جامپینگ با پاراشوت

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1149

سپاس: 1416

جنسیت:

تماس:

جامپینگ با پاراشوت

پست توسط rohamjpl »

135890 فوت آلن یوستیس، مدیر گوگل، با پرش از ارتفاع 135890 فوتی (41419 متری) رکورد جهانی پرش با چتر نجات را شکست.
یکی از عوامل محدود کننده چگالی هوا است. اکثر پرش‌کنندگانی که بالاتر از ارتفاع فشار ۱۰۰ میلی‌بار (تقریباً ۵۱۸۰۶ فوت یا ۱۵۷۹۰.۵ متر) چتربازی کرده‌اند، همین موضوع را ذکر کرده‌اند. عدم ثبات جهت و کنترل به دلیل مقاومت کافی هوا وجود ندارد
Parachute jumping with air resistanceپرش چتر نجات با مقاومت هواتصویر
مقاومت هوا در مقایسه با شتاب ناشی از گرانش باید در جهت مخالف باشد. من واقعا امیدوارم که بتوانید در این زمینه به من کمک کنید!خیر. نیروی پسا به سادگی در جهت مخالف بردار سرعت است.
حال مدل ساده شده زیر را در نظر بگیرید:سقوط چتر نجات
فرض کنید هواپیمای پرتاب کننده به صورت افقی و موازی با x در حال پرواز است
محور، در سرعت v0، سپس در نقطه افت (t=0) چتر نجات دارای دو بردار سرعت با اسکالر است:
$v_x=v_0$
$v_y=0$
از آنجایی که پاراشوت فوراً مستقر نمی شود، در y
در جهت دو نیرو عمل می کنند: گرانش و کشش هوا، بنابراین با نیوتن می توانیم بنویسیم:
$ma=mg-\frac12 \rho C_{y,1}A_{y,1}v_{y}^2$
مجموعه: $\frac12 \rho C_{y,1}A_{y,1}=\alpha_1$
سپس پس از ادغام بین $t=0, v_y=0$و$t, v_y$
و $\large{v_y(t)=\sqrt{\frac{mg}{\alpha_1}\big(1-e^{-\frac{2\alpha_1t}{m}}\big)}}$
فرض کنید پاراشوت در $t=\tau$ باز می شود
سپس برای $t>\tau$همچنین می توانیم استخراج کنیم:
$\large{v_y(t)=\sqrt{\frac{1}{\alpha2}\big(mg-\big(mg-\alpha_2v_{y,\tau}^2)e^{-\frac{2\alpha_2t}{m}}\big)}}$
با:$\large{v_{y,\tau}=\sqrt{\frac{mg}{\alpha_1}\big(1-e^{-\frac{2\alpha_1\tau}{m}}\big)}}$
پاراشوت در جهت x را نیز تجربه می کند. قبل از استقرار پاراشوت (و با فرض عدم وجود باد جانبی):
$ma=-\frac12 \rho C_{x,1}A_{x,1}v_{x}^2$ یا:$a=-\alpha_3v_x^2$
و $\frac12 \rho C_{x,1}A_{x,1}=\alpha_3$ در ادغام بین $t=0, v_x=v_0$ و$t, v_x$
و لذا $v_x(t)=\frac{v_0}{1+v_0\alpha_3t}$ و برای $t>\tau$
$v_x(t)=\frac{v_{x,\tau}}{1+v_{x,\tau}\alpha_4t}$جایی که:$v_{x,\tau}=\frac{v_0}{1+v_0\alpha_3\tau}$
با باز شدن پاراشوت ضریب درگ به طور خطی افزایش میابد
ر رابطه با مدل‌سازی فاصله زمانی که پاراشوت در آن مستقر می‌شود، با استفاده از یک مدل ساده برای ضریب درگ همانطور که
$k(t)=k+k_p\frac{t}{\tau}$
توجه داشته باشید که برای $t→inf$و$v \to \frac{mg}{k}$
، سرعت پایانی.$y(t)=\int_0^t v(t)dt$پس $y(t)=\frac{mg}{k}t-\frac{m^2g}{k^2}\big(1-e^{-\frac{kt}{m}}\big)$
اینجا y(t)مسافت طی شده از نقطه سقوط است. برای تبدیل دوباره به تعریف خود از yبه عنوان ارتفاع از سطح زمین:
ارتفاع=h−y(t)البته ممکن است اشتباه کنم، اما نمی‌دانم که چگونه به DE زیر می‌رسید (حتی با استفاده از قرارداد خود) و چگونه یک شرط اولیه در DE، قبل از ادغام ظاهر می‌شود:$\frac{dy}{dt}+\frac{k}{m}y=-gt+\frac{k}{m}h$
