Скорость падения парашютиста с открытым парашютом. Снижение парашютиста. Коэффициент сопротивления различных тел

Куда же целиться? Мэги грохнулся на каменный вокзальный пол, но его падение затормозилось, когда он за момент до этого пробил стеклянную кровлю. Больно, зато спасительно. Сгодится и стог сена. Некоторые счастливчики остались живы, угодив в густой кустарник. Лесная чаща — тоже неплохо, хотя можно напороться на какой-нибудь сук. Снег? Просто идеально. Болото? Мягкая, покрытая растительностью трясина — самый желанный вариант. Хамильтон рассказывает о случае, когда скайдайвер с нераскрывшимся парашютом угодил прямо на высоковольтные провода. Провода спружинили и подбросили его вверх, сохранив ему жизнь. Самая опасная поверхность — вода. Как и бетон, она практически несжимаема. Результат падения на океанскую гладь будет примерно таким же, как на тротуар. Разница только в том, что асфальт- увы! — не раскроется под вами, чтобы навсегда поглотить разбитое тело.

Не упуская из виду намеченную цель, займитесь положением вашего тела. Чтобы снизить скорость падения, действуйте, как парашютист при затяжном прыжке. Раскиньте пошире ноги и руки, запрокиньте повыше голову, расправьте плечи, и вы сами собой развернетесь грудью к земле. Ваше лобовое сопротивление сразу вырастет, и появятся возможности для маневра. Главное — не расслабляйтесь. В вашем, откровенно скажем, затруднительном положении вопрос, как подготовиться к встрече с землей, остается, к сожалению, до конца не решенным. В журнале War Medicine от 1942 года была опубликована статья на эту тему. В ней говорилось: «В попытке избежать травм большую роль играет распределение нагрузок и их компенсация». Отсюда рекомендация — падать нужно плашмя. С другой стороны, доклад 1963 года, опубликованный Федеральным агентством авиации (FAA), утверждает, что оптимальной для сохранения жизни будет классическая группировка, принятая среди скайдайверов: ноги вместе, колени повыше, голени прижаты к бедрам. В том же источнике отмечено, что выживанию при катастрофе весьма способствует натренированность в таких видах спорта, как борьба или акробатика. При падении на твердые поверхности особенно полезно было бы иметь некоторые навыки в восточных единоборствах.

Японский скайдайвер Ясухиро Кубо тренируется так: выбрасывает из самолета свой парашют, а затем выпрыгивает сам. Затягивая процесс до предела, он догоняет свое снаряжение, надевает и после этого дергает за кольцо. В 2000 году Кубо выпрыгнул на высоте 3 км и провел в свободном падении 50 секунд, пока не догнал ранец со своим парашютом. Все эти полезные навыки можно отрабатывать и в более безопасной обстановке, например в тренажерах свободного падения — вертикальных аэродинамических трубах. Впрочем, тренажеры не позволят вам отработать самый ответственный этап — встречу с землей.

Если вас ждет внизу водная поверхность, готовьтесь к быстрым и решительным действиям. По оставшимся в живых любителям прыгать с высоких мостов можно сделать вывод, что оптимальным был бы вход в воду «солдатиком», то есть ногами вперед. Тогда у вас будут хоть какие-то шансы выбраться на поверхность живым.

С другой стороны, знаменитые ныряльщики со скал, оттачивающие свое мастерство неподалеку от Акапулько, считают, что лучше входить в воду головой вперед. При этом руки со сплетенными пальцами они выставляют перед головой, защищая ее от удара. Вы можете выбрать любую из этих поз, но постарайтесь до самой последней секунды сохранять парашютирующую позицию. Затем, над самой водой, если вы предпочтете нырнуть «солдатиком», настоятельно рекомендуем вам изо всех сил напрячь ягодицы. Объяснять, почему, было бы не слишком прилично, но вы наверняка и сами догадаетесь.

Какая бы поверхность вас внизу ни ждала, ни в коем случае не приземляйтесь на голову. Исследователи из Института безопасности дорожного движения пришли к выводу, что в подобных ситуациях основной причиной смерти оказывается черепно-мозговая травма. Если вас все равно несет головой вперед, лучше уж приземляйтесь на лицо. Это безопаснее, чем удар затылком или верхней частью черепа.

07:02:19 Высота 300 метров

Если, выпав из самолета, вы занялись чтением этой статьи, то к настоящему моменту дошли как раз до этих строк. Начальный курс у вас уже есть, и теперь пора взять себя в руки и сосредоточиться на стоящей перед вами задаче. Впрочем, вот еще кое-какая дополнительная информация.

