Исследование процесса наполнения парашютных систем




Скачать 101.04 Kb.
НазваниеИсследование процесса наполнения парашютных систем
Дата публикации17.07.2013
Размер101.04 Kb.
ТипИсследование
zadocs.ru > Математика > Исследование
УДК 629.7.027

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАПОЛНЕНИЯ ПАРАШЮТНЫХ СИСТЕМ

А.В. Трямкин, С.Н. Скиданов

В данной работе исследуется процесс наполнения парашютных систем. Получена экспериментальная зависимость изменения эффективной площади сопротивления парашюта от времени наполнения. Результаты решения уравнений движения системы "груз-парашют", с учетом найденной зависимости, имеют хорошую сходимость с экспериментальными данными.

Современный процесс десантирования различной техники и грузов можно разбить на следующие основные этапы:

I-й этап √ вытягивание десантируемого объекта (ДО) из самолета вытяжной парашютной системой (ВПС);

II-й этап √ движение ДО в воздухе;

III-й этап √ приземление ДО.

Основная парашютная система (ОПС) может применяться как в однокупольном варианте, так и в многокупольном варианте, поэтому в дальнейшем, не зависимо от количества парашютов, будем считать ОПС исполненной в однокупольном варианте, т.к. многокупольную систему можно привести к системе с одним парашютом площадью, равной сумме всех площадей парашютов многокупольной системы.

Второй основной этап √ движение десантируемого объекта в воздухе, можно разбить на следующие этапы (рис. 1):



Рис. 1. Этапы движения десантируемого объекта в воздухе.

1-й этап √ отделение дополнительного вытяжного парашюта от ДО и его наполнение.

Продолжительность первого этапа называется временем раскрытия дополнительного вытяжного парашюта . В течение первого этапа изменение скорости ДО и пройденного им пути происходит по законам падения в воздухе тела без парашюта.

2-й этап √ отделение блока с основной парашютной системой от ДО, вытягивание купола (или куполов, в случае применения многокупольной парашютной системы) и строп на всю их длину и стягивание парашютной камеры с купола.

Наполненный воздухом дополнительный вытяжной парашют, быстро теряя скорость, снимает блок основной парашютной системы с ДО, вытягивает стропы из сот парашютной камеры и стаскивает камеру с купола. При этом купол основного парашюта вместе со стропами вытягивается на всю длину.

В течение второго этапа, если пренебречь трением купола при стаскивании парашютной камеры и усилиями, возникающими при выходе строп из сот камеры, изменение скорости падения ДО и длины пройденного им пути (как и в течение первого этапа) происходит по законам падения тела в воздухе без парашюта.

Продолжительность второго этапа зависит от размеров дополнительного вытяжного парашюта, от массы ОПС, от длины купола и строп, от длины парашютной камеры и ее конструкции, скорости падения ДО к концу второго этапа и других факторов.

Как видно, в течение первых двух этапов движения в воздухе, с момента отделения ДО от самолета до полного вытягивания купола и строп на всю длину, парашют как тормозное устройство не работает.

Скорость ДО изменяется незначительно от скорости самолета до скорости в момент введения основного парашюта в действие. Время с момента отделения ДО от самолета до вытягивания купола и строп на всю их длину называется временем вытягивания и обозначается : .

3-й этап √ наполнение купола парашюта до площади ограниченной рифовкой.

В конце второго этапа, после вытягивания купола и строп на всю их длину, начинается наполнение купола парашюта до площади ограниченной рифовкой. Продолжительность третьего этапа называется временем наполнения зарифованного парашюта .

4-й этап √ снижение на зарифованном куполе.

В течение четвертого этапа ДО объект снижается на зарифованном парашюте. Время с момента наполнения зарифованного парашюта до момента разрифовки парашюта называется временем снижения на зарифованном парашюте и обозначается : .

5-й этап √ наполнение купола парашюта.

На пятом этапе происходит разрифовка парашюта. Купол парашюта наполняется до полной площади за время . Время с момента начала наполнения зарифованного купола до его полного раскрытия называется временем наполнения основного парашюта и обозначается : .

6-й этап √ снижение на раскрытом парашюте.

В течение шестого этапа ДО снижается на раскрытом парашюте до достижения им поверхности земли. Как правило, время шестого этапа выбирается таким образом, чтобы перед приземлением система "груз-парашют" имела скорость установившегося снижения.

Много работ как отечественных, так и зарубежных посвящено исследованиям процесса наполнения парашюта /1, 3, 4, 5, 6, 8/, но все они, в основном, решают вопросы связанные с проектированием парашютов и не дают достаточно простых выражений для исследования динамики движения системы "груз-парашют" в процессе наполнения купола.