اگر می خواهید مستقیم به سمت y بروید '، DE شما باید باشد:$m\frac{d^2y}{dt^2}=-mg-k\frac{dy}{dt}$
از جانب:$ma_y=-mg-kv_y$k
تعیین قطر چتر نجات برای به دست آوردن سرعت فرود خاص یک جسم، با معادلات دیفرانسیل
بسیار ساده هست کشش برابر $F_{drag} = \frac{1}{2} \rho_{air} \space C_d A \space v^2$و جاذبه هم $F_g = m_{probe} \space g_{mars}$حال این دو را مساوی هم قرار بده مثال یافتن قطر یک چتر نجات باید برای فرود کاوشگر روی مریخ با سرعت مشخص باشد
ناسا تصمیم گرفته است یک کاوشگر آزمایشی به مریخ بفرستد. وزن آن روی زمین 40 کیلوگرم است. هنگامی که کاوشگر نزدیک سیاره باشد، توسط میدان گرانشی آن $g_{Mars} = 3.75\ m/s^2$ جذب خواهد شد. قطر چتر نجات را طوری تعیین کنید که کاوشگر با سرعت 3 متر بر ثانیه (که معادل پرتاب کاوشگر از ارتفاع 0.5 متری روی زمین است) سطح مریخ را لمس کند. $A_{chute} = π \frac{D^2}{4}, C_D = 1.4$اینم ساده $F_{drag} = \frac{1}{2} \rho \space C_d A \space v^2$و $\frac{2F_{drag}}{\rho \space C_d \space v^2} = A$
حداقل ارتفاع هم بستگی به مجوز شما دارد - ارتفاع معمول استقرار اصلی 1000 متر است.ابتدا سرعت فرود را مشخص کنید. بعد مساحت چتر نجات را محاسبه کنید با استفاده از مساحتی که نیروی کشش را محاسبه می کنیم (بستگی خطی دارد). از این زمان به لحظه (یا ارتفاعی که در آن) باید چتر نجات را باز کنید، خواهید رسید. شرط تعیین شده توسط انجمن چتر نجات ایالات متحده می گوید که چتر اصلی برای دارنده مجوز D در ارتفاع 2000 فوتی از سطح زمین مستقر شود. این به غواص زمان کافی برای رفع هرگونه نقص می دهد. بیشتر چترهای اصلی برای باز شدن به 600 تا 1200 فوت سقوط آزاد نیاز دارند. چتر نجات می تواند در کمتر از 400 فوت باز شود. حداقل مطلق ذخیره حدود 700 فوت برای فرود بدون آسیب خواهد بود.چتر نجات نمی تواند در فضا کار کند. آنها برای باد شدن و عملکرد به هوا نیاز دارند.چتر نجات در خلاء کار نمی کند، زیرا هوا وجود ندارد. چتر نجات ها بر اساس اصل کشش بیشتر کار می کنند، بنابراین سرعت را کاهش می دهند. اگر کشش وجود نداشته باشد، چتر نجات اضافی است.ماه جو ندارد، بنابراین هیچ کششی روی کپسول وجود ندارد که فرود آن را کند کند. چتر نجات کار نخواهد کرد وسایل نقلیه فرود بر ماه مجهز به موتورهای موشکی بودند که توسط خلبان شلیک می‌شد تا در هنگام فرود سریع به سطح ماه، بالابر را فراهم کنند - رانش در جهت مخالف نزول. این بدان معنا نیست که زمینیان چند سفینه فضایی با چتر نجات نفرستاده اند. همه فضاپیماهای سرنشین دار، به جز مدارگردهای شاتل فضایی، پس از ورود مجدد از فضا پس از ماموریت، از چتر نجات برای کاهش سرعت فرود خود استفاده کردند.
چرا نمی توانید درست از مدار زمین با چتر نجات پایین بیایید چتر نجات بادي (drogue parachute)
چتر نجات بادي يك چتر نجات كوچك است. چتر نجات مانند يك ترمز به منظور فرود آمدن آرام يك كپسول فضايي يا فضاپيماي در حال فرود عمل مي‌كند. همچنين چتر نجات بادي مي‌تواند براي بيرون كشيدن يك چتر نجات بزرگتر، از فضايي كه در آن بسته بندي شده است، مورد استفاده قرار گيرد.
