Как рассчитать размер парашюта

Как рассчитать размер парашюта

Утилита для расчета парашютов разных конструкций под авторством участника чемпионата RCS и соавтора проекта «Vladimir Dubos и др.»

Павел: «Наши команды ежегодно участвует в чемпионате «Воздушно-инженерная школа» («CanSat в России»). В задачи команд младшей (Junior), средней (регулярной) и высшей лиг входит разработка системы спасения, которая обеспечивает равномерное снижение атмосферного аппарата (микроспутника) с заданной скоростью. Для упрощения расчета простейшего варианта системы спасения – парашюта – была разработана соответствующая утилита».

Описание функционала и интерфейса

Главное окно программы условно разделено на две области. В верхней области доступны поля ввода исходных данных: массы спускаемого аппарата и скорости спуска.

При нажатии кнопки «Расчитать» (программист уже уведомлён о грамматической ошибке) производится расчет по стандартной формуле:

Коэффициент сопротивления парашюта, множитель длины строп и множитель площади полюсного отверстия можно изменить в соответствующем окне:

Для справки: коэффициенты сопротивления различных аэроупругих тел

Результат расчета можно отобразить в виде текста или сохранить в txt-документ

Источник

Парашютная система спасения авиамодели

Сначала нужно было рассчитать параметры парашюта, а точнее его форму и площадь.

Форму выбираем купольную. Такой парашют несложно сшить, и он достаточно эффективен. Просто сделать 14 вот таких фрагментов и сшить их вместе

Но нам нужно знать длину и ширину одной выкройки. Так как она определяется площадью парашюта, то сначала рассчитаем ее за формулой

где m – масса спускаемого объекта, g = 9.81м/с^2, Сх – коефициент учитывающий аеродинамику парашюта, для купольных равен 1.3, p – плотность воздуха. Для температуры воздуха в +20 градусов, его плотность равна 1.2 кг/м^3, v – скорость снижения.

Теперь нужно прикинуть, какая же скорость снижения нам нужна. Парашют будет для начала (отработки технологии) устанавливаться на мой самый первый тренер из потолочки ЛМ-07 (ох и натерпелся он с момента постройки. от его остались только хвостовое оперение и крыло – остальное уже неоднократно заменялось). Его полетный вес – около 1.2 кг. Но если с запасом – то нужно брать 1.5 кг (вес самого парашюта, вес бортовых камер и т.д.).

Теперь скорость снижения. Самолет в принципе должен выдерживать падение с 1 метра на шасси. Подсчет максимальной скорости падения при этом по формуле

дает значение, приблизительно в 4.42 м/с. Уменьшим до 4,4 м/с.

Итак, после подстановки всех данных, получаем необходимую площадь парашюта 0,98 кв.м, что мы конечно же округлим до 1кв.м.. Это, кстати, площадь основы купола, а не всей поверхности парашюта.

Теперь вычислим длину выкройки. Длина окружности при такой площади вычисляется за формулой

Получаем окружность в 3.54 метра. Выкроек планируем 14, значит, ширина каждой у основы должна быть около 25.3 сантиметров. Высота выкройки при этом будет 0.9 метра.

Прикидываем, сколько нужно ткани. получился кусок 3х1.2 метра.

В магазине мне продали кусок 3х1.5 метра. Распечатываем выкройку на бумаге, вырезаем, и размечаем их на ткани. Сначала по приведенной вверху схеме, а потом, учитывая несколько большую ширину ткани – по другому. Получилось даже не 14, а 15 выкроек. Ну, значит площадь будет больше 🙂 (правда я тогда совершенно не подумал, что нечетное количество строп может вызвать потом трудности, но в итоге все получилось даже лучше).

Сшиваем. Для сшивания использовал удобную, маленькую, можно сказать, незаменимую в моделизме, швейную машинку. Единственный недостаток – самораспускающийся шов – устраняется двумя проходами с обеих сторон шва. После этого шов получается очень прочным.

Сшивал секциями. Сначала по две выкройки, потом сдвоенные – опять по две, и т.д.

Дальше, прикрепляем стропы. Фотографий не сохранилось, но там просто пришиваются прочные нитки одинаковой длины. Пришиваются там, где заканчивается шов.

