Парашютно-десантное амортизационное устройство со средством ориентации объекта продольной осью по потоку Российский патент 2024 года по МПК B64D1/14 

Изобретение относится к парашютно-десантной технике, к парашютно-десантным амортизационным устройствам со средством ориентации объекта продольной осью по направлению ветрового сноса при скорости приземного ветра, превышающей скорость установившегося снижения объекта на парашютной системе (ПС), с целью обеспечения устойчивости объекта при посадке: на сушу, на воду и на другие заданные поверхности и для уменьшения скорости наноса объекта на приземляющуюся ПС.

Устройство может использоваться преимущественно в парашютно-бесплатформенных системах с пневмоамортизаторами принудительного наполнения с замкнутыми оболочками, а также в платформенных и в других парашютно-десантных системах с принудительным наддувом оболочек пневмоамортизаторов, для десантирования различных объектов, например, гусеничных машин, различных грузов и техники.

Процесс посадки (приземления) объекта происходит в приземном слое воздуха (нижняя часть пограничного слоя толщиной 30…50 метров, непосредственно прилегающая к земной поверхности).

Физические свойства атмосферы в приземном слое (движение воздушных масс - ветер, турбулентность, плотность воздуха, температура, влажность, барометрическое давление и др.) отличаются от свойств атмосферы выше приземного слоя, подвержены постоянным изменениям и могут оказать негативное влияние на результаты (параметры) посадки.

В момент приземления скорость объекта относительно земли может иметь, кроме вертикальной составляющей, также горизонтальную - скорость ветра, отрицательно влияющую на его устойчивость. Кроме того, объект при вертикальном спуске может раскачиваться, в какой-то момент оказываясь наклоненным под некоторым углом к поверхности посадки. При этом неизбежно возникновение горизонтальной скорости и угла встречи между объектом и поверхностью посадки.

За ветровую нагрузку на объект в его рабочем положении принимается предельная ветровая нагрузка, зависящая от распределенной ветровой нагрузки на объект и площади его наветренной стороны, при которых должна обеспечиваться безаварийная работа: снижение на ПС, поворот под действием силы ветра, ориентация объекта продольной осью по направлению ветрового сноса (по потоку), устойчивая посадка без опрокидывания объекта и для уменьшения скорости наноса объекта на приземляющуюся ПС.

При посадке с боковым сносом объект, например, не содержащий средство ориентации объекта продольной осью по потоку, производит посадку преимущественно сориентированным продольной осью поперек набегающего потока воздуха в приземном слое. Причина: общая боковая (то есть, самая длинная) наветренная поверхность объекта вдоль его продольной оси имеет наибольшую площадь, примерно равномерно распределенную по обе стороны относительно вертикальной оси, проходящей через его центр масс.

Как следствие и ветровая нагрузка на наветренной боковой поверхности по обе стороны объекта относительно вертикальной оси распределится примерно равномерно, что исключит его поворот относительно вертикальной оси и, следовательно, не позволит сориентировать объект продольной осью по потоку.

При этом процесс посадки с боковым сносом продольной осью поперек потока может привести к потере устойчивости: к наклону с заваливанием объекта на бок (на 90 градусов) или к его опрокидыванию (на 180 градусов).

При потере объектом устойчивости с заваливанием его на бок или опрокидыванием не может быть обеспечена его полная сохранность, что может поставить под угрозу выполнение поставленной задачи или исключить готовность объекта к ее выполнению (для объекта с экипажем внутри), в том числе - к выполнению боевой задачи, и т.п.

Из «Уровня техники» известно «Устройство управления азимутом сбрасываемой платформы» (патент US №3081971, 19.03.1963 г., кл.: 244-138).

Устройство в виде парашютной платформы с верхним и нижним основаниями содержит, по меньшей мере, один цилиндр, в котором размещен отсек с поршнем, надувной стабилизатор на конце поршня, и баллон со сжатым газом. Цилиндр с надувным стабилизатором расположен снизу верхнего основания платформы вдоль ее продольной оси с возможностью выдвижения поршня со стабилизатором специальным механизмом за пределы платформы, наддува его сжатым газом из баллона до заданной формы, с последующей фиксацией заданного положения с целью обеспечения ориентации платформы продольной осью по потоку.

