авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Методика определения безопасности воздействия перегрузок голова-таз при катапультировании на больших скоростях полета

-- [ Страница 3 ] --

Как уже было отмечено выше, на сегодняшний день общепринятыми являются два способа оценки допустимости силовых воздействий на позвоночник летчика в процессе катапультирования:

  • по максимальной величине перегрузки в направлении «голова-таз», измеряемой на манекене и кресле вблизи центра масс системы «КК + пилот», которая сравнивается с предельно допустимой величиной nyдоп;
  • по максимальной величине динамической реакции вдоль вертикальной оси тела, которая также сравнивается с предельно допустимой величиной DRIдоп.

Оба этих метода являются опосредованными способами оценки величины усилий, возникающих в позвоночнике под действием внешних сил, воздействующих на сидящего в кресле летчика. При этом предполагается, что сжимающее усилие в поясничном отделе позвоночника напрямую коррелируется с суммарной перегрузкой «голова – таз» и индексом динамической реакции.

Принятые на сегодняшний день значения nyдоп и DRIдоп получены в условиях, соответствующих катапультированию на скоростях, близких к нулю. Проведенные расчетные и экспериментальные исследования позволили установить, что использование действующих методик оценки безопасности воздействия перегрузки катапультирования «голова – таз» (как по величине максимального значения перегрузки, так и по уровню динамической реакции) оказывается корректным лишь в условиях отсутствия воздействия на летчика аэродинамического потока, то есть на связанном участке движения КК, а также на активном участке движения при индикаторных скоростях до 900 км/час.

Основываясь на результатах проведенных расчетных и экспериментальных исследований, критерий по оценке допустимости воздействия перегрузки в направлении «голова-таз» для кресел типа К-36 должен быть уточнен с учетом реальных силовых факторов, действующих на тело летчика при катапультировании. Предельные уровни этой перегрузки по-прежнему должны определяться исходя из предельных сжимающих усилий, которые выдерживают нижние отделы позвоночника человека, однако при этом должна учитываться величина разгружающего эффекта, возникающего в позвоночнике под действием аэродинамических сил при аварийном покидании ЛА на больших скоростях.

Так, при использовании КК типа К-36Д-3.5 максимальная допустимая величина перегрузки катапультирования «голова – таз» после попадания летчика в поток, в зависимости от угла установки КК в самолете может быть увеличена до 22…26 ед. с учетом темпа ее нарастания и скоростного напора в момент катапультирования (рис. 7). На малых же скоростях предельная величина перегрузки ny по-прежнему должна определяться в соответствии с действующими критериями (nyдоп = 18 ед. при времени действия этой перегрузки не более 0,25 с и скорости нарастания не более 250 ед./с).

  Значения максимально-13

Рисунок 7 – Значения максимально допустимого уровня перегрузки в направлении «голова-таз» nyдоп на активном участке в зависимости от условий катапультирования

Что касается величины DRI, то в качестве предельных значений DRIдоп следует принимать установленные на сегодняшний день величины. Однако, использование существующей методики определения DRI позволяет выявить прямое соответствие между ее величиной и значениями усилий в позвоночнике лишь до попадания летчика в поток, либо на активном участке при значениях индикаторной скорости Vi 900 м/с. При больших же значениях индикаторной скорости требует корректировки сама существующая методика определения динамической реакции, поскольку в этом случае увеличению определенного с ее использованием значения DRI соответствует уменьшение сжимающего усилия в позвоночнике.

На основании анализа и обработки результатов экспериментальных работ по определению влияния скоростного напора на усилие в позвоночнике летчика была создана двухмассовая модель воздействия вертикальной перегрузки катапультирования на летчика (рис. 8).

  Двухмассовая модель-14

Рисунок 8 – Двухмассовая модель определения динамической реакции тела летчика

Эта модель позволяет рассчитывать динамическую реакцию позвоночника летчика с учетом реальных особенностей катапультирования, в том числе индикаторной скорости в момент катапультирования, угла установки КК в кабине, массы и антропометрии летчика, наличия привязной системы, линейного и углового движения КК после катапультирования.