Статистика показывает, что в случае катастрофы выгоднее оказаться членом экипажа или ребенком, и если есть выбор, лучше терпеть крушение на военном самолете. За последние 40 лет зафиксировано по крайней мере 12 авиакатастроф, когда в живых оставался только один человек. В этом списке четверо были членами экипажа, а семь — пассажирами в возрасте до 18 лет. Среди спасшихся Мохаммед эль-Фатех Осман, двухлетний ребенок, который пережил крушение «боинга» в Судане в 2003 году, приземлившись среди его обломков. В прошлом июне, когда неподалеку от Коморских островов потерпел крушение лайнер Yemenia Airways, в живых осталась только 14-летняя Бахия Бакари.

Выживание членов экипажа можно связать с более надежными системами пассивной безопасности, а вот почему чаще в живых остаются дети — пока не ясно. В исследованиях FAA отмечается, что у детей, особенно в возрасте до четырех лет, более гибкие кости, мышцы более расслаблены и более высокий процент подкожного жира, эффективно защищающего внутренние органы. Люди маленького роста — если их голова не высовывается из-за спинок самолетных кресел — хорошо защищены от летящих обломков. При небольшом весе тела ниже будет и устоявшаяся скорость падения, а меньшее лобовое сечение снижает шанс напороться при приземлении на какой-нибудь острый предмет.

07:02:25 Высота 0 метров

Итак, приехали. Удар. Вы все еще живы? И каковы ваши действия? Если вы отделались мелкими травмами, можете встать и закурить, как поступил британец Николас Алкемейд, бортстрелок хвостового пулемета, который в 1944 году после падения с шестикилометровой высоты приземлился в заснеженную чащобу. Если же без шуток, то впереди вас ждет еще немало хлопот.

Вспомним случай с Юлианой Копке. В 1971 году в канун Рождества она летела на самолете Lockheed Electra. Лайнер взорвался где-то над Амазонкой. 17-летняя немка пришла в себя на следующее утро под пологом джунглей. Она была пристегнута к своему сиденью, а вокруг валялись груды рождественских подарков. Раненная, в полном одиночестве, она заставила себя не думать о погибшей матери. Вместо этого она сосредоточилась на совете отца-биолога: «Потерявшись в джунглях, ты выйдешь к людям, следуя за течением воды». Копке шла вдоль лесных ручейков, которые постепенно сливались в речки. Она обходила крокодилов и колотила по мелководью палкой, чтобы распугать скатов. Где-то, споткнувшись, потеряла туфлю, из одежды на ней осталась только рваная мини-юбка. Из еды при ней был только пакет конфет, а пить приходилось темную, грязную воду. Она не обращала внимания на сломанную ключицу и на воспалившиеся открытые раны.

Критическая скорость падения тела . Известно, что при падении тела в воздушной среде на него действуют сила тяжести, которая во всех случаях направлена вертикально вниз, и сила сопротивления воздуха, которая направлена в каждый момент в сторону, противоположную направлению скорости падения, изменяющуюся в свою очередь как по величине, так и по направлению.

Сопротивление воздуха, действующее в направлении, противоположном движению тела, называется лобовым сопротивлением. Согласно экспериментальным данным сила лобового сопротивления зависит от плотности воздуха, скорости движения тела, его формы и размеров.

Результирующая сила, действующая на тело, сообщает ему ускорение a, рассчитываемое по формуле a = G – Q , (1)

где G – сила тяжести; Q – сила лобового сопротивления воздуха;

m – масса тела.

Из равенства (1) следует, что

если G –Q > 0 ,то ускорение положительно и скорость тела увеличивается;

если G –Q < 0 ,то ускорение отрицательно и скорость тела уменьшается;

если G –Q = 0 ,то ускорение равно нулю и тело падает с постоянной скоростью (рис.2).

У с т а н о в и в ш а я с я с к о р о с т ь п а д е н и я п а р а ш ю т и с т а. Силы, обусловливающие траекторию движения парашютиста, определяются теми же параметрами, что и при падении любого тела в воздухе.

Коэффициенты лобового сопротивления для различных положений те-ла парашютиста при падении относительно набегающего потока воздуха рассчитывают, зная поперечные размеры, плотность воздуха, скорость воздушного потока и измерив величину лобового сопротивления. Для производства расчетов необходима такая величина как м и д е л ь.

