Распределение подъемной силы на коническом крыле
Другое относительное различие между коническим и эллиптическим крылом - баланс между углом заклинения крыла по передней кромке (LET) и углом заклинения по задней кромке (ТЕТ). При одном и том же коэффициенте сокращения хорды отношение ребер друг к другу оказывает ощутимое влияние на полет купола.
Представьте, что ребра - это колода карт. Перемещая одни и те же карты вперед и назад, вы можете менять форму парашюта даже с одними и теми же секциями ребер.
У куполов с нулевым углом заклинения по передней кромке будет больший угол по задней кромке и наоборот. Это означает, что чем больше угол заклинения по передней кромке, тем больше угол отклонения задней кромки. Сильно изогнутые купола, у которых отсутствует угол заклинения по передней кромке, имеют тенденцию к быстрым поворотам, а также к существенной потере высоты при повороте на клеванте. И наоборот — крылья с большим углом заклинения по передней кромке поворачиваются медленнее с меньшей потерей высоты.
Косонервюрные купола
В 1970 году один прыгун на точность приземления из Южной Америки выступил с повой идеей. Он спросил: «Почему все ребра должны быть расположены перпендикулярно к нижнему слою купола?» Его свежая мысль заключалась в том, чтобы добавить угловые ребра в купол для увеличения размаха крыла с тем, чтобы уменьшить скорость снижения. Привлекательность идеи распределить загрузку по всему размаху внутри купола состоит в том, что вы как бы вводите крыло в заблуждение и заставляете его «думать», что у него появляется больше загруженных ребер, чем есть на самом деле. Добавляя «воображаемые» точки загрузки, он сделал 7-и секционный купол больше похожим на 9-и секционный и заставил его летать как 9-и секционник. Также очень важно, что, распределив нагрузку внутри купола, а не снаружи, у парашюта появилась планформа 9-и секционника с «линейным сопротивлением» 7-и секционника. Это было самой сутью новации и причиной распространения этой идеи.
|
|
|
Когда вы летите на крыле с загрузкой 1 фунт на кв.фут, дизайнерские параметры не так важны. Очень просто заставить купол с небольшой загрузкой планировать и хорошо приземлиться. Ситуация становится любопытнее, когда вы добавляете ощутимую загрузку. Неожиданно небольшие частички сопротивления, на которые вы раньше не обращали внимания, становятся весьма существенными. Сопротивление от 8 строп при скорости 40-50 миль в час - это серьезно. Чем быстрее вы летите, тем большую проблему будет представлять сопротивление. На трех-секционных куполах с перекрестным креплением парашют заставляют думать, что у него на стропах подвешены сотни кг при линейном сопротивлении 7-и секционного купола. Эффективность купола с большой загрузкой крыла фантастична. Такие купола имели форму прямоугольника и были выполнены из ткани F-111.
|
|
|
Cross-Braced Tricell
Однако существует проблема. При добавлении всех этих воображаемых «прикреплений» к стропам, купол выходит из камеры и сразу же становится плоским. В сочетании тканью нулевой проницаемости это может сделать раскрытие таким резким, что вы прикусите язык, как это произошло с одним испытателем. Надо было что-то придумать, прежде, чем выпускать ZP на рынок.
Инженер из Новой Зеландии нашел решение: он просто закрыл/сомкнул центральную секцию трех-секционника. Это замедлило скорость наполнения купола воздухом и сделало раскрытия спокойнее. Понемногу он закрывал/смыкал нос купола до тех пор, пока раскрытия не стали достаточно медленными. Но, как это бывает в жизни, он зашел слишком далеко. Парашют
| стал нестабильным, и пришлось приоткрыть немного нос. Так появился современный косонервюрный купол ZP. |
Стропы
Длина строп оказывает такое же влияние на поведение высоко скоростного парашюта, как и другие переменные. Если стропы короткие, пилот находится ближе к куполу, и купол становится быстрее и больше дергается. Если удлинить стропы, купол будет медленнее реагировать, и у вас может появиться ощущение, что купол не соединен с пилотом. Длина строп контролирует «Положительную поперечную V» крыла (Ангедральная арка). Это вогнутая кривизна/закругление крыла, возникающая вследствие того, что стропы присоединены к одному и тому же соединительному звену. Каждая половину купола представляет собой полукруг. Чем длиннее стропы, тем больше будет радиус круга. Это означает, что «Ангедральная арка» купола с короткими стропами будет больше, чем у купола с длинными стропами.