Величина индекса динамической реакции по двухмассовой модели будет определяться согласно следующим выражениям:

DRI(t) = (t),

++(1+) = (ny(t)-cos)g – F2/m2;

где – коэффициент демпфирования модели (0,224);

n – собственная частота модели (52,9 рад/с);

g – ускорение свободного падения (9.81 м/с2);

– коэффициент, учитывающий влияние жесткость снаряжения и системы фиксации,

m2 – масса верхней части тела сидящего в КК летчика, участвующая в нагружении позвоночника;

F2(t) = Fаэро0(Vi0, (t))KL + ;

где (t) = + - приближенное значение угла атаки КК;

– угол установки КК в кабине;

KL – коэффициент, учитывающий степень влияния набегающего потока в зависимости от роста сидящего в КК летчика;

– коэффициент, учитывающий инерционные характеристики сидящего в КК летчика;

nx(t), ny(t) – перегрузки КК вдоль связанных осей 0X и 0Y;

x(t), z(t) – угловые скорости КК относительно связанных осей 0X и 0Z;

V0 – скорость ЛА в момент катапультирования;

Fаэро0(Vi0, (t)) – аэродинамическая сила, воздействующая верхнюю часть тела пилота и зависящая от угла таки КК (t) и начального значения индикаторной скорости КК Vi0.

Расчеты, проведенные по предложенной модели, показали, что как характер изменения полученного с применением предложенной методики значения DRI(t), так и его абсолютные величины (отнесенные к массе верхней части тела) в целом лучше определяют значение возникающего в позвоночнике летчика усилия Fпозв(t), чем зависимость DRI(t), вычисленная с использованием общепринятой методики, не учитывающей особенности воздействия условий реального катапультирования.

Предложенная модель обладает рядом несомненных достоинств, однако ее недостатками являются громоздкость процедуры вычисления DRI, а также наличие ряда параметров, значения которых были определены по сравнительно небольшому числу экспериментальных данных. В связи с этим предлагается вторая, несколько более простая динамическая модель, учитывающая частичную разгрузку позвоночника от воздействия набегающего потока при помощи коэффициента A (рис. 9). Величина индекса динамической реакции по этой модели будет определяться согласно следующим выражениям:

DRI(t) = (t);

++ = (ny(t)-cos)g /A.

Здесь коэффициент А определяет эквивалентное уменьшение эффективного сжимающего воздействия перегрузки катапультирования «голова-таз» на позвоночник летчика за счет наличия аэродинамических и инерциальных сил при выходе КК в поток.

Рисунок 9 – Скорректированная одномассовая модель определения динамической реакции тела летчика

При этом для участка связанного движения значение коэффициента A принимается равным 1, а для участка свободного движения значение коэффициента A определяется в зависимости от индикаторной скорости полета в момент катапультирования Vi и угла установки кресла в кабине самолета (рис. 10).

  Значения корректирующего-29

Рисунок 10 – Значения корректирующего коэффициента A для вычисления динамической реакции летчика

Сравнение существующей и двух предложенных моделей показывает, что различие между двумя предложенными моделями по максимальным значениям динамических реакций составляет 1…3 ед., и при этом вторая модель обеспечивает больший запас по безопасным уровням воздйствия перегрузок и существенно проще в использовании. Именно эта модель и была включена в утвержденную ВВС МО РФ, ГосНИИИ ВМ МО РФ, в/ч 22737, ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» «Методику оценки травмоопасности перегрузок КУ на больших скоростях». Разработанная Методика была, в частности, использована для анализа результатов предварительных испытаний КК пятого поколения К-36Д-5.

ВЫВОДЫ

1) Анализ исходов реальных катапультирований показал отсутствие переломов позвонков у летчиков, спасшихся при катапультированиях на скоростях полета более 900 км/час, в то время как аварийное покидание на меньших скоростях в отечественных КК сопровождалось переломами в 6.6% случаев.

2) В результате проведенных расчетно-теоретических работ установлено, что при больших скоростях полета:

  • максимальные величины ударной перегрузки «голова-таз» в системе «летчик – КК» отмечаются на этапе выхода кресла из кабины самолета и могут достигать при максимальных индикаторных скоростях более 18…23 ед.;
  • величина контактной силы реакции между летчиком и КК, образующаяся под действием ударной перегрузки и определяющая компрессию позвоночника, зависит от индикаторной скорости полета самолета в момент катапультирования Vi и угла установки КК в кабине, уменьшаясь при =17° и Vi = 1300 км/час в момент выхода КК из кабины ЛА на величину до 3200 Н.

3) Экспериментально установлено, что при попадании летчика в поток на большой скорости на верхнюю часть его тела действует растягивающая аэродинамическая сила, которая частично разгружает позвоночник (на 500…3000 Н при = 17° и Vi = 900…1300 км/час), испытывающий сжимающую нагрузку от вертикальной перегрузки катапультирования. Поэтому одно и то же значение перегрузки катапультирования в направлении «голова - таз» оказывается на большой скорости полета более безопасным, чем на малой. При этом увеличение угла установки КК в диапазоне = 17°…30° при катапультировании на большой скорости полета ведет к относительному снижению растягивающего позвоночник аэродинамического усилия (при Vi = 1300 км/час изменение угла установки с 17° до 30° приводит к снижению растягивающих усилий с 3000 до 1800 Н).

