[en] [ru]
"гнуСоюз" парашют
1. Союз космический корабль
ĢСоюзģ — наименование серии советских многоместных транспортных пилотируемых космических кораблей. Разработка корабля началась в 1962 году в ОКБ-1 под руководством С. П. Королёва. Союз космический корабль, с некоторыми модернизациями, еще находится в эксплуатации и в настоящее время производится РКК Энергия в Российской Федерации. Этот легендарный космический корабль, в настоящее время единственный способ получить доступ к космонавтам на Международной космической станции МКС. Хотя существуют и другие международные проекты в области развития, с использованием более современных космических аппаратов (NASA Orion, SpaceX Dragon v2, Роскосмос Федерация, и другие), замечательный, простой и эффективный дизайн Союз, остается полностью работоспособной много лет.
В этой статье мы рассмотрим некоторые технические детали главного парашюта Союз, а также разработаем подобный парашют, который мы назовем "гнуСоюз".
ĢСоюзģ — наименование серии советских многоместных транспортных пилотируемых космических кораблей. Разработка корабля началась в 1962 году в ОКБ-1 под руководством С. П. Королёва. Союз космический корабль, с некоторыми модернизациями, еще находится в эксплуатации и в настоящее время производится РКК Энергия в Российской Федерации. Этот легендарный космический корабль, в настоящее время единственный способ получить доступ к космонавтам на Международной космической станции МКС. Хотя существуют и другие международные проекты в области развития, с использованием более современных космических аппаратов (NASA Orion, SpaceX Dragon v2, Роскосмос Федерация, и другие), замечательный, простой и эффективный дизайн Союз, остается полностью работоспособной много лет.
В этой статье мы рассмотрим некоторые технические детали главного парашюта Союз, а также разработаем подобный парашют, который мы назовем "гнуСоюз".
2. Союз парашюты
Капсула Союз, имеет в общей сложности пять парашютов.
После того, как космический аппарат вошел в атмосферу, а также на высоте около 10 км, развернуты два пилотных парашюта в размере 0,6 и 4 м2, снижение скорости до 240 м / с.
После этого откройте тормозной парашют в размере 25 м2, снижая скорость до 90-50 м / с.
На высоте 7 км открывается основной парашют в размере 1000 м2, снижение скорости до 6-7 м / с
Если есть проблема с основным парашютом, на высоте от 4 до 6 км, открывается запасной парашют в размере 574 м2, снижая скорость до 8-11 м / с
На расстоянии 1 метра над землей приводится зажигание шести твердого топлива ракет, которые замедляют снижая скорость до 2-3 м / с
(*) Вероятно, некоторые модели TMA и МС с использованием запасной в размере 590 м2 .
(**) Скорость снижения на уровне земли
Примечание: Все данные являются неофициальными, но получены из общедоступных данных, полученных в специализированных сайтах.
Видео ТМА-20М посадка
Проанализируем больше данных. Рассмотрим красивое видео на посадку Союз ТМА-20М:
Эффект медузы:
Изменения в геометрии Союз ТМА-20М парашюта. Laboratori d'envol анализ с предполагаемой линии длиной 40 м.
Эффект медузы ("пульсационные" колебаний):
Это очень интересно "эффект медузы" наблюдается в парашюте. Геометрия купола, периодически изменяется его диаметр и высота. Зачем? Это, вероятно, упругий маятник колебаний ("пульсационные" колебаний), который сохраняет резонанс в связи с изменениями в геометрии купола.
Период колебания упругого маятника с параметр жесткостью "К" и "массой "m": T=sqrt(4 x pi x pi x m / K)
В нашем случае, масса составляет около м = 2500 кг (капсула без термического щита).
Мы можем рассмотреть линии парашюта в качестве упругой пружины. Gores: 80. Линии 80.
Мы не знаем точно, материал и диаметр линий, но, вероятно, используя 450 кг окажется вполне достаточно классические полиамидные линии.
Например, используя линию 450 даН 7.3x1.8 мм 24-сплетены 7.88 г / м и 24% от относительного удлинения при эффективной прочности 492 даН ...
Закон Гука: F = K x X K = F / X = 49.2 Н / 0,24 м = 205 Н / м
А с использованием 80 пружин параллельно жесткости К = 80 х 205 = 16400 Н / м
Тогда период колебаний T = sqrt (4 x pi x pi x 2500 / 16400) = 2.4 с
Это очень хорошо согласуется с тем, что мы видим на видео! На самом деле период колебаний "Медузы", он указывает на жесткость используемого материала. Другие авторы описывают период колебаний между 3 и 4 секунды, показывая, вероятно, использование более легких линий.
