林 斌

(北京空間機電研究所,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。在開傘過程,能控制降落傘組件的拉直程序,確保降落傘系統(tǒng)正常開傘。

傘包設(shè)計是降落傘系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一,降落傘系統(tǒng)研制和使用過程中,由于傘包設(shè)計存在的缺陷而出現(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)驗教訓(xùn),一定要完全掌握傘包的工作原理,對傘包進行精心設(shè)計?；厥战德鋫銈惆c人用和投物傘傘包的設(shè)計有所不同,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傘的傘包。

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

2 傘包設(shè)計依據(jù)與分析

2.1 設(shè)計依據(jù)

傘包設(shè)計主要依據(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)計分析

根據(jù)設(shè)計條件,傘包設(shè)計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)計應(yīng)適合壓力包裝的要求,如傘包口邊應(yīng)設(shè)計有可供吊掛的承力扣襻。

3)最大載荷。設(shè)計時要把握傘包在飛行器飛行期間和開傘過程所承受的最大載荷,以及作用力的方向。傘包結(jié)構(gòu)強度和封包繩設(shè)計應(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實現(xiàn)。解除外封包應(yīng)考慮封包的形式:強封包繩靠切割刀切割來實現(xiàn);弱封包繩靠拉斷繩來實現(xiàn);還有采用拔銷方法來實現(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設(shè)計。

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

7)內(nèi)表面設(shè)計。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

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、橫向加強帶、縱向帶及扣襻、傘包底部等組成。見圖1。

圖1 典型柱狀形傘包示意圖

這種傘包結(jié)構(gòu)簡單,其外形按傘艙內(nèi)腔形狀設(shè)計。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程,可能會承受較大的軸向過載。因此傘包的封包與固定連接強度,應(yīng)按某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)的最大過載設(shè)計。

3.1.2 主要構(gòu)件設(shè)計

(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)計傘包柱體高度大約按95%的限定高度設(shè)計。

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(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)加強帶

縱向加強帶雖然是承力構(gòu)件,但傘包受力不大,主要與橫向加強帶縫合在一起,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。

橫向加強帶與縱向加強帶縫合在一起,形成受力框架,保持傘包外形。對上、下底的縫合是為了起加強作用。

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)封包蓋片分隔開來。在傘包儲藏傘繩的部位,其內(nèi)側(cè)根據(jù)傘繩的長度,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,穿過內(nèi)中間蓋片的扣襻來實現(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,先估計傘繩所占用的高度值,經(jīng)過試包后再做調(diào)整。剩余空間全劃歸給傘衣包裝。

作為倒拉式開傘,通常用引導(dǎo)傘(或減速傘)拉下一級降落傘。由于傘包固連于傘艙內(nèi),所以隨同返回艙一起運動。當(dāng)引導(dǎo)傘與返回艙分離時,兩者之間產(chǎn)生相對運動。當(dāng)傘包拖帶全長拉直瞬間,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)強度和封包繩強度設(shè)計應(yīng)以此最大慣性力為依據(jù)進行設(shè)計。

3.2.2 主要構(gòu)件設(shè)計

(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、下底會向兩端凸出,因此,初始傘包設(shè)計,其柱體高度大約按85%的限定高度進行設(shè)計。

(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)計有能夠相互鎖緊的扣襻,讓集束傘繩從中穿過,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)加強帶

縱向加強帶為主要承力構(gòu)件,有的傘包設(shè)計采用縱向加強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。

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

(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、底邊加強帶、中間加強帶、側(cè)壁襯布、口邊加強帶、芯柱加強帶、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、成形和封包等帶來一定的難度。由于彈射筒的推力很大,因此對傘包結(jié)構(gòu)強度要求很高。

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

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速度,此后由返回艙拉直降落傘,能自行拉直,無需采用程序控制措施。

3.3.2 傘包主要構(gòu)件設(shè)計

(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)蓋片相對應(yīng),設(shè)有方形吊環(huán)。封包扣襻帶穿過方形吊環(huán)后,形成帶環(huán),利用回折的吊帶穿過帶環(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,摩擦力小,容易滑脫。

(3)縱向加強帶

由于彈射力大,傘包承力構(gòu)件主要是縱向加強帶。為減少搭接縫合部,設(shè)計將傘包外側(cè)縱向加強帶與芯柱縱向加強帶采用連續(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)火藥余燼可能對裸露的產(chǎn)品外層造成傷害,特設(shè)計有1塊阻燃蓋布加以保護。

4 設(shè)計試驗驗證項目

主要試驗驗證項目如下:

1)包傘試驗。試驗?zāi)康氖菫榱蓑炞C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。試驗?zāi)康氖菫榱嗽囼瀭惆雠撨^程是否順暢,有無鉤掛現(xiàn)象。

3)解除封包與傘系拉直試驗。試驗?zāi)康氖菫榱嗽囼灲獬獍c降落傘拉直過程的協(xié)調(diào)性與可靠性。測量切斷封包繩和拉斷傘繩捆綁帶的作用力。

4)空投試驗。試驗?zāi)康氖菫榱蓑炞C開傘程序協(xié)調(diào)性與可靠性。目測回收的傘包是否完好無損。

5 結(jié)束語

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

[1]德威斯J H.氣動力減速器原理及設(shè)計[M].回返技術(shù)翻譯組譯.北京:國防工業(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:國防工業(yè)出版社,1977.