БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ПАРАШЮТНЫЕ СИСТЕМЫ СПАСЕНИЯ ДЛЯ ПЛАНЕРОВДля мировой практики эксплуатации дельталетов, сверхлегких самолетов уже становится привычным комплектование этих летательных аппаратов быстродействующимим парашютными системами спасения (БПС), которые в аварийной ситуации обеспечивают приземление экипажа вместе с летательным аппаратом. Начиная с 1995 г. по инициативе немецкой фирмы "Glasfaser-Flugzeug-Service GmbH" (GFS GmbH, г.Грабенштеттен) предприятие МВЕН (г. Казань, Россия) при участии GFS GmbH и специалистов НИИ АУС (г. Феодосия, Украина) провело работы по созданию БПС для планеров полетной массой до 500 кг. Основными требованиями при разработке являлись "Технические требования систем спасения ультралегких самолетов и дельталетов (Т.Т.С.С.) Немецкого аэроклуба" (выпуск - июнь 1992 г.) и "Дополнительные требования для систем спасения планеров и мотопланеров 14-ИРС/94 Департамента воздушного движения Германии". Особенности и, соответственно, сложности создания БПС для планеров по сравнению с БПС для ультралайтов такой же массы заключаются в более широком диапазоне скоростей введения в действие (от 0 до 300 км/ч), а также более жесткие требования по скорости приземления (до 6 м/с). При этом масса и габаритные размеры снаряженной БПС должны быть минимальными. В результате выполненного комплекса работ на сертификацию в Германию представлена БПС "Рада-500" (рис.1), предназначенная для установки на планеры массой до 500 кг.
Краткое описание БПС "РАДА-500"Характерными особенностями БПС "Рада-500" являются традиционная для фирмы МВЕН схема метательного механизма, где в качестве ускорителя принудительного вытягивания используется пиротехнический узел отстрела контейнера с парашютом. В системе "Рада-500" применена двухкаскадная парашютная система (ПС) с тормозным и основным парашютами. Парашюты обладают высокими значениями коэффициента сопротивления и показателей устойчивости. Это позволило получить приемлемые массо-габаритные характеристики при выполнении остальных обязательных требований, в первую очередь - по скорости приземления и диапазону скоростей введения в действие. БПС "Рада-500" в снаряженном состоянии имеет массу 17,5 кг и габаритные размеры, которые позволяют обеспечить её компоновку в фюзеляже планера (рис.2). При использовании БПС в аварийной ситуации (а, возможно, и для экстренной посадки на неподготовленные площадки) можно выделить следующие основные этапы. 1 этап: вытягивание пилотом ручки метательного механизма, срабатывание газогенераторного устройства, выбрасывание контейнера с парашютом из планера в воздушный поток; 2 этап:полет контейнера и разворачивание соединительного звена парашютной системы, отделение крышки контейнера, введение в поток тормозного парашюта; 3 этап: дальнейшее движение контейнера с парашютом, выход в поток основного парашюта, отделение контейнера и его спуск со своим маленьким парашютом, наполнение купола основного парашюта (ОП), спуск и приземление экипажа и планера; 4 этап: отцепка соединительного звена парашютной системы от подвесной системы планера по команде пилота (при необходимости). Принципиально аналогичные БПС (но имеющие парашютные системы других исполнений) К-500 и КС-500 для ультралайтов уже получили сертификаты Германии в 1997 г. [1]. БПС "Рада-500" прошла полный цикл наземных испытаний, летные испытания с весовым макетом и габаритно-весовым макетом планера массой 500 кг [2]. В настоящее время проводятся сертификационные летные испытания в Германии на планере "Discus" на базе фирмы GFS GmbH (г.Грабенштеттен). Наземные испытанияВ комплекс наземных испытаний (общий объём которых составил свыше 100 экспериментов) входили следующие работы. Испытания по оценке работоспособности метательного механизма, определение характеристик вытягивания парашютной системы и усилий вытягивания ручки привода метательного механизма. Испытания проводились на неподвижном стенде отстрела, автостенде при скорости движения до 60 км/ч и непосредственно на планере "Discus" на скорости 0-50 км/ч (рис.3). Испытания подтвердили обеспечение полного вытягивания парашютной системы из контейнера. Время вытягивания не превышает 1с. Предложенная фирмой GFS GmbH конструкция привода метательного механизма выполнена в виде двух замкнутых овальных ручек, расположенных в кабине за головой пилота (рис.4). Такой привод удобен для вытягивания любой рукой или двумя руками. Усилие вытягивания не превышает 12 кгс. Оценка наполняемости производилась путем сбрасывания весового макета с парашютом с башенного крана и протаскиванием по травянистому или заснеженному полю за автомобилем (рис.5). Следует отметить, что оценка наполняемости методом протаскивания гораздо удобнее и доступнее, чем испытания на башенном кране, которые