Недостатками известного устройства являются: невозможность его использования в парашютно-бесплатформенных системах с принудительным наполнением пневмоамортизаторов для десантирования объектов, сложность конструкции, необходимость использования источника сжатого газа в виде баллона, наличие устройства для запуска баллона для подачи сжатого газа в надувной стабилизатор, значительная масса, и др.

Целями настоящего технического решения являются:

- расширение заданного диапазона эксплуатационных характеристик (диапазон погодных условий, рельеф применения парашютно-десантных систем: вода, рельеф с жесткими выступами, наклонная площадка заданного уклона, снег заданной высоты и др.);

- упрощение эксплуатации и конструкций устройства, снижение массы средства ориентации объекта продольной осью по потоку;

- снижение себестоимости средства ориентации объекта продольной осью по потоку за счет изготовления ее оболочки из материала оболочки воздушного амортизатора;

- использование технического решения в платформенных, бесплатформенных и других парашютно-десантных системах;

- исключение использования баллона со сжатым газом;

- исключение использования устройства для запуска баллона для подачи сжатого газа в надувной стабилизатор.

Средствами достижения целей являются:

- использование энергетического ресурса компрессора парашютно-десантного амортизационного устройства для наддува (наполнения) оболочки аэродинамического элемента при наддуве (наполнении) оболочек воздушного амортизатора атмосферным воздухом;

- использование вещественного ресурса окружающей среды - отрицательного воздействия ветровой энергии на объект при его ветровом сносе путем ее преобразования в полезную механическую работу - поворота и ориентации объекта продольной осью по потоку перед посадкой.

Новым с положительным эффектом является:

1. Снабжение объекта аэродинамическим элементом в виде мягкой замкнутой оболочки с гибким воздуховодом и каркасом, сообщающейся с компрессором, установленным на периферии одной из смежных поверхностей относительно вертикальной оси и параллельно вертикальной продольной плоскости, проходящих через его центр масс, без использования внешнего источника сжатого газа. Наполнение мягкой замкнутой оболочки аэродинамического элемента производится через гибкий воздуховод, сообщающийся с компрессором, при наполнении воздушного амортизатора.

2. Использование дополнительной площади аэродинамического элемента для части наветренной стороны объекта относительно его вертикальной оси и за счет этого создания в совокупности заданного поворотного момента от воздействия ветровой силы, гарантированно позволяющего обеспечить поворот и ориентацию объекта набегающим потоком приземного воздуха продольной осью по потоку перед посадкой.

Технический результат заключается в устранении недостатков известного «Устройства управления азимутом сбрасываемой платформы».

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания технического решения «Парашютно-десантное амортизационное устройство со средством ориентации объекта продольной осью по потоку» (с пневмоамортизаторами принудительного наполнения), при скорости приземного ветра, превышающей скорость установившегося снижения на ПС, для обеспечения устойчивости объекта при посадке на сушу, на воду и на другие заданные поверхности, и для уменьшения скорости наноса объекта на приземляющуюся ПС.

Поставленная задача решена следующим образом.

Технический результат обеспечивается тем, что «Парашютно-десантное амортизационное устройство со средством ориентации объекта продольной осью по потоку» содержит парашют и воздушный амортизатор с установленным на нем объектом, на котором закреплен компрессор, соединенный с амортизатором гибким воздуховодом. Объект снабжен аэродинамическим элементом в виде мягкой замкнутой оболочки с гибким воздуховодом и каркасом, который своим свободным концом сообщается с компрессором через его гибкий воздуховод. Аэродинамический элемент установлен на периферии одной из длинных смежных поверхностей относительно вертикальной оси и параллельно вертикальной продольной плоскости, проходящих через его центр масс. Наполнение оболочки аэродинамического элемента производится компрессором при наполнении воздушного амортизатора.

