Исследование парашютных систем для обеспечения заданных характеристик приводнения гидроакустического буя. Математические модели для описания поведения системы "буй - парашют" при внешних воздействиях, при приводнении и проникании буя под поверхность воды.
В настоящее время парашюты и парашютные системы широко применяются для различных целей: для спасения летчиков при аварии самолета, спуска на землю людей, подопытных животных и исследовательской аппаратуры с самолетов, ракет и космических кораблей, для торможения самолета при посадке на взлетно-посадочную полосу ограниченного размера, десантирования различных грузов. С парашютом можно спускать грузы весом и менее 1 кг и в несколько тонн; при этом парашюты можно вводить в действие на скоростях от 5 до 1000 м/сек. Такой широкий диапазон веса грузов и скоростей вызывает необходимость разрабатывать различные конструкции и способы введения в действие парашютов и парашютных системы. На первом этапе скорость буя изменяется от скорости носителя Vнос до скорости V1 в момент введения парашюта в действие. Скорость снижения системы в процессе наполнения купола быстро изменяется, достигая к концу этапа значения VH - скорости в момент полного наполнения купола.Под параметрами парашютной системы в первую очередь будем понимать площадь купола, длину строп.Соответственно этому сила взаимодействия твердого тела и жидкости рассматривается как бы состоящей из двух частей: силы сопротивления идеальной жидкости (инерционное сопротивление) и силы сопротивления реальной жидкости (вязкое сопротивление). Рассмотрим систему, состоящую из твердого тела (Т), жидкости (Ж) и воздуха (В). В состав системы входят частицы, находящиеся внутри замкнутого объема, ограниченного контрольной поверхностью (КП), расположенной на таком удалении от точки приводнения, что обмен частиц через эту поверхность отсутствует (рис. Будем предполагать, что процесс соударения тела с поверхностью воды кратковременен, причем такой, что тело не успевает за этот промежуток времени заметно изменить свое угловое положение. Выражение, стоящее в правой части (1.2), представляет реакцию жидкости на погружающееся в нее тело (силу удара), причем первые два слагаемых характеризуют инерционное воздействие (реакция идеальной жидкости), а вектор R является реакцией реальной (вязкой) жидкости.Задача вычисления ударных воздействий при приводнении буя в общем случае чрезвычайно сложна и в настоящее время не может быть решена без введения определенных допущений. обычно скорость приводнения буя велика, поэтому при ударе о воду образуется каверна. Погруженную часть будем представлять в виде половины трехосного эллипсоида, причем одна из его осей равна глубине погружения головной части, вторая ось найдется как R(s)/sinq, где R - текущий радиус погруженной части каверны, который зависит от числа кавитации s, а q - угол приводнения. Присоединенные массы погруженной части будем находить как половины присоединенных масс трехосного эллипсоида. В общем виде алгоритм вычисления силы удара и перегрузок состоит из следующих шагов: Шаг 1.На предварительном этапе допустимая скорость приводнения определялась при следующих допущениях: - изделие приводняется нормально к водной поверхностиФормула для вычисления величины коэффициента сопротивления парашюта имеет вид: (1.3) Здесь: cw0 - коэффициент воздухопроницаемости ткани, из которой сделан купол парашюта; k1 - коэффициент, характеризующий гидравлические потери; b - коэффициент, учитывающий увеличение скорости обтекания парашюта воздухом в районе его миделевого сечения; L - длина стропы, отнесенная к радиусу купола парашюта в раскрое;Площадь парашюта, обеспечивающего заданные скорость и угол отклонения гидроакустического буя от вертикали в момент приводнения определились из условия режима установившегося движения гидроакустического буя в диапазоне высот (для самолета) и не менее (для вертолета) со скоростью При установившемся движении (рис.10) сумма сил сопротивления парашюта и груза равна сумме их весов и : где плотность атмосферы, ;Коэффициент сопротивления парашюта вычисляется при помощи формулы (1.3) и зависит от многих коэффициентов и параметров. Основными из них являются коэффициент воздухопроницаемости ткани, из которой изготовляется купол парашюта и относительная длина строп (отношение длины стропы к радиусу купола в раскрое). Коэффициент искусственной воздухопроницаемости также влияет на сопротивление парашюта, но его главное назначение обеспечить устойчивость движения парашюта. В связи с этим были проведены исследования влияния коэффициента воздухопроницаемости ткани на коэффициент сопротивления парашюта.Для выбора методики аэродинамической нагрузки в момент ввода парашюта в действие и проверки не превышения заданной в задании перегрузки определена величина безразмерного критерия - числа Ньютона: , где плотность атмосферы, , площадь парашюта, ; масса груза, кг.Расчет перегрузки рассчитывается по формуле: где перегрузка;Несущая способность системы строп определяется по формуле: где несущая способность системы строп, H; коэффициент, учитывающий не одновременность работы строп и уменьшение их прочности от воздействия различных эксплуатационных факторов; Коэффициент запаса прочности по стропам определяется по формуле; При увеличении количест
План
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Предварительное определение основных параметров парашютной системы
1.1 Определение скорости приводнения
1.1.1 Основные сведения из теории удара при приводнении
1.1.2 Алгоритм решения задачи
1.1.3 Анализ полученных результатов
1.2 Основные параметры парашюта
1.2.1 Коэффициент сопротивления парашюта
1.2.2 Определение площади парашюта
1.2.3 Влияние параметров парашюта на коэффициент его сопротивления
1.2.4 Определение аэродинамической нагрузки
1.2.5 Расчет перегрузки
1.2.6 Расчет стропной системы парашюта
1.2.7 Заглубление аппарата при приводнении
2. Внешняя баллистика
2.1 Начальные условия. Параметры атмосферы
2.2 Алгоритм решения задачи движения объекта на воздушном участке траектории
2.3 Возникающие перегрузки при раскрытии парашюта
2.4 Траектория системы "груз-парашют"
3. Конструкция ПС
3.1 Описание выбранной конструкции
3.1.1 Конструкция купола парашюта
3.1.2 Камера
3.1.3 Звено вытяжное
3.1.4 Кольцо шнуровое
3.1.5 Схема действия парашютной системы для гидроакустического буя
3.2 Материалы
3.2.1 Хранение и устойчивость к внешним воздействующим факторам
3.2.2 Влияние повышенной температурной среды
3.2.3 Влияние пониженной температурной среды
3.2.4 Влияние повышенной влажности воздуха
3.2.5 Показатели оценки технологичности
Заключение
Список использованных источников
Введение
В настоящее время парашюты и парашютные системы широко применяются для различных целей: для спасения летчиков при аварии самолета, спуска на землю людей, подопытных животных и исследовательской аппаратуры с самолетов, ракет и космических кораблей, для торможения самолета при посадке на взлетно-посадочную полосу ограниченного размера, десантирования различных грузов.
С парашютом можно спускать грузы весом и менее 1 кг и в несколько тонн; при этом парашюты можно вводить в действие на скоростях от 5 до 1000 м/сек. Такой широкий диапазон веса грузов и скоростей вызывает необходимость разрабатывать различные конструкции и способы введения в действие парашютов и парашютных системы. При этом должна быть обеспечена необходимая прочность парашютов, воспринимающих при раскрывании значительные нагрузки и подвергающихся в отдельных случаях воздействию высоких температур торможения. Возможность десантирования из самолетов разных грузов определяется в первую очередь разрешающей способностью самолета. Если самолет способен поднять и транспортировать груз, а также сбросить этот груз в полете, то создание парашютной системы для десантирования такого груза не является большой проблемой. Обычно трудности возникают при необходимости обеспечить грузу малую скорость приземления, скорость груза в момент введения парашютной системы в действие, допустимых перегрузок торможения.
