автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Исследование и разработка противоперегрузочного костюма (ППК) нового поколения

На правах рукописи УДК 629.7.047.8

КОСТЮМА (ППК) НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Специальность 05.26.02 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях» (авиационная и ракетно-космическая техника)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре «Технология материалов» Московского авиационного института (Государственного технического университета). Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Тазетдинов Р.Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Синяк Ю.Я. доктор технических наук, профессор Зотов А.А.

Ведущая организация: в/ч 22737

Защита состоится «__»_200 г.в_часов

на заседании диссертационного совета Д 212.125.09 при Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125993 Москва, ГСП, Волоколамское шоссе, д. 4.

Просим Вас принять участие в обсуждении диссертационной работы или прислать свой отзыв в 2-х экземплярах, заверенный гербовой печатью Вашей организации.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «__»_2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.125.09

Н.С. Кудрявцева

¿>¿>06- 9 <297//

ЗЛ 3^2/2-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Скорость и маневренность современных летательных аппаратов, особенно военных самолетов, с каждым годом возрастает. Возникающие при маневрах перегрузки достигают 10-12 единиц и оказывают отрицательное влияние на организм летчика Защит летчика от положительных перегрузок (в направлении «голова- таз») осуществляется с помощыо прсггивоперегруэочного костюма, снабженного герметичной воздушной камерой, вложенной в чехол, пришитый к костюму в области живота, бедер и голеней. Камера через антигравитационный клапан подгоединяегся к системе возцухоснабжения самолета При увеличении перетру камера автоматически наполняется ващухом под избыточным давлением, пропорциональным перегрузке, обеспечивая обжатие нижних частей теш. Это уменьшает сггток крови от верхних частей теш к нижним, исключает смещение вниз органов верхних частей тела, увеличивая тем самым естественную переносимость перегрузок человеком.

В гастоящее время для полетов на высотах до 20км в отечественной авиации применяются хорошо зарекомендовавшие себя костюмы ПГЖ-1У, ПГЖ-3 с плоскими, или накладными, камерами, а также грсгсивоперегруэочные устройства (ПГТУ) в составе высотных компенафующих костюмов (ВКК) типа ВКК-15. Указанные костюмы обеспечивают переносимость перегрузок летчиком до 9-11 единиц.

Однако конструкции существующих костюмов имеют и серьезные недостатки. У ППК-1У и ППК-3 отсутствует внешнее давление в обтает коленных суставов и ягодиц, что приводит к болезненным ощущениям и жалобам со стороны летчике». Костюмы ВКК не имеют вырезов в нижней части, однако плошая подгонка та указанных участках в них также не предусмотрена В данных костюмах в облает живота и ног имеются две камеры - ППУ и натяжного устройства (НУ) вькхлто-компенсирукхцей системы. Наличие двух камер усложняет и утяжеляет костюм. Кроме того, большая часть полетных заданий выполняется на небольших высотах, до 12км, где применение ВКК необязательно, поэтому верхняя часть костюма! является только помехой для движений летчика Однако отдельное ношение нижней части этого костюма, т. е. брюк, невозможно.

В настоящее время отсуюнуют также расчетные методики, которые позволяли бы обоснованно выбирать конструктивные параметры ППК еще на стадии проектирования. Указанные и другие недостатки существующих ППК во многом полного

использования технических возможностей современных самолетов. Поэтому создание ППК нового поколения с лучшими эксплуатационными характеристиками является актуальной задачей.

Цель работы. Целью настоящей диссертационной работы является разработка полнопрофильного ППК из современных высокопрочных огнестойких и высокогигиеничных материалов, способного обеспечивать обжатие костюмом не менее 90 % поверхности нижней части тела, работать как отдельно в противоперегрузочном режиме, так и в комбинации с высотным компенсирующим жилетом на высотах более 12 км в режиме вькхлтюй компенсации, а также согздание экспериментально подтвержденной расчетной методики, позволяющей обосновать конструктивные, эксплуатационные параметры данного ППК, а также костюмов аналогичного принципа действия.

Методы исследования. Результаты работы получены комплексным методом - путем разработки конструкции ППК-6, создания математической модели, методики расчета и экспериментального исследования параметров костюма

Научная новшна.

1. Создана новая теоретически и экспериментально обоснованная конструкция полнопрофильного ППК с плоской камерой накладного типа, удовлетворяющая цели настоящей работы: обжитое костюмом не менее 90 % поверхности нижней части тела, что дат возможность повысить переносимость перегрузок летчиком на 2,5...3 единицы, способность работал, как отдельно в прсгтивоперегрузочном режиме, так и в комбинации с компенсирующим жилетом на высотах более 12 км (до 20 км) в режиме высотой компенсации

2. Разработаны математическая модель, методика и программа расчета параметров ППК с плоской камерой в рабочем состоянии, позволяющие рассчитать геометрическую ферму, размеры ндпутой камеры, ферму и площадь поверхности тела обжатую костюмом, распределение давления на тело, атакже напряжения, вешикаюшие в его силовой оболочке.

3.Теоретически и экспериментально установлен характер влияния конструктивных (ширина камеры, сла&таттани) и эксплуатационных (давление в камере) параметров на противоперегрузочные характеристики ППК (степень компенсации, распределение давления на тело, размеры некомпенсированных участков) и напряжения в материале.

4. Показано, что необходимый для обеспечения высокого противоперегруэочного эффекта положительный градиент давления на тело, направленный сверху вниз, можно обеспечить в ППК данного типа благодаря увеличению кривизны поперечного сечения тела и некоторому расчетно

обоснованному уменьшению относительной ширины камеры отживогакгалени.

Практическая значимость.

1. Разработан и игсгговлен опытный образец ППК нового поколения -1II1К-6, проведены физиологические испытания, подтвердившие его более высокие противоперегрузочные характеристики по сравнению с существующими отечественными костюмами типаВКК-15.

2. Созданные в работе методики расчета и экспериментального исследования ПГЖ-б, алгортм и программа расчет могут быть использованы при проектировании и расчете других ППК аналогичного типа

3. Результаты работы использованы в учебном процессе - курсовом и дипломном проектировании студентов специальности 190600в Московском авиационном институте.

Достоверность полученных результатов обеспечивается совпадением расчетных и экспериментальных данныхстюгрешностьюЗ...5% и результатами испытаний ПГЖ-6.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в ОАО Объединение «Вымпел» при разработке опытного образца 1111К-6, в ОКБ «Сухой», что подтверждается актами о внедрении.

Апробация работы. Основные положения диссертации апробированы в ввде выступлений автора на: ГХ-м Международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкции и сплошных сред», г. Ярополец М.О. (Россия), 2003 г., 2 доклада; Х-м Международном симпозиуме сДинамические и технологические проблемы механики конструкции и сплошных сред», 2004 г, 2 доклада; отдельной секцией «Инженерные технологии в медицине и медиц инская техника» Х-ш Международного симпозиума с тем же названием; 1-м Международном симпозиуме по техническому текстилю, нетканым материалам и защитой одежде, г. Москва, 2003 г.

Автор выносит на защиту

1. Конструкцию ППК нового поколения в виде полнопрофильных брюк, способного обеспечивать повышение и обжатие не менее 90% плошади поверхности нижней части тела, способного работать как в прсггивоперегруэочном режиме, так и в комбинации с компенсирующим жилетом в режиме вькхпной компенсации на вьюотах 12.. .20км.

2. Математическую модель и методику, позволяющие рассчитшь геометрические параметры, давление ш тело и напряжения в силовой оболочке ППК с плоской камерой в зависимости от деформационных характеристик силовой оболочки, формы камеры, давления газа в ней, слабины

ткани и антропометрических параметров летчика

3. Методики экспериментального исследования геометрических параметров и напряжений в силовой оболочке! 111К.

Структура и объем работы. Диссертация состоит го введения, пяти глав, выводов, библиографического списка (62 наименования). Объем работы составляет 186 страниц машинописного текста, включая 79 рисунков, 10 таблиц.

СОД ЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении излажена сущность проблемы, ее актуальность, сформулированы цепь и задачи исследования, дат общая характеристика рабе™.