چتر نجات بادي براي بازگرداندن ناو فرماندهي آپولو به زمين مورد استفاده واقع شد.
توجه کنید سرعت ماژول فرمان سرعت نهایی خواهد بود - سرعتی که نیرویی که توسط نیروی پسای آیرودینامیکی اعمال می‌شود برابر با نیروی گرانش است - زیرا با سرعت بسیار زیاد وارد جو شده و ده‌ها هزار متر در حال سقوط است. قبلا، پیش از این. بنابراین می دانیم که سرعت نهایی خواهد بود.
اما ما نمی توانیم در اینجا متوقف شویم.
من هم در این مورد کنجکاو بودم، بنابراین تصمیم گرفتم اعداد را اجرا کنم. فرمول سرعت پایانی به شرح زیر است:$V_T=\sqrt{\frac{2mg}{\rho AC_D}}$
آیا می خواهید "بیشتر ترمزگیری را در جوی که چگالی آن هنوز بسیار کم است" با استفاده از چتر نجات انجام دهید؟
اگر می‌خواهید مدار را ترک کنید و تا زمانی که بدنه بازگشتی کند شود در بالای جو بمانید، به جای چتر نجات به یک بال نیاز دارید تا نیروی بالابر لازم برای بالا ماندن در حین کاهش سرعت را ایجاد کند. شما باید نیروی گریز از مرکز رو به کاهش را با افزایش لیفت آیرودینامیکی جایگزین کنید.
این بال باید در یک فضای بسیار نازک در محدوده سرعت بسیار زیاد از مافوق صوت تا صوتی یا حتی مادون صوت کار کند. بال باید دارای یک ناحیه غول پیکر باشد و باید با تغییر شکل و مساحت خود را با سرعت تطبیق دهد. نسبت بالابر به درگ باید بسیار خوب باشد تا به آرامی ارتفاع کاهش یابد.
اما باید به حفظ انرژی نیز فکر کنیم. انرژی جنبشی سرعت مداری باید به شکل دیگری از انرژی تبدیل شود. انرژی الکتریکی، مکانیکی یا شیمیایی به عنوان انرژی حاصل غیرممکن است. بنابراین گرما تنها شکل انرژی است که انرژی سرعت مداری ممکن است به آن تبدیل شود.
برای انتقال گرما به یک جو بسیار نازک بدون اینکه چتر نجات، بال یا پاراگلایدر بیش از حد گرم شود، به یک فرآیند جادویی نیاز دارید. انتقال به گرما باید در زمان کوتاهی قبل از ورود به قسمت های متراکم جو انجام شود.
یک چتر نجات در مریخ کار می کند زیرا جو داردجو مریخ بسیار نازکتر از زمین است، بنابراین یک چتر نجات به تنهایی قادر به کاهش سرعت فضاپیما برای فرود ایمن نیست.چتر نجات در خلاء کار نمی کند، زیرا هوا وجود ندارد. چتر نجات ها بر اساس اصل کشش بیشتر کار می کنند، بنابراین سرعت را کاهش می دهند. اگر کشش وجود نداشته باشد، چتر نجات اضافی است
استفاده در مریخ چتر نجات از دو پارچه بادوام و سبک وزن ساخته شده است: پلی استر و نایلون. چتر نجات دارای یک افسار سه گانه است (بندهایی که چتر نجات را به پوسته پشتی متصل می کند). این لگام از کولار ساخته شده است، همان ماده ای که در جلیقه های ضد گلوله استفاده می شود.تصویر
مواد مورد استفاده برای ساخت چتر نجات باید محکم و در عین حال به اندازه کافی سبک باشند تا در یک ناحیه بسیار کوچک قرار بگیرند و از اضافه وزن در پوسته پشتی جلوگیری کنند. مقدار فضای موجود در فضاپیما برای چتر نجات به قدری کم است که چتر باید تحت فشار باشد. قبل از پرتاب، یک تیم باید 48 خط تعلیق، سه خط افسار و چتر نجات را محکم به هم بچسباند. تیم چتر نجات چتر نجات را در یک ساختار ویژه بارگیری می کند که سپس چندین بار وزنه سنگینی را روی بسته چتر می اندازد (مانند نشستن روی یک چمدان برای جمع کردن لباس ها برای قرار دادن داخل آن). قبل از قرار دادن چتر در پوسته پشتی، چتر برای استریل کردن آن حرارت داده می شود.