Теперь устанавливаем парашют на самолет. Долго размышлял как его выпускать. Ведь я не просто сбрасываю груз с самолета – грузом является сам самолет. Наконец, было решено, что парашют будет крепиться снизу, отделяться от самолета под действием гравитации и встречного потока. После раскрытия купола самолет должен перевернуться и снижаться в перевернутом состоянии.

Стропы крепим бумажным скотчем на консоли и фюзеляж. При отделении парашюта – скотч должен отлететь. Точки крепления строп к фюзеляжу нужно выбирать так, чтобы они по возможности были расположены симметрично к центру тяжести. Например у меня – две на передних кромках консолей (на расстоянии одной трети длины консоли от фюзеляжа), и еще одна – на фюзеляже, на чуточку меньшем расстоянии. (Поначалу крепил буквально за хвостовую стойку, но оказалось, что при этом эта стропа очень слабо натягивается, и купол постоянно схлопывается с этой стороны).

Система выпуска. Идею взял у Cергея Алексеева из Краснодара. Правда, никаких тяг не стал делать. Просто сервомашинка с качалкой приклеивается снаружи корпуса. После поворота крутилки на аппаратуре – резинка соскальзывает с качалки и освобождает парашют.

Зачем нужно прикрывать парашют бумагой сверху (видно на видео с укладкой парашюта)? Поначалу планировалось, что это хоть как-то улучшит аеродинамику. Но при испытаниях оказалось, что без бумаги в жаркую погоду – резинка липнет к ткани парашюта – и как бы стягивает его набок. Как следствие – парашют неминуемо цепляется за штыри крепления крыла к фюзеляжу. А то и вообще не выпускается, так как резинка крепко держит. С бумагой этого не происходит – резинка соскальзывает с нее и парашют сразу же улетает вниз и назад.

Испытания. Пока приноравливался с укладкой парашюта и строп, с расположением парашюта и точек крепления строп – было сделано полдесятка запусков. Не могу сказать, что они были удачные, но когда все было отработано – получил систему срабатывающую всегда так как положено.

Вот видео с земли и борта с тремя удачными выпусками подряд (хотя, по правде – в первом полете стропы перекрутились, но успели раскрутится до приземления :)). Бортовая камера «смотрит» вниз и назад (под углом). Внимание, на бортовом видео громкий звук!

Источник

ПРСК-1 – парашют без швейной машинки

С некоторым удивлением обнаружил интерес авиамоделистов к парашютам, и поскольку у меня есть в этом вопросе собственная разработка, решил предложить её вашему вниманию. Хотя данный парашют разработан для ракет, он вполне может применяться и в других областях, в том числе и авиамоделизме, т.к. имеет хорошие несущие свойства, высокую прочность, компактность, и очень простую технологию изготовления.

Основные особенности парашюта ПРСК-1:
1. Купол – плоский многогранник из синтетической ткани.
2. Тонкие капроновые стропы.
3. Основная особенность – надежное крепление строп к куполу без шитья.

Строгая теория парашюта не очень проста, поэтому здесь я остановлюсь только на общих вопросах, возникающих у начинающих, в привязке к данной конструкции.

Самый первый вопрос, наверное, это размер парашюта. Его надо определять уже после того, как летательный аппарат (далее ЛА) будет собран и укомплектован. Таким образом, будет известен вес ЛА. Надо учесть, что система спасения при штатном режиме полета срабатывает уже когда мотор отработал. Поэтому из общего веса ЛА надо вычесть вес топлива, если таковое имеется, и из этой величины исходить. С весом спускаемого аппарата мы определились.

После того, как мы определились с массой ЛА и скоростью спуска, определим размер требуемого купола. Это можно сделать по формуле
S=2mg/(C_xrV 2 )
При расчете потребуется ввести коэффициент сопротивления С_х. Для ПРСК-1 он примерно равен 1,1-1,2. Плотность воздуха r=1,23 кг/м 3 (при 15 o С). Обычно небольшой модельный парашют типа ПРСК-1 имеет 6-ти или 8-ми гранную форму. Можно рассчитать по вышеприведенной формуле площадь круга, затем домножить на 1,1, чтобы получить диаметр описанной окружности нужного шестиугольника, или на 1,05 для диаметра окружности, описанной около требуемого восьмиугольника.