В первой пиве приведен анализ современного состояния исследований разработок ПГЖ длялетчика. В настоящее время в военной авиации широко применяются отдельные ПГЖ с пневматическими плоскими, или накладными, камерами.

Конструкции их, как и в нашей стране (ППК-1 У, ППК-3), так и за рубежом, примерно одинаковые -брюки с широким поясом с вырезанными подкаленными, ягодичными и паховыми частями. ППУ, применяемое в состава ВКК, в частности ВКК- 15К, имеют вид полноразмерных брюк, однако плотная подгонка в области ягод иц и колен у них также не предусмотрена. Кроме того, они выполнены в виде неразъемного комбинезона Поэтому, отдельное использование их ППУ для полетов до 12 км, на которых выполняется большая часть полетных заданий, невозможно.

Возможность повышения степени компенсации перегрузок в существующих ППК ограничена материалами, из которых изготавливаются силовые оболочки. Это в основном ткани на основе капроновых и других волокон, обладающих большой растяжимостью под нагрузкой, из-за чего края камеры с чехлом приподнимаются, образуя некомпенсированные участки тела Применяемая в ВКК-15 параарамвдная ткань СВМ, хота очень прсина и мало растяжима, од нако не гигиенична, не красится в защитные ивега, недостаточно комфортна в ношении иэ-за остатков ооляной кислоты, используемой три ее производстве. Используемые в этих костюмах резиновые и прорезиненные тканевые камеры такжетребуют совершенствования, как по материалам,так и потехнолога изготовления.

Анализ патентной литературы последних десятилетий, проведенный в работе, не выявил новые конструктивные решения, которые моппи бы радикально решил, указанные проблемы В настоящее время также отсутствует удовлетворительная методика расчета геометрических параметров, давления

на тело и напряжений в ситовой оболочке ППК с накладной камерой в рабочем состоянии, которая необходима для прогнозирования конструктивных и эксплуатационных параметров ППК на сщдии проектирования.

Во второй главе приведены требования к ППК нового поколения, описание и обоснование его конструкции, анализ и выбор материалов итехнологаи изготовления.

ППК нового поколения - ППК-6 - разрабатывался в соответствии с техническим заданием Министерства обороны РФ в составе комплекта полетного и защитного снаряжения летчика «Жияь-1». Основными задачами, выполняемыми ППК-6, являются повышение переносимости полетных перегрузок в направлении «галоватаз» не менее чем на 2-3 единицы, всшсисность применения, как над сушей, так и над водным пространством; возможность использования при полетах надсушейгавькхле12ш(до20ш)совмес™сжилетомкомпе

С учетом приведенных требований, достоинств и недостатков существующих костюмов, в настоящей работе предложена новая конструкция ППК с плоской камерой.

Основными конструктивными признаками новизны ППК-6 являются: 1) по сравнению с ВКК-15-разделение нижней части комбинезона, воплощенной в ППК-6, и верхней, вькхлно-компенсирующей часта, выполненной в виде жилета ЖК-6, обеспечивая при этом возможность работы ППК-6 как отдельного устройства щхлив перегрузок гр! заполнении его камеры возцухгаи, так и использование его совместно с ЖК-6; для высотной компенсации путем заполнения камеры чистым кислородом через специальный переключатель, установленный на жилете ЖК-6; необходимость двух отдельных камер - натяжной и прсггивоперегруэочной - при этом отпадает; 2) по сравнению с ППК-3 и другими 1111К аналогичного вцаа: возможность рабспы не только как противоперегруэочного, но и как вькхгпю-компенсирующгго устройства; выполнение костюма в виде полноразмерных брюк (полнопрофильный костюм), что позволяет обеспечить большую компенсируемую поверхность нижней части тела (не менее 90%), включая ягодицы и подкаленные области.

Выполнены также современные требования по долговечности, огнестойкости, гигиеничности, комфортности в ношении костюма, а также использования его для выполнения других задач жизнеобеспечения, например, зашиты летчика от воздействия атмосферы при эксплуатации с курткой от палегаого костюма

ППК-6 (рис.1) состоит из силовой оболочки 1 и нашитого на нее с внутренней стороны чехла (пунктирная линия на рис. 1,6). В этот чехол вкладывается надувная герметичная камера.

В надетом на летчика костюме камера (и чехол) располагается в области живота, бедер, пшеней, т. е. имеет 5 секций.

При предварительном проектировании размеры камеры, в первую очфедь ее ширина, выбирались с учетом опыта эксплуатации существующих костюмов. Затем уточнялись с помощью расчета. В качестве базовой была принята камера ВКК-15. В соответствии со строением тела человека и по предварительным расчетам ее форма была несколько изменена. При этом немного (на 1-2см) расширилась секция живота и значительно до 40% сузились в секции бедра и голени. Такое уменьшение ширины камеры, как показали расчеты приводит к небольшему (на 2-3%) уменьшению степени компенсации, зато сильно повышает гигиеничность костюма В среднем по высоте ширина камеры колеблется в пределах 33.. .50%огкошуратела.

Давление на ягодицы, подколенную область обеспечивается в сидячем (рабочем) положении летчика пассивным образом - за счет плотной под гонки костюма и применения малорастяжимой ткани, т е здесь реализуется опорный или геометрический принцип компенсации

Система регулировочной шнуровки, застежек, крючков, накладок ППК-6 также имеет некоторые конструктивные новшества, способствующие сокращению времени и удобству его надевания, приведения в рабочее состояние. В настоящее время для специального летного снаряжения применяют ткани хлопчатобумажные, полиамидные (капрон), полиэфирные (лавсан,

а) вид спереди

б) вид сзади

в) вид костюма с контурами камеры

Рис.1. Эскиз ППК-6

тревира), метаарамидные (номекс), параарамидные (кевлар, СВМ), композиционные, например, полиамид плюс кевлар (ткань кермель). Приведенный в работе анализ свойств различных тканей показывает, что по всем основным показателям (разрытая нагрузка, деформация при разрыве, устойчивость к истиранию, кислородный индекс, гигроскопичность, воздухопроницаемость) лучшими являются параарамидные ткани.

В гроцессе эксплуатации важнее знать удлинение ткани не при разрыве, а при рабочих нагрузках. В работе были проведены испытания серии тканей путем растяжения полоски шириной 5см на разрывной машине РМ-100-250 (погрешность ± 1%). Статистически обработанные экспериментальные диаграммы деформация - нагрузка для диапазона 0 - 100кг приведены на рис. 2. Как видно, наименьшую деформацию имеют параарамидные ткани СВМ, армалон (арт. 23-03, 22-03).

«^^»Кертж/и .............»рт 22-03 Эел »р! 22-03 Кам)фл ..............арт 23<03сигя

»рт 5356/97 " цгт 36007 ......«рт 4926 "Номекс" 1111 «рт .66001

б)

Рис. 2 зависимости деформации от нагрузки для различных тканей по основе (а) и утку (б)

Ткани армалон, разработанные ЗАО «Тема-М» (г. Мьпищи) обладают также высокой огнестойкостью, гигроскопичностью, возможностью получать в цветом виде прямо на этапе формирования. Технология «Армалон» высокопроизводительна (100-120м/мин.), практически безотходна Ткань можно получагь на обычном ткацком оборудовании. Учитывая все это, для изготовления силовой оболочки 1111К-6 была выбрана ткань армалон (арт.22-03 или 23-03).

Поскольку камера ПГЖ находится в тканевом чехле, ее прочность может быть ниже, чем у силовой оболочки. Поэтому для изготовления камеры можно применял, на ткани с покрытием, а прочные и легкие полимерные пленки: поливинилхлориц, полуреган (ПУ) и др. Анализ различных материалов показал, что пленки ПУ по механическим свойствам не уступают двухслойным материалам и, кроме того, хорошо свариваются. Это позволяет заменил, дорогостоящую и вредную для здоровья работающих клеевую технологию сборки камеры высокочастотной сваркой. Расчеты, приведенные в работе, показали, что послед няя обойдется примерно в 2-3 раза дешевле, чем клеевая технология.