Подача воздуха, наполнения оболочки атмосферным воздухом и придание заданной формы аэродинамического элемента одновременно при наполнении воздушного амортизатора практически не сказывается негативно на производительности и штатном функционировании компрессора. Так, например, для гусеничной машины Полетной массой 14 700 кг на заполнение полости аэродинамического элемента до заданного избыточного давления дополнительно расходуется менее 1,2 процента от объема воздушного амортизатора. При этом время, затраченное на наполнение аэродинамического элемента, составляет менее 1,5 процента от времени работы компрессора. Указанные отклонения находятся в пределах заданных допусков параметров.

Устройство имеет следующие частные случаи исполнения.

Каркас оболочки аэродинамического элемента выполнен складывающимся.

Каркас оболочки аэродинамического элемента выполнен из армированного пластика.

Аэродинамический элемент расположен на корме объекта.

Оболочка аэродинамического элемента выполнена плоской формы.

Оболочка аэродинамического элемента выполнена из материала оболочки воздушного амортизатора.

Оболочка аэродинамического элемента расположена снаружи каркаса.

Оболочка аэродинамического элемента расположена внутри каркаса.

Гибкий воздуховод оболочки аэродинамического элемента сообщается с компрессором через его гибкий воздуховод.

Гибкий воздуховод оболочки аэродинамического элемента выполнен из материала гибкого воздуховода компрессора.

Выполнение каркаса оболочки аэродинамического элемента складывающимся позволит снизить его габариты в сложенном виде.

Выполнение каркаса оболочки аэродинамического элемента из армированного пластика позволит снизить его массу без снижения заданной прочности.

Расположение аэродинамического элемента на корме объекта, то есть максимально удаленно (на периферии одной из длинных смежных поверхностей относительно вертикальной оси) от вертикальной оси вращения позволит создавать максимальный момент поворота и ориентации средства ориентации продольной осью по потоку.

Выполнение гибкого воздуховода оболочки аэродинамического элемента сообщающимся с компрессором через его гибкий воздуховод позволит минимизировать длину трассы прокладки гибкого воздуховода от компрессора до аэродинамического элемента, что в совокупности позволит повысить надежность средства ориентации продольной осью по потоку.

Выполнение оболочки аэродинамического элемента плоской формы позволит обеспечить заданные аэродинамические характеристики средства ориентации продольной осью по потоку при снижении и при ветровом сносе.

Выполнение оболочки аэродинамического элемента из материала оболочки воздушного амортизатора позволит повысить коэффициент использования материала, оптимизировать раскрой материала оболочек (снизить технологические отходы), снизить общие расходы на материал и трудозатраты по раскрою.

Расположение оболочки аэродинамического элемента снаружи каркаса позволит минимизировать потерю его функциональной работоспособности по прямому назначению при частичной потере воздуха, например, при несанкционированном падении заданного давления в оболочке.

Расположение оболочки аэродинамического элемента внутри каркаса позволит минимизировать нарушение ее герметичности.

Изобретение поясняется фигурами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами варианта частного случая выполнения «Парашютно-десантного амортизационного устройства со средством ориентации объекта продольной осью по потоку».

Фиг. 1 отображает вид сбоку устройства в рабочем положении перед посадкой (приземлением), аэродинамический надувной элемент в рабочем положении выступает за корму объекта, сориентированного продольной осью по потоку. Компрессор закреплен на корме сверху объекта на специальной раме. Ряд стрелок слева объекта показывают направление приземного ветра по потоку, стрелка на воздуховоде воздушного амортизатора показывает направление подачи воздуха из компрессора в воздушный амортизатор.

Фиг. 2 отображает вид сверху на корму объекта с размещенным на нем аэродинамическим элементом, сориентированным относительно вертикальной оси и параллельно вертикальной плоскости, проходящих через его центр масс. Стрелка на аэродинамическом элементе показывает направление поступления воздуха в него из компрессора.

