстие.
Рассмотрим теперь детальнее процесс повышения нагрузки и коэффициента сопротивления парашюта от ПО.
В основу картины течения под куполом парашюта в его полюсной части положим картину растекания жидкости при ударе струи о преграду.
Попытаемся качественно объяснить явление повышения максимальной (аэродинамической) нагрузки для малых площадей КВП, концентрированно сосредоточенных в полюсной части купола (например, для полюсного отверстия).
(1)
зависящему от величины перепада давления на поверхности выполненной части купола. Таким образом, величина нагрузки, действующей на купол в любой момент времени в процессе его раскрытия, зависит от закона распределения (эпюры) перепада давления по поверхности купола.
На рис.1 приведены возможные картины линий тока под куполом (в зоне его полюсной части) для случаев:
а) купол без полюсного отверстия;
б) купол с полюсным отверстием.
В случае купола без полюсного отверстия осевая линия тока, притекая к полюсу, оканчивается критической точкой О (точкой торможения потока), характеризующейся максимумом полного давления в ней. В соответствии с этим в окрестности полюса можно ожидать максимума эпюры давления к моменту реализации фазы максимальной нагрузки, рис.1а.
Учитывая, что при малых площадях полюсного отверстия (относительно площади купола парашюта: (0,001–0,005) ) поток импульса (поток массы) через полюсное отверстие еще сравнительно невелик, а следовательно, незначительным будет уменьшение внутреннего давления, можно предположить, что уменьшения максимальной величины пика давления, распределенного по кольцу в окрестности полюсного отверстия, существенно не произойдет, т.е. он останется практически тем же, что и у купола без полюсного отверстия в точке О.
Таким образом, учитывая повышение суммарной величины давления на поверхности выполненной части купола За счет образования кольца торможения вокруг полюсного отверстия, в соответствии с выражением (1) можно ожидать повышения аэродинамической нагрузки на купол (при малых площадях полюсного отверстия).
Дальнейшее увеличение площади полюсного отверстия начинает существенно увеличивать поток импульса (массы) из-под купола. За счет потери части импульса уменьшается внутреннее давление под куполом, а большой выброс массы в зону за куполом уменьшает разрежение в ней. Это приводит к уменьшению перепада давления по выполненной части купола и резкому снижению величины аэродинамической (максимальной) нагрузки на парашют. То же относится и к коэффициенту сопротивления парашюта.
Раньше, десятки лет назад, повышение величины аэродинамической нагрузки при наличии ПО (в пределах десятка процентов от величины аэродинамической нагрузки на парашют и коэффициента его сопротивления) не находило своего объяснения, поскольку, как казалось, это противоречило физике явления потери импульса, и поэтому никак не воспринималось специалистами. Считалось, что это не закономерность, а просто случайность, обусловленная ошибками эксперимента. И хотя эта случайность проявлялась систематически для некоторых классов парашютов, на нее просто закрывали глаза.
Для чего парашютисты перед прыжком цепляются верёвкой к самолёту?
Любители хороших французских комедий наверняка помнят тот эпизод в фильме «Такси-3», где комиссар Жибер всё никак не мог десантироваться вслед за остальными бойцами из-за неисправности работы парашютной системы.
— Это всё трос, слишком короткий! — замечает Ален. Комиссар отрезает его ножом и всё таки покидает самолёт, однако прыжок его заканчивается неудачным приземлением (а вернее приводнением).
Тут у обывателя может возникнуть вопрос, а зачем вообще парашютистов цепляют тросом к самолёту перед прыжком?
Примечания:
1. Вообще, как дело обстоит с французскими парашютами — мне неизвестно. Говорить будем о прыжках с отечественными парашютами (на примере широко распространённого парашюта Д-6).
2. Чтобы не запутаться, также отмечу, что далее под словом трос будет пониматься металлический трос, который натянут внутри фюзеляжа самолёта. Тот же «трос», которым парашютист цепляется к металлическому тросу мы будем называть лентой (т.к. для этих целей используется капроновая лента).
Итак, перефразируем вопрос с учётом примечаний: для чего отечественных парашютистов с помощью ленты (на конце которой имеется карабин) прикрепляют к тросу внутри самолёта перед прыжком?
Итак, начать следует с того, что прыжок с парашютом — дело очень непростое и даже экстремальное. Для того, чтобы парашют раскрылся правильно и парашютист благополучно приземлился, в комплектацию первого входит так называемый стабилизирующий парашют, который представлен на фотографии ниже:
Он намного меньше основного и запасного парашютов, и предназначен для правильной ориентации в пространстве парашютиста перед раскрытием основного парашюта.
