 |
2. 3. Практические рекомендации для расчета
|
|
|
|
2. 3. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ РАСЧЕТА
ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ В ВОЗДУХЕ
И ИХ ПРИЗЕМЛЕНИЯ
К р и т и ч е с к а я с к о р о с т ь п а д е н и я т е л а. Известно, что при падении тела в воздушной среде на него действуют сила тяжести, которая во всех случаях направлена вертикально вниз, и сила сопротивления воздуха, которая направлена в каждый момент в сторону, противоположную направлению скорости падения, изменяющуюся в свою очередь как по величине, так и по направлению.
Сопротивление воздуха, действующее в направлении, противоположном движению тела, называется лобовым сопротивлением. Согласно экспериментальным данным сила лобового сопротивления зависит от плотности воздуха, скорости движения тела, его формы и размеров.
Результирующая сила, действующая на тело, сообщает ему ускорение a, рассчитываемое по формуле a = G – Q , (1)
т
где G – сила тяжести; Q – сила лобового сопротивления воздуха;
m – масса тела.
Из равенства (1) следует, что
если G –Q > 0, то ускорение положительно и скорость тела увеличивается;
если G –Q < 0, то ускорение отрицательно и скорость тела уменьшается;
если G –Q = 0, то ускорение равно нулю и тело падает с постоянной скоростью (рис. 2).
У с т а н о в и в ш а я с я с к о р о с т ь п а д е н и я п а р а ш ю т и с т а. Силы, обусловливающие траекторию движения парашютиста, определяются теми же параметрами, что и при падении любого тела в воздухе.
Коэффициенты лобового сопротивления для различных положений те-ла парашютиста при падении относительно набегающего потока воздуха рассчитывают, зная поперечные размеры, плотность воздуха, скорость воздушного потока и измерив величину лобового сопротивления. Для производства расчетов необходима такая величина как м и д е л ь.
|
|
|
Мидель (миделево сечение) – наибольшее по площади поперечное сечение удлиненного тела с плавными криволинейными обводами. Для определения миделя парашютиста необходимо знать его рост и ширину раскинутых рук (или ног). В практике расчетов принимают ширину рук, равную росту, таким образом, мидель парашютиста равняется l2. Мидель меняется при изменении положения тела в пространстве. Для удобства расчетов принимают значение миделя величиной постоянной, а его фактическое изменение учитывают соответствующим коэффициентом лобового сопротивления. Коэффициенты лобового сопротивления для различных положений тел относительно набегающего воздушного потока приведены в таблице.
Т а б л и ц а 1
Коэффициент сопротивления различных тел
| Наименование и форма тела | Коэффициент (С) |
| Обтекаемое тело каплевидной формы | 0, 05 |
| Парашютист, падающий головой вниз с сомкнутыми руками и ногами | 0, 15 |
| Шар Парашютист, падающий под углом 450 к воздушному потоку Парашютист, падающий плашмя лицом вниз с сомкнутыми руками Парашютист, падающий плашмя лицом вниз с разведенными руками Полое полушарие выпуклой стороной к потоку Купол парашюта ленточный Купол парашюта квадратной формы Купол парашюта круглой формы Плоский квадратный купол формы со срезанными углами Плоская пластина, установленная под углом 900 к воздушному потоку Полое полушарие вогнутой стороной к воздушному потоку Купол прямоугольной формы (при отношении сторон 3: 1) | 0, 2 0, 2 0, 28 0, 3 0, 34 0, 3-0, 6 0, 8 0, 9 1, 0 1, 28 1, 4 1, 5 |
|
|
|
Установившуюся скорость падения тела определяют массовая плотность воздуха, которая изменяется по высоте, сила тяжести, изменяющаяся пропорционально массе тела, мидель и коэффициент лобового сопротивления парашютиста.
С н и ж е н и е с и с т е м ы г р у з – п а р а ш ю т. Снижение груза с куполом парашюта, наполненным воздухом, есть частный случай падения произвольного тела в воздухе.
Как и для изолированного тела, скорость приземления системы зависит от поперечной нагрузки. Изменяя площадь купола парашюта F п, мы изменяем поперечную нагрузку, а следовательно, скорость приземления. Поэтому необходимая скорость приземления системы обеспечивается площадью купола парашюта, рассчитанной из условий эксплуатационных ограничений системы.
С н и ж е н и е и п р и з е м л е н и е п а р а ш ю т и с т а. Установившаяся скорость падения парашютиста, равная критической скорости наполнения купола, гасится при раскрытии парашюта. Резкое снижение скорости падения воспринимается как динамический удар, сила которого зависит в основном от скорости падения парашютиста в момент раскрытия купола парашюта и от времени раскрытия парашюта.
Необходимое время раскрытия парашюта, а также равномерное распределение перегрузки обеспечивается его конструкцией. В парашютах десантных и специального назначения эту функцию в большинстве случаев выполняет камера (чехол), надеваемая на купол.