В процессе наполнения изменяются как площадь купола парашюта , так и его коэффициент сопротивления . Знание законов изменения выше перечисленных параметров позволило бы существенно упростить решение задач связанных с наполнением парашюта. Существует много работ, где даются законы изменения площади парашюта и коэффициента сопротивления, но проще всего искать вид зависимостей изменения площади парашюта и коэффициента сопротивления не отдельно, а в виде их произведения. Это произведение называется эффективной площадью сопротивления парашюта и обозначается :

.      (1)

Анализ экспериментальных исследований процесса наполнения купола в аэродинамической трубе /^ 4/ и проведенных летных испытаний (рис. 2) парашютно-реактивной системы (ПРС) в составе многокупольной парашютной системы МКС-175-12 /7/ позволяет найти зависимость эффективной площади парашюта от времени наполнения t, которую с достаточной степенью точности можно аппроксимировать /2/ кривой

,      (2)

где а √ постоянная величина, значение которой будет найдено ниже; к √ постоянная наполнения √ безразмерная величина, определяется экспериментально, для парашютной системы МКС-175-12 /10/; √ время наполнения парашюта, с.

По результатам летных испытаний, в конце наполнения парашюта коэффициент сопротивления принимает максимальное значение, следовательно, . Эффективная площадь сопротивления парашюта будет равна



откуда

.      (3)

Подставим (3) в (2), окончательно получим зависимость изменения эффективной площади сопротивления парашюта от времени наполнения

.      (4)

В случае использования рифовки эффективная площадь сопротивления от времени наполнения зарифованного парашюта будет иметь вид:

     (5)

где √ эффективная площадь сопротивления зарифованного парашюта, м2; √ время наполнения зарифованного парашюта, с.

Изменение эффективной площади сопротивления за время наполнения парашюта после разрифовки определяется из выражения

.      (6)

В конце наполнения парашюта и



откуда

.      (7)

Подставим (7) в (6), окончательно получим

.      (8)




Рис. 2. Изменение эффективной площади сопротивления парашютной системы от времени

Воспользуемся полученными выражениями для определения траекторных параметров существующей серийной парашютно-реактивной системы, движение в воздухе которой происходит в соответствии со всеми выше изложенными этапами.

При составлении уравнений движения системы "груз√парашют" будем предполагать, что при снижении системы ось парашюта, проходящая через коуш строп и вершину купола, касательная к траектории движения груза, а парашют обтекается потоком, скорость которого на бесконечности равна скорости движения груза и совпадает по направлению с осью парашюта. Масса груза намного больше массы парашюта. Пренебрежем возмущениями, вносимыми в поток присутствием груза. Пренебрежем также центробежными силами, действующими на парашют при движении системы по криволинейной траектории. Материал купола и строп будем считать нерастяжимыми, а воздух √ несжимаемым.

Уравнения движения в связанной системе координат, с учетом принятых допущений будут иметь вид:

Этап 1-2

(9)

где m √ масса системы, кг; V1-2 √ скорость центра масс системы, м/с; g √ ускорение свободного падения, м/с2; √ угол наклона траектории, рад; √ эффективная площадь сопротивления груза, м2; √ плотность воздуха у земли, кг/м3; √ потеря высоты на первом этапе. В дальнейшем, индексы, стоящие при переменных, относятся к каждому из рассматриваемых этапов.

Так как в процессе летных испытаний ПРС диапазон высот десантирования составлял 300√400 метров, то в целях упрощения задачи будем считать плотность воздуха постоянной величиной равной плотности на высоте (плотность воздуха у земли отличается от плотности воздуха на высоте 400 м при стандартных атмосферных условиях не более чем на 4%).

Система дифференциальных уравнений (9) интегрируется при начальных условиях: , , , где √ скорость полета самолета, √ высота десантирования. Пределы интегрирования , время вытягивания парашютной системы МКС-175-12 по результатам летных испытаний ПРС равно с.

Этап 3

     (10)

Система дифференциальных уравнений (10) интегрируется при начальных условиях: , , . Пределы интегрирования .

На основании закона непрерывности парашюты должны раскрываться на определенной длине, т.к. для наполнения купола требуется заданный конический столб воздуха впереди купола. Эта определенная длина пропорциональна номинальному диаметру парашюта. В работе /5/ дается формула для определения времени наполнения парашютов:

,      (11)

где п √ постоянная безразмерная величина, типичная для каждого парашюта, указывающая длину наполнения как кратное значение ; ^ V √ скорость системы "груз-парашют" в момент наполнения купола.

Так по результатам экспериментов десантирования ПРС постоянная п при наполнении зарифованной парашютной системы МКС-175-12 равна , а при наполнении после разрифовки √ .

