回收降落傘傘包設(shè)計(jì)

林 斌

(北京空間機(jī)電研究所,北京100076)

1 引言

降落傘傘包(亦稱傘袋[1])為降落傘系統(tǒng)的主要組成部分,降落傘傘包用于包裝降落傘及其金屬連接件和連接帶等部件。使其保持給定的幾何外形,并保證傘衣、傘繩等部件在工作前不受氣流吹襲和不與其它物體鉤掛。在開(kāi)傘過(guò)程,能控制降落傘組件的拉直程序,確保降落傘系統(tǒng)正常開(kāi)傘。

傘包設(shè)計(jì)是降落傘系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一,降落傘系統(tǒng)研制和使用過(guò)程中,由于傘包設(shè)計(jì)存在的缺陷而出現(xiàn)故障所占比例還是相當(dāng)之多,因此應(yīng)當(dāng)吸取以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),一定要完全掌握傘包的工作原理,對(duì)傘包進(jìn)行精心設(shè)計(jì)?；厥战德鋫銈惆c人用和投物傘傘包的設(shè)計(jì)有所不同,主要區(qū)別于人用和投物傘的傘包是依附在回收物的外面,而回收降落傘傘包是安裝在回收物的里面,因此開(kāi)傘方式也存在很大差異[2]。

傘包的結(jié)構(gòu)形式多種多樣,由于傘包結(jié)構(gòu)形式與開(kāi)傘程序密切相關(guān),因此,傘包的類型主要按結(jié)構(gòu)形式區(qū)分,可分為三類:

1)柱狀形傘包。這種傘包的結(jié)構(gòu)形式最為簡(jiǎn)單,一般用作順拉傘、彈傘筒彈傘的傘包,亦可用作外傘包。

2)隔腔式傘包。傘包的內(nèi)腔分隔成兩部分,即:傘衣與傘繩分別包裝。它兼有拉直袋的功能,因此常用作倒拉式開(kāi)傘的傘包。

3)空心圓柱形傘包。這種傘包適用于單個(gè)彈射筒中軸彈傘,彈蓋和開(kāi)傘動(dòng)作聯(lián)動(dòng),程序非常簡(jiǎn)單,但傘包構(gòu)造比較復(fù)雜。

2 傘包設(shè)計(jì)依據(jù)與分析

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

傘包設(shè)計(jì)主要依據(jù)如下:

1)傘包外形尺寸與質(zhì)量的要求。

2)所包容的降落傘系統(tǒng)相關(guān)參數(shù),包括:傘繩總長(zhǎng)度,吊帶厚度,傘系質(zhì)量。

3)拉直方式。

4)最大載荷。

5)解除封包方式。

6)接口關(guān)系。

2.2 設(shè)計(jì)分析

根據(jù)設(shè)計(jì)條件,傘包設(shè)計(jì)分析主要考慮的因素如下:

1)降落傘系統(tǒng)拉直方式。傘包選用何種類型,主要取決于降落傘系統(tǒng)的拉直方式。

2)包裝密度。根據(jù)傘艙容積和所包容的傘系質(zhì)量,估算包裝密度范圍。如果包裝密度較大,傘包設(shè)計(jì)應(yīng)適合壓力包裝的要求,如傘包口邊應(yīng)設(shè)計(jì)有可供吊掛的承力扣襻。

3)最大載荷。設(shè)計(jì)時(shí)要把握傘包在飛行器飛行期間和開(kāi)傘過(guò)程所承受的最大載荷,以及作用力的方向。傘包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和封包繩設(shè)計(jì)應(yīng)滿足承載的要求。

4)解除封包方式。解除內(nèi)封包通常借助于傘繩拉直力將封包傘繩束抽脫來(lái)實(shí)現(xiàn)。解除外封包應(yīng)考慮封包的形式:強(qiáng)封包繩靠切割刀切割來(lái)實(shí)現(xiàn);弱封包繩靠拉斷繩來(lái)實(shí)現(xiàn);還有采用拔銷方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5)接口關(guān)系。傘包接口關(guān)系主要有兩種:壓板連接和扣襻帶連接。若是扣襻帶連接,其端頭的尺寸大小,應(yīng)按與其連接的連接件尺寸來(lái)設(shè)計(jì)。