Хочу по ходу заметить, что плоский купол по факту не является плоским, из-за особенности поведения ткани под нагрузкой, и имеет весьма приличный коэффициент С_х. При этом надо учитывать, что С_х вычисляется в данном случае из расчета площади именно плоского купола, в то время, как в полете площадь миделя (максимального поперечного сечения) у такого парашюта заметно меньше, т.е. реальный С_х выше, и, очевидно, близок к значению для полусферического парашюта

Осталось понять, какую длину строп выбрать. Лучше всего брать в пределах 1-3D. При этом, чем длиннее стропы, тем эффективнее работает купол. С другой стороны, при коротких стропах конструкция получается легче и меньше шансов запутаться в веревках. Так что оптимум находится где-то в районе 1,5-2D.

Что касается количества строп, то для ПРСК-1 с плоским куполом оно, очевидно, зависит от количества углов многогранника, выбранного для купола. А количество углов зависит от размера парашюта, точнее, от диаметра описанной около многогранника купола окружности. Для маленьких диаметров

20см достаточно квадратного купола. Диаметр до 60 см можно изготовлять шестигранным, выше 60см уже нужен восьмигранник и т.д.

Стропы делаем из капроновых веревок толщиной где-то около 1мм. Длина строп приблизительно в 1,5-2 раза больше диаметра купола, плюс запас на организацию центрального стропа, амортизатора, петли крепления.
Теперь крепим стропы к куполу. Вот тут-то самая фишка. Никакого шитья. Делаем на стропе простой узел-удавочку

и накидываем на сложенный в два раза уголок купола и хорошо так затягиваем на расстоянии 10 мм от вершины угла.

Слегка обрезав лишний конец узелка и уголка, оплавляем их зажигалкой до образования аккуратных круглых галтелей. Оплавляем так, чтобы галтели плотно прилегали к узлу.

Все, строп присоединен. Таким же образом крепим все стропы. И затем с небольшим усилием расправляем купол в месте крепления каждой стропы.

Если кто-то думает, что такое соединение строп и купола не прочное, тот глубоко заблуждается. В этом я убедился, когда в одном аварийном полете парашют открылся на взлете в конце разгонного участка траектории. Скорость была максимальная и очень приличная, но ракета быстро затормозила и плавно спустилась, а для ремонта оказалось достаточным закрепить одну оторвавшуюся стропу.

Собственно, парашют готов, осталось соединить стропы вместе. Складываем вместе все точки крепления строп к куполу, соединяем стропы в жгут и, отмерив расстояние 1,5-2D, связываем простым узлом. Из оставшегося конца жгута, организуем центральный строп с петлёй крепления к ЛА.

Последнее время я модернизировал эту часть процесса, отрезаю веревки двойной длины строп+запас и фиксирую её концы на противолежащих углах купола. Тогда после организации узла на расстоянии длины стропа в нижней части сама собой образуется петля для фиксации к корпусу ЛА.

Укладка
Система выброса парашюта зависит от конкретного летательного аппарата и способа применения. А вот системы укладки достаточно однотипны. Я предлагаю два способа: упрощенный и довольно стандартный.

1. При упрощенном способе сначала соединяем все точки крепления строп к куполу и расправляем все складки купола, как на складном зонтике и укладываем их в одну сторону в стопку, см. рис.3. Далее складываем один раз в поперечном направлении и скатываем в «колбаску» начиная с вершины. «Колбаску» обматываем жгутом из строп, рис.1.

2. Если размеры ЛА не ограничивают, можно применить «правильный» способ. Он основан на стандартной методике сложения запасных спасательных парашютов. Так же складываем купол, как складной зонтик, расправляя складки. Распределяем складки на две равные стопки рис.2.

Накладываем одну стопку на другую, сложив конструкцию вдоль оси рис.3.

Получается компактная стопочка, которую обматываем стропами и упаковываем в фюзеляж (см. рис.1).

PS
Даю ролик для примера. На ракете Циклон-3 установлен парашют ПРСК-1:

Источник

Схема коэффициента загрузки

Обязательное соблюдение требований последовательности перехода по классу парашюта:

Обязательное соблюдение требований последовательного уменьшения размера основного парашюта шагом не более 20 фут 2 (1,86м 2 ) с пропорциональным делением минимального установленного количества прыжков в классе парашюта на каждую площадь купола

WL = m / 0.45 / s

WL — загрузка купола
m — вес парашютиста в снаряжении (кг)
s — площадь купола (фут 2 )

Источник