Используя 80 линий 450 DAN: 80 х 450 кг = 36000 кг и 3000 кг с учетом массы: Коэффициент запаса прочности = 36000/3000 = 12 (12г).
Можно проверить общий вес парашюта. Если купол имеет площадь 1000 м2 с использованием Ripstop нейлон 45 г / м2, мы имеем 45 кг ткани. Если мы используем 80 линий 40 м, 320 м с линейным весом 7,88 г / м 25,2 кг, всего 45 + 25,2 = 70,2 кг + подкреплений = 80 кг.
Но почему не стабилизирует колебание?
Благодаря эластичным эффекта, можно считать, что капсула подвергается вертикальной движениой синусоидальной описываемого:
y (t) = ymax x sin(wt)
где w = 2 x pi / T ; w = угловая частота; T = период колебаний
Вертикальная скорость: v(t) = dy/dt = w x cos(wt)
А ускорение: a(t) = dv/dt = - w2 x sin(wt)
И согласно закону Ньютона: F = m x a
В нижней точке, сила максимальна и положительная. На самой высокой точке, сила максимальна и отрицательная. Таким образом, в самой нижней точке, форма купола более замкнута и лобовое сопротивление поверхности меньше. Это увеличивает вертикальную скорость и предотвращает колебаний гасится. В верхней части движения, суммарная вертикальная сила уменьшается, а форма купола сплющивается, увеличивая его площадь лобового сопротивления. Этот эффект переменной геометрии, а изменение вертикальной скорости во время колебаний пружины вызывает специфический "эффект медузы". Тем не менее, этот эффект, кажется, не имет важные последствия в средней скорости снижения.
Можно оценить амплитуду движения. Нагрузка на каждую линию в стабилизированного спуска составляет 2500 кг / 80 = 31,25 кг. Используя наши 450 даН полиамидные линий и принимая во внимание удлинение составляет около 24% при 492 даН, то относительное удлинение при 31,24 кг только (31,25 / 492) x24 = 1,52%. И в наших 40 м линий, это означает, что на 0,61 м полную амплитуду. Тогда утах = 0,3 м. Вероятно, реальные смещения больше +-0,5 м, всегда зависят от жесткости используемых линий.
Конечно, мы могли бы изменить линии от других, используемых в парапланеризме, Арамидного (кевлар) или Dyneema, и колебания были бы гораздо меньше, но мгновенное значение нагрузки в момент открытия может быть очень высокой. Эластичный материал поглощает отверстие шок намного лучше.
Мы будем графически представлять движения и силы, в соответствии с приведенными выше формулами. Скорость рассчитывается как производная позиции, ускорение как производное от скорости, и нагрузки по формуле Ньютона. И параметры:
T = 2.4 с
w = 2.618
ymax = 0.305 м
m = 2500 кг
gnuplot скрипт medusa_ru.gnu
Дополнительная нагрузка + - 1700 даН (кг), кажется, разумное значение. Тем не менее, вертикальная скорость около 3 м / с, это кажется неприемлемым значение! Необходимо пересмотреть модель, если есть какая-либо ошибка.
Для классических расчетов парашютных читайте здесь.
После того, как космический аппарат вошел в атмосферу, а также на высоте около 10 км, развернуты два пилотных парашюта в размере 0,6 и 4 м2, снижение скорости до 240 м / с.
После этого откройте тормозной парашют в размере 25 м2, снижая скорость до 90-50 м / с.
На высоте 7 км открывается основной парашют в размере 1000 м2, снижение скорости до 6-7 м / с
Если есть проблема с основным парашютом, на высоте от 4 до 6 км, открывается запасной парашют в размере 574 м2, снижая скорость до 8-11 м / с
На расстоянии 1 метра над землей приводится зажигание шести твердого топлива ракет, которые замедляют снижая скорость до 2-3 м / с
| Высота | парашют | размер | скорость снижения | масса |
| км | тип | м2 | м / с | кг |
| 10 |
вытяжной 1 |
0.6 |
220-270 м / с | 2 |
| вытяжной 2 |
4 |
|||
| 9 |
тормозной | 25 |
90-50 м / с | 25 |
| 7 |
основной | 1000 |
6-7 м / с (**) |
80 |
| 4-6 |
запасной | 574 (*) |
8-11 м / с | - |
| 1 m |
ракеты | 2-3 м / с |
(*) Вероятно, некоторые модели TMA и МС с использованием запасной в размере 590 м2 .
