Вертолет, 1998 № 02

Безопасность прыжка с парашютом

Со времени изобретения в 1911 году Г.Е. Котельниковым первого ранцевого парашюта летчики получили надежное средство спасения в тех случаях, когда по тем или иным причинам продолжение полета или безопасное выполнение посадки представляется невозможным. Совершенствование парашютной техники позволило значительно повысить надежность работы парашютов, сведя вероятность их отказа практически к нулю.

В.В. Безнощенко

Как показала практика, достаточно сложен и может представлять серьезную опасность сам процесс отделения летчика от летательного аппарата для ввода в действие парашютной системы. Так, однажды при выполнении прыжка с парашютом из задней двери самолета Ил-14 парашютист ударился затылком о стабилизатор самолета, в результате чего потерял сознание. На заданной высоте парашют автоматически открылся, но поскольку перед этим не было стабилизировано движение парашютиста, купол намотался на него, что и привело к трагическому завершению происшествия. На многих современных самолетах эту проблему решают с помощью катапультных кресел, уводящих члена экипажа на безопасное расстояние от терпящего бедствие летательного аппарата.

В последнее время подобные устройства начали устанавливать и на вертолеты (например, на вертолет Ка-50). Однако, в основном при покидании вертолета летчик, как и много лет назад, должен сбросить блистер и выпрыгнуть из кабины, энергично оттолкнувшись руками и ногами. При этом, несомненно, он может удариться или зацепиться элементами снаряжения за выступающие части вертолета. Это и создает у летчика определенный психологический барьер, в ряде случаев препятствующий совершению прыжка.

Покидание вертолета в боевых условиях дополнительно осложняется тем, что машина может разрушиться в воздухе. При вынужденном покидании вертолета Ми-24 после того, как в него попала управляемая зенитная ракета, летчику капитану А. Васильеву, выпрыгивающему из кабины оператора, лопастью несущего винта отрубило ногу выше колена. Летчик остался жив.

Но практика парашютных прыжков показывает, что столкновение парашютиста или члена экипажа с вертолетом возможно и в том случае, если вертолет летит поступательно и не меняет интенсивно своего углового положения в пространстве. Ситуация зависания парашютиста за летательным аппаратом в результате зацепления различными элементами снаряжения за вертолет или самолет предусмотрена соответствующим руководством по безопасности полета. При проведении учебно-тренировочных прыжков с вертолета Ми-8 на его борту должен находиться крепкий фал длиной не менее 20 м с грузом, карабином и ножом на конце, который можно подать парашютисту при зависании за вертолетом на полностью вытянутой парашютной системе. Парашютист закрепляет фал карабином за свое снаряжение, чтобы застраховаться от падения, после чего вертолет заходит на посадку с зависанием вне зоны влияния земли с последующим осторожным снижением.

И все же полностью исключить возможность столкновения парашютиста с вертолетом нельзя. Существование такой опасности, которая может повлечь за собой трагические последствия, привело к обязательному требованию съема ферм для подвесного вооружения перед выполнением тренировочных парашютных прыжков с вертолета Ми-8.

Очевидно, что при вынужденном покидании летательного аппарата, когда для принятия решения у летчика есть лишь секунды, он должен четко знать условия и особенности выполнения прыжка, при которых достигается наибольшая безопасность отделения от вертолета.

Необходимость исследования проблемы безопасности состоит в том, что на некоторых режимах полета членам экипажа небезопасно, а иногда и невозможно покинуть вертолет. На многих машинах установлены крылья или фермы с пилонами, на которые в боевой модификации подвешиваются средства вооружения. имеются неубирающиеся шасси и другие выступающие над фюзеляжем части – назовем их условно опасными точками. Риск при покидании вертолета возникает в том случае, когда точка отделения парашютиста от вертолета находится выше данных частей. При этом траектории движения парашютиста и опасной точки пересекаются. Для наблюдателя, находящегося на земле, картина движения парашютиста и опасной точки в нормальной земной системе координат будет выглядеть, как показано на рис.1 (для скорости горизонтального полета 20 км/ч).