Расчетная масса ППК-6 составляет 2,289кг. Учитывая, что данный костюм надевается прямо на белье летчика, в целом одеада летчика при ношении ППК-6 будет на 0,5.. ,0,7кг легче, чем при использовании ППК-3, который надевается на брюки от полетного костюма Костюм будет также несколько легче нижней части ВКК-15 благодаря отсутствию воздуховодов системы вентиляции и камеры натяжного устройства

В третьей главе приводятся математическая модель и методика расчета геометрических параметров, давления на тело и напряжений (погонных сил) в силовой оболочке 1II1К.

Камера с чехлом в надутом состоянии на теле летчика представляет собой мягкую оболочку, т. е. ее изгибная и сдвиговая жесткости их пренебрежимо малы. Поскольку сама камера имеет несколько большие размеры, чем чехол, то первая практически не нагружена, и все усилия принимает на себя чехол, в котором под избыточным давлением газа возникают растягивающие напряжения вдоль нитей утка и основы.

Существующие в теории мягких оболочек методики расчета в данной конкретной задаче трудно реализуемы, так как форма, которую принимает надутый чехол, и положения его швов в пространстве устанавливаются в процессе надпува и должны быть еще определены путем расчета. Поэтому в настоящей работе для статических расчетов на первом этапе (без учета д инамики

и

перегрузок) предложена другая математическая модель. Она является приближенной и основывается на некоторых упрощениях, наиболее существенными из которых являются аппроксимация передней части поперечного сечения участка тела человека эллипсом, пренебрежение трением костюш о белье, деформацией тела.

Контур поперечного сечения чехла можно разделить на 4 однородные сектора (рис.3):

1,3- левый и правый боковые, 2 - верхний, 4 - нижний, опертый о тело. При этом боковые сектора отделены от верхнего перемычками 5,6. Предварительные измерения показывают, что сектора 2,4 и проекции секторов 1,3 на направления, перпендикулярные швам, можно приближенно принять за дуги окружности.

С учетом принятых допущений геометрическая модель поперечного сечения чехла (камеры) в общем вице для секции ноги (бедро или голени) - индекс «н» - представлена на рис. 4, а модель проекций боковых секторов на направления, перпендикулярные швам - на рис. 5. Здесь -

радиусы и половины углов охвата дуг /-го сектора; ^-углы наклона перемычек к поперечной осих;5ы,5^-шириньг перемычек.

Брюшная секция, в отличие от секций бедра и голени, симметрична относительно продольной от человека, поэтому ее геометрическая модель является просто частным случаем модели ножной секции, когда перемычки и боковые сектора имеют одинаковые размеры, а угол наклона хорды АО к оси х равен нулю.

Из чисто геометрических соотношений, а, также используя условия взаимного касания нижнего и боковых секторов, перемычек и эллипса тела, для расчета геометрических параметров (радиусов, углов, координат) поперечных сечений получены системы из 16 уравнений для секций ноги и 10

Рис. 5 Геометрические модели левого а) и правого б) боковых секторов ножной секции надутой камеры

уравнений для секции живота*. Однако данные системы неполны, так как неизвестных в первом случае 20, а во втором 11. Недостающие уравнения получены из анализа условий равновесия поперечных погонных сил Л^ в точках А и Д равенства этих сил в точках В и С, а также равновесия внешних сил по контуру.

Проанализированы также случаи возможного упирания боковых секторов в перемычки и искривления последних. Получены системы уравнений для этих вариантов, а также частого случая полного искривления перемычек, когда боковые сектора вырождены и компенсация полная. Раамотрентакже вариант, когда поперечное сечение нот-окружность.

При принятых допущениях все четыре участка каждой секции можно рассматривать как сегмешы оболочек вращения, оси которых в общем случае искривлены. Если радиусы всех секторов поперечных сечений г0 данного участка определены, а радиусы кривизны осей вращения Я заданы, то параметры продельных (по основе) сечения - главный радиус кривизны ги угол наклона г\ к касательной к оси вращения ср - можно найти численно, например, методы конечных разностей по трем сечениям, / -1, / + 1, взятым с шагом И .Для сечения / получаем

_(l + ((zM-zi_,)/2hy (zM-2z,_t)/h*

(1)

¡p=E±arctgi^i; (2)

L ¿n

где

Z, = + r°,; = + V-.,)2; = + гщм)У ~h2 ; (3)

cos6» V cosd V cos»

в- поперечный угол.

Второй (в поперечном направлении), т. е. по утку, главный радиус кривизны при этом равен

гъ =r„, / sin (р (4)

Однако для решения полученных систем необходимы еще уравнения связи попятных сил с главными радиусами кривизны. Их можно найти путем решения системы дифференциальных уравнений равновесия элемента оболочки:

* Ввиду их громоздкости эти уравнения здесь не приведены

У

гдпродольная (по основе) и поперечная (по уп<у) погонные силы, <р - продольный угол, отсчитываемый соответственно от продольной оси до нормали к поверхности. В работе получены решения системы (5) дня всех видов участков.

Полученные в итоге дня каждой секции системы уравнений являются полными, и их решение позволяет вычислил, значения геометрических параметров секций чехла, давления на тело и погонных сил.

В четвертой главе приводится краткое описание алгоритма расчета и результаты расчетов полученных систем уравнений для базовой модели ППК-6 52-го размера. Для расчетов в первом приближении кривизна оси вращения учитывалась только для боковых секторов, где они явно вьфажены (кривизна швов). Системы содержат несколько трансцендентных уравнений, поэтому они решались численно методом последовательных приближений.

Исходными заданными параметрами являются полуоси эллипсов участка тела а и с, измеренные непосредственно на фигуре человека; ширина чехла в данном сечении углы наклона к продольной оси у и радиусы кривизны швов чехла /?ь Д2 Деформация ткани учитывалась только по утку, так как продольные усилия по предварительным расчетам раза в два меньше поперечных. Например, для ткани армалон по результатам испытаний в рабочем диапазоне нагрузок 1000... 15000 Н/м:

где Лй =51 ЗмПа (модуль упругости по утку), е0„ =0,015 начальная деформация.

Расчеты проводились в зависимости от трех регулируемых параметров: избыточного давления газа в камере/т=0.. .90кПа, слабины ткани Д^ проектной ширины чехла 60. Для костюма базового размера 52 рассчитаны все геометрические параметры секторов: радиуса и углы охвата дуг, перемычек: ширины и утлы наклона; погонные силы в секторах (поперечные

Ы0=Еу(£-£„у)

продольные ЛГ™...Л^4>), в перемычках ЛГ,,,ЛГг2; давление ш тело человеками другие параметры в зависимости от продольной кофдшты>>, а иотугпаЙ.

Анализ расчетных данных показывает, что боковые сектора действительно упираются в перемычки и искривляют их. Благодаря этому радиусы и длины дуг боковых секторов малы - не более 1...5мм для живота, 1...2см - для бедра и голени. Соответственно малы и силы, действующие на этих участках (не более 50.. .70 Н/м) и на нижнем участке (не белее 500...700 Н/м). Следовательно, напряженное состояние этих участков не определяет прочность костюма

Весьма важен также тот факт, что суммарная ширина прямых участков перемычек близка к обшей ширине открытых (некомпенсированных) участков тела. Следовательно, нет необходимости в экспериментах определять эти трудно доступные для измерений участки, а степень компенсации приближенно можно рассчтывать по величине площади прямых участков перемычек

Нагрузка распределена в основном во вторых, т. е. верхних, участках чехла (рис. 6), ще максимальные погонные силы при /т=90кПа достигают 14729 Н/м в брюшной секции, 6477 Н/м в бедренной секции, 4694 Н/м в голенной секции. Соответственно близки к этим значениям и усилия в перемычках (рис. 7). Именно напряжения в верхних участках и перемычках определяют прочность костюма

лег, С

к/Им

Рис. 6 Зависимости поперечной и продольной ЛГ£> погонных

сил в верхнем участке брюшной секции чехла от продольной координаты

30 32 34 36 38 40 42 у, см

Давление на тело под камерой р„ близко к избыточному газовому давлению р в камере. Наибольшое гревышение р„ надр имеет место в тленной секции, где больше кривизна и меньше относительная ширина камеры на (13-..9%), наименьшее - в брюшной секции (0,1...0,9%),

а) б) в)

Рис. 7 Зависимости погонной силы в перемычке (—) и давления на тело (-----) в

секциях камеры от ее относительной ширины: а) брюшная (1 -у=0; 2 -у=14см); б) бедренная (1 -у=35см; 2 -_у=50см); в) голенная (1 -_у=74см; 2 -_у=95см)

т. е. небольшой градиент давления, способствующий выжиманию крови и межклеточной жидкости нижних конечностей вверх.