6)傘包拖帶長(zhǎng)度。傘包拖帶長(zhǎng)度的確定,主要依據(jù)是由傘包底部安裝位置到傘包吊掛點(diǎn)的距離和吊掛形式來(lái)確定的。

7)內(nèi)表面設(shè)計(jì)。為避免高速摩擦給傘衣造成損傷,傘包內(nèi)表面應(yīng)通暢光滑,襯布材料要選用摩擦系數(shù)小的棉質(zhì)綢布。襯布盡可能安排為后加工,以便將先前裸露的加工線跡覆蓋住。

3 傘包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 柱狀形傘包

3.1.1 概述

柱狀形傘包主要由封包蓋片、傘包柱體、橫向加強(qiáng)帶、縱向帶及扣襻、傘包底部等組成。見(jiàn)圖1。

圖1 典型柱狀形傘包示意圖

這種傘包結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,其外形按傘艙內(nèi)腔形狀設(shè)計(jì)。傘衣和傘繩按S形狀擺放,不用扎結(jié)固定。封包通常用封包繩結(jié)扎;或用插銷鎖緊。

柱狀形傘包較適合順拉式開(kāi)傘或彈傘筒彈傘,此種情況下傘包所受的作用力都比較小;只有在飛行和回收過(guò)程,可能會(huì)承受較大的軸向過(guò)載。因此傘包的封包與固定連接強(qiáng)度,應(yīng)按某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)的最大過(guò)載設(shè)計(jì)。

3.1.2 主要構(gòu)件設(shè)計(jì)

(1)傘包內(nèi)腔

傘包柱體與傘包底部和封包蓋片縫合后形成傘包容腔。傘包內(nèi)腔用于容納降落傘、金屬連接件和吊帶等部件,使其保持一定的幾何外形。

柱狀形傘包一般采用手工包裝,包裝后傘包的上、下底將有所凸出,因此,初始設(shè)計(jì)傘包柱體高度大約按95%的限定高度設(shè)計(jì)。

當(dāng)我還是孩童時(shí)，總喜歡和堂兄弟姐妹們?cè)谧嫖堇镒分鸫螋[，有時(shí)過(guò)于喧囂，嚴(yán)厲的爺爺就會(huì)舉起他那根老煙桿作打人狀來(lái)嚇唬我們。消停了一會(huì)，便聽(tīng)到有人遠(yuǎn)遠(yuǎn)地在吆喝：“硬板頭（土茯苓糕）！硬板頭咯！”一群孩童就圍著奶奶吵吵嚷嚷著要吃“硬板頭”。不一會(huì)兒，挑貨郎來(lái)到祖屋前，放下?lián)?，掀開(kāi)土茯苓糕面上的白紗布，用一把小木鏟子鏟起一塊塊淡紅色的土茯苓糕放入瓷碗中，再澆上幾小勺黏稠的黃糖漿汁。爭(zhēng)搶著吃完糕點(diǎn)后，我們都要把瓷碗里的糖汁舔得干干凈凈方可罷休。

(2)封包蓋片

封包蓋片的功能是借助于封包繩或插銷將傘包封閉,使所包容的傘系在出傘程序啟動(dòng)前不受氣流吹襲和不與其它物體鉤掛。

封包蓋片通常由5塊以上扇形蓋片組成,蓋片上設(shè)有扣襻,供穿封包繩或插銷使用。

(3)加強(qiáng)帶

縱向加強(qiáng)帶雖然是承力構(gòu)件,但傘包受力不大,主要與橫向加強(qiáng)帶縫合在一起,形成受力框架,保持傘包外形。如果需要,縱向加強(qiáng)帶向底部延伸,形成扣襻,與傘包連接件連接;向口邊延伸,形成扣襻,用于吊掛傘包,輔助包傘。

橫向加強(qiáng)帶與縱向加強(qiáng)帶縫合在一起,形成受力框架,保持傘包外形。對(duì)上、下底的縫合是為了起加強(qiáng)作用。

3.2 隔腔式傘包

3.2.1 概述

圖2 隔腔式傘包示意圖

傘包內(nèi)部,傘衣與傘繩由內(nèi)封包蓋片分隔開(kāi)來(lái)。在傘包儲(chǔ)藏傘繩的部位,其內(nèi)側(cè)根據(jù)傘繩的長(zhǎng)度,設(shè)數(shù)排扣襻帶,用作連接傘繩捆綁帶使用。