Зная закон движения парашютиста и опасной точки по времени, можно оценить минимальное расстояние прохождения их друг относительно друга. С увеличением скорости полета это расстояние уменьшается. Следовательно, экспериментально исследовать безопасность вынужденного покидания вертолета членами экипажа во всем диапазоне скоростей и высот полета, а также при маневрировании небезопасно.

Для определения наиболее важного элемента расчета – коэффициента лобового сопротивления парашютиста на базе Сызранского высшего военного авиационного училища летчиков (ВВАУЛ) был проведен летный эксперимент. С вертолета Ми-2, пилотируемого летчиком 1 класса С.Г. Алфутиным, была произведена киносъемка прыжков спортсменов-парашютистов. Прыжки выполнялись с вертолета Ми-8, пилотируемого летчиком I класса JI.H. Смольниковым, с высоты 1100 м на трех скоростях горизонтального полета: 100, 140 и 180 км/ч. На каждой скорости прыгало по три парашютиста разными способами: грудью к набегающему потоку вертикально; грудью к набегающему потоку горизонтально; боком к набегающему потоку горизонтально. Перед полетом были тщательно проведены замеры веса и роста парашютистов.

Далее проводились теоретические расчеты для различных значений коэффициента лобового сопротивления. В результате сравнения теоретических и экспериментальных траекторий определено, что у парашютиста, покидающего вертолет, с=1.1. В качестве примера на рис.1 показаны теоретические и экспериментальные траектории при одном из способов отделения парашютиста от вертолета.Аналогичную задачу можно решить как для горизонтального полета вертолета, так и для режимов подъема, моторного снижения или снижения на режиме самовращения несущего винта (РСНВ).

Для определения безопасных условий покидания конкретного типа вертолета необходимо практически определить координаты точки покидания летательного аппарата парашютистом и положение относительно нее опасных точек в связанной с вертолетом системе координат. Так, например, для вертолета Ми-24 точка покидания машины командиром экипажа находится на пересечении вертикальной прямой (относительно строительной горизонтали фюзеляжа), проходящей на 0,25 м левее центра двери кабины командира, и горизонтальной прямой, проходящей по верху петель двери грузовой кабины. Точка покидания вертолета оператором лежит на 1,4 м ближе к носу вертолета, а бортовым техником – на 2,05 м ближе к хвосту и 0,5 м ниже. Без подвесных средств вооружения наиболее опасной является нижняя передняя точка пилона противотанковых ракет. С подвесными средствами вооружения опасной точкой является их носовая часть. Во всех расчетах необходимо учитывать изменение угла тангажа вертолета на различных скоростях и режимах полета, так как это существенным образом меняет условия покидания.

Решение данной задачи можно представить в связанной с вертолетом системе координат. Траектории движения парашютиста – командира экипажа для различных скоростей горизонтального полета и планирования на РСНВ (для нормального взлетного веса вертолета) показаны на рис.2 и 3. Траектории движения других членов экипажа можно получить параллельным переносом траектории движения командира в точки покидания ими вертолета. Все расчеты производились для наиболее неблагоприятного варианта – прыжка грудью к потоку горизонтально.

Возьмем за минимально безопасное расстояние расхождения парашютиста и опасной точки 0,5 м (рис. 2, 3). Графики дают наглядное представление о том, что с ростом скорости полета траектории движения парашютиста проходят все ближе к опасным точкам. Наличие подвесных средств вооружения увеличивает опасность покидания и делает возможным прыжок лишь на значительно меньших скоростях.