Д авление рн определяет степень сжатия, т. е. степень силовой компенсации тела под камерой, погонная сила в перемычке - под силовой оболочкой. Расчетные оценки показывают, что давление на тело в области живота по периметру колеблется при /т=90 кПа от 140 кПа на боках, где кривизна максимальная, до 0 у спинной впадины.

Уменьшение слабины ткани До от 5см до 0 приводит к росту Nn и падению р№ При этом возрастают и опорная (геометрическая) и силовая степени компенсации - костюм более полно облегает и обжимает тело. Тем не менее, при Д,-» 0 полная компенсация не достигается из-за некоторого растяжения ткани по утку. Предельные ее значения близки к98-99%.

Увеличение ширины камеры также приводит к росту обоих видов компенсации. В брюшной секции рост b по отношению к проектной ширине Ь0 (последняя колеблется по высоте камеры сггЗЗ до 50% котура тела) на 10% уже вызывает почти полное вырождение боковых секторов щжближение компенсации к 100% (рис. 8). Для проектной ширины камеры она составляет 97% - геометрическая, 96% - силовая. На бедре и голени, ще проектная ширина составляет 39...33% и 39,4...26,2%, компенсация с ростом Ъ возрастает менее интенсивно из- за большей кривизны контура ноги, близкой окружности. С увеличением b по сравнению с проектной

на 40% на бедре и 45% на галенн, т. е. до ширины камеры ВКК-15К, геометрическая компенсация возрастает от 92% до 95% и от 90% до 94% соответственно. Степень силовой компенсации всего на 4-5% меньше этих значений. Однако вследствие «палаточного эффекта», возникающего из-за приподнимания краев чехла и камеры рядом с расположенными под ними воздуховодами системы вентиляции у ВКК-15К степень геометрической компенсации снижается до 89% на бедре и 87% на голени, 92% на животе.

С учетом плотной подгонки костюма в ягодичной и подколенной областях средняя геометрическая степень компенсации по всему ППК-6 при слабине Д,=2^см и максимальном давлениир=90 кПа оценивается в 92...93%. Эта величина всего на 1,0...1,5% изменяется при изменении размере« костютистепештодгсши, т. е. размеров тела для одтого итого же

а) б) в)

Рис.8 Зависимости относительной площади некомпенсированной поверхности под

камерой (—) и по всему контуру тела (-----) в различных секциях от относительной

ширины камеры: а) брюшная (1-ДоЖ=2,5см; 2 - 5см); б) бедренная; в) голенная

Очевидно, что компенсацию можно было бы несколько увеличить путем уменьшения слабины ткани и ширины камеры ППК-6 на неге. Однако это приведет, во-первых, к исчезновению положительного градиента давления на тело сверху вниз, так как это давление будет приближаться к газовому в камере. Во-вторых, резко ухудшится гигиеничность костюма. Поэтому выбранные из эргономических соображений слабину ткани Д,=^5см и проектную ширину камер>ы можно считать

достаточно рациональными для данного ППК. Костюм ППК-6 вполне удовлетворяет также требованиям по прочности. При максимальном давлении в камере 90 кПа, коэффициент запаса прочности наиболее слабого места - бокового запошивочного шва в рабочем состоянии костюма составляет 1 Д.1. Для самой ткани костюма запас прочности в несколько раз выше.

В пятой главе д аются описание техники и метод ики экспериментального исследования ППК-6 результаты экспериментов и их анализ. Измерения проводились в основном на полужестком манекене 52 размера, а контрольные эксперимента- на человеке с таким же размером одежды. Визуальному наблюдению доступны верхние учалки чехла и перемычки, и именно они определяют степень компенсации и прочность костюма. Фсрла и размеры поперечных сечений указанных элементов определялись с помощью гибкой линейки из полимерного материла. Конгур линейки, повторяющий форму надутого человека, очерчивали на миллиметровой бумаге. Затаи с шагом Зсм по координате х (поперек сечения) измеряли вертикальные координаты г точек контура относительно выбранной горизонтальной линии. Результаты п=5 измерений обрабатывались статистически.

95 у си

Рис. 9 Зависимости радиуса верхнего сектора от продольной координаты (точки - эксперимент; кривые - расчет): а) брюшная секция; б) бедренная; в) голенная

83 86

В)

Сравнение полученных результатов с расчетными (рис. 9) показывает их удовлетворительное согласие в пределах погрешности 3-5% (доверительная вероятность 90%). По средним значениям г

методам наименьших квадратов были рассчитаны радиусы верхних секторов Построенные по этим данным кошуры продольных сечений также в целом согласуются с расчетными (рис. 9). Было установлено также, что во всех секциях боковые сектора действигетш упираются в перемычки и иафивляют их.

Давление на теш измеряли компенсационным методам с помощью прибора УВК-2 (погрешность ±100 Па). В брюшной и бедренной секциях давление под камерой в пределах погрешности прибора было равно газовому в камере, а в голенной - в среднем на 2% больше. Изменение давления в пределах секции &>шо незначительным. Все это предсказывается и расчетной методикой. Распределение давления со стороны спины также в целом соответствует расчетному (рис.10).

Рис. 13 Зависимости давления на тело со стороны спины в области живота от поперечной координаты (у=6см, р=0,2кгс/см2); точки -эксперимент; кривая - расчет

14 х, см

При малых давлениях р в некоторых местах под камерой было отмечено резкое падение давления на тело. Было установлено, что это связано с образованием морщин камеры и чехла из-за их неполного расправления. Однако эти морщины являются локальными и не определяют общий характер давления под костюмом.

Определение напряжений в силовой оболочке является непростой задачей. Тензомстрические датчики для этого не совсем подходят, так как не охватывают весь диапазон возможных деформаций - до 3.. .6%. Поэтому удлинения по основе и утку измерялись непосредственно. Для этого был разработан способ, который условно можно назвать индикативно-мультипликационным. На чехол нашивались тонкой нитью маленькие метки (~ 0,1мм) с определенным шагом в продольном и поперечных направлениях. На чехол накладывалась тонкая прозрачная пленка -индикатор. На ней ручкой с тонким стержнем (0,1мм) фиксировались сначала положения меток в ненагруженном оостоянии костюма (базовые размеры I), а затем после наддува-изменения

базовых размеров и. Полученные на индикаторе изображения сканировались в компьютер и при сильном увеличении координатным способом измеряли увеличенные размеры /'им'. Деформация определилась как

ё' _ки _ и„

"г-ЙТ

Результаты «=10 экспериментов для каждой оекиии обрабатывались статистически. Используя полученные значения деформацией из диаграммы растяжения ткани армалон (арг. 22-03) определялись погонные силы. Суммарная погрешность измерений колеблется от 5% на животе до 12% на голени.

Характер изменения экспериментальных погонных сил в целом согласуется с расчетными (рис. 11), хотя абсолютные их значения ниже расчетных. Однако это не является следствием ошибки расчетной методики, а наиболее вероятно связано с применением диаграммы одноосных испытаний, в то время как напряженно-деформированное состояние силовой оболочки двухосное. Из-за отсутствия данных по двухсотым испытаниям пока невозможно учесть поперечное сжатие ткани. Таким образом, экспериментальные исследования подтверждают достаточную прочность силовой оболочки ППК-6, правильность в целом расчетной методики, а также расчетной оценки опорной стелят компенсации- не менее 90%

С использованием результатов данной работы была изготовлена опьпная партия ППК-6. Фотография опытного образца в налутом на человека виде отдельно и с жилетом ЖК-6 приведена на рис. 12. Были проведены физиологические испытания опытных образцов в ГОСНИИИ военной медицины МО РФ.