Объект исследования: парашютные системы для обеспечения заданных характеристик приводнения гидроакустического буя (ГБ), математические модели для описания поведения системы "буй - парашют" при внешних воздействиях, характерных для заданных режимов движения на воздушном участке траектории, при приводнении и проникании буя под поверхность воды.
Цель работы: разработка моделей, алгоритмов и расчетное обоснование выбора парашютной системы из условия обеспечения допустимых перегрузок при раскрытии парашюта после отделения от авиационного носителя и приводнении буя.
Схема действия такой системы представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема действия парашютной системы
Действие парашютной системы (ПС) может быть разбито на следующие этапы: 1 этап - свободное падение буя с момента его отделения от носителя до введения парашюта в действие. В авиационных системах обычно используется принудительное введение парашюта в действие с помощью вытяжного звена, один конец которого закреплен на носителе, а другой прикреплен к уздечке парашюта буя, находящегося в специальной камере. На первом этапе скорость буя изменяется от скорости носителя Vнос до скорости V1 в момент введения парашюта в действие. Это изменение скорости происходит за счет сопротивления воздуха, действующего на буй, по законам свободного падения тела в воздухе. Продолжительность первого этапа при использовании авиационных буев обычно незначительна и не превышает 1 - 2 с. Иногда этот этап искусственно увеличивают для ускорения процесса постановки или с целью уменьшения скорости движения буя в момент введения парашютной системы в действие. Тогда введение парашюта в действие производится при помощи специального прибора, например, комбинированного авиационного прибора КАП-3.
2 этап - вытягивание из парашютной камеры купола и строп на всю длину. Начинается наполнение купола парашюта воздухом. Скорость системы в момент начала наполнения купола обозначим Vo. Продолжительность 2 этапа зависит от длины купола и строп, скорости буя к концу 1 этапа, высоты и др. Надо отметить, что изменение скорости буя происходит, в основном, за счет сопротивления самого буя (вес системы при этом уменьшается на величину веса парашюта).
3 этап - наполнение купола парашюта воздухом. Скорость снижения системы в процессе наполнения купола быстро изменяется, достигая к концу этапа значения VH - скорости в момент полного наполнения купола. При этом в системе действует максимальная нагрузка. Время наполнения купола воздухом зависит от Vo, конструкции и свойств купола парашюта, в том числе, воздухопроницаемости ткани и др. Процесс наполнения парашюта является резко неустановившемся и трудно поддающимся математическому описанию. В настоящей работе, где проводятся предварительные исследования, этот процесс описывался приближенно, а основной целью такого описания являлась оценка значений коэффициента перегрузок, испытываемых системой "груз-парашют" в момент наполнения парашюта.
4 этап - снижение буя с наполненным куполом. Скорость системы изменяется с VH до Vсн. Установившаяся скорость вертикального снижения изза увеличения плотности воздуха постепенно уменьшается и перед приводнением достигает величины Vпр.
Выбор параметров парашютной системы определяется тактико-техническими требованиями, основные из которых приведены в таблице 1.
Основные тактико-технические требования Таблица 1
№ п/п Тактико-технические требования Значение параметра
1 Массогабаритные параметры буя
-длина, мм 800
-диаметр, мм 440
-масса, кг 30
2 Авиационные носители-постановщики самолеты типа ТУ-142 МЗ, ИЛ-38, вертолеты типа КА-27 ПЛ
3 Высота сбрасывания изделия, м: -минимальная 400
-максимальная 800
4 Скорость носителя в момент сбрасывания, км/час
200-750
5 Угол приводнения, град не менее от вертикали
6 Допустимая перегрузка при приводнении, единицы g
100
7 Допустимое переуглубление, м не более 3
Из условия не превышения допустимых перегрузок определялась максимальная скорость изделия при приводнении. Зная потребное значение скорости и массу изделия, можно определить площадь купола парашюта и другие его параметры.