4) На основании сравнительных экспериментов показано, что динамическая реакция тела сидящего в КК человека и антропоморфного манекена на растягивающее воздействие оказываются, с учетом 90%-го доверительного интервала, идентичными по величине и суммарному импульсу, что, в свою очередь, позволяет полностью распространить данные, полученные в испытаниях с антропоморфными манекенами, на летчика.

5) На основании анализа экспериментальных данных разработана и апробирована методика, совершенствующая количественное нормирование безопасных уровней перегрузки «голова-таз» при катапультировании на больших скоростях полета, а также доработана и проверена в испытаниях модель вычисления индекса динамической реакции (DRI), дополнительно учитывающая наличие аэродинамической силы, воздействующей на верхнюю часть тела летчика.

Практическая значимость результатов работы. Проведенные исследования и созданные на их основе методики позволяют более точно определять безопасность воздействия на летчика перегрузок катапультирования в направлении «голова-таз». Как следствие, снимаются ограничения по применению КК и эксплуатации самих ЛА на больших скоростях полета, связанные с повышенными уровнями действующих при этом перегрузок. Это делает возможным:

  • снижение установочной массы кресла;
  • увеличение диапазона возможной антропометрии летного состава;
  • улучшение условий штатной работы экипажа за счет установки кресел в кабинах высокоманевренных самолетов под большими углами.

Личный вклад автора. Все результаты, составляющие основное содержание диссертационной работы, получены автором самостоятельно. В работах, выполненных в соавторстве, диссертантом внесен следующий вклад:

  • проведен расчет динамики движения катапультных кресел и определены максимальные значения действующих на летчика перегрузок [6];
  • вычислены значения контактных сил, возникающих в процессе катапультирования, с использованием инерционно-массовых и аэродинамических характеристик катапультируемой системы и летчика в присутствии кресла [1, 4, 7];
  • проведен анализ статистики исходов применения катапультных кресел типа К-36 [2, 3];
  • выполнен анализ результатов проведенных ранее катапультирований кресел типа К-36 с использованием антропоморфных манекенов [1, 2, 7];
  • участие в подготовке, проведении и анализе результатов экспериментальных работ по определению воздействия аэродинамического потока на сидящего в кресле антропоморфного манекена [5, 7];
  • участие в подготовке, проведении и анализе результатов сравнительных исследований динамической реакции антропоморфного манекена и испытателей на вертикальную нагрузку, имитирующую возникающую при катапультировании аэродинамическую силу [5, 7].

Список публикаций автора, в которых изложено основное содержание диссертационной работы

Статьи в рецензируемых изданиях из перечня ВАК Минобрнауки России

1. Моисеев Ю.Б., Страхов А.Ю., Шибанов В.Ю. Воздействие перегрузки при катапультировании на больших скоростях полета самолета // Полет, №12, 2009. - С. 9–15.

2. Шибанов В.Ю. Подходы к оценке травмоопасности перегрузок, воздействующих на летчика в процессе катапультирования // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций, №2, 2011. - С. 69–73.

3. Поздняков С.С., Лившиц А.Н., Шибанов В.Ю. Основные тенденции в совершенствовании катапультных кресел // Общероссийский научно-технический журнал «Полет», №5, 2011. - С. 52–60.

Статьи в научно-технических реферативных журналах

4. Шибанов В.Ю. Проблемы оценки травмобезопасности процесса катапультирования летчиков на больших скоростях // Проблемы безопасности полетов, №6, 2011. - С. 28…33.

Патенты на изобретения

5. Волковицкий В.Р., Иванов А.Г., Лившиц А.Н., Токарев Д.А., Шибанов В.Ю. Стенд для определения силы реакции между катапультным креслом и летчиком // Патент на полезную модель № 98808 от 20.04.2010 г.

Статьи в материалах конференций

6. Шибанов В.Ю. Современные средства спасения экипажей в аварийных ситуациях и перспективы их развития // Сборник выступлений Китайско-Российского форума молодых ученых. КНР, Ченду, 2005. – С. 56–59.

7. Шибанов В.Ю. Оценка травмоопасности факторов, воздействующих на летчика в процессе катапультирования // Тезисы докладов 9-й Международной конференции «Авиация и космонавтика – 2010», - М.: МАИ, 2010 – С. 51–52.



Pages:     | 1 | 2 ||
 








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.