При испытаниях на центрифуге ЦФ-8 с применением манекенов и стандартной аппаратуры (автомат давления АД-5, кислородная маска КМ-35) (я.ио показано, что зависимости от времени давления в камере ППК-6 от скорости нарастания перегрузки практически совпадают с аналогичными для серийного костюма ВКК-15 и удовлетворяют физиологическим нормам серийной кислородно- дыхательной аппаратуры, а также ТТЗ и ТУ, что подтверждает возможность использования ППк-6 при перегрузках до 9-11 единиц,какиВКК-15(рис. 13). Испытания на людях в статических условиях с моделированием перегрузок с помощью высокорасходного автомата давления нового поколения АДР-35 показали более высокие защитные и эксплуатационные характеристики! 111К-6 по сравнению с ВКК-15.

V. АГ. кН/и

"Т7 к"! IV

Г7

г . 11 1

74 Т! 80 83 86 89 92 95 98 у. си

В)

1 г

1 I

35 38 41

47 50 53 у с*

б)

Рис. 11 Сравнение экспериментальных (точки) и расчетных (кривые) зависимостей погонных сил в верхнем участке от продольной координаты (р=90кПа): а) брюшная секция; б) бедренная; в) голенная

а) б)

Рис. 12 а) опытный образец ППК-6; б) опытный образец ППК-6 с ЖК-6

г. г и

«*хяст псЫ

»

У

-ч р •

А ч

№

/

/1 \

л

110 130 130 170 I» 20 230 230 2Я 2» 310 20 Э»

Рис. 13 Зависимость перегрузки давления в камере ППК-6 р и под маской КМ-35 рки от времени при различных скоростях нарастания перегрузки

р ■ 1,2, кгс/см2

...

2 -0 12сту1 чды

ч 5 ^

-ч

060аеЛж2

Л \

- 0 ды 0 1сА ш2 \ з_

05 емуи 2Í

0.04 кк&ы1 * X

Перегрузка г

р-1,2, кгс/см2

а)

2,5

34

... .....

_3 >.1С Ц)

-2.

\

ОМааЫ1

(У «ас Лм*

1

"рм ш*

Перегрузка

б)

Рис. 14 Зависимости давления в камере ППК-6 (2) от времени при испытаниях в наземных условиях с имитацией перегрузки автоматом давления АДР-35 (1,3- границы поля допуска изменения давления: а) ППК-6 перегрузки 1 с"1; б) ВКК-15

Это подтверждается, во-первых, более высокой скоростью увеличения давления в камере 1111К-6 (рис. 14). Во-вторых, ни у одного го 4-х испытателей не возникли болевые ощущения при использовании ППК-6 с перегрузками до 9 единиц при различных скоростях ее нарастания, в то время как при использовании ВКК-15 все испытатели ощущали болевой порог.

Конструкция, внешнее состояние, комплектность, маркировка ППК-6 также были оценены комиссией как удовлетворяющее всем требованиям ТТЗ и ТУ7557-051.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Разработана конструкция ППК с плоской камерой (ППК-6) с использованием в качестве материала силовой оболочки современной параарамидной ткани армалон, отличающейся от существующих костюмов аналогичного вида возможностью работы не только как прспивоперегрузочного, но и как вьюотно-компакирующего устройства совместно с компенсирующим жилетом, а также обеспечивающая обжагие ягодичной и подколенной областей тела летчика благодаря выполнению костюма в виде полноразмерных брюк и плотной подгонки в указанных областях.

2. Изготовление камеры ППК-6 из полиуретановой пленки вместо прорезиненной ткани позволяет заменть используемую в настоящее время дорогостоящую и вредную для здоровья работающих клеевую технологию сборки камеры на сварную посредством высокочастотной сварка при од новременном снижении себестоимости в 2-3 раза.

3. Разработаны математическая модель, методика, алгоритм, программа расчета геометрических, силовых параметров, степени компенсации ППК с плоской камерой и на основании расчетов для ППК-6 показано, что:

- основными внешними параметрами, определяющими эксплуатационные характеристики костюма, являются степень деформации ткани силовой оболочки, ширина камеры и исходная слабина ткани;

- при приметши ткани армалон, ширине камеры, изменяющейся по высоте человека в пределах 33-50% от периметра котура тела и слабине ткани около 2^см в целом по костюму обеспечивается опорная степень компенсации 92...93%;

- прочность костюма определяется действием максимальных растягивающих напряжений в поперечном направлении в верхних участках и боковых перемычках секций камеры;

минимальный запас прочности приходится на боковой запошивочный шов костюма в области живота и при максимальна« избыточном давлении в камере 90 кПа составляет 1,21; - благодаря увеличению кривизны поперечного юошура тела и расчегнообоснованному уменьшению относительной ширины камеры сверху вниз максимальное давление на тело обеспечивается в области голеней, а минимальное - в области живсгга, что способствует выжиманию крови и межклеточной жидкости снизу вверх, способствуя повышению переносимости перегрузок летчиком.

4. Разработаны методики экспериментального исследования геометрических параметров и напряжений (погонных сил) в силовой оболочке ПГЖ с плоской камерой.

5. Результаты экспериментального исследования геометрических параметров и давления на тело, проведенные в работе, соответствуют расчетным данным в пределах погрешности 3.. .5%. Более низкие по сравнению с расчетными (на 7.. .20%) значения экспериментальных значений погонных сил в силовой оболочке, полученных с использованием диаграммы одноосных испытаний, наиболее вероятно вызвано двухосным характером нагружения материала в реальных условиях.

6. Испытания опьпных образцов ППК-6 на людях с моделированием перегрузки с помощью высокорасходного автомата давления АДР-35 до 9 единиц при различных скоростях ее возрастания показали его более высокие защитные и эксгпуатационные характеристики по сравнению с серийным костюмом ВКК-15 (меньшее на 0,2...0,4 с время повышения давления в камере, отсутствие болевого порога), что позволяет прогнозировать возможность повышения переносимости перегрузок летчиком при использовании ППК-6 на2Д. .3 единицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ

РАБОТАХ

1. Аверьянов А А, Зотов В А, Тазегдинов Р.Г. Математическая модель и методика расчета форм и размеров надутых газом камер высотной компенсирующей (ВКО) и противоперегрузочной (ППО) одежды летчика //Материалы IX Международного симпозиума «Динамические и технологические гроблемы механики конструкций и сплошных сред» (Яропалец, МО, 10...14 февраля 2003 г.).-М:МАИ,2003,с.Ю1

2. Аверьянов АА, Зотов В А, Тазегдинов РГ. Математическая модель расчета напряжений и давлений на тело человека в тканевых чехлах надутых газом камер высотной компенсирующей

(ВКО) и противоперегрузочной (ПГТО) одежды летчика // Там же, с. 102.

3. Аверьянов А А, Зотов ВА., Тазетдинов РГ. Способ определения формы герметичной камеры защитой одежды. Пат. № 2219106, РФ 64 О 10/00, А 62 В 17/00, А 62 О 5/00, заявл. 07.102002, опубл. 20.122003. Бюл. №35.

4. Аверьянов А А., Зотов ВА., Малоэемов В.В., Тазетдинов РГ, Тибрин Г.С. Расчет параметров противоперегруэочного костюма ППК-6// Материалы X Между! иродного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкции и сплошных сред» (Ярополец, 9...13 февраля 2004 год).-М.: МАИ, 2004,с. 4-10.

5. Аверьянов А.А, Зотов В А, Малоэемов В.В, Тазетдинов РГ, Тибрин Г.С. Расчет параметров компенсирующего жилета ЖК - бТам же, с. 11-16.