|
|
|
В аэродинамике крыло, имеющее достаточно глубокую ангедральную форму, менее стабильно. Слово «стабильно» в данном случае не имеет несколько другое значение, чем в терминологии, относящейся к дизайну куполов. Здесь мы говорим о тенденции крыла колебаться/качаться по осям крена, тангажа и рыскания, а также о его характеристиках восстановления. Например, купол с очень короткими стропами будет более склонен к «колебаниям по оси крена», особенно при высоком угле атаки. Кроме присущей крылу стабильности, надо также рассматривать способность крыла генерировать подъемную силу. Чем больше изогнуто крыло (во фронтальной проекции), тем меньшее количество подъемной силы оно способно произвести.
|
|
|
Такой ангедральный эффект можно минимизировать с помощью применения технологии «Eagle Trim»
Длина строп оказывает такое же влияние на поведение высоко скоростного парашюта, как и другие переменные. Если стропы короткие, пилот находится ближе к куполу, купол становится быстрее и больше дергается. Если удлинить стропы, купол будет медленнее реагировать на команды, и у вас может появиться ощущение, что купол не соединен с пилотом.
Длина строп контролирует «Положительную поперечную V» крыла (Ангедральная арка). Это вогнутая кривизна/закругление крыла, возникающая вследствие того, что стропы присоединены к одному и тому же соединительному звену. Каждая половину купола представляет собой полукруг. Чем длиннее стропы, тем больше будет радиус круга. Это означает, что «Ангедральная арка» купола с короткими стропами будет больше, чем у купола с длинными стропами.
В аэродинамике крыло, имеющее достаточно глубокую ангедральную форму, менее стабильно. Слово «стабильно» в данном случае имеет несколько другое значение, чем в терминологии, относящейся к дизайну куполов. Здесь мы говорим о тенденции крыла колебаться/качаться по осям крена, тангажа и рыскания, а также о его характеристиках восстановления. Например, купол с очень короткими стропами будет более склонен к «колебаниям по оси крена», особенно при высоком угле атаки. Кроме присущей крылу стабильности, надо также рассматривать способность крыла генерировать подъемную силу. Чем больше изогнуто крыло (во фронтальной проекции), тем меньшее количество подъемной силы оно способно произвести.
Такой ангедральный эффект можно минимизировать с помощью применения технологии «Eagle Trim».При этой технологии стропы на центральных секциях самые короткие, и стропы становятся длиннее по мере их удаления от центра. Крыло становится более восприимчивым к командам, более подвижным и способным генерировать достаточное количество подъемной силы.
Дифферент
«Дифферент» - это относительная длина парашютных строп. Это слово часто используют для описания, как низко может быть посажен нос парашюта. У купола с крутым дифферентом стропы «А» будут короче, чем стропы «D». При плоском дифференте соответственно наоборот. Купол с низко посаженным носом будет обладать большей воздушной скоростью и более крутым коэффициентом планирования, и наоборот.
Дифферент купола не всегда бывает линейным. Регулируя стропы так, чтобы купол отвечал характеристикам определенного дизайна, инженеры могут сместить точку, где стропа разделяется на две стропы, немного вперед или назад. Это может оказывать влияние на ряд переменных, от давления передних свободных концов до стабильности купола. Другими словами, плоский купол на участке от «А» до «В» будет иметь большее давление передних свободных концов и большую стабильность по передней кромке. Это происходит благодаря более плоскому углу установки на передней кромке крыла, что приводит к смещению центра подъемной силы немного вперед.