в настоящее время фирмой МВЕН уже не используются. Испытание по оценке наполняемости парашюта П-130, используемого в БПС "Рада-500", подтвердили его хорошую наполняемость и позволили отработать в наземных условиях устройство рифления парашюта. С системой "Рада-500" проведены механико-климатические испытания и анализ устойчивости применяемых материалов к воздействию внешних факторов, в результате которых подтверждена устойчивость системы к воздействию температуры в диапазоне от минус 50 °С до плюс 50 °С, влажности до 98% при 25 градС, вибраций в широком диапазоне частот. При подготовке к летным испытаниям на планере были проведены наземная проверка выбранной геометрии подвесной системы планера и наземные испытания узла отцепки соединительного звена парашюта от подвесной системы планера (рис. 6). Геометрия подвесной системы планера "Discus", которая была изготовлена и установлена на планер фирмой GFS GmbH с использованием рекомендаций профессора В.Рёгера (университет г.Брауншвейга), обеспечивала ориентацию планера носом вниз под углом 30° к горизонту. Такая ориентация по результатам исследований авторов рекомендаций должна обеспечивать наибольшую безопасность пилоту при столкновении планера с поверхностью земли. Однако, по мнению авторов статьи вопрос ориентации планера для обеспечения наиболее безопасного для пилота приземления в планере под парашютом должен еще изучаться, причем применительно чуть ли не к каждому в отдельности типу планера, на который устанавливается БПС. При этом не подвергается сомнению необходимость расположения передних звеньев подвесной системы перед центром тяжести планера, приводящая при наполнении парашютов к кабрированию планера, имеющая положительный эффект торможения и уменьшения потери высоты в процессе введения в действие БПС. Узел отцепки (кольцевой замок) предназначен для отсоединения парашюта от планера по команде пилота после приземления. Этот узел планировался к использованию в части летных экспериментов для отсоединения планера от парашюта на высоте (после его введения в действие и наполнения) и совершения дальнейшего планерного полета и приземления без парашюта. Наземные испытания (рис.6) подтвердили надежное срабатывание кольцевого замка, усилие открытия которого не превышало 12 кг. ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯЛетные испытания с весовым макетомОсновной объём летных испытаний (15 экспериментов) был выполнен с целью проверки и отработки функционирования парашюта П-130, тормозного парашюта ТП-7,5, парашютной системы ПС-130, БПС "Рада-500", оценки прочности составных частей БПС и определения траекторных параметров движения груза с парашютной системой. Испытания проводились методом сбрасывания весового макета (ВМ) массой 500 кг с наклонного ложемента, установленного в кабине самолета Ан-2 или с внешней подвески вертолета Ми-2. В процессе сбрасывания за счет выбора скорости полета носителя и времени введения в действие ПС обеспечивался необходимый скоростной режим введения в действие парашютной системы в диапазоне от 100 до 300 км/ч. Высота сбрасывания составляла от 200 до 600 м. Практически все эксперименты сопровождались видеосъемкой, хронометражем и регистрацией максимальных нагрузок на парашют с помощью плашечных динамометров. Получение вторичных траекторных параметров, прежде всего, скорости снижения, выполнялось расчетным путем по результатам измерений времени снижения от момента сброса до приземления, времени задержки, времени наполнения ОП, расчетного определения потери высоты в процессе движения до наполнения ОП. В результате проведения летных испытаний с весовым макетом (рис.7) выполнена отработка функционирования и подтверждена прочность основных составных частей и БПС "Рада-500" в целом в диапазоне скоростей введения в действие 100-300 км/ч. Скорость приземления ВМ массой 500 кг с парашютом П-130 составила (6 +0,4) м/с. Летные испытания БПС "Рада-500" с габаритно-весовыми макетами ЛАПри подготовке к натурным летным испытаниям на планере были проведены контрольные летные эксперименты с габаритно-весовыми макетами (ГВМ) планера (массой 300 кг) и спортивного самолета (массой 500 кг). Цель испытаний - оценка функционирования БПС "Рада-500" при введении в действие из летательного аппарата, находящегося в свободном падении, а также оценка процесса приземления летательного аппарата с парашютом. Испытания проводились на базе фирмы МВЕН методом сбрасывания ГВМ с внешней подвески вертолета Ми-8 на скорости 50 км/ч и высоте 500 м (рис.8). В результате проведения экспериментов подтверждена нормальная работа БПС "Рада-500" в процессе выброса контейнера с парашютом из фюзеляжа ГВМ, вытягивания ПС из контейнера, наполнения парашютов (ТП и ОП) на минимальной скорости движения ЛА (близкой к нулю). Потеря