Устройство содержит парашют 1 и воздушный амортизатор 2 с установленным на нем десантируемым объектом 3 с компрессором 4, соединенным гибким воздуховодом 5 с воздушным амортизатором 2 (фиг. 1).

Объект 3 снабжен аэродинамическим элементом 6 в виде мягкой замкнутой надувной оболочки, например, плоской формы, с каркасом 7, соединенным гибким воздуховодом 8. Второй конец гибкого воздуховода 8 интегрирован в гибкий воздуховод 5 (фиг. 1, фиг. 2).

Аэродинамический элемент 6 выполнен с заданной активной наветренной площадью, в рабочем положении выступающей за контур проекции наветренной стороны объекта 3, и установлен на его корме в открытой сверху и с торца конструктивной нише 9 в подготовленном виде к парашютному десантированию, и зачекован (фиг. 1, фиг. 2).

В рабочем положении аэродинамический элемент 6 сориентирован параллельно вертикальной продольной плоскости 10, проходящей через продольную 11 и вертикальную 12 оси, проходящих через центр масс 13 (фиг. 2).

Активная площадь аэродинамического элемента 6 рассчитывается, исходя из его расположения на объекте 3 вдоль продольной оси 11, относительно центра масс 13, проходящих через вертикальную ось 12; полетной массы; заданного диапазона скорости приземного ветра 14 (ветрового потока); высоты посадки над уровнем моря; физических характеристик атмосферы в приземном слое воздуха; заданных вертикальных и горизонтальных составляющих скорости спуска в приземном слое воздуха; заданных перегрузок при посадке, а также исходя из других заданных параметров (фиг. 1, фиг. 2).

При необходимости, поверх оболочки аэродинамического элемента 6 для ее усиления может быть дополнительно прикреплен мягкий силовой каркас из плоских капроновых лент, выполненных во взаимно-перпендикулярных направлениях, например, посредством пошивочных швов (позиция плоских капроновых лент на фиг. 1 и фиг. 2 не обозначена).

При необходимости, устройство может быть снабжено обратным клапаном, интегрированным в мягкую оболочку аэродинамического элемента 6 или в гибкий воздуховод 8 (позиция обратного клапана на фиг. 1 и фиг. 2 не обозначена не обозначена).

Работа аэродинамического элемента 6 начинается после выхода объекта 3 со средствами десантирования, например, из грузовой кабины летательного аппарата и установившегося спуска: расчековка, выдвижение каркаса до рабочего положения, раскрытие, силовая фиксация в рабочем положении аэродинамического элемента 6 с каркасом 7, наполнение аэродинамического элемента 6 воздухом от компрессора 4 при наполнении воздушного амортизатора 2 (фиг. 1, фиг. 2). Поворот, ориентация аэродинамического элемента 6 и объекта 3 продольной осью 11 по ветровому потоку 14. Безаварийная посадка объекта 3 в заданном районе.

Функционирование аэродинамического элемента 6 основано на преобразовании энергии ветра в механическую работу в форме поворота и установки объекта 3 продольной осью 11 по ветровому потоку 14, обеспечивая тем самым его устойчивость при посадке.

Воздушный поток, воздействуя в приземном слое воздуха (перед посадкой) на суммарную (то есть, на большую) наветренную часть площади объекта 3 с добавленной площадью аэродинамического элемента 6, считая от вертикальной оси 12 (фиг. 1), проходящей через центр масс 13, соответственно создает больший момент силы, прикладываемый к нему, и объект 3 начинает поворот в том же направлении вокруг вертикальной оси 12 (фиг. 1, фиг. 2).

Вследствие воздействия набегающего потока приземного ветра 14 на большую суммарную боковую площадь части поверхности объекта 3, считая от вертикальной оси 12, объект 3 поворачивается и ориентируется продольной осью 11 по ветровому потоку 14.

Поворот объекта 3 происходит автоматически управляемый без участия человека или какого-либо дополнительного механизма.

