аппарат для парашютирования с планированием

Формула изобретения

Аппарат для парашютирования с планированием, содержащий для создания подъемной силы конус неизменяемой формы с вершиной внизу, с основанием вверху, к вершине прикреплен трос, второй конец которого предназначен для закрепления на пилоте, стержень, закрепленный шарнирно с возможностью качания в вертикальной плоскости на конусе на расстоянии от вершины, равном не менее одной трети радиуса основания, с перекладиной для ног пилота, жестко связанной с упомянутым первым стержнем, второй стержень, перпендикулярный первому и установленный с возможностью поворота на первом на уровне груди пилота, руль, выполненный в виде жесткой, обтянутой плотной тканью рамы, которая снабжена осью, входящей во втулку конуса с возможностью поворота в ней, втулка расположена на конусе со стороны, диаметрально противоположной первому стержню, рама снабжена также третьим стержнем, перпендикулярным плоскости рамы и жестко скрепленным с ней, а концы второго и третьего стержней соединены между собой тросами равной длины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области парашютостроения и может быть использовано для спуска человека с обрывов, гор, холмов и других возвышенностей. При этом спуск может производиться с безопасной вертикальной скоростью (до 4 м/с) и одновременно с горизонтальной скоростью (планированием) в разных направлениях. Минимальный угол между поверхностью холма и горизонталью может доходить до 45°.

Известны аппараты для парашютирования - парашюты разных типов, уложенные в ранцы, которые при выдергивании кольца раскрываются под действием набегающего потока воздуха и производят плавное опускание. Однако все они требуют прыжка и предварительного свободного вертикального падения, после чего парашют раскрывается.

Если требуется опуститься с пологого холма, т.е. без предварительного свободного падения, то используют дельтапланы, которые требуют предварительного разбега. Однако нельзя просто прыгнуть с обрыва на дельтаплане, пока он не набрал необходимой горизонтальной скорости.

Таким образом, все известные аналоги требуют или разбега (дельтапланы), или свободного падения (парашюты), что является недостатком при желании стартовать с любой точки любой возвышенности с заранее "раскрытым" парашютом. Этот недостаток устраняется тем, что аппарат для парашютирования с планированием выполнен так, что он содержит конус неизменяемой формы с вершиной внизу, с основанием вверху, к вершине прикреплен трос, второй конец которого закреплен на пилоте, стержень, закрепленный шарнирно с возможностью качания в вертикальной плоскости на конусе на расстоянии от вершины не менее одной трети радиуса основания, с перекладиной для ног пилота, жестко связанной со стержнем, второй стержень, перпендикулярный первому и установленный с возможностью поворота на первом на уровне груди пилота, руль, выполненный в виде жесткой рамы, обтянутой плотной тканью, рама снабжена осью, входящей во втулку конуса с возможностью поворота в ней, втулка расположена на конусе со стороны диаметрально противоположной первому стержню, рама снабжена так же третьим стержнем, перпендикулярным плоскости рамы и жестко скрепленным с ней, а концы второго и третьего стержней соединены между собой тросами равной длины.

Такое выполнение аппарата позволяет просто, ступив с обрыва, плавно приземлиться в окрестности проекции точки отправления при вертикальном спуске, или спускаться с планированием при отклонении траектории спуска от вертикали до 45°.

На фиг.1 дан схематический чертеж аппарата (вид спереди).

На фиг.2 - вид снизу на аппарат.

На фиг.3 - вид сбоку.

На фиг.4 - дан пример использования аппарата в качестве дополнительного страховочного средства при скалолазании.

На фиг.5 - пример использования устройства в качестве аттракциона - спуск на воду с вышки.

Аппарат состоит из конуса 1 неизменяемой формы, выполненного из тонкого листового алюминиевого сплава, обращенного вершиной 2 вниз, основанием 3 вверх. Угол при вершине конуса лежит в пределах 140°-150°. К вершине конуса прикреплен трос 4, второй конец которого прикреплен к пилоту. На расстоянии l не менее одной трети R-радиуса основания конуса шарнирно закреплен на конусе вертикальный стержень 5, который может поворачиваться вокруг оси 6 шарнира в направлении от вершины конуса к периферии с ограничением поворота в обратном направлении. Стержень 5 снабжен перекладиной 7 для ног пилота. На уровне груди пилота на первом стержне 5 шарнирно установлен второй стержень 8, к концам которого прикреплены тросы 9, соединяемые с рулем 10, который представляет собой жесткую раму, обтянутую плотной тканью. Рама снабжена осью 11, входящей во втулку 12 конуса с возможностью поворота в ней. Кроме того, рама снабжена третьим стержнем 13, установленным перпендикулярно плоскости рамы и жестко скрепленным с ней. Концы стержня 13 соединены с тросами 9. При повороте стержня 8 на стержне 5 руль отклоняется в ту или противоположную сторону от центрального положения. Стержень 5, втулка 12 и вершина 2 конуса 1 лежат в одной вертикальной плоскости. Для поднятия аппарата стержень 8 снабжен вертикальными рукоятками 14. В качестве вариантов выполнения конуса можно взять сборный из нескольких частей каркас, обтянутый плотной воздухонепроницаемой тканью, или он может быть выполненным надувным, секционным из воздухонепроницаемой ткани. Во всех вариантах выполнения форма конуса остается неизменяемой.

Аппарат работает следующим образом.

Пилот поднимает аппарат за стержень 8 (вершина конуса расположена за головой пилота) и наклоняет аппарат вперед. При этом ограничитель поворота стержня 5 не дает конусу 1 опрокидываться. Затем пилот покидает точку возвышенности (холма, обрыва и т.п.). Так как поверхность холма понижается под углом к горизонту не менее 45°, то аппарат снижается, не касаясь его поверхности. Пилот встает на перекладину 7 и продолжает снижение, держась руками за стержень 8, поворачивая который он выбирает направление планирования. Планирование происходит за счет внецентренного подвеса стержня 5. При приземлении пилот покидает стержень 5 и повисает на тросе 4. При этом горизонтальная скорость теряется, и спуск становится вертикальным. При контакте пилота с землей конус 1 освобождается от веса пилота и резко снижает скорость спуска. Конус опирается стержнем 5 на землю, и пилот удерживает за стержень 5 конус в вертикальном положении.

Принимая за безопасную скорость вертикального спуска, равную 4 м/с, и вес пилота с аппаратом G=100 кг, вычислим диаметр основания конуса исходя из данных проведенного эксперимента.

Известно, что при падении тела на него снизу действует сила

,

где Cx - коэффициент лобового сопротивления, зависящий от формы тела,

S - площадь миделя тела м²,

- плотность воздуха ,

V - скорость падения тела, м/с.

Сила Q должна уравновешивать вес G аппарата с пилотом Q=G.

Экспериментально определена для модели аппарата с R=0,3 м и нагрузкой G=0,25 кг скорость падения V=1 м/с.

Из формулы для Q видно, что если R увеличить в 10 раз, то S, а следовательно и Q, увеличится в 100 раз.

Если V увеличить в 2 раза, то Q увеличится в 4 раза, т.е. произойдет общее увеличение Q в 400 раз, следовательно, и G можно увеличить в 400 раз, и тогда Q=G=0,25 кг·400=100 кг.

Таким образом, получим аппарат со следующими параметрами: R=3 м, Q=G=100 кг,V=2 м/c.

Аппарат такого диаметра D легко осуществить на практике. Он позволяет производить спуск с маневрами в окрестности точки приземления с полого холма.

Однако желательно было бы уменьшить диаметр аппарата. Поэтому примем D=3 м, a V=4 м/с.

Тогда от V, Q увеличивается в 16 раз, а от D, Q увеличивается в 25 раз и общее увеличение составит 25·16=400 раз, и Q=G=0,25 кг·400=100 кг.

Возьмем данные другого эксперимента. Испытывалась модель D=0,4 м, G=0,1 кг. Получена скорость падения V=1 м/с.

Возьмем D=3,2 м и V=4 м/с. Тогда получим Q=G=0,1 кг·64·16=102 кг.

Таким образом, получим аппарат с D=3,2 м, V=4 м/с, который может опустить вес 102 кг с безопасной скоростью.

Планирование аппарата приводит к тому, что на передний край конуса действует подъемная сила, и по достижении определенной скорости край поднимается, аппарат тормозится, затем вновь разгоняется, и вид траектории спуска повторяется.

Аппарат диаметром 3,2 м может быть выполнен сборным из двух частей и поэтому является транспортабельным. Он может быть использован для экстремального спорта, а также для различного вида аттракционов, например для спуска с вышки на воду и т.п. При этом пилоту не грозит нераскрытие парашюта. Кроме того, аппарат может быть использован в качестве дополнительного страховочного элемента для скалолазов и альпинистов. Например, если D=2,4 м, a V=5 м/с, то G=0,1·36·25=90 кг.

Конечно, V=5 м/с - очень большая скорость падения, однако, шансы остаться в живых при падении возрастают. В последнем случае аппарат представляет собой надувной конус, к вершине которого прикреплен трос, связанный со скалолазом (без стержней и руля).

Конус располагается вершиной к скале в ногах у спортсмена. Если он срывается, то конус отходит от скалы, скалолаз пролетает вниз и повисает на конусе, который и тормозит падение.

При использовании на аттракционе конус выполняется без руля и стержней и снабжается ручками, держась за которые пилот прыгает с вышки. Если высота небольшая и внизу вода, то можно прыгать и без страховочного троса, связывающего пилота с вершиной конуса.