Отверстия и щели в куполе парашюта позволяют управлять проходящим через него воздухом, улучшать устойчивость и уменьшать нежелательное раскачивание. Полностью закрытая оболочка может создавать большое сопротивление, но вести себя неустойчиво. Конструктор подбирает сочетание формы, проницаемости и расположения отверстий под нужный режим спуска. При этом не каждое отверстие выполняет одинаковую функцию: полюсный выход круглого купола, щели ленточной конструкции и входы парашюта-крыла устроены по-разному.
Парашют не запирает воздух в мешке
Иногда работу парашюта представляют так, будто купол захватывает порцию воздуха и затем опирается на неё до самого приземления. На самом деле воздух непрерывно движется относительно снижающейся системы. Поток обтекает оболочку, часть проходит вокруг кромки, а часть может проходить сквозь ткань и предусмотренные отверстия. Давление распределяется по поверхности, создавая результирующую аэродинамическую силу, которая тормозит движение.
Скорость спуска зависит от массы груза, плотности воздуха, размеров и аэродинамических свойств парашюта. При установившемся вертикальном снижении сопротивление в среднем уравновешивает вес. Но равенство сил по вертикали ещё не гарантирует спокойного положения купола. Система может одновременно покачиваться, наклоняться или двигаться в сторону. Поэтому мало добиться медленного падения: нужно обеспечить приемлемое поведение оболочки и подвешенного груза.
Почему закрытый купол может раскачиваться
Воздух выходит из-под круглого купола через нижнюю кромку и образует сложный след позади него. Небольшой наклон способен изменить обтекание справа и слева. Возникает боковая составляющая силы, купол смещается, а груз на стропах отвечает с некоторым запаздыванием. Взаимодействие воздушного потока и подвески может поддерживать колебания, хотя в неподвижном воздухе на земле парашют выглядит совершенно симметричным.
Здесь важны не только ткань и отверстия. Влияют длина строп, распределение массы, форма наполненного купола и след от находящегося рядом тела. Поэтому два парашюта с одинаковым диаметром способны вести себя различно. Даже один вариант может быть устойчивым в одном диапазоне скоростей и менее устойчивым в другом. Аэродинамические свойства нельзя надёжно предсказать только по виду разложенной плоской ткани.
Что делает отверстие у вершины
Небольшое отверстие в верхней части круглого купола называют полюсным. Оно предоставляет воздуху дополнительный, более симметрично расположенный путь выхода. Это меняет распределение давления и структуру следа за куполом. У подходящей конструкции такая организация потока помогает снизить склонность к боковым колебаниям. Отверстие поэтому может быть полезной рабочей деталью, а не случайной потерей площади, которую забыли закрыть.
Однако нельзя считать его универсальным клапаном, который автоматически устраняет любое раскачивание. Результат зависит от диаметра отверстия, формы оболочки и всего режима обтекания. Слишком большое отверстие способно ухудшить наполнение и заметно изменить сопротивление. Поэтому конструктор не стремится выпустить как можно больше воздуха. Он ищет сочетание, при котором система сохраняет необходимое торможение и ведёт себя достаточно устойчиво.
Для чего купол делают из лент и полос
В некоторых парашютах воздушные проходы распределены по поверхности. Оболочка собирается из лент, кольцевых полос или отдельных участков с промежутками. Такие промежутки создают геометрическую проницаемость. Она отличается от воздухопроницаемости самой ткани: в первом случае поток проходит через специально оставленные крупные просветы, во втором – через структуру материала. В реальной конструкции оба свойства могут действовать одновременно.
Распределение проходов позволяет настраивать аэродинамику, устойчивость и особенности наполнения. При этом важно, где именно находится проницаемый участок, а не только какова суммарная площадь пустот. Два купола с одинаковой долей отверстий могут иметь разные силы и моменты. Подобные различия объясняют, почему космические, тормозные, грузовые и спортивные парашюты не выглядят как увеличенные копии одного простого зонтика.
Чем приходится жертвовать ради устойчивости
Увеличение прохода воздуха часто меняет сопротивление и скорость снижения. Если после изменения конструкции торможение уменьшилось, прежний груз может опускаться быстрее. Но направление и величина эффекта зависят от формы купола: нельзя оценивать их простым вычитанием площади отверстия из площади ткани. Поток и деформируемая оболочка влияют друг на друга, поэтому окончательные характеристики проверяют расчётами и испытаниями.
Кроме установившегося спуска учитывают раскрытие. Слишком резкое наполнение способно дать большую кратковременную нагрузку на стропы, купол и груз. Слишком затянутое или неполное наполнение тоже нежелательно. Способы управления раскрытием связаны с проницаемостью, но не сводятся к ней: применяются отдельные устройства и последовательности работы системы. История перехода от простых опытов к специализированным конструкциям описана в материале об изобретении парашюта.
Могут ли щели помогать поворачивать
Если выходящий поток организован несимметрично, появляются направленные силы, которые способны влиять на перемещение и поворот купола. В некоторых управляемых круглых системах специальные участки и изменение их работы используются именно для этого. Но обычное полюсное отверстие в центре само по себе не означает, что парашют сможет активно лететь в выбранную сторону. Устойчивость и управление – связанные, но разные задачи.
Парашют-крыло имеет другую организацию. Воздух входит в передние отверстия камер и поддерживает объёмную форму профиля. Эти входы не следует объяснять как отверстия для выпуска лишнего воздуха из круглого купола. Крыло планирует, а управление меняет его аэродинамическое состояние. Разнообразие способов полёта заметно и в воздушных видах спорта, где внешне похожая подвеска может работать с принципиально разными несущими поверхностями.
Почему случайный разрыв не заменяет расчётную щель
Предусмотренный проход имеет заданную форму, положение и обработанные края, согласованные с силовой структурой ткани. Случайный разрыв появляется там, где его не рассчитывали, может увеличиваться под нагрузкой и нарушать симметрию. Даже если площадь повреждения напоминает площадь штатного отверстия, аэродинамический и прочностной результат будет другим. Самостоятельно вырезать отверстия или зашивать предусмотренные проходы в рабочем парашюте недопустимо.
Парашют полезно понимать как гибкую аэродинамическую систему, а не как максимально непроницаемый экран. Воздух должен двигаться по определённым путям, создавая нужные силы без чрезмерных колебаний и нагрузок. Отверстия, щели, ткань, стропы и форма работают совместно. Именно поэтому небольшая на вид пустота в куполе иногда улучшает его работу, хотя интуитивно кажется, что для торможения стоило бы оставить только сплошную поверхность.
