Аэродинамическое качество крыла

Число, показывающее, во сколько раз подъемная си-

ла крыла на данном угле атаки, больше силы лобового сопротивления называется аэродинамическим качест-

вом

По этой величине судят об аэродинамическом совер­шенстве крыла и всей системы груз-парашют. Посколь­ку коэффициенты подъемной силы и лобового сопротив­ления зависят от угла атаки, то и качество зависит от него. Такая зависимость объясняется картиной распре­деления давления по крылу. От распределения давления в свою очередь зависит положение точки перехода ла­минарного пограничного слоя в турбулентный, что влия­ет и на величину коэффициента сопротивления трения.

Зависимость С_у и С_х от а находят с помощью экс-

Рис. 21. Спектр обтекания крыла и распределения давления при большом угле атаки: а — обтекание без срыва потока; б — обтека­ние со срывом потока

периментов в аэродинамической труба. Установив опре­деленную скорость потока, замеряют с помощью специ­альных весов Y и Q модели при различных углах ата­ки, после чего подсчитывают аэродинамические коэффи­циенты по формулам:

На рис. 15 показан пример зависимости СY и G_x от а на малых скоростях.

При больших углах атаки, как уже говорилось, на­чинается срыв потока, искажающий картину обтекания и вызывающий некоторое уменьшение средней величины разрежения над крылом (рис. 21), рост С_Y замедляется, а после некоторого угла атаки, называемого критиче­ским (α_кр), начинается падение СY.

Срыв потока во время прыжка обнаруживается по некоторой тряске, мягкое крыло покачивается влево-

вправо, крыло становится не таким жестким, как на меньших углах атаки. Возникновение этих явлений пре­дупреждает парашютиста о том, что угол атаки приб­лижается к критическому. В это время увеличивать угол атаки еще можно, но требуется осторожность, особенно на малой высоте при обработке цели. При угле атаки, равном критическому и больше, мягкое крыло теряет устойчивость, сваливается назад — вправо или влево, и парашютист может получить тяжелую травму.

По мере увеличения угла атаки наблюдается и рост коэффициента С_х, связанный с увеличением сопротивле­ния, вследствие чего уменьшается горизонтальная сос­тавляющая скорости. С_х продолжает увеличиваться и после α_кр, когда роста подъемной силы уже нет.

Поляра крыла

Если по данным значениям С_у и С_х по углу атаки составить график, то мы получим диаграмму, изобра­жающую зависимость между коэффициентами подъем­ной силы и лобового сопротивления крыла (груз-пара­шют и пр.) при разных углах атаки. Такой график на­зывается полярой крыла, или полярной диаграммой потому, что если его построить, взяв для С_у и С_х рав­ные масштабы, то вектор С_R, проведенный из начала координат в любую точку кривой, представляет собой в соответствующем, масштабе величину аэродинамиче­ской силы для данного, угла атаки.

На рис. 22 показан вид поляры мягкого крыла типа По-9. На ней можно отметить следующие точки:

1. Если провести из начала координат вектор к лю­бому углу атаки поляры, то он будет представлять собой диагональ прямоугольника, стороны которого со­ответственно равны С_у и С_х, а угол, заключенный меж­ду С_у и С_R,—угол качества.

2. Угол атаки нулевой подъемной силы α₀ — пере­сечение поляры с осью С_х.

3. Угол атаки, при котором С_х имеет минимальное значение αс _Xмин,— в точке касания к поляре касатель-

иой, проведенной параллельно оси ординат.

4. Наивыгоднейший угол атаки — в точке касания к
поляре касательной, проведенной из начала координату;
при котором максимальное значение аэродинамического

Рис, 22. Поляра крыла

качества и минимальное значение угла качества. При эксплуатации парашюта «мягкое крыло» регулировку его нужно производить так, чтобы при полностью опу­щенных стропах управления крыло находилось на α_нв и минимальном угле качества. Эксплуатационный диапа­зон углов атаки должен находиться между α_нв и α_кр При α_нв Q_мин достигается наибольшая дальность пла­нирования с определенной высоты.

5. Угол атаки критический (α_кр ), при котором ко­эффициент подъемной силы достигает максимального значения. Он находится в точке касания к поляре каса­тельной, проведенной параллельно оси абсцисс. Харак­теризуется он, как было отмечено выше, началом срыва потока обтекания.

6. На поляре крыла имеются два различных угла атаки, при которых угол качества одинаковый. Эти уг­лы определяются на поляре секущей линией, проведен­ной из начала координат (α=15° и α = 60°).

ГлаваIII.

