Устройство для спуска грузов в атмосфере
Изобретение относится к средствам спасения людей из горящих зданий. Устройство для спуска груза в атмосфере содержит: внешний парашютный купол и внутренний парашютный купол меньшего размера, соединенные друг с другом по всему периметру посредством кольцевой перемычки, с образованием между ними замкнутой полости, устройство выработки сжатого газа, соединенное с полостью с возможностью подачи сжатого газа внутрь нее, стропы, выполненные с возможностью изменения их длины, одни концы которых соединены с упомянутыми куполами, а другие концы выполнены с возможностью присоединения к грузу, сопла, оснащенные клапанами, выполненными с возможностью их принудительного открытия и закрытия, размещенные на перемычке и сообщенные с полостью, кольцевые конфузоры, выполненные с возможностью их принудительного открытия и закрытия, размещенные на внешнем куполе, сообщенные с полостью и ориентированные вдоль поверхности внешнего купола, проходящей через груз. Технический результат - повышение безопасности благодаря исключению эффекта складывания и замедлению падения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к устройствам для управляемого спуска грузов и/или людей в атмосфере с высоты, при котором обеспечивается возможность изменения направления и скорости спуска.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны устройства для спасения людей при пожарах в высотных зданиях, например, «Spider» производства Moseroth Technologis Ltd Израиль, использующие тросовую лебедку, установленную (закрепленную) в помещении (см. http://www.spiderrescue.ru/content.php?id=112). При пожаре в нижних этажах здания и невозможности спуска по лестницам, человек может спуститься с верхних этажей на тросе, пропущенном через окно вдоль стены здания, в том числе мимо окон горящих этажей. При этом он неизбежно попадает в зону огня, так как огонь, выходящий из окон горящего этажа (этажей), первоначально распространяется вдоль стен здания. Поэтому спуск с использованием устройства «Spider» не обеспечивает необходимый уровень безопасности. При прохождении человеком зоны огня и до спуска его на землю весь отрезок троса, находящегося выше места крепления человека, подвергается воздействию огня, что может снизить его надежность при повторном использовании. С увеличением этажности зданий увеличивается длина троса на лебедке, а значит, ее габариты и стоимость. Известные устройства Rescue Reel, Double Exit, Ys-E-16 (патент США №8567561) имеют те же недостатки, - спуск вблизи стен горящего здания.
Известны устройства для спуска людей и грузов с высоты - парашюты (https://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%E0%F0%E0%F8%FE%F2).
К недостаткам известных парашютов следует отнести то, что после прыжка человека или сбрасывания груза парашют раскрывается не сразу, а лишь спустя некоторое время после свободного падения человека или груза. При этом возможно такое опасное явление как «складывание» парашюта при попадании его в турбулентность, и при сильных порывах ветра. При спасении людей из горящих высотных зданий после прыжка, например, из окна здания, парашют раскрывается не сразу, т.к. ему требуется некоторое время на заполнение купола воздухом и может не хватить высоты для безопасного приземления. Кроме того, как известно, прыжки с парашютом выполняют специально обученные люди-парашютисты, что делает использование существующих парашютов невозможным для необученных людей, а тем более людей с ограниченными физическими возможностями: инвалидов, детей, людей преклонного возраста и т.п.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства спуска людей и/или грузов, свободных от недостатков, присущих решениям, основанным на использовании троса, и в то же время являющихся более безопасными нежели традиционный парашют.
Повышение безопасности обеспечивается благодаря тому, что в отличие от известных парашютов, которые при снижении подвергаются действию только силы тяжести и силы сопротивления атмосферы, в предлагаемом устройстве дополнительно действуют силы, имеющие направление, противоположное направлению действия силы тяжести или направлению движения, которые могут действовать на протяжении всего времени спуска или по заданной программе.
