Планирующий парашют

 

Изобретение относится к области авиации. Парашют имеет купол, боковые и центральные косынки, которые соединены звеном, на котором установлен подвижный ролик, связанный с грузом (леером). Каждый из рядов косынок вписан в прямоугольный треугольник, гипотенуза которого равна хорде купола, а вершина прямого угла расположена на линии, перпендикулярной к нижней оболочке и проходящей через центр масс купола, при этом передние боковые косынки лежат сверху задних боковых косынок. Изобретение направлено на повышение продольной устойчивости относительно сдвигов ветра. 5 з.п.ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям планирующих двухоболочковых парашютов, например, для десантирования грузов из летательных аппаратов (ЛА) или воздушных змеев для удержания грузов в воздухе после их десантирования из ЛА или подъема их с земли, а также водной поверхности (с ограниченной площадки или с плавсредств).

Планирующий парашют является основным устройством для сохранного приземления грузов после проведения десантирования из ЛА. Известны конструкции планирующих парашютов, содержащих купол, состоящий из верхней и нижней оболочек, соединенных между собой нервюрами с образованием воздухозаборников, при этом по нижней оболочке вдоль нервюр установлены центральные и боковые косынки, свободные вершины которых обычно соединяются со стропами парашюта или каркасом груза (1, 2, 3, 4, 5). Основным требованием, предъявляемым к конструкциям планирующих парашютов, является сохранное приземление грузов.

Недостатками известных конструкций планирующих парашютов (воздушных змеев) являются недостаточная продольная и боковая устойчивость несущей поверхности парашюта, а при старте, подъеме и полете в качестве воздушного змея невозможность его самоустанавливаться в воздухе относительно направления ветра, т.е. сохраняется галсовый угол относительно плоскости траектории снижения системы "груз - парашют" вследствие постоянного изменения в атмосфере ветровой обстановки по спирали Экмана. Существующие планирующие парашюты недостаточно активно и не всегда должным образом реагируют на горизонтальные сдвиги ветра, которые постоянно изменяются по величине и по направлению как во времени, так и по высотам. Поэтому требуется активное воздействие на органы управления парашютом со стороны системы управления, находящейся на грузе, или со стороны имеющихся в атмосфере сдвигов ветра, что для известных конструкций планирующих парашютов невыполнимо.

Продольная неустойчивость и невозможность самоориентироваться системы "груз - парашют" в создавшейся в атмосфере ветровой обстановке приводит к невыполнению полетного задания по выбору точки приземления груза или по выбору координат точки установки воздушного змея в воздушном пространстве.

Известна конструкция планирующего парашюта, выбранная в качестве прототипа, состоящего из верхней и нижней оболочек, соединенных между собой рядом нервюр с образованием воздушных надувных отсеков. Нижняя оболочка снабжена тремя парами треугольных косынок: центральной и двумя боковыми. Передние косынки примыкают к передней кромке купола, а задние, перекрывающие снаружи боковые передние косынки, заканчиваются у задней кромки купола. Косынки свободно спадают и обычно напрямую соединяются с каркасом груза или со стропами парашюта (5).

Недостатками известной конструкции являются вышеперечисленные, к тому же местоположение свободных вершин треугольных косынок парашюта, определяющих его форму, зависит от конфигурации каркаса груза. Применение внешнерасположенных задних косынок относительно передних с разнесенными по базам их крепления к каркасу груза не обеспечивает формирование струйного потока под нижней оболочкой тонельного типа. В данном случае воздушный поток будет или сходящимся к центру, или в лучшем случае параллельным относительно внешних боковых косынок, а это приводит к путевой неустойчивости, особенно в случае, когда купол парашюта имеет большое удлинение, и как следствие этого система "груз - парашют" не в состоянии отследить сдвиги ветра, самоориентироваться в пространстве относительно набегающего потока или возможного сдвига ветра в атмосфере и продолжить свое снижение в направлении против ветра или занять в соответствии с аэродинамическим качеством и длиной леера необходимую точку в пространстве с заданными координатами в плоскости набегающего потока.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по созданию планирующего парашюта (воздушного змея) самоориентирующего в атмосфере относительно набегающего потока и обладающего повышенной продольной устойчивостью относительно ветра.