Режим самовращения несущего винта создает менее благоприятные условия покидания вертолета по сравнению с режимом горизонтального полета на той же скорости. Правда, это ухудшение можно назвать незначительным. Данный вывод полностью соответствует результатам контрольных парашютных прыжков, выполненных в Сызранском ВВАУЛ под руководством старшего преподавателя кафедры аэродинамики и динамики полета, начальника ПДС и ПСС училища полковника А.В Бубнова. Прыжки производились с вертолета Ми-24 при планировании в РСНВ на скорости 150 км/час и вертикальной скорости снижения 15 м/с из операторской и грузовой кабин. Расстояние между парашютистом и опасными точками определялось по субъективной оценке парашютистов и по оценке специального наблюдателя, находившегося на борту вертолета. По свидетельству наблюдателя, разница в траекториях при отделении в режиме горизонтального полета и на той же скорости в режиме самовращения несущего винта была почти незаметна, а парашютисты ее не отметили вообще.

Наилучшие по безопасности условия покидания летательного аппарата будут у летчика-оператора, а наихудшие – у бортового техника. Дальнейшие результаты анализа можно представить в виде таблицы, в которой указаны максимальные безопасные скорости, при которых возможно покидание вертолета Ми-24 (табл. I). На больших скоростях, превышающих указанные в таблице, покидать вертолет небезопасно.

При наличии крена в сторону, обратную прыжку, опасные точки существенно поднимаются относительно точки покидания вертолета парашютистом. Так, при левом крене 5° на вертолете Ми-24 опасные точки поднимаются относительно точки покидания вертолета командиром экипажа на 0,24 м, а при крене 10° – на 0,49 м. Таким образом, крен в сторону, обратную прыжку, существенно повышает безопасность покидания вертолета.

Рнс.1. Теоретические и экспериментальные траектории движения парашютиста в нормальной земной системе координат при отделении от вертолета Мн-8 на различных скоростях горизонтального полета

Рис. 2. Теоретические траектории движения парашютиста – командира экипажа в связанной с вертолетом Ми-24 системе координат при отделении на различных скоростях горизонтального полета

Рис. 3. Теоретические траектории движения парашютиста – командира экипажа в связанной с вертолетом Ми-24 системе координат при отделении на различных скоростях планирования на РСНВ

Рис. 4. Влияние высоты и скорости полета на РСНВ на траекторию движения парашютиста

Анализ изменения траекторий движения парашютиста в зависимости от высоты полета показывает, что условия вынужденного покидания вертолета улучшаются с увеличением высоты (рис.4). Это обусловлено уменьшением плотности воздуха и, следовательно, силы лобового сопротивления парашютиста.

С целью обоснования достоверности выполненных приближенных расчетов и уточнения траектории движения парашютиста был проведен расчет на ЭВМ с использованием методов нелинейной нестационарной аэродинамики. Выяснено, что лобовое сопротивление по оси O_xf . рассчитанное с учетом и без учета влияния несущего винта (НВ) в непосредственной близости от вертолета, различается достаточно сильно. По мере удаления парашютиста от вертолета (примерно через 1 с после покидания) эта разница становится незначительной. Эффект воздействия НВ сказывается в том, что по оси О_хg парашютист медленнее тормозится встречным потоком. В непосредственной близости от вертолета (где находятся опасные точки) разница в перемещении составляет 15-20 см и, с точки зрения безопасности прыжка, она положительна. Лобовое сопротивление по оси О_уg без учета влияния НВ рассчитывается с незначительной ошибкой, которой можно пренебречь. Так, к примеру, через 2 с после покидания разница в расчетах перемещения по оси Оуg составляет всего 12 см, в то время как по оси О_х она достигает 2 м. в Подобранный в результате экспериментальных исследований коэффициент с_g же учитывает влияние НВ вертолета на движение парашютиста. Это позволяет считать проведенные по приближенной методике расчеты достаточно достоверными.

Применяемый метод расчета безопасных скоростей вынужденного покидания кабины применим для любого вертолета и позволяет просчитать весь эксплуатационный диапазон скоростей полета, а также возможных маневров, на которых необходимо исследование безопасности покидания вертолета.