چه قسمت هایی به صورت پشت سر هم با چتر نجات کار می کنند؟
زایلون بریدلز: پس از استقرار چتر نجات در ارتفاع حدود 10 کیلومتری (6 مایلی) از سطح، محافظ حرارتی با استفاده از 6 مهره جداکننده و فنرهای فشاری آزاد می شود. سپس فرودگر از پوسته پشتی جدا می شود و یک نوار فلزی را روی یک سیستم ترمز گریز از مرکز که در یکی از گلبرگ های فرودگر تعبیه شده است، به سمت پایین فرو می برد. فرود آهسته از نوار فلزی، فرودگر را در موقعیتی در انتهای یک افسار دیگر قرار می دهد که از یک زیلون بافته شده تقریباً 20 متری (65 فوتی) ساخته شده است.
زایلون یک ماده الیاف پیشرفته شبیه کولار است که به طور خاص به صورت بافته شده (مانند مواد بند کفش) دوخته می شود تا محکم تر شود. (Zylon اغلب در خطوط برای قایقرانی در اینجا روی زمین استفاده می شود.) افسار Zylon فضایی را برای باز شدن کیسه هوا، فاصله از جریان خروجی اگزوز موتور موشک جامد و افزایش پایداری فراهم می کند. این افسار دارای یک مهار الکتریکی است که امکان شلیک موشک‌های جامد را از پوسته پشتی فراهم می‌کند و همچنین داده‌هایی را از واحد اندازه‌گیری اینرسی پوسته پشتی (که سرعت و شیب فضاپیما را اندازه‌گیری می‌کند) به رایانه پرواز در مریخ‌نورد ارائه می‌دهد.
موتورهای فرود با کمک موشک (RAD): از آنجایی که چگالی جوی مریخ کمتر از 1% زمین است، چتر نجات به تنهایی نمی تواند سرعت مریخ نورد کاوشگر مریخ را به اندازه کافی کاهش دهد تا از سرعت فرود ایمن و کم اطمینان حاصل کند. فرود فضاپیما توسط موشک هایی انجام می شود که فضاپیما را در فاصله 10-15 متری (30-50 فوت) بالاتر از سطح مریخ به حالت توقف می رساند.
اطلاعات بیشتر در مورد موتورهای RAD ››.
واحد ارتفاع سنج رادار: واحد ارتفاع سنج راداری برای تعیین فاصله تا سطح مریخ استفاده می شود. آنتن رادار در یکی از گوشه های پایینی چهار وجهی فرودگر نصب شده است. هنگامی که اندازه گیری رادار نشان می دهد که فرودگر چند متر بالاتر از سطح است، افسار زایلون بریده می شود و فرودگر از چتر نجات و پوسته عقب رها می شود تا برای فرود آزاد و روشن باشد. داده‌های رادار همچنین توالی زمان‌بندی پر شدن کیسه هوا و شلیک موشک RAD را فعال می‌کند.
این ماموریت ما را ملزم به طراحی و ساخت یک چتر نجات 72 فوتی داشت که می توانست در عرض نیم ثانیه از باد شدن در باد 2 ماخ جان سالم به در ببرد. این یک چالش مهندسی خارق‌العاده است، اما برای این مأموریت کاملاً ضروری بود.» برای اطمینان از اینکه آنها در آن شرایط سخت در مریخ کار می کنند، ابتدا باید طرح های چتر نجات خود را اینجا در زمین آزمایش می کردیم. شبیه سازی محیط مریخ به این معنی بود که ما باید محموله خود را از نیمه راه به لبه فضا برسانیم و دو برابر سرعت صوت برویم. موشک‌هایی که به صدا در می‌آیند برای آزمایش ما و در نهایت فرود ما روی مریخ بسیار مهم بودند.»I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست