книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учебник
..pdfГ л а в а VIII
КАТАПУЛЬТНЫЕ УСТРОЙСТВА *
§8.1. СПОСОБЫ СПАСЕНИЯ ЭКИПАЖА И ТРЕБОВАНИЯ
ККАТАПУЛЬТНЫМ УСТАНОВКАМ
194. Спасение экипажа включает покидание самолета, спуск на парашюте, приземление или приводнение и эвакуацию. Эва куация может быть после приземления или сразу после ката пультирования (назовем этот вид эвакуации эвакуацией по воздуху). Эвакуация по воздуху (на 50 — 100 км) обеспечивает спасение летчика при гибели самолета над горами, лесом, морем, территорией противника.
Одним из важных этапов спасения является покидание само лета. Существует два способа покидания: самостоятельное и принудительное покидание. Принудительное покидание может осуществляться с помощью катапультных устройств или путем отделения кабины.
Применение того или иного способа зависит от скорости и высоты полета ЛА.
195. Катапультирование осуществляется с помощью ката пультной установки (КУ). КУ предназначена для:
—принудительного выталкивания человека из кабины и обес печения его пролета над оперением на безопасном расстоянии;
—подброса человека при спасении на разбеге, пробеге и в процессе полета у земли на высоту, гарантирующую своевремен
ное раскрытие парашюта:
—обеспечения жизнедеятельности летчика в неблагоприят ных атмосферных условиях (низкие давление, температура, пар циальное давление кислорода) и в районе приземления (при воднения).
К катапультной установке предъявляются следующие основ ные требования. КУ должна:
—обеспечить спасение экипажа в широком диапазоне скоро стей и высот полета, а также на разбеге и пробеге;
—исключить травматизм в процессе спасения;
—быть надежной;
* [9], [54], [78], [79].
190
— иметь высокую степень автоматизации, обеспечивающую минимальные затраты времени на спасение.
Выполнение этих требований достигается совершенством кон струкции и грамотной ее эксплуатацией.
S 8.2. КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КАТАПУЛЬТНЫХ УСТАНОВОК
196.В катапультную установку входят:
—кресло с регулируемым по высоте положением чашки под рост летчика (фиг. 8.1);
—энергодатчик, включающий стреляющий механизм или
стреляющий механизм и реактивный двигатель (ускоритель);
—система фиксации туловища рук, ног и головы летчика, а также элементы защиты от скоростного напора;
—система стабилизации кресла в потоке;
—парашютная система, включающая основной, тормозной и стабилизирующие парашюты;
—система управления, обеспечивающая включение энергодатчика и определенную последовательность срабатывания всех механизмов;
— носимый аварийный запас.
При введении системы в действие (от ручки или кнопки) лет чик притягивается к спинке кресла, фонарь сбрасывается (если он не используется для защиты летчика от набегающего пото
ка), включается стреляющий меха низм и происходит разгон кресла в кабине, в процессе которого ноги и руки фиксируются механизмом за хвата. В конце движения в кабине
начинает работать ускоритель, про должающий разгон кресла на ак тивном участке в воздушном пото ке. Энергия, сообщенная креслу в процессе разгона, обеспечивает пе релет через оперение и подъем на нужную высоту при спасении на разбеге и пробеге. После отделения летчика от кресла происходит спуск на основном парашюте.
Для эвакуации по воздуху К-У снабжается дополнительными агре гатами. Различают 3 типа устройств для эвакуации по воздуху: аэроди
намический [КУ снабжается мягкими (фиг. 8.2) или жесткими крыльями, авторотирующим (фиг. 8.3) или несущим винтом]; аэ ростатический (тепловой парашют или газовый шар, надуваемый пропаном); ранцевый (фиг. 8.4). В аэродинамической и аэроста
тической К.У перемещение по воздуху обычно осуществляется с помощью двигателя. Ранцевый двигатель (обычно двухконтур ный) создает не только горизонтальную силу, но и вертикаль ную — подъемную.
Фиг. 8.2
К основным параметрам, характеризующим процесс ката пультирования, относятся: начальная скорость выхода кресла из кабины (под креслом будем понимать систему кресло—летчик); перегрузка при разгоне кресла в кабине; перегрузка при дви жении кресла в воздушном потоке после выхода из кабины; вы сота перелета через оперение; скоростной напор и число М, на которых допустимо катапультирование; угловые скорости вра щения и время затухания колебаний кресла в воздушном потоке; высота подброса кресла при спасении на разбеге и пробеге.
192
197. Начальная скорость выхода кресла из кабины в значи тельной степени определяет движение кресла за пределами ка бины. Разгон кресла по направляющим в кабине (фиг. 8.1) про исходит под действием силы пороховых газов стреляющего ме ханизма Рс (на пути So.), составляющей тяги ускорителя Рус
на направляющие |
Ру |
(в конце разгона |
|||
на пути |
AS). |
Разгону |
противодействует |
||
сила веса |
кресла |
GK. |
Суммарная |
сила |
|
энергодатчика |
на пути |
S0 — AS |
равна |
||
|
на ■пути |
AS: Pi = Рс + Ру |
|||
(фиг. 8.5). Сила |
Pi (S) по ходу што |
||||
ка S стреляющего |
механизма перемен- |
||||
Ф и г. 8.4 |
|
|
|
|
на. Среднее ее значение |
Р,ср |
Р m ax, |
г д е 41 — К О Э ф ф И - |
|
циент полноты |
диаграммы |
Pi (S), |
Яшах — максимальная |
|
сила. Работа |
средней силы Яср и веса |
<д„, на веем пути S» |
||
равна изменению кинетической энергии кресла
GKu02
(TjPmax — GJ S0
2g
Откуда начальная скорость выхода кресла из кабины
|
и0 = К2£(т]Якат— 1)S0 , |
(8.1) |
|
р |
— максимальная перегрузка в направлении |
||
где лаат = — |
|||
GK |
таз — голова. |
|
|
Из формулы видно, что скорость «о возрастает с увеличением |
|||
перегрузки пкат, |
коэффициента |
полноты диаграммы ?) |
и пут» |
S0; приближенно |
якат = 17-ь 20, |
iq =0,85. |
|
1 3 . И зд. J* 5337 |
19» |
Время разгона кресла в кабине (а следовательно, время дей ствия средней перегрузки приближенно можно определить по формуле равноускоренного движения
Высота пролета над килем. Рассмотрим движение центра тя жести кресла в воздушном потоке в связанной с самолетом пря моугольной системе координат хОу (фиг. 8.6). На кресло дей
ствуют сила лобового сопротивления подъемная сила YM проекции силы тяги ускорителя на оси х н у Рх и Ру и сила веса G*. Считая движение равноускоренным и пренебрегая уг лом наклона направляющих (3, получим координаты центра масс
в текущий момент времени t |
|
|
> |
|
|
|
Пг |
|
t2 |
|
xt = |
Лср |
|
|
|
|
|
|
|
где |
среднее ускорение; |
|
|
|
пхср |
средняя перегрузка вдоль оси х; |
|||
|
y(t) = u0t + Jycpt2 = и0 t + |
(Ну*р — |
||
где у'уср |
— среднее ускорение; |
|
|
|
лУср — средняя перегрузка вдоль оси у.
Из первого соотношения, полагая x(fK) = L, находим время перелета через киль
2L
tК
194
Заменяя во втором соотношении t на |
(к и у (/к) |
на h, получим |
||
|
я |
уср |
— 1 |
|
— |
+ |
■L. |
( 8.2) |
|
V - x ^ g |
*ср |
|
||
Высота пролета над килем h тем больше, чем больше начальная скорость выхода из кабины «о, удаление киля от кабины L и по ложительная перегрузка яУср вдоль оси у, и уменьшается с уве
личением положительной перегрузки пХср вдоль оси х. Средняя перегрузка кресла пХср равна:
где гл _
'с р
Л 'с р
1 .а *
G K
х -,Р- Р * , г |
|
_ |
П |
ХсР |
ср |
|
средняя перегрузка от лобового сопротив ления;
Р*ер — средняя тяговооруженность кресла вдоль
G x |
оси х (отношение средней тяги Рх<:р |
ус |
|
|
корителя к весу кресла). |
|
|
Приближенно плх = 0 ,8 5 я*, |
где |
|
|
*ср |
|
|
|
л |
= ----- |
kx {cx F),*V' |
|
Я л, |
2G. |
|
|
' |
о . |
|
|
— перегрузка в момент входа кресла в поток. Коэффициент |
kx |
||
учитывает сжимаемость воздуха. При числах М полета, мень
ших 0,6, kx — 1; |
при числах М полета, больших 1,8, коэффициент |
||||||
kx |
принимается |
равным |
£^ = 1,8; в диапазоне чисел Л1 = 0,6 -ь- |
||||
-г- 1,2 коэффициент |
kx |
находится линейной интерполяцией. |
|||||
сх |
— коэффициент лобового сопротивления кресла; F — мидель |
||||||
системы кресло—летчик. |
Произведение |
(сх F)K — 0,7 |
для |
||||
положения кресла |
спинкой навстречу |
набегающему |
потоку, |
||||
( с Л = 0,3 |
для |
положения кресла чашкой навстречу набегаю- |
|||||
тему потоку; |
pV2 |
|
|
|
|
||
—----- скоростной напор при входе кресла в воз |
|||||||
душный поток. |
|
|
|
|
|
||
|
Таким образом, средняя перегрузка вдоль оси х |
|
|||||
|
|
я . |
=0,85 br icx F)коУ2 |
Iх',ср |
|
||
|
|
|
дср |
’ |
2GK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ускоритель, создавая тягу против движения кресла, снижает пе регрузку.
13* |
195 |
Средняя перегрузка кресла вдоль оси у |
|
||||
|
п»_ |
|
ср |
|
|
|
*ср |
|
^ер - »?_ |
|
|
где Н ср |
*Уср |
средняя тяговооруженность |
кресла вдоль |
||
о : |
|||||
|
оси у (отношение средней |
тяги двигателя |
|||
|
|
Р Уср к весу кресла); |
|
||
Пп : |
у *.ср |
средняя перегрузка от подъемной силы. |
|||
Уср |
GK |
= 0 ,8 5 /г" |
где |
|
|
Приближенно /г" |
|
||||
|
Уср |
У |
|
|
|
|
|
ку(СуПкРУ* |
|
||
|
|
Пу = - |
20к |
|
|
— перегрузка от подъемной силы в момент входа кресла в поток.
Произведение |
(cyF)K коэффициента |
подъемной силы |
кресла |
||
су на мидель F, так же как и |
(cx F)M |
переменно по времени |
|||
пролета кресла |
над фюзеляжем, |
так |
как |
изменяются |
угловая |
ориентация кресла в потоке и число М полета. Среднее значение ky (cf F),« 0 ,1 3 .
Т аким образом, средняя перегрузка вдоль оси у |
|
||||
|
|
Русо — ° ’85 |
ky(cyF)Y pV2 |
|
|
|
“■Уср |
2О. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя пх_ |
и п |
в формулу (8.2), получим |
|
||
Лср |
Уср |
|
|
|
|
h = |
|
|
2L |
■+ |
|
|
/ 0,85 k ■\сх F)Kр V2 |
|
|||
U* у / " |
~ Рцр IS' |
|
|||
|
|
2GK |
|
||
|
|
|
|
||
|
l*v,ср — 1 — 0 , 8 5 ^ ^ ) КР^2\ |
|
|||
+ |
|
|
2GK |
! |
(8.3) |
0,85kx (cx F \KpV2 |
|
||||
|
|
|
|||
2GK (4Cp
Из формулы следует, что высота пролета кресла «ад килем h увеличивается с увеличением начальной скорости выхода кресла из кабины и0, удаления оперения от кабины L, тяговооруженности кресла р, веса кресла GY (при постоянном р), с улучше нием аэродинамики кресла и уменьшается с ростом скоростного
PV2
напора - j - .
Стабилизация кресла в потоке. Без стабилизирующих уст ройств кресло вращается относительно центра тяжести (ц. т.) с
196
угловыми скоростью шг и ускорением ег заголовником вперед, так как равнодействующая аэродинамических сил /?аэр прохо дит ниже ц.т. (фиг. 8.7,а); с ускорителем и стабилизирующими устройствами кресло или вообще не вращается в потоке или вра щается заголовником назад. Возможны различные способы ста билизации: стабилизирующими парашютами, выдвижными штан
гами с небольшими парашютами на конце, струйными двигате лями, обеспечивающими автоматическую стабилизацию. Будем считать, что стабилизация обеспечивается стабилизирующим па рашютом. Вращение заголовником назад объясняется тем, что сила стабилизирующего парашюта направлена по воздушному потоку и проходит выше ц.т., а тяга ускорителя — ниже ц.т. и на правлена (под углом) против потока (фиг. 8.7,6). При этом кре сло успевает сделать не более пол-оборота и затем совершает за тухающие колебания.
Вращение кресла заголовником назад обеспечивает снижение опасных перегрузок в области головы и необходимую ориентацию
тяги ускорителя. Перегрузка п, в области головы отличается от перегрузки в ц.т. п за счет перегрузки от вращения пв: ni=n-)-nB
(фиг. 8.8,а). При угле поворота кресла от вертикали &= |
со |
ставляющие перегрузки в г-той точке кресла (удаленной от ц.т. на расстояние г) по поточным осям х и у (фиг. 8.8,6) равны:
п* г = « д -- ш2 Г1 |
fly *** fly — er |
> |
g |
g |
|
т. е. составляющие перегрузок в ц.т. и от вращения вычитаются. При вращении кресла заголовником вперед они бы складыва лись.
В процессе вращения кресла ориентация вектора тяги уско рителя изменяется. Сначала тяга составляет угол — 45° с верти
197
калью (фиг. 8.9,а), затем 0° (фиг. 8.9,6), далее +45° (фиг. 8.9,в) ■ит. д. Угловая скорость вращения подбирается с таким расчетом, чтобы за время работы ускорителя всегда была вертикальная составляющая тяги Ру фО, направленная вверх. Такая состав ляющая обеспечивает пролет над килем при предельном скоро стном напоре и подброс кресла на нужную высоту при катапуль тировании на пробеге и разбеге.
Поворот кресла заголовником назад — одна из задач стабили зирующего парашюта. Другая задача — исключение вращения кресла более чем на пол-оборота и обеспечение быстрого зату хания возникающих колебаний. Гашение колебаний необходимо для хорошего самочувствия летчика и нормального (без пере хлеста) выпуска основного парашюта. При спасении на боль шом скоростном напоре угол & сначала меняется от 0° до 160— 180°, а затем размах угловых колебаний постепенно уменьшает ся практически до нуля (фиг. 8.10). Время затухания taат может достигать 1,4— 2 с. Сброс стабилизирующего парашюта с по мощью специального автомата производится по прошествии это го времени.
Системы стабилизации с выдвижными штангами или струй ными двигателями могут обеспечить практически полную стаби лизацию кресла и наилучшие условия для человека.
198
I
Высота |
п о д б р о са к р есл а Н |
при катапультировании на |
||
разбеге и пробеге складывается из высоты Н \, |
которую |
кресло |
||
набирает |
на активном участке |
движения за |
время t t |
работы |
ускорителя вне кабины, и высоты полета /Л> на пассивном уча стке: Н = Н \ + Н 2 (фиг.8.11).
Приближенно
|
|
^1 ~ |
где |
п у |
Уср-Гкср |
ср |
||
|
|
Уср |
Т ■ Г |
* |
|
2 |
средняя перегрузка вдоль оси у при движении на активном участ ке; средняя тяга ускорителя вдоль оси у;
К„ср — средняя подъемная сила кресла-
так как ^Уср ^ ^ср. то Пуср |
ПУср |
а |
я 2=
2 * 0 + < р)
m