Указанная задача решается тем, что в планирующем парашюте (воздушном змее), содержащем купол, состоящий из верхней и нижней оболочек, соединенных между собой нервюрами с образованием воздухозаборников, и боковые и центральные косынки, расположенные у передней и задней кромок купола, центральные косынки соединены звеном, на котором установлен подвижный ролик, связанный с грузом, при этом боковые косынки связаны с центральными косынками, а каждая пара косынок, расположенных у передней и задней кромок купола, вписана в прямоугольный треугольник, гипотенуза которого равна хорде купола, а вершина прямого угла расположена на линии, перпендикулярной к нижней оболочке и проходящей через центр масс купола, а боковые косынки, расположенные у передней кромки купола, установлены с внешней стороны боковых косынок, расположенных у задней кромки.

Все это позволяет получить следующий технический результат. Применение передних боковых косынок, расположенных у передней кромки купола, с внешней стороны относительно задних боковых косынок, расположенных у задней кромки купола, а также наличие связи между боковыми и центральными косынками с одновременным соединением последних звеном и установкой на нем подвижного ролика, связанного с грузом, позволяют под куполом сформировать воздушный поток большой интенсивности, и за счет сферического выпирания передних боковых косынок образовать центральный канал тоннельного типа для прохождения в нем струйного потока, при этом каждая пара косынок, расположенных у передней и задней кромок купола, должна быть вписана в прямоугольный треугольник, гипотенуза которого равна хорде купола парашюта, а линия, перпендикулярная к нижней оболочке, проходит через вершину угла треугольника и через центр масс парашюта. При изменении угла атаки сечение воздухозаборника уменьшается, при этом подвижный ролик меняет свое местоположение на звене и автоматически производится перебалансировка груза относительно ролика, определяя тем самым наилучшие оптимальные условия для прохождения воздушного потока по центральному каналу без применения дополнительных средств. При появлении боковых порывов набегающего потока (сдвигов ветра) поверхность одной из задних боковых косынок (со стороны воздействия сдвига ветра) приходит в движение, прогибаясь вовнутрь под нижнюю оболочку купола, а вторая, сохраняя выпуклость наружу, начинает интенсивно совершать задней кромкой волнообразные движения, турбулизируя поток воздуха в своем следе. Это вызывает соответствующее боковое движение планирующего парашюта относительно центра масс, и парашют вновь занимает положение воздухозаборниками на ветер. При этом вышеописанный технический результат достигается при использовании всей совокупности признаков, приведенных выше. При этом связь боковых косынок с центральными может быть выполнена, например, путем закрепления свободных вершин косынок на звене, соединяющим центральный ряд косынок. Аналогичный результат можно достичь, когда свободные вершины боковых косынок могут, например, закрепляться непосредственно на своих звеньях с подвижными роликами, которые в свою очередь соосно соединяются с роликом звена центральных косынок. В этом случае, как показали летные исследования, можно получить усиление технического результата, уменьшив грузоподъемность парашютной системы или уменьшив динамические нагрузки в леере при подъеме воздушного змея, что не всегда выполнимо, исходя из тактико-технических требований на парашютную систему. Однако также усиление результата можно получить, выбрав конфигурацию центральной передней косынки в виде равнобедренного треугольника со сторонами, равными меньшему катету боковой передней косынки. В этом случае задняя кромка передней центральной косынки нагружена, и косынка в целом находится в напряженном состоянии, при этом струйный поток в канале под куполом парашюта разделяется передней центральной косынкой симметрично и не разрушается, что важно для организации ламинарного струйного потока при обтекании им передних кромок задних косынок: двух боковых и центральной, которая, например, может быть выполнена в виде прямоугольного треугольника подобного задней боковой косынке с коэффициентом подобия не более 1/2 и закреплена на силовой нервюре. При этом достигается максимальный технический результат.