Основная цель дифферента - найти среднее положение для купола, не слишком крутое и не слишком плоское. Однако это не означает, что дифферент идеален для любого применения купола. Бывают ситуации, когда пилот хочет, чтобы его купол летел быстрее. Если он потянет вниз передние свободные концы, дифферент купола станет круче. У купола увеличится скорость снижения и, как следствие, воздушная скорость. Таким же образом ввод задних свободных концов, изменяя дифферент, делает глиссаду более плоской.
Дуга восстановления
Как уже говорилось выше, под термином «дуга восстановления» понимается способность купола вернуться на «нормальный» курс полета после разгона. Здесь слово «нормальный» означает обычную глиссаду купола. В зависимости от различных показателей, купола имеют целый ряд ответных реакций на превышение скорости. То, каким образом купол выходит из «дайва», определяет позицию купола на потребительском рынке. Так купол, который «ныряет» долго и резко, не подходит для неопытного пилота, но идеален для закаленного скайдайвера.
Основной определяющий фактор для дуги восстановления - какое количество подъемной силы производит купол пропорционально подвешенному к нему весу. Небольшая загрузка крыла заставит купол лететь с нулевой скоростью снижения вслед за высокоскоростным маневром. Это состояние называется «Нейтральной дугой восстановления». Подъемная сила — это мощная сила. Подъемная сила купола может фактически изменить направление полета. Подъемная сила - это разница между куполом, который выходит на горизонтальный полет самостоятельно или продолжает терять высоту вследствие «дайва». Если аэродинамическая поверхность высокая, дифферент плоский или загрузка крыла невелика, дуга восстановления будет такова, что направление полета крыла изменится исключительно из-за подъемной силы. К
Когда я летал на параплане, я обратил внимание, что набираю высоту при каждом повороте не зависимо от того, находился ли я в «зоне подъема» или в восходящем потоке теплого воздуха. Это очень показательный пример. Купол, который действительно набирает высоту вслед за разгонным маневром, имеет «Положительную дугу восстановления».
Сопротивление - это еще один аспект купольного дизайна, который помогает определить характеристики по восстановлению. Если купол производит большое сопротивление, он будет пытаться вернуться в положение над голевой пилота. При «дайве» купол будет вести себя двояко. Однако парашют обладает большим сопротивлением, чем пилот. Это означает.
что его конечная скорость будет меньше скорости подвешенного веса, и он неизбежно вернется к «нейтральному полету». Чем больше сопротивление, тем короче будет частота «цикла дайва»|си"уе cycle.
С точки зрения дизайна есть несколько способов манипулировать дугой восстановления купола. Самое простое - посредством загрузки крыла. Чем больше загрузка крыла, тем длиннее будет дуга восстановления. То же самое относится к размерам. Чем меньше купол, тем меньшее будет «сопротивление формы». Это означает, что маленькие купола будут выполнять «дайв» дольше, чем большие, даже при одинаковой загрузке. Другой важный момент, имеющий отношение к дуге восстановления, это дифферент и общая длина строп. Чем больше будет разница между стропами «А» и «D», тем дольше будет купол находиться в «дайве». На такое положение можно повлиять даже незначительным изменением разницы между стропами «А» и «В». Купол, имеющий плоский дифферент на передней кромке, будет производить больше подъемной силы на передней кромке и, следовательно, попытается агрессивно выйти из «дайва».
Парашют с длинными стропами будет иметь большую дугу восстановления по причине того, что пилоту придется довольно долго возвращаться под купол. Большинство куполов для соревнований по «свупам» имеют по этой причине довольно длинные стропы. Чем больше дуга восстановления, тем больше потенциальная воздушная скорость.