Когда аэродинамический элемент 6 при повороте сориентирует объект 3 в положение продольной осью 11 по потоку 14, силы ветрового воздействия окажутся направлены на его торцовую поверхность по нормали (то есть, перпендикулярно), поэтому, как следствие, их равнодействующая сил станет равна нулю, объект 3 примет уравновешенное состояние, исключающее его неуправляемое вращение вокруг вертикальной оси 12 или установку объекта 3 в положение продольной осью 11 поперек ветрового потока 14 (фиг. 1, фиг. 2).

При посадке после отделения парашюта 1 от подвесной системы, последняя отделяется от объекта 3 или подачей команды системе ускоренной (автоматической) расшвартовки подвесной системы (изнутри объекта 3), или - вручную (снаружи объекта 3).

После посадки и расшвартовки объекта 3 при необходимости производится демонтаж аэродинамического элемента 6 и его частей, могущих негативно повлиять на штатную работу объекта 3 и экипажа, или вручную, или дистанционно расчековкой.

Объект 3 готов для выполнения поставленных задач.

Техническое решение по настоящему изобретению пригодно к выпуску промышленным способом на отечественном оборудовании с использованием типовых технологических процессов и технологического оборудования и инструмента, из недефицитных отечественных материалов и комплектующих на машиностроительных предприятиях (цехах), в том числе - по производству парашютно-десантной техники (ПДТ) и по пошиву мягких оболочек пневмоамортизаторов.

Использование изобретения по назначению и его утилизация в полном объеме его материальной части не наносят вреда окружающей среде и человеку.

Изобретение относится к парашютно-десантной технике, к парашютно-десантным амортизационным устройствам со средством ориентации объекта продольной осью по потоку. Парашютно-десантное амортизационное устройство содержит парашют и воздушный амортизатор с установленным на нем объектом, на котором закреплен компрессор, сообщающийся с воздушным амортизатором гибким воздуховодом. При этом объект снабжен аэродинамическим элементом в виде мягкой замкнутой оболочки с каркасом и гибким воздуховодом, сообщающейся с компрессором, установленным на периферии одной из длинных смежных поверхностей относительно вертикальной оси и параллельно вертикальной продольной плоскости, проходящих через его центр масс. Причем наполнение оболочки аэродинамического элемента производится компрессором при наполнении воздушного амортизатора. Ветровая энергия в приземном слое воздуха, действующая на объект, снабженный аэродинамическим элементом, преобразуется в полезную механическую работу по его повороту и установке продольной осью по потоку, обеспечивая безаварийную посадку. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Парашютно-десантное амортизационное устройство, содержащее парашют и воздушный амортизатор с установленным на нем объектом, на котором закреплен компрессор, сообщающийся с воздушным амортизатором гибким воздуховодом, отличающееся тем, что объект снабжен аэродинамическим элементом в виде мягкой замкнутой оболочки с каркасом и гибким воздуховодом, сообщающейся с компрессором, установленным на периферии одной из длинных смежных поверхностей относительно вертикальной оси и параллельно вертикальной продольной плоскости, проходящих через его центр масс, где наполнение оболочки аэродинамического элемента производится компрессором при наполнении воздушного амортизатора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каркас оболочки выполнен складывающимся.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что каркас оболочки выполнен из армированного пластика.

4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что аэродинамический элемент расположен на корме объекта.

5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что оболочка аэродинамического элемента выполнена плоской.

6. Устройство по пп. 1-5, отличающееся тем, что оболочка аэродинамического элемента выполнена из материала оболочки воздушного амортизатора.

7. Устройство по пп. 1-6, отличающееся тем, что оболочка аэродинамического элемента расположена снаружи каркаса.

8. Устройство по пп. 1-7, отличающееся тем, что оболочка аэродинамического элемента расположена внутри каркаса.

9. Устройство по пп. 1-8, отличающееся тем, что гибкий воздуховод оболочки аэродинамического элемента сообщается с компрессором через его гибкий воздуховод.

10. Устройство по пп. 1-9, отличающееся тем, что гибкий воздуховод оболочки аэродинамического элемента выполнен из материала гибкого воздуховода компрессора.