(**) Скорость снижения на уровне земли
Примечание: Все данные являются неофициальными, но получены из общедоступных данных, полученных в специализированных сайтах.
Видео ТМА-20М посадка
Проанализируем больше данных. Рассмотрим красивое видео на посадку Союз ТМА-20М:
Эффект медузы:
 |
 |
Эффект медузы ("пульсационные" колебаний):
Это очень интересно "эффект медузы" наблюдается в парашюте. Геометрия купола, периодически изменяется его диаметр и высота. Зачем? Это, вероятно, упругий маятник колебаний ("пульсационные" колебаний), который сохраняет резонанс в связи с изменениями в геометрии купола.
Период колебания упругого маятника с параметр жесткостью "К" и "массой "m": T=sqrt(4 x pi x pi x m / K)
В нашем случае, масса составляет около м = 2500 кг (капсула без термического щита).
Мы можем рассмотреть линии парашюта в качестве упругой пружины. Gores: 80. Линии 80.
Мы не знаем точно, материал и диаметр линий, но, вероятно, используя 450 кг окажется вполне достаточно классические полиамидные линии.
Например, используя линию 450 даН 7.3x1.8 мм 24-сплетены 7.88 г / м и 24% от относительного удлинения при эффективной прочности 492 даН ...
Закон Гука: F = K x X K = F / X = 49.2 Н / 0,24 м = 205 Н / м
А с использованием 80 пружин параллельно жесткости К = 80 х 205 = 16400 Н / м
Тогда период колебаний T = sqrt (4 x pi x pi x 2500 / 16400) = 2.4 с
Это очень хорошо согласуется с тем, что мы видим на видео! На самом деле период колебаний "Медузы", он указывает на жесткость используемого материала. Другие авторы описывают период колебаний между 3 и 4 секунды, показывая, вероятно, использование более легких линий.
Используя 80 линий 450 DAN: 80 х 450 кг = 36000 кг и 3000 кг с учетом массы: Коэффициент запаса прочности = 36000/3000 = 12 (12г).
Можно проверить общий вес парашюта. Если купол имеет площадь 1000 м2 с использованием Ripstop нейлон 45 г / м2, мы имеем 45 кг ткани. Если мы используем 80 линий 40 м, 320 м с линейным весом 7,88 г / м 25,2 кг, всего 45 + 25,2 = 70,2 кг + подкреплений = 80 кг.
Но почему не стабилизирует колебание?
Благодаря эластичным эффекта, можно считать, что капсула подвергается вертикальной движениой синусоидальной описываемого:
y (t) = ymax x sin(wt)
где w = 2 x pi / T ; w = угловая частота; T = период колебаний
Вертикальная скорость: v(t) = dy/dt = w x cos(wt)
А ускорение: a(t) = dv/dt = - w2 x sin(wt)
И согласно закону Ньютона: F = m x a
В нижней точке, сила максимальна и положительная. На самой высокой точке, сила максимальна и отрицательная. Таким образом, в самой нижней точке, форма купола более замкнута и лобовое сопротивление поверхности меньше. Это увеличивает вертикальную скорость и предотвращает колебаний гасится. В верхней части движения, суммарная вертикальная сила уменьшается, а форма купола сплющивается, увеличивая его площадь лобового сопротивления. Этот эффект переменной геометрии, а изменение вертикальной скорости во время колебаний пружины вызывает специфический "эффект медузы". Тем не менее, этот эффект, кажется, не имет важные последствия в средней скорости снижения.
Можно оценить амплитуду движения. Нагрузка на каждую линию в стабилизированного спуска составляет 2500 кг / 80 = 31,25 кг. Используя наши 450 даН полиамидные линий и принимая во внимание удлинение составляет около 24% при 492 даН, то относительное удлинение при 31,24 кг только (31,25 / 492) x24 = 1,52%. И в наших 40 м линий, это означает, что на 0,61 м полную амплитуду. Тогда утах = 0,3 м. Вероятно, реальные смещения больше +-0,5 м, всегда зависят от жесткости используемых линий.
Конечно, мы могли бы изменить линии от других, используемых в парапланеризме, Арамидного (кевлар) или Dyneema, и колебания были бы гораздо меньше, но мгновенное значение нагрузки в момент открытия может быть очень высокой. Эластичный материал поглощает отверстие шок намного лучше.