Классификация парашютов.
По назначению: • грузовые (однокупольные и многокупольные);
Грузовые парашюты - применяются для десантирования крупногабаритных тяжелых грузов, как правило, в военных и спасательных целях. Грузы (например, боеприпасы и продукты в ящиках, боевые машины десанта с экипажем) закрепляются на грузовой платформе, к которой крепят одно или многокупольную парашютную систему. В однокупольной системе используются один большой по площади купол, в многокупольной (МКС) - несколько (от 2 до 12) небольших. Выброску производят с транспортных самолетов, например Ил-76, через открывающуюся в воздухе рампу. Вытаскивания грузовой платформы из самолета производится с помощью вытяжного парашюта, вводимого воздушным потоком. Грузовые парашютные системы для смягчения приземления используют пороховые тормозные системы ускорители, включаемые непосредственно перед касанием земли и производящие дополнительное торможение. Примеры: Система МКС-5-128М (рис. 2) предназначена для десантирования грузов массой до 8500 кг из самолетов Ан-12Б, Ан-22 и Ил76. Высота десантирования 8000 м. Скорость снижения с грузом до 8500 кг-до 7,0 м/с. МКС-5-128М состоит из вытяжной парашютной системы ВПС-12130, вытяжным куполом и крестообразным поддерживающим куполом, блока стабилизирующего парашюта с круглым куполом площадью 30 , пяти блоков основных парашютов, звеньев парашютных камер, скоб для соединения звеньев. Стабилизирующий парашют обеспечивает стабильное снижение системы до раскрытия основных куполов.
Рисунок 2 - Парашютная система МКС-5-128М
Однокупольная бесплатформенная парашютно-реактивная система ПРСМ-915 (рис. 3) предназначена для десантирования грузов массой 7400 кг. Высота десантирования 500-1500 м. Скорость снижения с грузом 16-23 м/с. В системе используются один 540 метровый купол и реактивная система мягкой посадки.
Рисунок 3 - Парашютно-реактивная система ПРСМ-915
Спускаемые аппараты космических кораблей также используют грузовые парашюты , созданные специально для них. Сегодня возвращение экипажа и оборудования таким способом является более дешевым вариантом по сравнению с многоразовыми кораблями.
Тормозные парашюты - используются для быстрого торможения при больших начальных скоростях, когда другие способы торможения малоэффективны. Такие парашюты (рис. 4) применяются на реактивных самолетах, некоторых специальных автомобилях, устанавливающих рекорды скорости. Без применения тормозных парашютов на указанных аппаратах приходилось бы строить слишком длинные посадочные полосы. Особенности тормозных парашютов: небольшая площадь, обычно крестообразная форма.
Рисунок 4 - Тормозной парашют
Вспомогательные парашюты - называют парашюты (рис. 5), обеспечивающие работу других куполов. Вытяжные парашюты служат для раскрытия основных (или запасных) парашютов. Они бываю жесткие (с пружинным каркасом) и мягкие (без него). Стабилизирующие парашюты также являются вытяжными, но предварительно выполняют дополнительную функцию - стабилизацию падения парашютиста (груза). Поддерживающие парашюты, применяемые на некоторых системах (например, ПЛП-60), нужны для предотвращения неправильного процесса раскрытия.
Рисунок 5 - Вспомогательный парашют
Пристрелочные парашюты - используются для пристрелки, то есть для определения точки выброски парашютистов. Пристрелочный парашют должен обеспечивать скорость снижения под куполом такую же, как в среднем у парашютистов, то есть 5 м/с. Так как расчет точки выброски ведется для нейтрального купола, пристрелочный парашют должен быть нейтральным.
Людские парашюты - это все парашютные системы (рис. 6), предназначенные для прыжков людей. Таких систем существует больше всего, и их надо классифицировать отдельно.
Рисунок 6 - Людские парашюты
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