Поставленная задача в целом решается за счет того, что предлагаемое устройство для спуска груза в атмосфере содержит:
внешний парашютный купол и внутренний парашютный купол меньшего размера, соединенные друг с другом по всему периметру посредством кольцевой перемычки, с образованием между ними замкнутой полости,
устройство выработки сжатого газа, соединенное с упомянутой полостью с возможностью подачи сжатого газа внутрь нее,
стропы, выполненные с возможностью изменения их длины, одни концы которых соединены с упомянутыми куполами, а другие концы выполнены с возможностью присоединения к упомянутому грузу,
сопла, оснащенные клапанами, выполненными с возможностью их принудительного открытия и закрытия, размещенные на упомянутой перемычке, ориентированные, по меньшей мере, частично в направлении упомянутого груза, и сообщенные с упомянутой полостью,
кольцевые конфузоры, выполненные с возможностью их принудительного открытия и закрытия, размещенные на внешнем куполе, сообщенные с упомянутой полостью, и ориентированные, по меньшей мере, частично, вдоль поверхности упомянутого внешнего купола, проходящей через упомянутый груз.
Как будет понятно специалисту из описания далее, повышение безопасности обеспечивается за счет того, что в отличие от традиционных парашютов, предлагаемое устройство обеспечивает подъем купола в начальный момент использования, что позволяет привести его в рабочее положение, полностью расправить до начала падения, что исключает «складывание», а также за счет того, что совместное действие реактивной силы сопел и сил Бернулли от конфузоров, при той же или меньшей площади купола обеспечивает более медленное и плавное падение, нежели традиционный парашют.
Далее вышеупомянутое устройство, охарактеризованное в общих категориях, поясняется на примере некоторых особенно предпочтительных форм выполнения, обеспечивающих получение дополнительных преимуществ.
Для поддержания геометрической формы парашюта, образованного упомянутыми внешним и внутренним куполами, упомянутая полость может быть снабжена элементами жесткости, в частности, нервюрами.
Упомянутый груз может представлять собой кресло. Предпочтительно, когда упомянутое кресло выполнено надувным, целесообразно, если упомянутое кресло снабжено подлокотниками, подголовником и ремнями.
Устройство может быть использовано для спуска людей и грузов в атмосфере и как эффективный тормозной парашют. Особенно хорошо предлагаемое устройство подходит для спасения людей и/или грузов из горящих зданий любой этажности и может применяться в других случаях для безопасного спуска с высоты, например, в экстремальных видах спорта, при десантировании людей и техники с самолетов, при посадке самолетов на короткую посадочную полосу, при спуске беспилотных летательных аппаратов. При этом устройство обеспечивает возможность безопасного спасения необученных людей при любом их физическом состоянии.
Необходимо понимать, что в настоящем тексте изобретение охарактеризовано только такими признаками, которые достаточны для решения поставленной задачи, реализации назначения и достижения выбранного технического результата; специального упоминания всех без исключения признаков и утилитарных характеристик изобретения не требуется, если специалистам должно быть известно, что изделия того же рода обладают такими признаками и утилитарными характеристиками и без них не реализуется основное назначение; тем более не требуется ограничивать обобщенные признаки какими-либо конкретными вариантами, если таковые должны быть известны специалистам и (или) могут быть подобраны по известным правилам.
Конструкция и использование устройства наглядно иллюстрируется фигурой 1 и поясняется на примере частных и конкретных вариантов воплощения ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 изображено устройство в рабочем состоянии при спуске человека из горящего здания в процессе спуска.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство состоит из двухоболочкового парашюта, имеющего внешний купол 1 и внутренний купол 2, которые соединены по всему нижнему периметру кольцевой перемычкой 3, с соплами 4 с клапанами, установленными на них.
Внешний и внутренний купола 1 и 2, соединенные кольцевой перемычкой 3, вместе образуют замкнутую внутреннюю полость 5, предназначенную для накопления сжатого газа и его расхода через клапаны сопел 4 и кольцевые конфузоры 6, расположенные на внешнем куполе 1.
До подачи в полость 5 сжатого газа клапаны сопел 4 и кольцевые конфузоры 6 закрыты.
Внешний купол 1 и внутренний купол 2 соединены внутри гибкими нервюрами (на фиг. 1 не показаны) для поддержания формы внутренней полости 5 при ее накачке сжатым газом.