Усиление технического результата можно получить также в случае, когда длина гипотенузы передних боковых косынок, примыкающих к передней кромке купола, выполнена равной 2/3 длины хорды купола парашюта, а длина большого катета задних боковых косынок, примыкающих к задней кромке купола, выполнена также равной 2/3 длины хорды купола парашюта.

При этом вышеописанные технические результаты достигаются при использовании всей совокупности признаков, приведенных выше.

Предлагаемое решение поясняется чертежами.

На фиг.1 показана конкретная форма выполнения боковых косынок.

На фиг.2 показана конкретная форма выполнения центрального ряда косынок.

На фиг.3 показана конкретная форма выполнения планирующего парашюта (вид спереди).

На фиг.4 представлен общий вид планирующего парашюта, у которого свободные вершины боковых косынок попарно связаны друг с другом и закреплены на звене, соединяющем свободные вершины центральных косынок (вид снизу).

На фиг.5 представлен общий вид планирующего парашюта, у которого свободные вершины боковых косынок попарно связаны друг с другом с помощью звена с подвижным роликом, при этом подвижные ролики центральных и боковых косынок соединены и установлены соосно (вид снизу).

На фиг.6, 7 представлен общий вид планирующего парашюта.

На фиг. 8-13 представлены конструктивные особенности выполнения боковых косынок.

На фиг.14-17 представлена конструктивные особенности выполнения центрального ряда косынок.

Планирующий парашют (воздушный змей), выполненный в соответствии с настоящим, изобретением содержит купол 1, например, двухсекционный (может быть и более секций) с удлинением, например, 0,67. Купол 1 состоит из верхней 2 и нижней 3 оболочек, соединенных между собой центральной силовой нервюрой 4 и, например, двумя боковыми нервюрами 5 с образованием открытых воздухозаборников 6. Купол 1 оснащен по нижней оболочке 3 в плоскости нервюр 5 передними 7 и задними 8 боковыми косынками, которые выполнены в форме треугольников, например, прямоугольных. Передние боковые косынки 7 примыкают к передней кромке 9 нижней оболочки 3 и закреплены к боковым нервюрам 5 по гипотенузе, длина которой, например, равна 2/3 хорды 10 купола 1 (хорда 10 купола 1 измеряется от передней кромки 9 нижней оболочки 3 до задней кромки 11). Задние косынки 8 примыкают к задней кромке 11 нижней оболочки 3 и крепятся к боковым нервюрам 5 по большому катету, образуя с нижней оболочкой 3 прямой угол. Длина большего катета составляет, например, 2/3 длины хорды 10 купола 1. Задняя боковая косынка 8 имеет переднюю кромку 12 и заднюю кромку 13. Передние косынки 7 закреплены сверху задних косынок 8 и перекрывают их по хорде 10 с внешней стороны (фиг.1).

Купол 1 также оснащен центральными передней 14 и задней 15 косынками. Передняя 14 центральная косынка примыкает к передней кромке 9 нижней оболочки 3 и закреплена к центральной силовой нервюре 4, задняя 15 центральная косынка примыкает к задней кромке 11 нижней оболочки 3 и закреплена к центральной силовой нервюре 4 и имеет переднюю кромку 16 и заднюю кромку 17. Конфигурация и размеры боковых 7, 8 и центральных 14, 15 косынок могут быть выбраны любыми, в т.ч. и прямоугольными, но каждая пара косынок - передняя 7 и задняя 8 боковых косынок, а также передняя 14 и задняя 15 центральных косынок, должны быть вписаны в прямоугольный треугольник, гипотенуза которого равна хорде 10 купола 1, а вершина прямого угла 18 должна находиться от нижней оболочки 3 по линии, проходящей через центр масс 19 парашюта в направлении точки крепления груза (леера) 20 (фиг.1, 2).

Свободные вершины боковых косынок 7, 8 и центральных 14, 15 снабжены кольцами 21, 22 и 23, 24. При этом центральные передние и задние косынки 14, 15 соединены звеном 25, на котором установлен подвижный ролик 26. Боковые передние и задние косынки 7, 8 также могут, например, быть попарно соединены звеньями 27, на которых соосно с роликом 26 установлены подвижные ролики 28, связанные с грузом 20 (фиг.5, 7).

