Перегрузки при прыжках с парашютом

При падении тела на него действует сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Если падение происходит в течение короткого промежутка времени (при прыжке в воду, спортивном прыжке в высоту), то сопротивление воздуха ничтожно и можно считать, что в этом случае перегрузка равна нулю.

При длительном падении, когда скорость падения достигает большой величины, например при затяжном прыжке с парашютом, сопротивление воздуха становится значительным. Перегрузка при этом по мере падения возрастает (рис. 36). Сила сопротивления воздуха направлена в сторону, противоположную движению тела, поэтому ускорение падения с некоторого момента начнет уменьшаться (рис. 37).

Рис. 36. Изменение перегрузки при падении с аэростата до раскрытия парашюта: Q — сила сопротивления воздуха; G — сила веса человека; t — время падения; n — перегрузка

Рис. 37. Величина скорости V и ускорения g (за единицу g принято 9,81 м/сек²) падающего человека в зависимости от продолжительности падения t сек: 1 — скорость падения в безвоздушном пространстве; 2 — скорость падения в воздухе; 3 — ускорение при падении в воздухе

Когда же скорость падения будет такой, что сила сопротивления воздуха окажется равной силе веса, ускоренное падение прекратится и тело будет падать с постоянной равновесной скоростью (см. рис. 37). При дальнейшем падении скорость падения начнет медленно уменьшаться, так как по мере приближения к земле плотность воздуха увеличивается, а вместе с ней увеличивается и сила сопротивления.

При затяжном прыжке с парашютом на высотах 2—3 км парашютист приобретает равновесную скорость на 11 —12 сек. Она примерно равна 50 м/сек. При прыжках на больших высотах равновесная скорость вследствие разреженности воздуха наступает позже и достигает больших величин. Так, при прыжке с высоты 12 000 м скорость становится равновесной через 18—20 сек при величине 90 м/сек. Сказанное выше относится к прыжку с аэростата. При прыжке с самолета картина несколько меняется.

В первый момент после оставления самолета летчик подвергается перегрузке только от действия встречного потока воздуха; направление перегрузки совпадает с направлением полета. При оставлении современного скоростного самолета она может быть значительной. Например, при прыжке из самолета, летящего со скоростью 360 км/час, человек испытывает почти четырехкратную перегрузку.

По мере падения парашютиста составляющая перегрузки в направлении полета уменьшается и вскоре, через 10—12 сек, доходит до нуля; вертикальная же составляющая достигает единицы.

Парашют благодаря своей большой поверхности (40-60 м²) и специальной форме имеет большое аэродинамическое сопротивление, вследствие чего он при раскрытии быстро затормаживает падение парашютиста. Процесс торможения происходит настолько быстро, что со стороны он даже незаметен. Зрителю видна стремительно падающая человеческая фигура, затем появляется белое облачко купола, раскрывающегося с легким хлопком, и человек уже висит под куполом (рис. 38).

Рис. 38. Схема парашютного прыжка: 1 — оставление самолета; 2 — раскрытие ранца; 3 — выход вытяжного парашюта; 4 — вытягивание купола; 5 — вытягивание строп; 6 — наполнение купола; 7 — купол раскрыт; 8 — снижение

Прыгающий с парашютом ощущает раскрытие парашюта и торможение в виде более или менее резкого удара. Перегрузка при этом колеблется в широких пределах, зависящих от многих факторов (рис. 39).

Рис. 39. График изменения перегрузок на различных фазах раскрытия парашюта

Основным фактором, определяющим величину перегрузки при раскрытии парашюта, является скорость падения парашютиста, причем перегрузка зависит от квадрата скорости падения.

Большое влияние на величину перегрузки при раскрытии парашюта оказывают плотность ткани и форма купола.

Скорость падения парашютиста складывается из скорости падения и скорости полета. При прыжке из скоростного самолета последняя вначале значительно превосходит скорость свободного падения.

Изменение плотности воздуха с высотой при данной истинной скорости падения почти не влияет на величину перегрузки, создающейся при раскрытии парашюта. Однако при выполнении прыжков на больших высотах перегрузка значительно увеличивается.

Если, например, раскрыть парашют на высоте 1000 м после падения в течение 15 сек, перегрузка будет около 6; раскрытие парашюта после такой же задержки на высоте 7000 м вызывает перегрузку, равную примерно 12, т. е. вдвое больше; на высоте 11 000 м при тех же условиях перегрузка будет почти втрое больше, чем на высоте 1000 м.

Увеличение перегрузок на большой высоте объясняется тем, что вследствие уменьшения плотности воздуха величина равновесной скорости падения становится значительно больше.

При прыжках с больших высот, если скорость самолета небольшая, целесообразно раскрывать парашют тотчас после отделения от самолета или на малых высотах. Если скорость полета самолета большая, необходима задержка раскрытия парашюта до малых высот (менее 4 км).

При затяжном прыжке наиболее благоприятным положением для сохранения устойчивости при падении и для обзора земли является положение плашмя с некоторым наклоном головы вниз. Но если иметь в виду условия, облегчающие перенесение перегрузки, то наиболее благоприятным является положение ногами вниз. При прыжке с современным парашютом парашютист оказывается в таком положении независимо от того, в каком положении он находился за время вытягивания купола и строп из чехла.

При приземлении перегрузка зависит от квадрата скорости приземления парашютиста, его веса вместе с парашютом и расстояния, на котором гасится скорость.

Скорость приземления является геометрической суммой скоростей снижения и ветра. Следовательно, для приземления во время ветра характерно увеличение перегрузки.

Рис. 40. Приземление парашютиста

Чем больше путь торможения, тем меньше при прочих равных условиях перегрузка. При приземлении на мягкую почву перегрузка уменьшается. При скорости снижения 5 м/сек и погашении ее на пути около 0,5 м за счет сгибания коленей и туловища (рис. 40) перегрузка равна примерно 3,5.