Иногда при раскрытии парашюта парашютист в течение 1 – 2 с испы-тывает шести – восьмикратную перегрузку. Уменьшению воздействия силы динамического удара на парашютиста-десантника способствует плотная подгонка подвесной системы парашюта, а также правильная группировка тела.
При снижении парашютист перемещается, кроме вертикального, в горизонтальном направлении. Горизонтальное перемещение зависит от направ-ления и силы ветра, конструкции парашюта и симметричности купола во вре-мя снижения. На парашюте с круглой формой купола парашютист при отсутствии ветра снижается строго вертикально, так как давление воздушного потока распределяется по всей внутренней поверхности купола равномерно. Неравномерное распределение давления воздуха по поверхности купола возникает при воздействии на его симметричность, которое осуществляется подтягиванием тех или иных строп или свободных концов подвесной системы. Изменение симметричности купола влияет на равномерность его обтекания воздухом. Воздух, выходящий со стороны поднятой части, создает реактивную силу, в результате которой происходит перемещение (скольжение) парашюта со скоростью 1, 5 – 2 м/с.
|
|
|
Таким образом, в безветрие для горизонтального перемещения парашюта с круглым куполом в каком-либо направлении необходимо создавать скольжение путем подтягивания и удержания в этом положении строп или свободных концов подвесной системы, расположенных в стороне желаемого перемещения.
Среди парашютно-десантных средств специального назначения пара-шюты с круглым куполом, имеющим щели, или куполом в виде крыла обеспечивают горизонтальное перемещение с достаточно большой скоростью, что позволяет парашютисту-десантнику, поворачивая купол, добиваться большой точности и безопасности приземления.
На парашюте с квадратным куполом горизонтальное перемещение в воздухе происходит благодаря так называемому большому килю на куполе. Воздух, выходящий из-под купола со стороны большого киля, создает реактивную силу и вызывает горизонтальное перемещение парашюта со скоростью 2 м/с. Парашютист, развернув парашют в нужном направлении, может использовать это свойство квадратного купола для более точного приземления, для разворота по ветру или для уменьшения скорости приземления.
При наличии ветра скорость приземления равна геометрической сумме вертикальной составляющей скорости снижения и горизонтальной составляющей скорости ветра и определяется по формуле
|
|
|
Vпр = 
V2 сн + V23, (2)
где V3 – скорость ветра у земли.
Необходимо помнить, что вертикальные потоки воздуха существенно изменяют скорость снижения, при этом нисходящие потоки воздуха увеличивают скорость приземления на 2 – 4 м/с. Восходящие потоки, наоборот, уменьшают ее.
Пример: Скорость снижения парашютиста-десантника 5 м/с, скорость ветра у земли 8 м/с. Определить скорость приземления в м/с.
Решение: Vпр = 52 +82 = 89 ≈ 9, 4
Завершающим и наиболее сложным этапом прыжка с парашютом является приземление. В момент приземления парашютист испытывает удар о землю, сила которого зависит от скорости снижения и от быстроты потери этой скорости. Практически замедление потери скорости достигается специальной группировкой тела. Приземляясь, парашютист-десантник группируется так, чтобы сначала коснуться земли ногами. Ноги, подгибаясь, смягчают силу удара, и нагрузка распределяется по телу равномерно.
Увеличение скорости приземления парашютиста за счет горизонтальной составляющей скорости ветра увеличивает силу удара о землю (R3). Сила удара о землю находится из равенства кинетической энергии, которой обладает снижающийся парашютист, работе, произведенной этой силой:
mп v2 = Rз lц. т. , (3)
2
откуда
Rз = mп v2 = mп (v2сн + v2з) , (4)
2 lц. т. 2lц. т.
где lц. т. – расстояние от центра тяжести парашютиста до земли.
В зависимости от условий приземления и степени натренированности парашютиста величина силы удара может изменяться в широких пределах.
Пример. Определить силу удара в Н парашютиста массой 80 кг, если скорость снижения равна 5 м/с, скорость ветра у земли 6 м/с, расстояние от центра тяжести парашютиста до земли 1 м.
Р е ш е н и е: Rз= 80 ( 52 + 62 ) = 2440.
2 . 1
Сила удара при приземлении может восприниматься и ощущаться парашютистом по-разному. Это зависит в значительной степени от состояния поверхности, на которую он приземляется, и от того, как он изготовится к встрече с землей. Так, при приземлении на глубокий снег или на мягкий грунт удар по сравнению с приземлением на твердый грунт значительно смягчается. В случае раскачивания парашютиста-десантника сила удара при приземлении увеличивается, так как ему трудно принять правильное положение тела для принятия удара. Раскачивание необходимо погасить до подхода к земле.
|
|
|
При правильном приземлении нагрузки, испытываемые парашютистом-десантником, невелики. Рекомендуется для равномерного распределения нагрузки при приземлении на обе ноги держать их вместе, согнутыми настолько, чтобы под действием нагрузки они могли, пружиня, сгибаться и дальше. Напряжение ног и тела необходимо поддерживать равномерным, при этом чем больше скорость приземления, тем больше должно быть напряжение.
|
|
|