ПЛАНИРУЮЩАЯ ПАРАШЮТНАЯ СИСТЕМА

(мягкое крыло)

На современном этапе развития парашютного спорта основным «спортивным снарядом» является планирую­щая парашютная система, которая имеет в своем соста­ве планирующий парашют типа «мягкое крыло». Это парашют, обладающий аэродинамическим качеством, обеспечивающий горизонтальное перемещение объекта при его снижении. Такие системы предназначаются для выполнения тренировочных и спортивных прыжков спортсменами-парашютистами высших разрядов.

Планирующие парашюты изготавливаются из ткани с нулевой воздухопроницаемостью и обеспечивают:

управляемое планирование с изменяемой горизон­тальной (V_г.п.) и вертикальной (V_Y) скоростью. Управ­ление парашютом осуществляется при помощи строп управления или лямок (свободных концов подвесной системы). У современных планирующих парашютов диа­пазон горизонтальных скоростей (V_г.п.) изменяется в пределах от 12 м/с до 1—2 м/с (при штилевой погоде). Вертикальная скорость (V_Y) изменяется в рабочих ре­жимах от 5-6 м/с до 0 (кратковременно — 1—3 с);

изменение направления планирования, развороты влево, вправо, на 360°, при этом — хорошая управляе­мость (разворот на 360° — за 5 с), происходит увеличе­ние вертикальной скорости снижения (Vy), отклонение парашютиста от вертикальной оси и накренение самого планирующего парашюта;

безопасное приземление при ветре у земли до 10— 12 м/с с заходом парашютиста против направления ветра;

устойчивую работу на всех режимах планирования при плавном втягивании строп управления или натяги­вании свободных концов подвесной системы;

нормальную работу в пределах температуры окру­жающей среды, позволяющей сохранить эластичность ткани;

отсоединение парашюта от подвесной системы, как на земле, так и в воздухе, при помощи замков «КЗУ»;

применение всех типов запасных парашютов в слу­чае отказа основного. При этом необходимо полное от­соединение последнего, за исключением случая нерас-

крытия ранца, при котором отсоединение основного па­рашюта не требуется.

Примечание. В настоящее время имеются запасные парашюты, которые позволяют совместную работу за­пасного парашюта с отказавшим планирующим пара­шютом;

незначительные динамические нагрузки на спортсме­на и парашют при наполнении, что достигается с помо­щью систем рифления различного устройства, растяги­вающих по времени процесс наполнения парашюта и не позволяющих куполу наполниться полностью за ко­роткий промежуток времени;

возможность контактной работы при построении раз­личных формаций во время прыжка на купольную акро­батику.

Схема устройства планирующего парашюта

Как уже говорилось, основным элементом планирую­щей парашютной системы является «мягкое крыло», из­готовленное из ткани с нулевой воздухопроницаемостью. Это, как правило, «купол» с двойной оболочкой, имею­щий в плане форму прямоугольника (рис. 23). Верхнее и нижнее полотнище соединены между собой набором мягких нервюр из ткани. Верхнее, нижнее полотнища, нервюры, стабилизирующие полотнища в зависимости от нагрузок, могут иметь силовые каркасы или усиления (нашитые или вшитые усилительные ленты). Профиль крыла в плане выпукло-вогнутый.

Купол парашюта соединяется со свободными конца­ми подвесной системы при помощи строп, для присое­динения которых со стороны купола на нервюрах, уси­ленных лентой, имеются петли. Другие концы этих строп привязываются к пряжкам-полукольцам свободных кон­цов. К дополнительным стропам, расположенным на зад­ней кромке парашюта, присоединены две стропы управ­ления, каждая из которых монтируется на одном из задних свободных концов подвесной системы. Для удоб­ства работы парашютиста в воздухе стропы управления заканчиваются специальными клевантами или петлями.

С целью создания хорошей устойчивости купола при различных режимах работы, консоли крыла парашюта заканчиваются стабилизирующими полотнищами.

Рис. 23. «Мягкое крыло»

Передняя кромка мягкого крыла (планирующего па­рашюта) имеет отверстия (сопла), которые, обеспечива-

ют наполнение с помощью скоростного, напора

внутренних полостей между верхней и нижней оболоч­
кой, что позволяет ему принять заданную конструкто­
ром форму.

Регулировка парашюта на заданный угол атаки (а) производится с помощью строп, соединяющих купол парашюта со свободными концами.

Рис. 24. Парашют вытяжной: 1 — на­кладка; 2 —основа купола; 3 — пе« ро; 4— конус; 5 — пружина; 6 — уздечка

Часть парашюта, располо­женная между двумя соседни­ми нервюрами, называется сек­цией. В зависимости от их ко­личества парашюты бывают 7, 9-секционными и т. д.