Третий дизайнерский параметр, влияющий на размер дуги восстановления, это аэродинамическая поверхность. Как я говорил выше, чем больше сопротивления производит крыло, тем короче будет дуга восстановления. Касательно аэродинамической поверхности, чем больше высота ребер/нервюр, тем больше возникающее сопротивление. Это происходит потому, что фронтальная проекция купола занимает больше места и, следовательно, рассекает больше воздушного пространства при полете. Это создает большее количество иизкоскоростной подъемной силы, но сопротивление формы куполов с широким профилем
приводит к тому, что крыло выходит на горизонталь за меньший период времени и с меньшей потерей высоты.
Аэрлоки
Аэрлоки - это односторонние клапаны на передней кромке высокоскоростного купола, которые помогают поддерживать внутреннее давление. Задача таких клапанов -предотвратить мгновенное «сдувание» аэродинамической поверхности и, как следствие, усилить безопасность полетов в тяжелых метеоусловиях. Основная идея аэрлоков -удерживать воздух в крыле достаточно долго для того, чтобы пилот смог адекватно среагировать на возникающую ситуацию.
Идея создания аэрлоков
Самым первым разработчиком парашюта типа крыло был дизайнер воздушных змеев Домина Джалберт. Он создал первую аэродинамическую поверхность из ткани с одним односторонним клапаном в передней кромке. Та же идея пришла в голову товарищам из "Performance Design". Их первый прототип представлял собой 9-и секционный купол эллиптической формы, оснащенный аэрлоками. Идея был не нова. Единственная причина, по которой все выпускаемые купола не оснащались клапанами, состояла в том, что все совсем не так просто. Есть способ сделать все правильно, и много способов, как все испортить. В конечном счете, необходимость иметь такие купола вернула аэрлоки в мейнстрим парашютного дизайна. Был нужен какой-то стимул, толчок.
Помню, как я летел на параплане по спирали к земле, и над моей головой не было достаточно надутого куска нейлона, чтобы затормозить мое снижение или позволить мне хоть как-то вернуть контроль над куполом перед падением. Этот случай приковал меня к инвалидному креслу на многие месяцы. Именно тогда я всерьез занялся идеей клапанов. Я разработал много моделей и вариантов аэрлоков, и вскоре понял одну простую вещь: необходимо создать как можно более высокое давление и «заклеить» крыло, когда воздух попытается вырваться наружу. В результате «Аэрлок Джермана» (Germain Airlock) позволяет воздуху «войти» в крыло по обычному линейному курсу и, при необходимости, «запечатывает» его внутри.
Многие считают аэрлоки техническим чудачеством. Вопрос, который постоянно витает в воздухе при обсуждении этой темы: «Неужели эта концепция действительно ведет к радикальному улучшению ситуации?» На что влияют аэрлоки? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим такое понятие, как стабильность/устойчивость.
Первичная устойчивость
Что я называю «первичной устойчивостью»? Это способность высокоскоростного купола оставаться под контролем и с адекватным натяжением строп в обычных условиях полета. Стабильность определяется формой аэродинамической поверхности и дифферентом. Это результат кропотливой работы дизайнеров. Первичная стабильность охватывает весь спектр, начиная от полетов на небольшой скорости до разгонов, а также изменения, вносимые пилотом.
Это приводи нас к основному определяющему фактору «первичной стабильности» - к Пилоту. Не смотря на все достижения дизайнерской мысли, заложенные в конструкции высокоскоростных куполов, поведение пилота может упрочить или уменьшить устойчивость купола. Если пилот не контролирует ось тангажа натяжением строп, купол может выйти из-под контроля. Причина этого - «мягкая» структура, которая образует форму купола, его скелет, называемый стропами. Не взирая на то, как агрессивно купол будет бороться за то, чтобы остаться на концах строп, у пилота всегда будет возможность нарушить устойчивость системы.
Основной момент с первичной стабильностью заключается в том, а действительно ли купол пытается удержаться на концах строп? Некоторые купола явно не делают этого, не зависимо от того, оснащены они аэрлоками или нет. Если вы потянете передний свободный конец на куполе, у которого достаточно длинные тормозные стропы, и он резко дернется или у него загнется передняя кромка, значит у купола плохая «первичная устойчивость». Другими словами, вы не можете просто пришить аэрлоки к любому куполу и ожидать, что он сразу будет показывать лучшие характеристики. Все не так просто.
Ощущение от купола с аэрлоками в условиях воздушной «болтанки» и от обычного купола сильно отличаются. Это не субъективное мнение, а утверждение, основанное на визуальном анализе. Поскольку воздушное давление, поддерживающее форму крыла, более стабильно в куполах с аэрлоками, крыло имеет меньшую тенденцию к искажению формы, чем купола с открытыми секциями. Это особенно заметно, когда вы летите в условиях турбулентности. При этом крыло с аэрлоком испытывает меньше колебаний/вибраций вдоль размаха крыла. Такое явление называют «эффект аккордеона/гармошки».
Такую характеристику, как «гашение колебаний вдоль размаха крыла» у куполов с аэрлоками, можно существенно улучшить, если увеличить загрузку крыла. Чем быстрее летит парашют, тем больше внутреннее давление. Это простая физика. Медленно летящее крыло с небольшой загрузкой будет очень мягким, не зависимо от того, есть у него аэрлоки или нет. Если вы хотите увеличить давление в куполе, вы можете просто «нагнать» в него больше воздуха.
Купола с аэрлоками имеют еще одно преимущество в условиях турбулентности. Предотвращая мгновенный сброс давления (см.диаграмму), купола с аэрлоками дают пилоту повышенную возможность управлять углом атаки. При наличии воздушного давления в крыле все команды управления производят больший эффект. Удар по тормозам в условиях турбулентности, когда крыло рвется вперед, подействует более эффективно, если купол не будет «дряблым». Такая способность является определяющей для поддержания натяжения строп и первичной устойчивости.
Вторичная устойчивость
Термин «вторичная устойчивость» можно применить к тому, как парашют ведет себя в катастрофических ситуациях, таких как складывание крыла или фронтальный коллапс. Во многих случаях вы почувствуете разницу, если у вашего купола есть аэрлок. Это происходит потому, что аэрлок поддерживает купол в «надутом» состоянии и в готовности возобновить стабильный полет, как только купол достигнет положительного угла атаки. Но иногда бывают ситуации, когда матушка природа берет верх. Если, например, вы наткнулись на область нестабильного воздуха недалеко от земли, аэрлока может быть недостаточно. Вы должны помнить, что бывают такие атмосферные ситуации, когда вам не поможет даже металлическое крыло. Философия разработки куполов с клапанами состоит в том, что крыло, наполненное воздухом, уменьшает возможные риски, но не может на 100 процентов спасти вас от столкновения с землей.
Причина, по которой аэрлоки дают ощутимый эффект в ситуациях с вторичной стабильностью, очень проста. Если крыло надуто, применение строп управления даст больший эффект. Представьте, что произойдет с внутренним давлением, если вы затянете вниз одну или обе клеванты. При опускании задней кромки верхняя и нижняя оболочки подтягиваются. На клапанных куполах это приводит к уменьшению габаритного внутреннего объема крыла. Как вы можете помнить из школьной программы, согласно закону Бойля, это приведет к увеличению давления в данном месте.
P1 V2 = P2 V2
Согласно этому закону, ввод клевант приводит к подавлению/ограничению внутреннего давления. При этом хорда становится более напряженной, и будет реагировать на команды как жесткое крыло. Следовательно, ввод клевант дает пилоту больше контроля над углом атаки крыла.
Самое интересное, что основная преграда, которая отделяет купола с аэрлоками от многочисленных потребителей состоит не в том, как такие купола ведут себя в воздухе, а что происходит с ними после приземления. Многие скайдайверы не любят бороться с куполом, из которого не выходит воздух, особенно в ветреный день. Есть ряд приемов, отработанных пилотами в течение многих лет, которые помогают справиться с проблемой.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 929; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!