Важно, чтобы стабилизирующий парашют раскрылся сразу после покидания парашютистом самолёта, т.к. уже через 3-4 секунды после прыжка должен быть раскрыт основной купол. Именно поэтому инициирует раскрытие стабилизатора не человек, а та самая лента, соединённая с тросом карабином, которая в момент натяжения вытягивает из камеры маленький парашют, а затем — отсоединяется и повисает на фюзеляже самолёта.
Когда парашютист покидает пределы самолёта, раскрывается стабилизирующий парашют и задаёт парашютисту правильную вертикальную ориентацию.
«501, 502, 503» — ведёт отсчёт смельчак, после чего дёргает кольцо основного парашюта, который вытягивается вверх тем же стабилизирующим парашютом:
Вверху представлен схематический рисунок, в трёх этапах отражающий процесс раскрытия основного парашюта.
Более наглядно это представлено на замечательной составной фотографии, демонстрирующий все этапы прыжка с парашютом от покидания самолёта, до раскрытия основного купола:
Что ж, надеюсь мне удалось сегодня сделать ваш кругозор чуточку шире!
Материал подвесной системы — лента капроновая, ширина — 44 мм, прочность на разрыв — 2700 кг.
Подвесная система крепится на теле парашютиста в трех точках с помощью специальных пряжек или карабинов — на ножных обхватах и грудной перемычке. Прочность пряжек 1200 кг.
Ранец — предназначен для укладки в него основного и запасного парашютов. Имеет раскрывающее приспособление, которое позволяет производить:
Материал ранца — кордура.
Ранец расположен на спине парашютиста. Он имеет два отсека. В нижний отсек укладывается основной парашют, а в верхний отсек — запасной парашют. Внутри каждого отсека находится Петля зачековки. Снизу к ранцу пришит Карман для вытяжного парашюта.
Кольцевое замковое устройство(КЗУ) — предназначено для быстрого отсоединения основного купола и находится в верхней части плечевых обхватов.
«Подушка» отцепки (РЕЛИЗ) — предназначена для освобождения замков КЗУ и отцепки свободных концов основного купола. Состоит из матерчатой подушки красного цвета и двух тросов желтого цвета. Расположена справа — спереди на подвесной системе, на уровне груди.
Вытяжное кольцо запасного парашюта (кольцо) — предназначено для ручного раскрытия ранца запасного парашюта. Состоит из кольца, троса, ограничителя и шпильки. Крепится в специальном кармане на подвесной системе слева — спереди на уровне груди.
Транзит («RSL») — предназначен для принудительного раскрытия запасного парашюта в случае отцепки основного. Представляет собой стренгу с быстроотстегивающимся карабином, присоединенным к свободному концу с одной стороны и кольцом, надетым на трос вытяжного кольца запасного парашюта на другой.
Парашютное снаряжение
В комплект снаряжения парашютиста также входят:
Вся остальная одежда используется собственная. Основное — обувь должна быть спортивной, без каблуков и высоких платформ, подходящей по размеру, по сезону и без крючков. Одежда не должна сковывать движения парашютиста и соответствовать температуре наружного воздуха. При этом надо учитывать, что с высотой температура падает на градусов на каждый километр.
Конструкция парашюта
Основной парашют (основной). Предназначен для управляемого снижения и безопасного приземления парашютиста.
Состоит из следующих частей:
Купол— состоит из верхнего и нижнего полотнищ, соединенных между собой нервюрами, делящими купол на секции и имеет в плане форму прямоугольника. Купол имеет 9 секций. Материал купола — капрон. В эксплуатации имеется три типоразмера основных парашютов: 200, 235 и 265 кв.фт.
Слайдер— замедляет и упорядочивает наполнение купола. Этим снижается динамическая нагрузка при раскрытии парашюта. Состоит из полотнища с усилительными лентами, к которым прикреплены 4 люверса. Через эти люверсы пропущены стропы купола.
Стропы — предназначены для соединения купола со свободными концами подвесной системы и для удержания купола в нужном положении в воздушном потоке. Материал — шнур капроновый. Прочность на разрыв каждой — 270 кг.
Стропы управления — предназначены для управления куполом. Каждая стропа управления внизу заканчивается Петлями управления (клевантами), а вверху разветвляется на 4 дополнительные стропы.
Свободные концы левый и правый — служат для передачи усилия от строп на подвесную систему. Материал — лента капроновая, ширина — 44 мм, прочность на разрыв — 1800 кг. В верхней части свободных концов находятся кольца для присоединения строп купола. В нижней части каждой пары свободных концов имеются 2 металлических кольца и петля для присоединения к замку отцепки КЗУ.