6. Аверьянов А. А, Зотов В А, Малышев АН, Тазетдинов РГ. Обоснование выбора материалов для нового поколения высотных компенсирующих костюмов, применяемых для зашиты от перегрузок и факторе® высоты в условиях пилотирования современных боевых самолетов // 1-я Международная ярмарка технического текстиля, нетканых материалов и защитной одеящы. Р.Ф, Москва, 13-28.09.03/Каталог и материалы симпозиума1Шр7'Л\аду.1ехЙ_гпа1ке4ти (19.05.04).

7. Тазетдинов РГ, Аверьянов АА, Зотов ВА/ Математическая модель расчета напряжений и давления на тело летчика в прогавоперегрузочном костюме (ППК) или высото-компенсируюшим костюме (ВКК) с накладными камерами. // Электронный журнал «Труда МАИ», вып. 16.-ЬИр: //и^-ташг (28.072004).

8. Аверьянов А.А. Экспериментальное исследование противоперегрузочного костюма ППК-6 // Материалы XI Международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», т. 1 (Москва, 14.. .18 февраля 2005 г.). - М.: МАИ, 2005,148 с.

9. Аверьянов А.А, Зотов ВА, Артемова Н. Б, Волчкова СА, Беспалов Е.С, Леонова Е.И. Высспно - компенсирующий комплект. Пат. РФ № 2258547, С1, А 62 В 17/00, В 64 Д10/00, заявл 20.04.04, опубл. 20.08.05. Бюл. № 23.

и

»2 27 6 $

РНБ Русский фонд

2006-4 24711

ВВЕДЕНИЕ.

1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК ППК.

1.1. Краткая история создания первых ППК.

1.2. Анализ существующих ППК.

1.3. Зарубежные ППК.

1.4. Анализ патентной литературы последних десятилетий по ППК.

1.5. Анализ существующих методик расчета параметров ППК.

Выводы по главе 1.

2. КОНСТРУКЦИЯ ППК НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ.

2.1. Назначение, область применения и требования к ППК нового поколения

2.2. Конструкция ППК-6.

2.3. Материалы для силовой оболочки ППК.

2.4. Материалы для камеры ППК.

2.5. Технология соединения тканепленочных материалов для камеры ППК.

2.6. Оценка технологичности ППК - 6.

2.7. Работа ППК-6.

Выводы по главе 2.

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ППК В РАБОЧЕМ СОСТОЯНИИ.

3.1. Исследуемые параметры ППК.

3.2. Модель геометрической формы поперечного сечения тела человека

3.3. Основные допущения, принимаемые для расчета формы поперечного сечения надутой камеры.

3.4. Модель геометрической формы поперечного сечения ножной секции надутой камеры (бедра или голени).

3.5. Модель геометрической формы поперечного сечения брюшной секции надутой камеры.

3.6. Модель геометрической формы продольного сечения надутой камеры.

3.7. Математическая модель и методика расчета погонных сил, возникающих в материале ППК после наддува камеры воздухом. Выводы по главе 3.

4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ППК-6.

4.1. Краткая характеристика алгоритма расчета.

4.2 Учет деформации ткани силовой оболочки.

4.3. Брюшная секция.

4.4 Бедренная секция.

4.5. Голенная секция.

4.6. Оценка коэффициентов запаса прочности материала силовой оболочки и швов ПГЖ-6.

Выводы по главе 4.

5. Экспериментальное исследование ППК-6.

5.1. Экспериментальная техника и методика проведения экспериментов.

5.2. Результаты экспериментального исследования геометрических параметров ППК-6 и их анализ.

5.3. Результаты экспериментального исследования давления на тело и их анализ.

5.4. Результаты экспериментального исследования напряжений (погонных сил) в силовой оболочке и их анализ.

5.5. Испытания ППК-6.

Выводы по главе 5.

Актуальность проблемы. Скорость и маневренность современных летательных аппаратов, особенно военных самолетов, с каждым годом возрастает. Возникающие при маневрах перегрузки достигают 10-12 единиц и оказывают отрицательное влияние на организм летчика. Защита летчика от положительных перегрузок (в направлении «голова - таз») осуществляется с помощью противоперегрузочного костюма, снабженного герметичной воздушной камерой, вложенной в чехол, пришитый к костюму в области живота, бедер и голеней. Камера через антигравитационный клапан подсоединяется к системе воздухоснабжения самолета. При увеличении перегрузок до 1,5.2 единиц камера автоматически наполняется воздухом под избыточным давлением, пропорциональным перегрузке, обеспечивая обжатие нижних частей тела. Это уменьшает отток крови от верхних частей тела к нижним, исключает смещение вниз органов верхних частей тела, увеличивая тем самым естественную переносимость перегрузок человеком.

В настоящее время для полетов на высотах до 20км в отечественной авиации применяются разработанные на предприятии «Звезда» хорошо зарекомендовавшие себя костюмы ППК-1У, ППК-З с плоскими, или накладными, камерами, а также противоперегрузочные устройства (ППУ) в составе высотных компенсирующих костюмов (ВКК) типа ВКК-15. Указанные костюмы обеспечивают переносимость перегрузок летчиком до 9-11 единиц.

Однако конструкции существующих костюмов имеют и серьезные недостатки. У ППК-1У и ППК-З отсутствует внешнее давление в области коленных суставов и ягодиц, что приводит к болезненным ощущениям и жалобам со стороны летчиков. Костюмы ВКК не имеют вырезов в нижней части, однако плотная подгонка на указанных участках в них также не предусмотрена. В данных костюмах в области живота и ног имеются две камеры - ППУ и натяжного устройства (НУ) высотно-компенсирующей системы. Наличие двух камер усложняет и утяжеляет костюм. Кроме того, большая часть полетных заданий выполняется на небольших высотах, до 12км, где применение ВКК необязательно, поэтому верхняя часть костюма является только помехой для движений летчика. Однако отдельное ношение нижней части этого костюма, т. е. брюк, невозможно.

В настоящее время отсутствуют также расчетные методики, которые позволяли бы обоснованно выбирать конструктивные параметры ППК еще на стадии проектирования. Указанные и другие недостатки существующих ППК во многом ограничивают возможность более полного использования технических возможностей современных самолетов. Поэтому создание ППК нового поколения с лучшими эксплуатационными характеристиками является актуальной задачей.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка полнопрофильного ППК из современных высокопрочных огнестойких и высокогигиеничных материалов, способного обеспечивать обжатие костюмом не менее 90 % поверхности нижней части тела, работать как отдельно в противоперегрузочном режиме, так и в комбинации с высотным компенсирующим жилетом на высотах более 12 км в режиме высотной компенсации, а также создание экспериментально подтвержденной расчетной методики, позволяющей обосновать конструктивные, технологические, эксплуатационные параметры данного ППК, а также костюмов аналогичного принципа действия.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. С учетом современного состояния исследований и разработок, предложить новое конструктивное решение, удовлетворяющее современным требованиям, предъявляемым к индивидуальному снаряжению летчика военной авиации, в котором были бы устранены основные недостатки, имеющиеся в существующих ППК.

2. С учетом требований к конструкции ППК выбрать материалы для его силовой оболочки и герметичной камеры, а таюке прогрессивную технологию сборки камеры.

3. Разработать методику расчета характеристик ППК в рабочем состоянии и на основании расчетов выявить значения основных внешних параметров, определяющих эффективность и прочность ППК.

4. Произвести экспериментальные исследования параметров ППК на экспериментальных образцах, сравнить их с результатами расчетов и при необходимости скорректировать расчетную методику.

5. С учетом результатов проведенных исследований окончательно выбрать конструктивные, технологические и эксплуатационные параметры ППК, изготовить опытный образец и произвести его испытания.

Научная новизна.

1. Создана новая теоретически и экспериментально обоснованная конструкция полнопрофильного ППК с плоской камерой, удовлетворяющая цели настоящей работы: обжатие костюмом не менее 90 % поверхности нижней части тела, что даст возможность повысить переносимость перегрузок летчиком на 2,5.3 единицы, способность работать как отдельно в противоперегрузочном режиме, так и в комбинации с компенсирующим жилетом на высотах более 12 км (до 20 км) в режиме высотной компенсации.