內(nèi)封包通?？考鴤憷K回折后,穿過(guò)內(nèi)中間蓋片的扣襻來(lái)實(shí)現(xiàn);外封包靠封包繩鎖緊。

傘衣與傘繩內(nèi)腔分配原則,首先是考慮傘衣與傘繩艙段所包容的質(zhì)量比、傘繩的長(zhǎng)度、傘繩束直徑、傘包橫截面積尺寸、傘繩束盤曲的次數(shù)與層數(shù)等綜合因素,先估計(jì)傘繩所占用的高度值,經(jīng)過(guò)試包后再做調(diào)整。剩余空間全劃歸給傘衣包裝。

作為倒拉式開(kāi)傘,通常用引導(dǎo)傘(或減速傘)拉下一級(jí)降落傘。由于傘包固連于傘艙內(nèi),所以隨同返回艙一起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)引導(dǎo)傘與返回艙分離時(shí),兩者之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)傘包拖帶全長(zhǎng)拉直瞬間,則引導(dǎo)傘與傘包兩者之間產(chǎn)生速度差,引導(dǎo)傘傘繩、連接帶、吊帶和傘包拖帶等將被繼續(xù)拉伸,直至相對(duì)速度為零。在兩者速度合二為一的瞬間,傘包將出現(xiàn)最大的慣性力,傘包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和封包繩強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)以此最大慣性力為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2.2 主要構(gòu)件設(shè)計(jì)

(1)傘包內(nèi)腔

傘包柱體與傘包底部和封包蓋片縫合后形成傘包容腔。傘包內(nèi)腔用于容納降落傘、金屬連接件和吊帶等部件,使其保持一定的幾何外形。

若采用壓力包裝,考慮包裝后傘包上、下底會(huì)向兩端凸出,因此,初始傘包設(shè)計(jì),其柱體高度大約按85%的限定高度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(2)封包蓋片

內(nèi)封包蓋片和中間蓋片組合后使傘包形成內(nèi)外容腔,分別裝填傘衣和傘繩,保證先拉直傘繩后拉直傘衣的倒拉出傘程序。內(nèi)封包蓋片和內(nèi)中間蓋片應(yīng)設(shè)計(jì)有能夠相互鎖緊的扣襻,讓集束傘繩從中穿過(guò),構(gòu)成內(nèi)封包。

外封包蓋片的功能是借助于封包繩將傘包封閉,使所包容的傘系在出傘程序啟動(dòng)前不受氣流吹襲和不與其它物體鉤掛。外封包蓋片通常由5塊以上扇形蓋片組成,封包蓋片上設(shè)有扣襻,供穿封包繩使用。

(3)加強(qiáng)帶

縱向加強(qiáng)帶為主要承力構(gòu)件,有的傘包設(shè)計(jì)采用縱向加強(qiáng)帶從傘包底邊向外延伸作為拖帶,然后匯交成套環(huán),與傘包連接件連接。

橫向加強(qiáng)帶與縱向加強(qiáng)帶縫合在一起,形成受力框架,并對(duì)傘包的連接結(jié)構(gòu)起加強(qiáng)作用。

(4)固定扣襻帶

固定扣襻帶在傘包內(nèi)側(cè),由固定帶和扣襻帶組成。固定扣襻帶用于套結(jié)傘繩捆綁帶,實(shí)現(xiàn)傘繩分段與傘包柱體內(nèi)側(cè)扎結(jié)固定。

3.3 空心柱形傘包

3.3.1 概述

空心柱形傘包主要由方形吊環(huán)、吊帶、內(nèi)蓋片、外蓋片、底邊加強(qiáng)帶、中間加強(qiáng)帶、側(cè)壁襯布、口邊加強(qiáng)帶、芯柱加強(qiáng)帶、芯柱、芯柱襯布、側(cè)壁、底部襯布、阻燃蓋布、底部等組成。圖3為典型的空心圓柱形傘包示意圖。