Мидель (миделево сечение) – наибольшее по площади поперечное сечение удлиненного тела с плавными криволинейными обводами. Для определения миделя парашютиста необходимо знать его рост и ширину раскинутых рук (или ног). В практике расчетов принимают ширину рук, равную росту, таким образом, мидель парашютиста равняется l 2 . Мидель меняется при изменении положения тела в пространстве. Для удобства расчетов принимают значение миделя величиной постоянной, а его фактическое изменение учитывают соответствующим коэффициентом лобового сопротивления. Коэффициенты лобового сопротивления для различных положений тел относительно набегающего воздушного потока приведены в таблице.

Т а б л и ц а 1

Коэффициент сопротивления различных тел

Установившуюся скорость падения тела определяют массовая плотность воздуха, которая изменяется по высоте, сила тяжести, изменяющаяся пропорционально массе тела, мидель и коэффициент лобового сопротивления пара-шютиста.

Снижение системы груз–парашют . Снижение груза с куполом парашюта, наполненным воздухом, есть частный случай падения произвольного тела в воздухе.

Как и для изолированного тела, скорость приземления системы зависит от поперечной нагрузки. Изменяя площадь купола парашюта F п, мы изменяем поперечную нагрузку, а следовательно, скорость приземления. Поэтому необходимая скорость приземления системы обеспечивается площадью купола парашюта, рассчитанной из условий эксплуатационных ограничений системы.

Снижение и приземление парашютиста . Установившаяся скорость падения парашютиста, равная критической скорости наполнения купола, гасится при раскрытии парашюта. Резкое снижение скорости падения воспринимается как динамический удар, сила которого зависит в основном от скорости падения парашютиста в момент раскрытия купола парашюта и от времени раскрытия парашюта.

Необходимое время раскрытия парашюта, а также равномерное распределение перегрузки обеспечивается его конструкцией. В парашютах десантных и специального назначения эту функцию в большинстве случаев выполняет камера (чехол), надеваемая на купол.

Иногда при раскрытии парашюта парашютист в течение 1 – 2 с испы-тывает шести – восьмикратную перегрузку. Уменьшению воздействия силы динамического удара на парашютиста-десантника способствует плотная подгонка подвесной системы парашюта, а также правильная группировка тела.

При снижении парашютист перемещается, кроме вертикального, в горизонтальном направлении. Горизонтальное перемещение зависит от направ-ления и силы ветра, конструкции парашюта и симметричности купола во вре-мя снижения. На парашюте с круглой формой купола парашютист при отсутствии ветра снижается строго вертикально, так как давление воздушного потока распределяется по всей внутренней поверхности купола равномерно. Неравномерное распределение давления воздуха по поверхности купола возникает при воздействии на его симметричность, которое осуществляется подтягиванием тех или иных строп или свободных концов подвесной системы. Изменение симметричности купола влияет на равномерность его обтекания воздухом. Воздух, выходящий со стороны поднятой части, создает реактивную силу, в результате которой происходит перемещение (скольжение) парашюта со скоростью 1,5 – 2 м/с.

Таким образом, в безветрие для горизонтального перемещения парашюта с круглым куполом в каком-либо направлении необходимо создавать скольжение путем подтягивания и удержания в этом положении строп или свободных концов подвесной системы, расположенных в стороне желаемого перемещения.

Среди парашютно-десантных средств специального назначения пара-шюты с круглым куполом, имеющим щели, или куполом в виде крыла обеспечивают горизонтальное перемещение с достаточно большой скоростью, что позволяет парашютисту-десантнику, поворачивая купол, добиваться большой точности и безопасности приземления.

На парашюте с квадратным куполом горизонтальное перемещение в воздухе происходит благодаря так называемому большому килю на куполе. Воздух, выходящий из-под купола со стороны большого киля, создает реактивную силу и вызывает горизонтальное перемещение парашюта со скоростью 2 м/с. Парашютист, развернув парашют в нужном направлении, может использовать это свойство квадратного купола для более точного приземления, для разворота по ветру или для уменьшения скорости приземления.

При наличии ветра скорость приземления равна геометрической сумме вертикальной составляющей скорости снижения и горизонтальной составляющей скорости ветра и определяется по формуле

V пр = V 2 сн + V 2 3, (2)

где V 3 – скорость ветра у земли.

Необходимо помнить, что вертикальные потоки воздуха существенно изменяют скорость снижения, при этом нисходящие потоки воздуха увеличивают скорость приземления на 2 – 4 м/с. Восходящие потоки, наоборот, уменьшают ее.