2. Разработаны математическая модель, методика и программа расчета параметров ППК с плоской камерой в рабочем состоянии, позволяющие рассчитать геометрическую форму, размеры надутой камеры, форму и площадь поверхности тела, обжатую костюмом, распределение давления на тело, а также напряжения, возникающие в его силовой оболочке.

3. Теоретически и экспериментально установлен характер влияния конструктивных (ширина камеры, слабина ткани) и эксплуатационных (давление в камере) параметров на противоперегрузочные характеристики ППК (степень компенсации, распределение давления на тело, размеры некомпенсированных участков) и напряжения в материале.

4. Показано, что необходимый для обеспечения высокого противоперегрузочного эффекта положительный градиент давления на тело, направленный сверху вниз, можно обеспечить в ППК данного типа благодаря увеличению кривизны поперечного сечения тела и некоторому расчетно обоснованному уменьшению относительной ширины камеры от живота к голени.

Практическая значимость

1. Разработан и изготовлен опытный образец ППК нового поколения -ППК-6, проведены физиологические испытания, подтвердившие его более высокие противоперегрузочные характеристики по сравнению с существующими костюмами типа ВКК-15.

2. Созданные в работе методики расчета и экспериментального исследования ППК-6, алгоритм и программа расчета могут быть использованы при проектировании и расчете других ППК аналогичного типа.

3. Результаты работы использованы в учебном процессе - курсовом и дипломном проектировании студентов специальности 190600 в Московском авиационном институте.

Автор выносит на защиту

1. Конструкцию ППК нового поколения в виде полнопрофильных брюк, способного обеспечивать обжатие не менее 90% площади поверхности нижней части тела, способного работать как в противоперегрузочном режиме, так и в комбинации с компенсирующим жилетом в режиме высотной компенсации на высотах 12. 20км.

2. Математическую модель и методику, позволяющие рассчитать геометрические параметры, давление на тело и напряжения в силовой оболочке ППК с плоской камерой в зависимости от деформационных характеристик силовой оболочки, формы камеры, давления газа в ней, слабины ткани и антропометрических параметров летчика.

3. Методики экспериментального исследования геометрических параметров и напряжений в силовой оболочке ППК.

Выводы по работе

1. Разработана конструкция ППК с плоской камерой (ППК-6) с использованием в качестве материала силовой оболочки современной параарамидной ткани армалон, отличающаяся от существующих костюмов аналогичного вида возможностью работы не только как противоперегрузочного, но и как высотно-компенсирующего устройства совместно с компенсирующим жилетом, а также обеспечивающая обжатие ягодичной и подколенной областей тела летчика благодаря выполнению костюма в виде полноразмерных брюк и плотной подгонки в указанных областях.

2. Изготовление камеры ППК-6 из полиуретановой пленки вместо прорезиненной ткани позволяет заменить используемую в настоящее время дорогостоящую и вредную для здоровья работающих клеевую технологию сборки камеры на сварную посредством высокочастотной сварки при одновременном снижении себестоимости в 2-3 раза.

3. Разработаны математическая модель, методика, алгоритм, программа расчета геометрических, силовых параметров, степени компенсации ППК с плоской камерой и на основании расчетов для ППК-6 показано, что:

- основными внешними параметрами, определяющими эксплуатационные характеристики костюма, являются степень деформации ткани силовой оболочки, ширина камеры и исходная слабина ткани;

- при применении ткани армалон, ширине камеры, изменяющейся по высоте человека в пределах 33-50% от периметра контура тела и слабине ткани около 2,5см в целом по костюму обеспечивается опорная степень компенсации 92.93%;

- прочность костюма определяется действием максимальных растягивающих напряжений в поперечном направлении в верхних участках и боковых перемычках секций камеры; минимальный запас прочности приходится на боковой запошивочный шов костюма в области живота и при максимальном избыточном давлении в камере 90 кПа составляет 1,21;

- благодаря увеличению кривизны поперечного контура тела и расчетно-обоснованному уменьшению относительной ширины камеры сверху вниз максимальное давление на тело обеспечивается в области голеней, а минимальное - в области живота, что способствует выжиманию крови и межклеточной жидкости снизу вверх, способствуя повышению переносимости перегрузок летчиком.

4. Разработаны методики экспериментального исследования геометрических параметров и напряжений (погонных сил) в силовой оболочке ППК с плоской камерой.

5. Результаты экспериментального исследования геометрических параметров и давления на тело, проведенные в работе, соответствуют расчетным данным в пределах погрешности 3. .5%. Более низкие по сравнению с расчетными (на 7.20%) значения экспериментальных значений погонных сил в силовой оболочке, полученных с использованием диаграммы одноосных испытаний, наиболее вероятно вызвано двухосным характером нагружения материала в реальных условиях.

6. Испытания опытных образцов ППК-6 на людях с моделированием перегрузки с помощью высокорасходного автомата давления АДР-35 до 9 единиц при различных скоростях ее возрастания показали более высокие защитные и эксплуатационные характеристики ППК-6 по сравнению с серийным костюмом ВКК-15 (меньшее на 0,2.0,4 с время повышения давления в камере; отсутствие болевого порога), что позволяет прогнозировать возможность повышения переносимости перегрузок летчиком при использовании ППК-6 на 2,5. .3 единицы. эксплуатационные характеристики данного костюма по сравнению с серийным костюмом ВКК-15, что позволяет прогнозировать возможность повышения переносимости перегрузок летчиком при использовании ППК-6 на 2,5.3 единицы. 4

1. Уманский С.П. Барьер выносливости летчика. М.: Машиностроение, 1964.- 172с.

2. Defense research and development Canada About DRDC. http://www.drdc-rddc.gs.ca/publications/publicationsl. asp (05/05/2004)

3. Современные средства аварийного покидания самолета / С.М. Алексеев, Я.В. Балкинд, A.M. Гершкович, B.C. Еремин, А.С. Повицкий, H.J1. Уманский. -М.: Оборонизд, 1961.-452 с.

4. Акопов М.Г. Расчет и проектирование систем индивидуального жизнеобеспечения. М.: МАИ, 1979. - 76 с.

5. Уманский С.П. Снаряжение летчика и космонавта. М.: Воениздат, 1967.- 192 с.

6. Алексеев С.М., Уманский С.П. Высотные и космические скафандры. -М.: Машиностроения, 1973. 380 с.

7. Акопов М.Г., Дудник М.Н. Расчет и проектирование авиационных систем индивидуального жизнеобеспечения. М.: Машиностроения, 1983. - 231 с.

8. Christopher Т. Carey. Supporting lite of 80000 feet: Evolution of the american high altitude pressure suit: http:// webs, lanset. com./aeolusaero/ Articles/ S Suits, htm (04.11.2003)

9. Противоперегрузочный костюм ППК-1У// Руководство по технической эксплуатации ППК-1У- 0709.000-00 РЭ. М.: Воениздат, 1989. - 62 с.

10. Противоперегрузочный костюм ПГЖ-З // Руководство по технической эксплуатации АП-9020 00 РЭ. - М.: Воениздат, 1985. - 40 с.

11. Высотный компенсирующий костюм ВКК 6М // Руководство по технической эксплуатации ВКК - 6М - 0719.000 - 00 РЭ. - М.: Воениздат, 1989. - 94 с.

12. Костюм высотный компенсирующий ВКК- 15К // Руководство по технической эксплуатации ОК 9004 - 00 РЭ. - М.: Воениздат, 1986. - 56 с.

13. Halbersfodt H., Halbersfodt M. Bone domes and jeans // US airrev flight / Wirginia, Windrow E. Geene. 1995.

14. Beaufort defence and aerospace division. Anti-g trousers// www. Survitecgroup. Com (15.11.2003).

15. Pressure carment. Pat №5033630 US/ B64D - 10/00/ J.W. Besurick, E.A. Dubois. - №424994, filed 23.10.89.

16. Fliegerhose. Pat. №4012594 DE. В 64D - 10/00/T. Becker, K. Miiller. -№1610625, 20.04.90. Publ. 08.08.91

17. Advanced tecnology anti-g suit. Pat. №5537686 US. B64D 10/00/Jr. R.W. Krufz, G.L. Ripley, R.E. Simpson, R.C. Hill, T.W.Jravis, T.R. Morgan, J.W. Burns. -№273440, field 05.07.94.