圖3 空心圓柱形傘包示意圖

這種傘包是為了適應(yīng)彈射筒安裝在傘包中軸位置而設(shè)計(jì)的。采用這種結(jié)構(gòu)形式,給傘包制造、包裝、成形和封包等帶來(lái)一定的難度。由于彈射筒的推力很大,因此對(duì)傘包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求很高。

彈射筒彈傘,傘包是通過(guò)壓板與傘艙蓋固連。傘艙蓋受到彈射筒的推力,通過(guò)壓板傳遞給傘包,設(shè)計(jì)要注意壓板與傘包之間的連接強(qiáng)度。

傘包內(nèi)所包容的降落傘慣性力方向朝下,沖向包口,因此,封包的可靠性乃是關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)應(yīng)注意封包既要牢靠,又要便于解脫。

彈射分離后,降落傘得到了與返回艙的相對(duì)速度,此后由返回艙拉直降落傘,能自行拉直,無(wú)需采用程序控制措施。

3.3.2 傘包主要構(gòu)件設(shè)計(jì)

(1)傘包內(nèi)腔

傘包內(nèi)腔是在柱狀形傘包的基礎(chǔ)上加一芯柱而成。傘包后,呈空心柱形。

(2)封包蓋片

封包蓋片分為內(nèi)、外蓋片。內(nèi)蓋片設(shè)有封包扣襻帶;外蓋片與內(nèi)蓋片相對(duì)應(yīng),設(shè)有方形吊環(huán)。封包扣襻帶穿過(guò)方形吊環(huán)后,形成帶環(huán),利用回折的吊帶穿過(guò)帶環(huán),拴住封包扣襻帶,使扣襻帶不可回縮,起到封包作用。吊帶壓在金屬吊環(huán)上,在解除封包時(shí),摩擦力小,容易滑脫。

(3)縱向加強(qiáng)帶

由于彈射力大,傘包承力構(gòu)件主要是縱向加強(qiáng)帶。為減少搭接縫合部,設(shè)計(jì)將傘包外側(cè)縱向加強(qiáng)帶與芯柱縱向加強(qiáng)帶采用連續(xù)形結(jié)構(gòu)形式,以提高承載能力。芯柱縱向加強(qiáng)帶上端延伸到內(nèi)蓋片上,并形成封包扣襻帶。

(4)阻燃蓋布

考慮彈射筒分離后,筒內(nèi)火藥余燼可能對(duì)裸露的產(chǎn)品外層造成傷害,特設(shè)計(jì)有1塊阻燃蓋布加以保護(hù)。

4 設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目

主要試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目如下:

1)包傘試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱蓑?yàn)證傘包成形情況能否滿足要求,并為制定包傘工藝提供依據(jù)。

2)傘包出艙試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱嗽囼?yàn)傘包出艙過(guò)程是否順暢,有無(wú)鉤掛現(xiàn)象。

3)解除封包與傘系拉直試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱嗽囼?yàn)解除封包與降落傘拉直過(guò)程的協(xié)調(diào)性與可靠性。測(cè)量切斷封包繩和拉斷傘繩捆綁帶的作用力。

4)空投試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱蓑?yàn)證開(kāi)傘程序協(xié)調(diào)性與可靠性。目測(cè)回收的傘包是否完好無(wú)損。

5 結(jié)束語(yǔ)

傘包種類各式各樣。傘包設(shè)計(jì)與開(kāi)傘方式和拉直程序密切相關(guān),設(shè)計(jì)人員應(yīng)吃透降落傘拉直過(guò)程的工作機(jī)理和傘包所起的作用,一定要根據(jù)型號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),注意各個(gè)受力環(huán)節(jié)的載荷分析計(jì)算,不可盲目地生搬硬套。本文列舉的幾種傘包結(jié)構(gòu)型式,都在不同型號(hào)中得到使用,技術(shù)是成熟的,可供設(shè)計(jì)人員參考。

[1]德威斯J H.氣動(dòng)力減速器原理及設(shè)計(jì)[M].回返技術(shù)翻譯組譯.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1976.

[2]《降落傘技術(shù)導(dǎo)論》編寫組.降落傘技術(shù)導(dǎo)論[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1977.