высоты при этом составила не более 40 м. Спуск ГВМ с парашютом происходил устойчиво. Приземление на заснеженное поле при ориентации в подвесной системе с наклоном около 10 град на хвост - без поломок. При этом следует отметить, что в дальнейшем необходимо изучать и обоснованно определять требования к подвесной системе летательного аппарата, которая задает ориентацию ЛА под парашютом в момент столкновения ЛА с поверхностью земли (воды) при приземлении (приводнении) и, в конечном итоге, вместе с парашютом обеспечивает безопасность восприятия нагрузок приземления пилотом в кабине ЛА. Летные испытания БПС "Рада-500" на планере "Discus"В результате выполненных разработки и испытаний фирмой МВЕН были подготовлены и представлены для проведения сертификации в Германии три комплекта БПС "Рада-500". Одним из главных этапов работ в процессе сертификации является проведение летных испытаний БПС "Рада-500" на планере, которые начаты в марте 1999 г. на базе фирмы GFS GmbH в г. Грабенштеттене с использованием планера "Discus". В настоящее время выполнен первый этап этих испытаний, которые проводятся под руководством LBA. В рамках первого этапа пилотом Х.Штрейфенедером проведено четыре полета по следующей схеме испытаний. В буксировочном полете планер "Discus" набирал высоту 2000 м и в заданной зоне переходил в свободный горизонтальный полет. Полет планера сопровождался летящими на заданных высотах и удалениях двух легких самолетов и мотопланера, которые производили наблюдение, видео- и фотосъемку. Все экипажи имели радиосвязь. Траекторные параметры полета планера регистрировались средствами GPS с частотой 1 с. В заданный момент пилот производил вытягивание ручек привода метательного механизма и включал в действие схему работы БПС. После наполнения основного парашюта происходило снижение планера под парашютом с потерей высоты около 500 м для определения траекторных параметров парашютного спуска системы "планер-парашют", после чего пилот производил отцепку парашютной системы, переходил в планирующий полет и производил посадку на аэродроме. Скорость полета при введении в действие БПС изменялась в каждом полете. В первом полете - 100 км/ч, во втором полете - 120 км/ч, в третьем - 140 км/ч, в четвертом - 160 км/ч. Полетная масса планера во всех четырех экспериментах составляла 410 кг. В результате выполнения первого этапа работ подтверждена работоспособность БПС "Рада-500" и прочность её составных частей при введении в действие из планера в горизонтальном полете на указанных выше скоростях. Обработка данных GPS показала, что введение в действие БПС происходило на высоте 2200-2300 м, скорость спуска, осредненная на участке около 500 м высоты, в разных экспериментах составляла 5,1 м/с, 5,4 м/с, 5,4 м/с, 5,9 м/с. Средняя скорость по четырем экспериментам составила величину 5,45 м/с. Приведение значения средней скорости приземления к условиям стандартной атмосферы на уровне моря и к весу планера 500 кг дало величину 5,5 м/с. Типичное поведение планера в процессе введения в действие БПС представлено на фотограмме. В процессе наполнения тормозного, а затем основного парашюта развивается кабрирование планера и, соответственно, вместе с ростом нагрузок (перегрузок) от парашютов растут перегрузки от кабрирования планера. Максимальное кабрирование (около 40 град) наблюдается при наполнении основного парашюта, при этом продольная ось системы "планер-парашют" близка к горизонтальному положению и потери высоты на этапе введения в действие и наполнения ОП практически нет. Весь процесс от подачи команды на выброс до наполнения ОП занимает около 3,5 - 4 с. Далее происходит колебательный (одно-два заметных колебания) процесс перехода системы "планер-парашют" в положение парашютирования с вертикальной ориентацией продольной оси системы. По отзывам пилота весь переходной процесс происходит плавно без неприятных ощущений. Снижение системы "планер-парашют" и планера под парашютом устойчивое. На следующем этапе испытаний планируется введение БПС на вираже, в штопоре, пикировании, в горизонтальном полете с максимальной скоростью и других режимах, задаваемых LBA. ЗаключениеАвторы описали быстродействующую парашютную систему спасения для планеров массой до 500 кг БПС "Рада-500", которая отвечает всем требованиям к системам спасения данного класса. При этом следует отметить необходимость изучения и обоснованного определения требований к подвесной системе летательного аппарата, которая задает ориентацию ЛА под парашютом в момент столкновения ЛА с поверхностью земли (воды) при приземлении (приводнении) и, в конечном итоге, вместе с парашютом обеспечивает безопасность восприятия нагрузок приземления пилотом, находящимся в кабине ЛА. В. С.Ермоленко, М.А.Невельский (г. Казань), Литература
| ||||||||||||||||