Другим примером выполнения является, когда свободные вершины боковых косынок, на которых установлены кольца 21, 22, закреплены попарно на звене 25, соединяющем центральный ряд косынок 14, 15 и связанным через ось ролика 26 с грузом 20 (фиг.4, 6). Поверхности центральных косынок 14, 15 находятся в плоскости центральной силовой нервюры 4 и формируют аэродинамический профиль парашюта после его наполнения.

Центральная передняя косынка 14, примыкающая к передней кромке 9 нижней оболочки 3, может быть выполнена, например, в форме равнобедренного треугольника со сторонами, равными, например, меньшему катету боковой передней косынки 7. Центральная задняя 15 косынка, примыкающая к задней кромке 11 нижней оболочки 3, может быть выполнена, например, в виде прямоугольного треугольника, подобного задней боковой косынке, с коэффициентом подобия 1/2 и закреплена по большому катету на силовой нервюре 4. Задняя кромка 17 центральной косынки 15, выполняющей роль киля, совершает волнообразные движения и турбулизирует поток в следе за куполом 1 парашюта (фиг.2), который, взаимодействуя со сдвигами ветра, также способствует ориентации парашюта воздухозаборниками на набегающий поток. Внутри центрального канала 29 (фиг.6, 7), сформированного нижней оболочкой 3 и передними 7 боковыми косынками, после наполнения парашюта образуется воздушный поток, интенсивность и направление которого под куполом изменяется в соответствии с направлением вектора скорости набегающего потока. Набегающий поток взаимодействует с созданным в канале воздушным потоком большей интенсивности и образует сферическое выпирание поверхностей боковых 7 передних косынок (фиг.3). Свободные вершины передних боковых косынок 7 могут быть замкнуты, например, звеном 30, длина которого определяется экспериментально при продувках парашюта в зависимости от размеров и конфигурации передних боковых косынок 7 (фиг.5, 6, 7).

Центральный канал 29 обеспечивает вследствие подвижности парашюта (воздушного змея) на ролике 26 звена 25 различное прохождение количества воздуха внутри канала, что приводит к изменению угла атаки и, как следствие, к увеличению степени турбулизации потока у задней кромки 11 под куполом 1 парашюта. При увеличении угла атаки парашюта сечение центрального канала 29 уменьшается, при этом подвижный ролик 26 меняет свое местоположение на звене 25 и автоматически производится перебалансировка груза (леера) 20 относительно ролика 26, определяя тем самым наилучшие (оптимальные) условия для прохождения воздушного потока по центральному каналу 29 без применения дополнительных средств управления системой "груз - парашют".

Поток воздуха по центральному каналу 29, разделяясь передней центральной косынкой 14, попадает на напряженные передние кромки 12 задних боковых косынок 8 и приводит в движение задние кромки 13 задних косынок 8, которые совершают волнообразные движения различной интенсивности. При симметричном обтекании парашюта набегающим потоком волнообразные движения задних боковых косынок 8 симметричны, а амплитуда их колебаний затухает. При появлении боковых сдвигов ветра с внешней стороны поверхности одной из задних боковых косынок 8 эта косынка приходит в движение, прогибаясь вовнутрь под купол 1, а противоположная косынка 8, сохраняя выпуклость передней кромкой 12 наружу, начинает интенсивно совершать волнообразные движения с большой амплитудой и частотой, разрушая поток воздуха под куполом в своем следе. Это вызывает соответствующее боковое движение планирующего парашюта (воздушного змея) относительно центра масс 19, косынки 8 вновь принимают симметричное взаиморасположение, парашют ориентируется воздухозаборниками 6 на ветер.