Этап 4

     (12)

Система дифференциальных уравнений (12) интегрируется при начальных условиях: , , . Пределы интегрирования .

Время движения системы после наполнения зарифованного парашюта равно √ .

Этап 5

     (13)

Система дифференциальных уравнений (13) интегрируется при начальных условиях: , , . Пределы интегрирования . Продолжительность пятого этапа определяется из выражения (11).

Этап 6

     (14)

Система дифференциальных уравнений (14) интегрируется при начальных условиях: , , .

На рисунке 3 даются экспериментальная и теоретическая зависимости изменения скорости снижения ПРС от времени. Интегрирование систем (9√10) и (12-14) проводилось с помощью ЭВМ. Масса ПРС кг; начальная скорость десантирования м/с; высота десантирования м; угол наклона траектории системы в момент отделения от самолета рад; эффективная площадь сопротивления груза м2; эффективная площадь сопротивления парашютной системы м2; эффективная площадь сопротивления зарифованной парашютной системы м2; постоянная наполнения ; постоянная п при наполнении зарифованной парашютной системы МКС-175-12 равна , а при наполнении после разрифовки √ .



Рис. 3. Изменение скорости снижения системы от времени.

В заключение следует отметить, что найденная зависимость изменения эффективной площади сопротивления парашюта от времени его наполнения позволят существенно упростить решение задач динамики движения системы "груз-парашют", получая при этом достоверные результаты.

Литература

1. Белоцерковский С.М., Ништ М. И., Пономарев А. Т., Рысев О. В. Исследование парашютов и дельтапланов на ЭВМ. √ М.: Машиностроение, 1987. √ 240 с.

2. Гутер Р. С., Овчинский Б. В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. √ М.: Наука, 1970. √ 432 с.

3. Морозов В. И., Пономарев А. Т., Рысев О. В. Математическое моделирование сложных аэроупругих систем. √ М.: Физматлит, 1995. √ 736 с.

4. Носарев И. М. Исследование в аэродинамических трубах процесса раскрытия круглого купола парашюта. √ М.: ЦАГИ, 1963. √ 32 с.

5. Нэке Т.В. Руководство по проектированию парашютных спасательных систем. Глава 5. Характеристики и эксплуатационные качества парашютов. √ М.: ЦНТИ "Волна", 1989.√152 с.

6. Рысев О. В., Пономарев А. Т., Васильев М. И., Вишняк А. А., Днепров И. В., Мосеев Ю. В. Парашютные системы. √ М.: Наука, 1996. √ 228 с.

7. Средства десантирования изделия "688". Отчет по результатам предварительных летных испытаний П235-0000 Отч 8. √ МКПК "Универсал", инв. ╧ 7130-90, 1991. √ 28 с.

8. Dennis D.R. Recent advances in parachute technology // The aeronautical journal. √ 1983, V. 87, ╧ 869, P. 333√342.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Исследование процесса наполнения парашютных систем iconИсследование систем управления
Виды исследования систем управления, их характеристика и значение в научной и практической деятельности

Исследование процесса наполнения парашютных систем iconИсследование происхождения и развития, предсказание дальнейших судеб...
Астрономия наука о Вселенной, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем

Исследование процесса наполнения парашютных систем iconЛабораторная работа 1 «Архитектура пк и основные сведения о dos....
«Архитектура пк и основные сведения о dos. Исследование процесса загрузки пк и ms-dos»

Исследование процесса наполнения парашютных систем icon4. Исследование существующих сетей сбыта и систем снабжения
Отдел маркетинга является самостоятельным структурным подразделением предприятия

Исследование процесса наполнения парашютных систем iconИсследование письменной речи и автороведческая экспертиза
Использование криминалистических знаний в юридической деятельности (за рамками уголовного процесса)

Исследование процесса наполнения парашютных систем iconПрограмма, нацеленная на укрепление сотрудничества и международных...
Болонская декларация. Основная цель Болонского процесса – создание «Европейского пространства высшего образования», где имеют место...

Исследование процесса наполнения парашютных систем icon1. Исследование механизмов функционирования клеток, тканей, органов,...
Физиология (физис природа) это наука о нормальных процессах жизнедеятельности организма, составляющих его физиологических систем,...

Исследование процесса наполнения парашютных систем iconИсследование экологического состояния биосферы
Какие факторы ограничивают течение какого то процесса, явления или существования организма

Исследование процесса наполнения парашютных систем iconИсследование процесса контактной фотолитографии
...

Исследование процесса наполнения парашютных систем iconМосковский государственный университет технологий и управления
Кобулов Б. А. Исследование систем управления. Учебно-практическое пособие. – М: мгуту, 2004

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов