Матвеенко А.М. (ред.) - Системы оборудования летательных аппаратов - 2005

530 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

Уменьшение угла наклона трапа приводит к снижению ско­ рости спуска, особенно значительному после угла наклона 31°. При угле 28° эвакуируемые должны помогать себе руками и но­ гами, отталкиваясь от элементов трапа для повышения скорости спуска. При наклоне трапа 22° можно сбегать по нему, как по на­ клонной плоскости.

Установлено, что к моменту схода с трапа эвакуируемый дол­ жен иметь скорость движения, близкую или чуть большую скоро­ сти ходьбы.

С учетом сказанного можно рекомендовать такую конструк­ цию трапа, чтобы он обеспечивал переменный угол наклона на спуске за счет прогиба оболочки. Возможно также применение материалов с различными коэффициентами трения для изготов­ ления дорожки трапа.

Первые поколения надувных трапов выполнялись как отдель­ ные элементы: трап, система газонаполнения, место хранения. При эксплуатации выполнялись следующие операции: открывалась дверь самолета, трап вынимался из контейнера и крепился в проеме двери, после развертывания трапа включалась система га­ зонаполнения. Общее время подготовительного цикла с момента открытия двери до наполнения трапа составляло не менее 15...25 с.

Дальнейшее совершенствование системы привело к сокраще­ нию подготовительного цикла до 7... 10 с. Это достигнуто тем, что после открытия дверей в аварийном режиме трап выпадает из контейнера, автоматически включается система газонаполнения, которая работает одновременно с развертыванием трапа. Такая схема ввода аварийного трапа существенно уменьшила вероят­ ность ошибок при эксплуатации, увеличив надежность решения задачи эвакуации пассажиров в кратчайшее время.

ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ АВАРИЙНОЙ ЭВАКУАЦИИ ПАССАЖИРОВ

Технические требования к системам аварийной эвакуации пас­ сажиров предписывают:

■эвакуация пассажиров из самолета на землю должна произво­ диться не более чем за 90 с при использовании всех выходов с одной стороны фюзеляжа или 50 % всех равноценных выходов;

■вспомогательное устройство для каждого аварийного выхода должно представлять собой надувной трап, который может ав­ томатически или полуавтоматически принимать рабочее поло­ жение не более чем за 10 с с момента начала открывания ава­ рийного выхода;

■надувной трап должен выдвигаться на такую длину, чтобы нижний конец мог самостоятельно поддерживаться на земле после повреждения одной или нескольких стоек шасси.

532 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

Рис. 14.45. Система газонаполнения аварийного трапа:

а — внешний вид системы; б — принципиальная схема системы; 1 — агрегат питания; 2 —

рукав; 3 — пусковая головка с механическим приводом; 4 — редуктор; 5 — эжектор; 6 — обо­ лочка трапа; 7 — диффузор эжектора; 8 — сопло эжектора; 9 — клапан впуска воздуха

газонаполнения, включающую источник сжатого газа, эжектор и клапаны.

Система газонаполнения предназначена для наполнения обо­ лочки трапа газом в заданное время до необходимого давления с расчетной температурой с целью обеспечения работоспособнос­ ти конструкции трапа. Система газонаполнения (рис. 14.45, а и б) включает в себя следующие основные элементы: источник сжа­ того газа (агрегат питания), эжектор, клапаны впуска воздуха и сброса давления. Рабочим телом системы газонаполнения может быть азот, сжатый воздух или смесь газов.

Появление средств аварийной эвакуации с большими рабочими объемами потребовало создания новых легких и компактных ис­ точников газа. Такими источниками могут быть газогенераторы.

Газогенераторы — это энергетические устройства, которые вы­ рабатывают сжатый газ с обеспечением регулирования его расхода и давления. Основным достоинством газогенератора является способность выделять максимальную энергию на единицу объема по сравнению с любыми неядерными источниками энергии, ис­

пользуемыми в настоящее время. Но так как КПД газогенерато­ ров достигает максимума при использовании высокотемператур­ ных газов, то возникает необходимость обеспечения соответствия между высокими температурами газа в зоне использования и при­ меняемыми конструкционными материалами.

Температуру газов можно существенно понизить, используя генератор холодного газа, поглощающий часть тепла горячего газа на испарение низкокипящей жидкости или хладагента. Однако даже при эффективной работе газогенератора такой конструкции в трап будет подаваться теплый газ и давление в оболочке трапа быстро понизится по мере его охлаждения. В силу этого недостат­ ка, а также из-за высокой стоимости, низкой эксплуатационной надежности и значительных затрат на ремонтно-восстановитель­ ные работы газогенераторы в системах наддува современных ава­ рийных трапов применяются ограниченно.

Активно исследуется возможность применения систем крио­ генного типа с использованием отвержденного газа с увеличенной (зернистой) поверхностью испарения. В такой системе можно ис­ ключить баллоны и систему регулирования, использовать неток­ сичные газы.

Современные системы газонаполнения имеют в своем составе газоструйные агрегаты — эжекторы, позволившие существенно уменьшить запасы сжатого газа, снизить время наполнения трапа и влияние температуры окружающей среды.

Эжекторы представляют собой высоконапорные струйные компрессоры с большой степенью эжектирования. Они предна­ значены для эффективного использования кинетической энергии сжатого газа при наполнении оболочки. Применение эжекторов в системах газонаполнения сводит к минимуму габаритные раз­ меры и массу баллонов высокого давления, необходимых для со­ здания избыточного давления в оболочке трапа.

Действие эжектора (см. рис. 14.45, б) основано на использова­ нии кинетической энергии сжатого воздуха (газа), выходящего из сопла с большой скоростью. При этом происходит подсасывание атмосферного воздуха. Струя эжектирующего газа, пройдя через сопло (или ряд сопел), в котором происходит подсос атмосфер­ ного воздуха, поступает в диффузор, где ее скоростной напор пре­ образуется в статическое давление. Количество подсасываемого воздуха будет тем меньше, чем больше напор, который должен со­ здать эжектор.

Эффективность эжектора характеризуется коэффициентом эжекции

Лэж щ /т г,

где тъ — масса подсасываемого воздуха; тТ — масса эжектирую­ щего газа.

534 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

Для эжекторов систем газонаполнения современных аварий­ ных трапов коэффициент эжекции превышает 5, т. е. запасы сжа­ того газа могут быть уменьшены в пять и более раз.

Помимо уменьшения потребных запасов сжатого газа и умень­ шения времени наполнения трапа эжекторы позволяют снизить влияние температуры атмосферного воздуха на работу системы аварийной эвакуации пассажиров, так как температура газа внут­ ри оболочки трапа оказывается близкой к окружающей темпера­ туре и давление в трапе изменяется незначительно.

Клапаны впуска воздуха, входящие в конструкцию эжектора, обеспечивают впуск воздуха из окружающей среды при работе аг­ регата питания и разобщают полость оболочки трапа от атмосфе­ ры, когда агрегат питания закончит свою работу.

Клапаны сброса давления, входящие в конструкцию трапа, предотвращают разрушение оболочки трапа от чрезмерного по­ вышения давления путем сброса избыточного количества газа в атмосферу.

Вопросы для самопроверки

Раздел 14.1

1.Чем вызвана необходимость принудительного выбрасывания (катапульти­ рования) летчика из JIA?

2.Проведите сравнение характеристик отделяемых кабин и открытых ката­ пультных кресел. Почему отделяемые кабины не получили широкого применения?

3.Чем опасны перегрузки, действующие на человека? Назовите предельно до­ пустимые перегрузки при катапультировании летчика.

4.Какие характеристики JIA влияют на выбор типа системы аварийного спа­ сения?

Раздел 14.2

1.Определите максимальную высоту, на которую сможет подбросить катапуль­ тное кресло телескопический стреляющий механизм.

2.Почему катапультное кресло снабжается системой стабилизации?

3.Какие усилия необходимо преодолеть системе сброса фонаря кабины?

Раздел 14.3

1.Какие режимы полета JIA выбирают за расчетные для катапультирования?

2.Какие параметры необходимы для расчета траектории движения КК?

Раздел 14.4

1.Какие конструктивные мероприятия на самолетах гражданской авиации способствуют снижению тяжести исходов летных происшествий?

2.Перечислите требования к системам аварийной эвакуации пассажиров.

Глава 15

ПАРАШЮТНЫЕ СИСТЕМЫ

В современной авиационной технике широко используются парашюты — устройства для торможения и перемещения объек­ тов. Они применяются для спасения экипажа JIA, уменьшения длины пробега самолета при посадке, вывода его из штопора, для стабилизации, торможения, перемещения в пространстве и при­ земления спускающихся объектов с необходимой скоростью.

Широкое использование парашютов связано с их способнос­ тью создавать требуемые аэродинамические силы при очень ма­ лых значениях относительной массы и объема в уложенном со­ стоянии, небольшой стоимостью изготовления и удобством при­ менения.

Комплекс парашютов, вводимых последовательно в действие, образует парашютную систему.

Современные парашютные системы позволяют спускать объ­ екты массой от долей килограмма до не­ скольких тонн, с площадью куполов па­ рашютов 0,5... 10 ООО м2, они могут вво­ диться в действие при скорости от 5 до 1000 м/с. Такой широкий диапазон масс и скоростей требует разработки различ­ ных парашютных систем по конструк­ ции и способу введения в действие.

Рис. 15.4. Многокупольные парашютные системы:

а — шестикупольная для десантирования народнохозяйственных грузов; б — трехкупольная для приземления объектов, возвращающихся с орбиты искусственного спутника Земли; в — четырехкупольная для приземления ступеней ракет

В отличие от традиционных парашютов парашюты-крылья со­ здаются с целью получения максимально возможного аэродина­ мического качества, что обеспечивает лучшую возможность уп­ равления снижением объекта. В настоящее время созданы пара­ шюты-крылья с аэродинамическим качеством 2,5...3,0.

Для снижения тяжелых объектов массой от одной до несколь­ ких десятков тонн применяются многокупольные парашютные системы (рис. 15.4), имеющие от двух до десяти куполов с сум­ марной площадью 6000...8000 м2.

15.1. СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ СИСТЕМЫ ОБЪЕКТПАРАШЮТ

Решение задачи о движении объекта в атмосфере, среде с пе­ ременной плотностью, упрощается при введении понятия равно­ весной скорости свободного падения Vp (скорости, при которой сила аэродинамического сопротивления X равна весу G объекта), оп­ ределяемой как

где сх — коэффициент сопротивления; F — площадь миделя объ­ екта. Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты, равновесная скорость свободного падения — увеличивается. Так, если на малых высотах равновесная скорость свободного падения человека составляет 50...60 м/с, то на высоте 10 км она в 1,72 раза, на высоте 20 км — в 3,73 раза, а на высоте 30 км — в 8,22 раза больше.

Отметим, что скорость безопасного приземления человека рав­ на 4...6 м/с.

Действительная вертикальная скорость VB до выхода на уста­ новившийся режим падения отличается от равновесной. Уравне­ ние равновесия сил для этого случая имеет вид

но так как G = Хр, то

2

и

( РЛ2 ' D

В

Разделяя переменные и интегрируя для каждого из дискретных значений высоты h и равновесной скорости Vph = const, находим