Наилучшие результаты по стабилизации положения планирующего парашюта, ориентированного на ветер, даже при незначительных сдвигах ветра, как показали эксперименты, можно получить в случае, когда длина гипотенузы передних боковых косынок 7, примыкающих к передней кромке 9 купола 1, выполнена равной 2/3 хорды 10 купола 1 парашюта, а большой катет задних боковых косынок 8, примыкающих к задней кромке 11 купола 1, выполнен также равным 2/3 хорды 10 парашюта (см. фиг. 8-13), и центральная косынка 14, примыкающая к передней кромке 9 нижней оболочки 3 купола 1, выполнена в форме равнобедренного треугольника со сторонами, равными меньшему катету боковой передней косынки 7, а центральная задняя косынка 15, примыкающая к задней кромке 11, выполнена в виде прямоугольного треугольника, подобного задней боковой косынке 8 с коэффициентом подобия 1/2 и закреплена по большому катету на силовой нервюре 4 (см. фиг.14-17).

Если длина гипотенузы передних боковых косынок 7 более 2/3 хорды 10 парашюта (фиг. 8), то в этом случае передние боковые косынки 7 максимально перекрывают с внешней стороны поверхности задних боковых кромок 13, что приводит к уменьшению реагирования парашюта на сдвиги ветра, что недопустимо, а достигаемый результат в этом случае - минимальный.

Если длина гипотенузы передних боковых косынок 7 менее 2/3 хорды 10 парашюта (фиг.9), то в этом случае рабочие поверхности задних боковых косынок 8 максимально открыты для воздействия на них сдвигов ветра, а воздушный поток под куполом 1 в центральном канале 29 перед передними кромками 12 задних косынок 8 малой интенсивности разрушается боковыми порывами ветра и попадает на внешние поверхности задних боковых косынок 8, тем самым ограничивается сила воздействия сдвигов ветра на задние боковые косынки 8, реакция парашюта на сдвиги ветра резко снижается, а достигаемый результат, как и вышеприведенном случае, минимальный.

Если длина гипотенузы передних боковых косынок 7 равна 2/3 длины хорды 10 парашюта (фиг.10), то в этом случае рабочие поверхностности задних боковых косынок 8 находятся в зоне воздействия сдвигов ветра, а площади передних косынок 7 достаточны для формирования и прохождения в центральном канале 29 стабильного воздушного потока большой интенсивности, для того чтобы парашют стал активно реагировать даже на незначительные сдвиги ветра, а достигаемый результат при этом варианте получается максимальный - парашют самобалансируется, обеспечивая при этом для себя продольную устойчивость относительно набегающего потока.

Если длина большого катета задних боковых косынок 8 более 2/3 длины хорды 10 парашюта (фиг.11), то в этом случае передняя кромка 12 задней боковой косынки 8 максимально приближена к передней кромке передней боковой косынки 7. Воздушный струйный поток под нижней оболочкой 3 парашюта, сформированный передними боковыми косынками 7, прижимает к передним боковым косынкам 7 задние боковые косынки 8, и в целом боковые косынки работают как единые, к тому же рабочие поверхности задних косынок 8 достаточно малы, чтобы реагировать на изменения направления ветра, а достигаемый результат минимальный - парашют резко снижает реакцию на горизонтальные сдвиги ветра.

Если длина большого катета задних боковых косынок 8 равна 2/3 хорды 10 парашюта (фиг. 12), то в этом случае площадь поверхности задней косынки 8 достаточна для эффективного воздействия на парашют со стороны горизонтальных сдвигов ветра, задние кромки 13 задних косынок 8 не нагружены, активно участвуют в работе парашюта, прогибаясь вовнутрь под нижнюю поверхность купола 3, совершают волнообразные движения до момента ориентации парашюта относительно направления ветра, и достигаемый результат получается при этом максимальный.

Если длина большого катета задних боковых косынок 8 менее 2/3 длины хорды парашюта (фиг.13), то в этом случае площадь поверхности задней косынки 8 недостаточна для активного воздействия на парашют со стороны горизонтальных сдвигов ветра, а передние кромки 12 находятся вне зоны воздействия на них струйного воздушного потока, организованного под куполом передними косынками, в итоге чего задние косынки 8 работают аналогично передним 7. Достигаемый результат минимальный.