Для снятия динамических нагрузок на парашютиста и парашют в момент наполне­ния планирующие парашюты имеют различные рифления. Конструктивно системы риф­ления могут быть выполнены с помощью шнура рифления, ленты рифления, слайда (косынки), колец рифления и др. Для ввода в действие планирующего парашюта применяется вытяжной парашют, конструктивное испол­нение которого может быть различным (медузы с пру­жиной, мягкие медузы и т. д.) (рис. 24),

В комплект парашютной системы входят также:

парашютная камера (чехол)—устройство для раз­мещения и укладки парашюта и введения в действие его частей в требуемой последовательности (рис, 25);

Рис. 25. Чехол: 1 — клапан; 2 — люверс; 3 — петля; 4 — сота; 5 — карман

Рис. 26. Ранец: 1 — предохранитель; 2—застежка текстильная; 3 —
клапан верхний; 4 - клапан боковой; 5 — клапан средний; 6—кар­
ман парашютного полуавтомата; 7 — пряжка с перемычкой; 8 —
кольцо; 9 — люверс с пришивной шайбой; 10— сота; 11пластика
изогнутая

ранец, предназначенный для укладки в него пара­шюта в чехле, свободных концов подвесной системы, вы­тяжного парашюта и монтажа парашютного полуавто­мата (рис. 26);

подвесная система — устройство для силового сое­динения парашютиста с парашютной системой (рис.27).

На подвесной системе в специальном кармане имеет­ся парашютное звено ручного раскрытия. Это, как пра­вило, трос со шпильками, прикрепленный к вытяжному кольцу. Может быть также специальный карман для укладки мягкого вытяжного парашюта.

Рис. 27. Подвесная система: 1 — концы свободные; 2— пряжка; 3 — предохранитель; 4—скоба; 5 — пряжка; б—лямка, правая; 7 — ка­рабин; 8 — предохранитель; 9—шлевка; 10 — пряжка с перемыч­кой; 11—лямка левая; 12—лента грудной перемычки; 13 — пряж­ка е перемычкой; 14 — фиксатор скобы; 15 —карман; 16 — сота; 17. <— корпус с пластинкой; 18 — кольцо; 19— кольцо большое

Рис. 28. Схема работы парашютной системы

Работа планирующей парашютной системы

Планирующая парашютная система вводится в дей­ствие выдергиванием вытяжного кольца, вводом в по­ток мягкого вытяжного парашюта или парашютным по­луавтоматом.

При выдергивании вытяжного кольца или вводе мяг­кого вытяжного парашюта в поток шпильки звена за-чековки выходят из конусов и освобождают клапаны ранца. Система вступает в работу по следующей схеме (рис. 28):

а — вытяжной парашют под действием пружинного механизма отходит от ранца и попадает в воздушный поток;

б — под действием силы сопротивления вытяжного парашюта происходит последовательно выход камеры из ранца, затем выход купола, уложенного в чехол, и выход основных строп из сот чехла;

в — после выхода всех строп из сот чехла и раскры­тия чехла купол попадает в воздушный поток;

г — под действием набегающего потока, преодолевая силу сопротивления системы рифления, купол наполня­ется;

д — набегающий поток наполняет внутреннюю по­лость купола, и он принимает крыловидную форму. Сис­тема начинает планирующий спуск в режиме торможе­ния.

После расчековки парашютистом строп управления
он начинает планирующий спуск в режиме максималь­
ной горизонтальной скорости (рис. 28,д).

Принцип рифления купола состоит в следующем: после выхода купола из чехла, под действием сопротив­ления потока, его поверхность стремится расправиться. Этому противодействуют силы натяжения и трения сис­темы рифления, в результате чего процесс наполнения купола замедляется и тем, самым: снижается динамиче­ская нагрузка (рис. 28, в, г).

Управление планирующей парашютной системой

Парашютист управляет системой с помощью двух строп управления, одни концы которых закреплены на задней кромке купола, а вторые выведены на задние свободные концы подвесной системы и заканчиваются клевантами или петлями для удобства захватывания руками.

При натяжении левой или правой стропы управления происходит разворот системы соответственно влево или вправо. Скорость разворота зависит от интенсивности и величины выбора строп управления.

При натяжении обеих строп управления происходит торможение горизонтальной скорости перемещения (пла­нирования). Управление парашютной системой может осуществляться натяжением свободных концов подвес­ной системы. При натяжении левого или правого зад­него свободного конца происходит разворот влево или вправо. При натяжении обеих задних свободных концов происходит торможение горизонтальной составляющей скорости планирования системы и уменьшение верти­кальной скорости. Но неверно было бы предполагать, что при одновременном натяжении передних свободных концов подвесной системы обязательно увеличивается горизонтальная составляющая скорости планирования.