Стропы парашюта 7 через шарнир 8 соединены с надувным креслом 9, имеющим подлокотники и подголовник.
Под креслом 9 на зажимах (на фиг. 1 не показаны) крепится устройство для выработки сжатого газа 10 (в качестве подходящего устройства может быть использовано, в частности, устройство, аналогичное тем, которые применяются для наполнения подушки безопасности автомобилей), которое соединено с гибкой трубой 11, а другой конец трубы соединен с полостью 5. Также под креслом может располагаться надувная подушка безопасности 12. Кресло 9 может быть снабжено шарниром 13 для изменения положения кресла, при необходимости, из положения 1 в положение 2 и обратно. Купол парашюта в рабочем состоянии может располагаться под определенным, регулируемым углом наклона к горизонту за счет разной длины строп, что обеспечивает при спуске удаление парашюта от стены горящего здания в направлении более коротких строп и предотвращает попадание человека в зону огня.
Устройство может применяться в частности, для спасения человека через открытое окно или балкон и для спуска с крыши.
До начала использования устройство находится в сложенном виде в компактном контейнере. При необходимости спасения через открытое окно, открытый проем, балкон и т.п. устройство извлекают из контейнера. Затем купол парашюта со стропами перебрасывают за окно. Накачивают сжатым газом кресло 9 и подушку безопасности 12, используя устройство 10. Человек садится в кресло, пристегивается к нему (или его пристегивают) и занимает положение 1 (на фиг. 1). Сжатый газ из устройства 10 по гибкой трубе 11 подается в замкнутую полость 5 между внешним куполом 1 и внутренним куполом 2. Газ под давлением заполняет полость 5, при этом купола 1 и 2 приходят в рабочее положение, открываются клапаны сопел 4 и кольцевые конфузоры 6. При выходе сжатого газа из открытых клапанов сопел 4 на парашют начинает действовать реактивная сила, отодвигающая парашют от стены здания. Величина этой реактивной силы прямо пропорциональна скорости истечения рабочего тела (в данном случае сжатого газа) и секундному расходу массы выбрасываемого вещества. Для создания реактивной силы, в течение определенного времени, необходимо иметь запасы (ресурсы) выбрасываемой массы, преобразуемой в кинетическую энергию струи рабочего тела. Для этого в устройстве предусмотрена замкнутая полость 5 определенного объема и устройство 10. Под давлением сжатого газа в полости 5 открываются кольцевые конфузоры 6 и происходит обдув внешнего купола 1 струями газа, имеющего скорость, большую по сравнению со скоростью воздуха под куполом 2, что по известному физическому закону Бернулли определяет понижение давления над куполом 1. Обдув купола происходит в результате «прилипания» газа, выходящего из кольцевых конфузоров к внешнему куполу парашюта - «эффект Коанда». В результате на парашют начинает действовать аэродинамическая сила, обусловленная разностью давлений под и над куполами парашюта, направленная в том же направлении, что и реактивная сила. Суммарная величина реактивной и аэродинамических сил обеспечивает отход парашюта от стены, натяжение строп и «вытаскивание» кресла 9 с человеком из окна - наружу.
После отделения от окна кресло 9 вместе с человеком и устройством 10 под действием силы тяжести опишет дугу и повернет через стропы парашюта кресло 9 в рабочее положение (на фиг. 1). Человек начнет спускаться на парашюте, который будет также удаляться от стены горящего здания за счет разной длины строп. Конструкция парашюта, объем замкнутой полости 5 и запас сжатого газа, создаваемого устройством 10, должны быть рассчитаны на снижение с определенной скоростью и работу в течение определенного времени в зависимости от высоты здания.
При приземлении срабатывает подушка безопасности, и кресло с человеком оказывается на земле в отдалении от горящего здания.
После удаления остатков газа из полости 5 кресла 9 и замены устройства 10 парашют готов к повторному использованию.