Если центральная косынка 14 выполнена в виде разностороннего треугольника (фиг. 14), то в этом случае центральная косынка, вследствие неравномерности нагружения ее силовых элементов, начинает интенсивно совершать беспорядочные волнообразные движения и турбулизует воздушный поток в своем следе под куполом, что уменьшает прохождение воздуха в центральном канале за счет его торможения и нарушает работу задних боковых косынок 8. Достигаемый результат минимальный.

Если центральная косынка 14 выполнена в виде равнобедренного треугольника со сторонами, равными меньшему катету передней боковой косынки 7 (фиг. 15), то в этом случае силовые элементы центральной передней косынки 14 нагружены равномерно. Профиль купола парашюта не деформируется. Происходит симметричное его обтекание воздушным потоком. Достигаемый результат максимальный.

Если центральная косынка 15 выполнена в виде разностороннего треугольника (фиг. 16), то в этом случае силовые элементы косынки 15 нагружены неравномерно. По этой причине профиль купола деформируется, что недопустимо. Достигаемый результат минимальный.

Если центральная косынка 15 выполнена в виде прямоугольного треугольника, подобного задней боковой косынке 8 с коэффициентом подобия 1/2 (фиг. 17) и закреплена большим катетом на силовой нервюре 4, то в этом случае создаются наилучшие условия для формирования профиля купола и стабилизации положения парашюта относительно набегающего потока. Это позволяет сформировать центральный канал 29 тоннельного типа для прохождения в нем ламинарного струйного потока, который при взаимодействии со сдвигами ветра разворачивает парашют на набегающий поток. Достигаемый эффект максимальный.

Источники информации 1. Патент США 3285546, от 15.11.1966г., НКИ 244-145.

2. Патент США Re 26427, от 16.07.1968г., НКИ 244-142.

3. Патент США 4262866, от 21.04.1981г., НКИ 244-153, МКИ³ В 64 С 31/06.

4. Патент США 3972495, от 03.08.1976г., НКИ 244-145, МКИ³ В 64 D 17/02.

5. Патент США 4623108, от 18.11.1986г., НКИ 244-13, MKИ⁴ B 64 С 1/26.

Формула изобретения

1. Планирующий парашют, содержащий купол, состоящий из верхней и нижней оболочек, соединенных между собой нервюрами с образованием воздухозаборников, боковые и центральные косынки, расположенные у передней и задней кромок купола, свободные вершины которых соединены со стропами парашюта или каркасом груза, отличающийся тем, что центральные косынки, расположенные у передних и задних кромок купола, попарно соединены звеном, на котором установлен подвижный ролик, связанный с грузом, при этом боковые косынки связаны с центральными косынками, а каждая пара косынок, расположенных у передних и задних кромок купола, вписана в прямоугольный треугольник, гипотенуза которого равна хорде купола парашюта, а линия, перпендикулярная к нижней оболочке купола, проходит через вершину угла треугольника и через центр масс парашюта, а боковые косынки, расположенные у передней кромки, установлены сверху боковых косынок, расположенных у задней кромки купола.

2. Планирующий парашют по п.1, отличающийся тем, что свободные вершины боковых косынок закреплены на звене, соединяющем свободные вершины центральных косынок.

3. Планирующий парашют по п.1, отличающийся тем, что свободные вершины боковых косынок попарно соединены звеном, на котором установлен подвижный ролик, при этом подвижные ролики боковых и центральных косынок соединены и установлены соосно.

4. Планирующий парашют по п.1, отличающийся тем, что длина гипотенузы боковых косынок, примыкающих к передней кромке купола, выполнена равной 2/3 хорды купола парашюта, а большой катет боковых косынок, примыкающих к задней кромке, выполнен также равным 2/3 хорды купола парашюта.

5. Планирующий парашют по п.1, отличающийся тем, что центральная косынка, примыкающая к передней кромке нижней оболочки купола, выполнена в форме равнобедренного треугольника со сторонами, равными меньшему катету блоковой передней косынки.

6. Планирующий парашют по п.1, отличающийся тем, что центральная косынка, примыкающая к задней кромке нижней оболочки купола, выполнена в виде прямоугольного треугольника, подобного задней боковой косынке с коэффициентом подобия 1/2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17