18. Schutzanzug. Pat. №4425284 DE. B64D - 10/00/ H. Gense. - №3941684,. 16.07.94. Publ. 07.09.95.

19. Suit for the support body in respect to acceleration forces. Pat №5027437 US. В 64D 10/00 A41D 13/00/ H. Reddemann, R.C. Huttenbach. - №8815233, olait. 27.06.88. Filed 04.05.89, № 347744.

20. Anfropomorphic tank suit. Pat. №5127896 US B64D 10/00/ A.N. de Gasfon. - 402359, field 05.09.89.

21. Device for exerting an external pressure on a human body. Pat. №9525038 WO. B64D 10/00/, A62B 17/00//B6G6/00/ S.J. Savage. - №9400897 - 6, prior. 17.03.94. Publ. 21.09.95.

22. Способ защиты человека от перегрузки. А.С. 1808340 СССР. МКИ А 62 В7/14, B64D 10/00/ Е.П. Тихомиров, Л.И. Леткова. - №4888441/23, заявл 04.12.90. Опубл. 15.04.93. Бюл. №14.

23. Способ компенсирующего обжатия нижних конечностей в противоперегрузочных устройствах. Пат. №828603 Рфю МКИ В 64D 10/00/ В.М. Константинов, В.М. Молодцов., Е.И. Сорокина. - №2865291/23, заявл. 07.01.80. Опубл. 09.06.95. Бюл. №16.

24. Гузий А. Т, Коротков С.М., Болохов А.Н., Васильев C.B. Противоперегрузочное устройство для члена экипажа летательного аппарата. Пат. РФ №2046064, кл 6 В 64 D 10/00, заявл. 20.03.98, опубл. 20.10.95. Бюл. №29.

25. Farrell P.S.E. Goldenberg A.A., Meidan D. Antigravitation kostum mvt dem Druckregulator. Европ. Пат. №646523, МКИ 6B64D 10/00, заявл. 04.10.94., опубл. 05.04.95.

26. Аверьянов A.A., Зотов В.А., Тазетдинов Р.Г. Способ определения формы герметичной камеры защитной одежды. Пат. РФ № 2219106, 64 D 10/00, А 62 В 17/00, А 62 D 5/00, заявл. 07.10.2002, опубл. 20.12.2003. Бюл. №35.

27. Средства спасения экипажа самолета / С.М. Алексеев, Я.В. Балкинд, A.M. Гершкович, B.C. Еремин, A.C. Повицкий, H.JI. Уманский. М.: Машиностроение, 1975. - 432 с.

28. Шапошников А.И. Исследование основных конструктивных схем высотного кислородного прибора с повышенным давлением и компенсирующей одежды, 1955 г., дисс. к. т. н. , 308с. ил. НИИ Авиац. медиц. МО СССР.

29. Алексеев С.А. К теории мягких оболочек вращения // Расчет пространственных конструкций М.: Госстройиздат, 1955, Вып.з, с 309 - 322.

30. Балабух Л.И., Усюкин В.И. Приближенная теория мягких оболочек вращения // Теория оболочек и пластин; Тр. VII Всесоюзн. Конф. по теории обол, и пластин. М.: Наука, 1973. - с 230 - 235.

31. Пневматические строительные конструкции / В.В. Ермолов, У.У. Бэрд, Э. Бубнер и др. Под ред. В.В. Ермолова. М.: Машиностроение, 1983. - 439 с.

32. Алексеев С.А. Основы теории мягких осесимметричных оболочек // Расчет пространственных конструкций. -М.: Стройиздат, 1965, вып 10, с. 5-38.

33. Алексеев С.А. Основы общей теории мягких оболочек // Расчет пространственных конструкций. -М.: Стройиздат, 1966, Вып.11, с.31-52.

34. Усюкин В.Н. Расчет мембранных оболочек при малом параметре нагрузки методом прогонки // Труды VII всесоюзн. Конфер. По теории оболочек и пластинок. М.: Наука, 1969, с 582-587.

35. Ридель В.В., Тулий Б.В. Динамика мягких оболочек. М.: Наука, 1980 -с 205.

36. Тимошенко С.П., Войновский Кригер С. Пластинки и оболочки. - М.: Наука, 1966.-635 с.

37. Аверьянов A.A., Зотов В.А., Тазетдинов Р.Г. Математическая модель расчета напряжений и давлений на тело человека в тканевых чехлах наддутых газом камер высотной компенсирующей (ВКО) и противоперегрузочной (ППО) одежды летчика// Там же, с. 102.

38. Аверьянов A.A., Зотов В.А., Малоземов В.В., Тазетдинов Р.Г., Тибрин Г.С. Расчет параметров компенсирующего жилета ЖК бТам же, с. 1116.

39. Малоземов В.В., Морозов В.В. Экология аэрокосмических систем.: Учеб. Пособие. М. МАИ, 2002. - 95 с.

40. Системы жизнеобеспечения экипажей летательных аппаратов: Учебник для втузов/ В.В. Малоземов, В.Ф. Рожнов, В.Н. Правецкий. М.: Машиностроение, 1986. - 583 с.

41. Малоземов В.В., Кудрявцева Н.С. Автоматическое регулирование систем обеспечения теплового режима. Учеб. Пособие. М.: МАИ, 1951 - 50 с.

42. Аверьянов A.A., Зотов В.А., Артемова Н. Б., Волчкова С.А., Беспалов Е.С., Леонова Е.И. Высотно компенсирующий комплект. Пат. РФ № 2258547, CI, А 62 В 17/00, В 64 Д 10/00, заявл.20.04.04, опубл. 20.08.05. Бюл. № 23.

43. Роговин З.А. Основы химии и технологиии производства химических волокон, т.1. М.: Химия, 1965. - с. 644.

44. Свойства и особенности переработки химических волокон./Под ред А.Б. Пакшвера. М.: Химия, 1975. - с. 469.

45. Перепелкин К.Е. Волокна и волокнистые материалы с экспериментальными свойствами.// Химические волокна. 1991, №4. - с. 27-32.

46. Проспект ООО «Родиа Рус»: Кермель /www.kermel.com/(10.10.03).

47. Beaufort defence and aerospace division. Eurofighter AEA// www. survifecgroup.com (15.11.2002).

48. Carrington performance fabrics limited / Certificates of Conformity and/or test reports are avialable on reque issul: 2. Date. 18/12.2001 (16.12.2003).

49. Феденюк В.Г. Методы клеевого соединения деталей швейных изделий. -М. Гос. Н-т. издат. лит. по легкой пром. 1959. с. 153.

50. Сварка в машиностроении, т.2: Справочник/ Под ред. А.И. Акулова.-М.: Машиностроение, 1978 462 с.

51. Выбор и подготовка защитного снаряжения. Обучение дыханию под избыточным давлением/ М. В. Дворников, A.A. Меденков, В.К. Степанов.-М.: Полет, 2001 160 с.

52. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов.-М.: Наука, 1979 976 с.

53. Тазетдинов Р.Г. Равновесие элемента тонкостенной оболочки вращения с криволинейной осью //Электронный журнал «Труды МАИ», вып. 16.-http: //www.mai.ru (28.07.2004)

54. Тазетдинов Р.Г., Аверьянов A.A., Зотов В.А./ Математическая модель расчета напряжений и давления на тело летчика в противоперегрузочном костюме (ППК) или высотно-компенсирующим костюме (ВКК) с накладными камерами. Там же.

55. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики.-М.: Наука, 1970.-664 с.

56. Зайдель А.И. Погрешности измерения физических величин.-JI.: Наука, 1985,- 112 с.

57. Маркин Н.С. Основы теории обработки результатов измерений.-М.: Изд-во стандартов, 1991. 476 с.

58. Тензодатчики для экспериментальных исследований.-М.: Машиностроение, 1972. 152 с.