Доставка необходимого количества контейнеров с парашютами к горящему зданию может обеспечиваться, например, пожарным подразделением, оснащенным, например, вертолетом. При этом отпадает необходимость обеспечивать здания средствами спасения заранее, до пожара.
Процесс покидания здания с крыши происходит в том же порядке за исключением того, что парашют разворачивается в рабочее вертикальное положение при нахождении устройства на крыше и кресло располагается в положении 2 (на фиг. 1).
Наличие в устройстве замкнутой полости, сопел и конфузоров, работа которых при снижении создает тормозящий эффект, позволяет снизить размеры парашюта по сравнению с его обычными размерами.
Выше описана работа устройства в его простейшем варианте. При десантировании, например, с самолета военной техники и людей устройство может быть оснащено силовым источником для обеспечения работы турбокомпрессора и интеркуллера и приборами контроля высоты и командоаппаратом управления работой клапанов сопел 4 и конфузоров 6. Это обеспечит, после принудительного раскрытия купола (куполов) парашюта сжатым газом, закрытие клапанов сопел 4 и конфузоров 6. Полезный груз будет снижаться с повышенной скоростью, что снизит вероятность его поражения огнем противника. При приближении к земле, зафиксированном прибором контроля высоты, командоаппарат откроет клапаны сопел 4 и конфузоры 6, произойдет торможение устройства до необходимой величины. Таким образом, конструкция устройства позволяет использовать его в качестве «воздушного тормоза».
Необходимо отметить, что данная конструкция устройства за счет принудительной накачки купола парашюта (или куполов при большой массе спускаемого груза) сжатым газом устраняет такое опасное явление как «складывание» парашюта при попадания его в турбулентность, и при сильных порывах ветра, что повышает надежность и безопасность работы устройства. При посадке самолета на короткую посадочную полосу, предлагаемое устройство также может использоваться как «воздушный тормоз», за счет реактивной и динамической силы парашюта, направленной против направления движения самолета. Устройство может быть использовано и при спасении пассажиров самолета при реализации патента, предусматривающего разделение самолета на части: отдельно кабины пилотов, пассажирского салона и хвоста с последующим спуском их на парашютах, а также для спасения летающего автомобиля при отказе в воздухе двигателя, для приземления беспилотного летательного аппарата. Устройство может быть использовано для десантирования БМП (боевых машин пехоты) с экипажем. Быстрое раскрытие парашюта (парашютов) за счет принудительной закачки газа в замкнутую полость 5 позволяет начать спуск БМП при меньшей начальной скорости по сравнению с известными парашютными системами, что снижает ударную динамическую нагрузку на экипаж.
1. Устройство для спуска груза в атмосфере, содержащее:
внешний парашютный купол и внутренний парашютный купол меньшего размера, соединенные друг с другом по всему периметру посредством кольцевой перемычки, с образованием между ними замкнутой полости,
устройство выработки сжатого газа, соединенное с упомянутой полостью с возможностью подачи сжатого газа внутрь нее,
стропы, выполненные с возможностью изменения их длины, одни концы которых соединены с упомянутыми куполами, а другие концы выполнены с возможностью присоединения к упомянутому грузу,
сопла, оснащенные клапанами, выполненными с возможностью их принудительного открытия и закрытия, размещенные на упомянутой перемычке, сообщенные с упомянутой полостью,
кольцевые конфузоры, выполненные с возможностью их принудительного открытия и закрытия, размещенные на внешнем куполе, сообщенные с упомянутой полостью, и ориентированные, по меньшей мере, частично, вдоль поверхности упомянутого внешнего купола, проходящей через упомянутый груз.
2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что упомянутая полость снабжена элементами жесткости, в частности, нервюрами, для поддержания геометрической формы парашюта, образованного упомянутыми внешним и внутренним куполами.
3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что упомянутый груз представляет собой кресло.
4. Устройство по п.3, характеризующееся тем, что упомянутое кресло выполнено надувным.
5. Устройство по любому из пп. 3 или 4, характеризующееся тем, что упомянутое кресло снабжено подлокотниками, подголовником и ремнями.