Пример: Скорость снижения парашютиста-десантника 5 м/с, скорость ветра у земли 8 м/с. Определить скорость приземления в м/с.

Решение: V пр = 5 2 +8 2 = 89 ≈ 9,4

Завершающим и наиболее сложным этапом прыжка с парашютом является приземление. В момент приземления парашютист испытывает удар о землю, сила которого зависит от скорости снижения и от быстроты потери этой скорости. Практически замедление потери скорости достигается специальной группировкой тела. Приземляясь, парашютист-десантник группируется так, чтобы сначала коснуться земли ногами. Ноги, подгибаясь, смягчают силу удара, и нагрузка распределяется по телу равномерно.

Увеличение скорости приземления парашютиста за счет горизонтальной составляющей скорости ветра увеличивает силу удара о землю (R3). Сила удара о землю находится из равенства кинетической энергии, которой обладает снижающийся парашютист, работе, произведенной этой силой:

m п v 2 = R з l ц.т. , (3)

R з = m п v 2 = m п (v 2 сн + v 2 з ) , (4)

2 l ц.т. 2l ц.т.

где l ц.т. – расстояние от центра тяжести парашютиста до земли.

В зависимости от условий приземления и степени натренированности парашютиста величина силы удара может изменяться в широких пределах.

Пример. Определить силу удара в Н парашютиста массой 80 кг, если скорость снижения равна 5 м/с, скорость ветра у земли 6 м/с, расстояние от центра тяжести парашютиста до земли 1 м.

Р е ш е н и е: R з = 80 (5 2 + 6 2) = 2440 .

2 . 1

Сила удара при приземлении может восприниматься и ощущаться парашютистом по-разному. Это зависит в значительной степени от состояния поверхности, на которую он приземляется, и от того, как он изготовится к встрече с землей. Так, при приземлении на глубокий снег или на мягкий грунт удар по сравнению с приземлением на твердый грунт значительно смягчается. В случае раскачивания парашютиста-десантника сила удара при приземлении увеличивается, так как ему трудно принять правильное положение тела для принятия удара. Раскачивание необходимо погасить до подхода к земле.

При правильном приземлении нагрузки, испытываемые парашютистом-десантником, невелики. Рекомендуется для равномерного распределения нагрузки при приземлении на обе ноги держать их вместе, согнутыми настолько, чтобы под действием нагрузки они могли, пружиня, сгибаться и дальше. Напряжение ног и тела необходимо поддерживать равномерным, при этом чем больше скорость приземления, тем больше должно быть напряжение.

Скорость падения тела в газе или жидкости стабилизируется по достижении телом скорости, при которой сила гравитационного притяжения уравновешивается силой сопротивления среды.

При движении в вязкой среде более крупных объектов, однако, начинают преобладать иные эффекты и закономерности. При достижении дождевыми каплями диаметра всего лишь в десятые доли миллиметра вокруг них начинают образовываться так называемые завихрения в результате срыва потока. Вы их, возможно, наблюдали весьма наглядно: когда машина осенью едет по дороге, засыпанной опавшей листвой, сухие листья не просто разметаются по сторонам от машины, но начинают кружиться в подобии вальса. Описываемые ими круги в точности повторяют линии вихрей фон Кармана , получивших свое название в честь инженера-физика венгерского происхождения Теодора фон Кармана (Theodore von Kármán, 1881-1963), который, эмигрировав в США и работая в Калифорнийском технологическом институте, стал одним из основоположников современной прикладной аэродинамики. Этими турбулентными вихрями обычно и обусловлено торможение — именно они вносят основной вклад в то, что машина или самолет, разогнавшись до определенной скорости, сталкиваются с резко возросшим сопротивлением воздуха и дальше ускоряться не в состоянии. Если вам доводилось на большой скорости разъезжаться на своем легковом автомобиле с тяжелым и быстрым встречным фургоном и машину начинало «водить» из стороны в сторону, знайте: вы попали в вихрь фон Кармана и познакомились с ним не понаслышке.

При свободном падении крупных тел в атмосфере завихрения начинаются практически сразу, и предельная скорость падения достигается очень быстро. Для парашютистов, например, предельная скорость составляет от 190 км/ч при максимальном сопротивлении воздуха, когда они падают плашмя, раскинув руки, до 240 км/ч при нырянии «рыбкой» или «солдатиком».