Камера — предназначена для укладки в нее купола со слайдером и строп. Имеет клапан с люверсами, люверс для пропускания стренги с вытяжным парашютом и резиновые петли для укладки строп.
Вытяжной парашют (медуза) с ручкой (бобышкой) и стренгой — предназначены для вытягивания камеры с куполом и стропами из ранца. Материал медузы — капрон и капроновая сетка. Материал стренги — капроновая лента. К стренге пришита зачековочная шпилька, удерживающая отсек основного парашюта в закрытом положении.
Технические данные парашюта при соответствующем полетном весе системы (парашютист с парашютной системой):
Взаимодействие частей основного парашюта.
После вытаскивания медузы из кармана и выбрасывания её в поток, медуза наполняется воздухом, и за стренгу вытягивает шпильку из петли. Клапана ранца открываются, стренга вытягивает камеру, с уложенным в нее куполом из ранца. Стропы вытягиваются из резиновых петель камеры, камера расчековывается, и из нее выходит купол. Купол, под действием набегающего потока воздуха, преодолевая силу сопротивления слайдера, наполняется. Слайдер, под действием натяжения строп, скользит по стропам вниз, к свободным концам подвесной системы. Полное наполнение купола происходит за время порядка 3х секунд.
Парашют начинает планирующий спуск в режиме средней горизонтальной скорости вперед — 3 5 м/сек. (пока не расчекованы стропы управления), при этом вертикальная скорость снижения — 4 5 м/сек.
При наполнении купола скорость падения парашютиста замедляется с 50 м/сек. до 4 м/сек. Это замедление скорости падения парашютист ощущает как динамический рывок. Усилие от купола передается по стропам и свободным концам на ленты подвесной системы.
Запасной парашют (ПЗ, «запаска»).
Предназначен для управляемого снижения и безопасного приземления парашютиста в случае отказа основного купола. Купол имеет в плане форму прямоугольника и состоит из верхнего и нижнего полотнищ, соединенных между собой нервюрами, делящими купол на секции. Купол имеет 7 секций. Материал купола — капрон. В эксплуатации имеется три типоразмера запасных парашютов: 193, 215 и 220 кв.фт. Цвета куполов: белый.
Устройство частей запасного парашюта аналогично устройству основного парашюта.
Взаимодействие частей запасного парашюта.
Запасной парашют применяется в случае отказа основного парашюта. Наиболее надежная работа запасного парашюта обеспечивается при полной отцепке купола основного парашюта.
Подушка отцепки расположена справа на подвесной системе, на уровне груди. Для отцепки парашютист выдергивает подушку отцепки обеими руками на всю длину и выбрасывает ее. При этом из КЗУ одновременно выходят два троса и освобождают свободные концы с отказавшим куполом основного парашюта.
Сразу после отцепки необходимо обеими руками выдернуть кольцо запасного парашюта, расположенное слева на подвесной системе, на уровне груди. При этом шпилька выходит из петли зачековки и освобождает клапана ранца запасного парашюта.
Примечание: Прежде чем взяться руками за подушку отцепки и кольцо ПЗ, необходимо обязательно найти их взглядом!
Стоит отметить, что хотя при отцепке основного парашюта, транзит принудительно выдернет шпильку запасного парашюта, но надеяться на это не следует и в любом случае необходимо самостоятельно выдернуть кольцо запасного парашюта!
Вытяжной парашют под действием пружины «выпрыгивает» в поток, наполняется и за стренгу вытягивает камеру, с уложенным в нее куполом, из ранца. Дальнейшее открытие происходит аналогично куполу основного парашюта. Полное наполнение купола запасного парашюта происходит за время, не более секунд.
Камера запасного парашюта, в отличие от основного, не прикреплена к верхней оболочке купола и при открытии вместе с вытяжным парашютом полностью «улетают», что повышает безопасность при открытии ПЗ.
(1)
на поверхности выполненной части купола. Таким образом, величина нагрузки, действующей на купол в любой момент времени в процессе его раскрытия, зависит от закона распределения (эпюры) перепада давления по поверхности купола.
) поток импульса (поток массы) через полюсное отверстие еще сравнительно невелик, а следовательно, незначительным будет уменьшение внутреннего давления, можно предположить, что уменьшения максимальной величины пика давления, распределенного по кольцу в окрестности полюсного отверстия, существенно не произойдет, т.е. он останется практически тем же, что и у купола без полюсного отверстия в точке О.