Мы будем графически представлять движения и силы, в соответствии с приведенными выше формулами. Скорость рассчитывается как производная позиции, ускорение как производное от скорости, и нагрузки по формуле Ньютона. И параметры:
T = 2.4 с
w = 2.618
ymax = 0.305 м
m = 2500 кг
gnuplot скрипт medusa_ru.gnu
Дополнительная нагрузка + - 1700 даН (кг), кажется, разумное значение. Тем не менее, вертикальная скорость около 3 м / с, это кажется неприемлемым значение! Необходимо пересмотреть модель, если есть какая-либо ошибка.
Для классических расчетов парашютных читайте здесь.
3. гнуСоюз парашют
Давайте создадим парашют гнуСоюз с использованием программы LEparachute! Версия 0.12 не допускает много вариантов. Таким образом, форма купола не может быть приближена очень точно, потому в настоящее время LEparachute лучше работает с тянуть вниз апексных парашюты (PDA). Мы планируем изменить программу для загрузки купольных профилей любого вида. Однако, как только в полете, парашют стабилизируется в идеальной форме купола. Так что этот парашют будет безопасно приземляться с капсулой с космонавтами!
Мы пишем файл данных data.txt:
***************************************************************
* PARACHUTE AND PARASAIL DESING PROGRAM - data file -
***************************************************************
* Version
0.12
***************************************************************
* 1. MAIN PARAMETERS
***************************************************************
* Brand name
"Laboratori d'envol"
* Parachute name
"gnuSoyuz"
* Scale
1.0
* Drawing scale
1.0
* Parachute type
1
* a parameter horizontal axis ellipse (cm)
1319
* b parameter vertical axis ellipse (cm)
1022.33
* c parameter Apex height (cm)
1022
* ap parameter (cm)
10
* Apex radius (cm)
10
* Line height (cm)
3772.77
* Separation beetwen main karabiners (cm)
0
* Calage (cm)
0
* Number of gores
80
* General ovalizacion factor (%)
6.0
* N points used to define meridians
201
Запустите программу и получаем файл результата lepc-out.txt:
PARACHUTE AND PARASAIL DESIGN PROGRAM
Laboratori d'envol
Version: .12
Brand: Laboratori d'envol
Model: gnuSoyuz
N gores: 80
Main radius (m): 13.29
Dome height (m): 37.73
Meridian lenght (m): 18.56
Surface sail (m2): 1000.00
Surface projection (m2): 554.88
General ovalizacion factor: 6.0 %
Lines (cm):
Line 1 to 80 (m): 4000.00
Скачать здесь все .txt и .dxf файлы для гнуСоюз!
гнуСоюз формы в плане (80 гор)
3D вид
Гор разработать геометрию
Давайте создадим парашют гнуСоюз с использованием программы LEparachute! Версия 0.12 не допускает много вариантов. Таким образом, форма купола не может быть приближена очень точно, потому в настоящее время LEparachute лучше работает с тянуть вниз апексных парашюты (PDA). Мы планируем изменить программу для загрузки купольных профилей любого вида. Однако, как только в полете, парашют стабилизируется в идеальной форме купола. Так что этот парашют будет безопасно приземляться с капсулой с космонавтами!
Мы пишем файл данных data.txt:
***************************************************************
* PARACHUTE AND PARASAIL DESING PROGRAM - data file -
***************************************************************
* Version
0.12
***************************************************************
* 1. MAIN PARAMETERS
***************************************************************
* Brand name
"Laboratori d'envol"
* Parachute name
"gnuSoyuz"
* Scale
1.0
* Drawing scale
1.0
* Parachute type
1
* a parameter horizontal axis ellipse (cm)
1319
* b parameter vertical axis ellipse (cm)
1022.33
* c parameter Apex height (cm)
1022
* ap parameter (cm)
10
* Apex radius (cm)
10
* Line height (cm)
3772.77
* Separation beetwen main karabiners (cm)
0
* Calage (cm)
0
* Number of gores
80
* General ovalizacion factor (%)
6.0
* N points used to define meridians
201
Запустите программу и получаем файл результата lepc-out.txt:
PARACHUTE AND PARASAIL DESIGN PROGRAM
Laboratori d'envol
Version: .12
Brand: Laboratori d'envol
Model: gnuSoyuz
N gores: 80
Main radius (m): 13.29
Dome height (m): 37.73
Meridian lenght (m): 18.56
Surface sail (m2): 1000.00
Surface projection (m2): 554.88
General ovalizacion factor: 6.0 %
Lines (cm):
Line 1 to 80 (m): 4000.00
Скачать здесь все .txt и .dxf файлы для гнуСоюз!
гнуСоюз формы в плане (80 гор)
3D вид
Гор разработать геометрию