Все вопросы, касающиеся управления парашютной системой, будут рассмотрены в последующих разделах нашего пособия.

Планирование системы

Планирование — движение со снижением относитель­но воздуха по прямолинейной траектории, наклонной к горизонту (под углом в).

Рассмотрим силы, действующие на систему при пла­нировании, и условия установившегося планирования (рис. 29).

При планировании на систему действуют сила веса системы груз-парашют (G) и полная аэродинамическая сила (R).

Рис. 29. Силы, действующие на систему при планировании

Примечание. Для удобства и наглядности рассмот­рения сила веса (G) раскладывается на две составляю­щие: в направлении, перпендикулярном траектории дви­жения (G₁), и в направлении движения системы (G₂). Полная аэродинамическая сила (R) раскладывается также на две составляющие: в направлении, перпенди­кулярном траектории движения (Y), и в направлении, обратном траектории движения (Q),— сила сопротивле- ния системы.

Так как движение осуществляется по наклонной вниз, то эти силы раскладываются следующим образом. При установившемся планировании наблюдается полное рав-

новесие сил. Составляющая силы веса G₂ равняется си­ле сопротивления системы Q G₂ = Q — условия плани­рования на постоянной скорости). Подъемная сила урав­новешивается составляющей силы веса (G₁), чем обес­печивается прямолинейность планирования, то есть по­стоянная вертикальная скорость снижения (V_Y), Итак, при планировании

Не трудно заметить, что движущей силой планиро­вания системы является составляющая веса в проекции на направление траектории.

При этом другая составляющая веса в проекции на перпендикуляр к траектории равна подъемной силе;

Из этих равенств видно, что при разном весе систем груз-парашют и при одном и том же значении С_Х1— на наших скоростях планирования С_X можно считать прак­тически постоянным, скорость планирования системы тем меньше, чем меньше ее вес. Так, уменьшение веса на 10 кг от расчетного влечет за собой снижение мак­симальной скорости планирования приблизительно на 0,45—0,5 м/с. При этом нужно иметь в виду, что пара­шют отрегулирован на α_нв (наивыгоднейший угол ата­ки планирования).

Но при уменьшении веса системы груз-парашют уменьшается так же и вертикальная скорость планиро­вания системы (V_Y). Поэтому парашютисты более лег­кого веса при ветре у земли 0—3 м/с могут соревно­ваться с тяжеловесами на равных, но чем больше сила ветра у земли, тем сложнее, им точно обработать цель. Прыжки на точность приземления будут отдельно рас­сматриваться далее.

Дальность планирования и влияние на нее ветра

Расстояние, которое проходит система груз-парашют относительно земли за время планирования сданной высоты, называется дальностью планирования При планировании в штиль дальность определяется по формуле

Рис. SO. Перемещение системы при попутном ветре

где V_пл— скорость планирования; t_св—время сниже­ния парашютиста с высоты раскрытия парашюта.

Ветер — один из основных факторов, который прихо­дится постоянно учитывать парашютисту при выполне­нии прыжка на точность приземления. При попутном ветре скорость перемещения системы груз-парашют от­носительно земли возрастает на величину скорости вет­ра (рис. 30), поэтому при одной и той же высоте сни­жения значительно увеличивается дальность планиро­вания.

Например: V_пл=9 м/с; U (скорость ветра) —7 м/с. Тогда L_пл с высоты 1000 м при V_Y = 5 м/с будет равнять­ся

При встречном ветре скорость перемещения системы груз-парашют относительно земли уменьшается на вели­чину скорости ветра. Так, если ее величина равна 7 м/с, эта же система планирует на дальность, равную

Движение системы относительно поверхности земли складывается из движения ее относительно воздушной среды и движения вместе со средой. Поэтому при пла­нировании с боковым ветром векторы воздушной и пу­тевой (относительно Земли) скоростей и скорости ветра образуют треугольник, называемый навигационным тре­угольником скоростей (рис. 81). Его элементами явля-

Рис. 31. Навигационный треугольник скоростей

ются: V — воздушная скорость; U — скорость ветра;

— путевая скорость системы; —направление ветра; УС — угол сноса системы и некоторые элементы, кото­рые в парашютном спорте не учитываются, такие как путевой угол, угол ветра и курсовой угол ветра.

При прыжках на точность приземления обычно учи­тывается попутный и встречный ветер, но никогда нель­зя забывать и о заходах с боковым ветром, особенно о заходе на цель от 3-го к 4-му развороту. Не сделав по­правку на угол сноса, можно оказаться в точке, из ко­торой уже не попадешь точно в цель.