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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Fallschirmsysteme allgemein zum Steuern
der Öffnungscharakteristiken
von Fallschirmen, speziell von herkömmlichen Rundkappenfallschirmen.
Diese Erfindung betrifft insbesondere Reffsysteme bzw. Vorrichtungen zum
Verlangsamen des Öffnens
oder Entfaltens runder oder anderer insgesamt achssymmetrischer
Fallschirme, um den Öffnungsstoß zu vermindern
und die Form des unteren Randes der Fallschirmkappe beim Öffnen zu
steuern, vor allem bei größeren Fallschirmen.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Fallschirme
werden seit langem verwendet, um Personen und unbemannte Fracht
von Flugzeugen und anderen Fluggeräten auf den Boden herunterzulassen.
Ein bekanntes Problem bei der Verwendung von Fallschirmen ist der
plötzliche
Stoß,
wenn die Kappe des Fallschirms sich öffnet und rasch mit Luft füllt. Dies
ist besonders gravierend bei hohen Geschwindigkeiten, wo die Kappe
sich schneller füllt. Außerdem wurden
in den letzten Jahren manche Fallschirme aus Geweben mit einer geringen
bzw. mit null Durchlässigkeit
hergestellt, und der Öffnungsstoß dieser
Fallschirme ist heftiger als bei Fallschirmen aus hochdurchlässigen Geweben.
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Da
ferner die mit dem Fallschirm gelieferten Nutzlasten größer und
schwerer geworden sind, ist es notwendig geworden, größere Fallschirme
zu verwenden. Solche größeren Fallschirme
können
jedoch unerwünschte
Entfaltungscharakteristiken zeigen, die die praktische Größe solcher
Fallschirme begrenzen. Darüber
hinaus ist es schwierig, die Form des unteren Randes der großen Kappe
zu steuern, um in den Anfangsstadien der Entfaltung eine symmetrische
kreisrunde Form des Fallschirms aufrechtzuerhalten. Solche Fallschirme
bilden im Allgemeinen eingeklappte Abschnitte und funktionieren
somit nicht entsprechend den dafür
konzipierten Entfaltungscharakteristiken, was oft zu einem strukturellen Versagen
führt.
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Bei
der Konstruktion und Verwendung von Fallschirmen für die Lieferung
einer Nutzlast aus der Luft, sei es nun für Personen, Fracht oder dergleichen,
gibt es daher mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Zu diesen Faktoren
gehört:
(a) das gesamte Flugprofil, einschließlich Fluggeschwindigkeit und Flughöhe, des
Luftfahrzeugs, sei es nun ein Starrflügler, ein Hubschrauber, ein
Flugkörper,
etc., mit dem die mit dem Fallschirm zu liefernde Nutzlast transportiert
und abgeworfen wird; (b) das gesamte für die Nutzlast erforderliche
Fallschirmbergungsprofil; (c) die akzeptable Mindestöffnungshöhe; (d)
die maximal zulässige Öffnungskraft,
die für
die Nutzlast oder Person noch erträglich ist; (e) weitere Faktoren wie
das zulässige
Gewicht und Packvolumen des Fallschirms. Ferner muss der Fallschirm
so konstruiert sein, dass er mit Öffnungskräften arbeitet, die den Fallschirm
selbst nicht beschädigen.
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Ein
frühes
Reffsystem zum Steuern des Öffnungsstoßes war
eine insgesamt runde Vorrichtung, ein sogenannter "Schieber", der an seinem Umfang Ringe
oder Ösen
hatte. Alle Fangleinen des Fallschirms verliefen durch diese Ringe.
Die Hülle
konnte in der Mitte eine Öffnung
haben oder nicht und konnte aus einem durchlässigen Stoff bestehen oder nicht.
Siehe zum Beispiel das US-Patent Nr. 4,863,119.
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Eine
weitere Vorrichtung, die das Problem des Öffnungsstoßes behandelt, wird als Reffleine
bezeichnet. Bei dieser Vorrichtung läuft eine Reffleine oder ein
Reffseil durch kleine Ringe, die am unteren Rand der Kappe befestigt
sind, und die Länge
der Leine oder des Seils bestimmt den gerefften Durchmesser des
Fallschirms beim Entfalten. Ein Leinenmesser trennt dann die Reffleine
nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit, so dass sich der Fallschirm
weiter entfalten kann, bis die Kappe vollständig entfaltet ist. Dieses
System hat den Nachteil, dass es eine feste Zeitdauer hat.
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Eine
weitere Vorrichtung zum Steuern des Öffnungsstoßes ist die Verwendung einer
kleinen Kappe, die in der Hauptfallschirmkappe angebracht ist. Eine
Reihe von Leinen verläuft
von der kleinen Innenkappe zum Umfang bzw. unteren Rand der Hauptkappe.
Bei hoher Geschwindigkeit spannt der auf die kleine Kappe wirkende
Druck diese Leinen und verhindert, dass sich der Mund der Hauptkappe ausdehnt.
Siehe zum Beispiel das US-Patent Nr. 4,117,994. Diese Technik ist
je doch sehr empfindlich gegenüber
Einstellungs- und Fertigungstoleranzen und ist sehr aufwändig in
der Herstellung.
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Mehrere
weitere Vorrichtungen zum Steuern der Entfaltungscharakteristiken
von Fallschirmen sind dargestellt in dem US-Patent Nr. 5,209,436,
dem US-Patent Nr. 5,205,517, dem US-Patent Nr. 4,955,564, dem US-Patent
Nr. 4,927,099, dem US-Patent
Nr. 4,588,149 und dem US-Patent Nr. 4,065,079. Der Stand der Technik
hat jedoch bisher keine Vorrichtung zum Steuern des Entfaltens eines Fallschirms
bzw. ein Reffsystem bereitgestellt, das das Entfalten herkömmlicher
Rundkappenfallschirme in einfacher, effizienter, wirksamer und zuverlässiger Weise
steuern kann und auch die Form des unteren Randes vor allem großer Fallschirmkappen
steuern kann.
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Ein
Fallschirm mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 wird
offenbart in US-A-2,566,585 und
DE 918005 C .
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß den vorstehenden
Ausführungen
betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern
der Entfaltungscharakteristiken von herkömmlichen Rundkappenfallschirmen
oder anderen insgesamt achssymmetrischen Fallschirmen, wie zum Beispiel
kreuzförmigen
oder Kreuzfallschirmen, vor allem von großen Rundkappenfallschirmen,
die schwere unbemannte Fracht bis zu 2000 kg oder mehr (5000 lbs.
oder mehr) von einem Flugzeug auf den Boden befördern. Im Betrieb gleicht die
Vorrichtung den Nettoluftmassenstrom in die Kappe aus, um die Öffnungszeit
im Verhältnis
zur Geschwindigkeit einzustellen, um akzeptable Entfaltungscharakteristiken
für eine
bestimmte Anwendung zu erzeugen.
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Der
erfindungsgemäße Fallschirm
hat eine herkömmliche
Hauptkappe, wie zum Beispiel eine aus mehreren Stoffbahnen gebildete
runde Kappe, wie in der Technik wohlbekannt ist. Die äußeren Ränder der
Stoffbahnen bilden die Basis bzw. den unteren Rand des Fallschirms,
wenn er ganz geöffnet
ist. Die Basis bzw. der untere Rand wird herkömmlicherweise als Mund des
Fallschirms bezeichnet, wenn er zur Aufbewahrung und in den Anfangsstadien
des Öffnens
bzw. Entfaltens zusammengelegt ist. Fangleinen sind mit dem unteren
Rand der Stoffbahnen vorzugsweise an den radialen Nähten verbunden,
die die Stoffbahnen zusammen fügen.
Die Fangleinen erstrecken sich von ihrem Befestigungspunkt am unteren
Rand bzw. an der Basis des Fallschirms zu den Tragegurten bzw. dem
Gurtzeug. Die Tragegurte bzw. das Gurtzeug können jede herkömmliche
Konstruktion zum Tragen des Fallschirmspringers bzw. der Nutzlast
haben.
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Zur
Vereinfachung der Konstruktion bilden die inneren bzw. oberen Ränder der
Stoffbahnen normalerweise ein insgesamt kreisrundes Luftloch bzw. eine
kreisrunde Öffnung
in der Mitte bzw. im Scheitel der Hauptkappe. Die Scheitelöffnung hat
vorzugsweise kein Gewebe, oder es kann sich ein grobmaschiges Material über das
Luftloch spannen und die inneren Ränder der Stoffbahnen verbinden.
Ein solches Netz dürfte
dem Luftstrom normalerweise keinen größeren Widerstand bieten.
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Gemäß der Erfindung
ist eine kleinere Hilfskappe koaxial im Mund der Hauptkappe angeordnet und
wird dort von dem oberen Abschnitt der Fangleinen umgeben, wo diese
am unteren Rand der Kappe befestigt sind. Die Hilfskappe setzt sich
aus einem mittleren inneren Abschnitt und einem diesen umgebenden äußeren Abschnitt
zusammen. Der innere Abschnitt ist in der Draufsicht insgesamt kreisrund und
im Querschnitt gewölbt,
wobei die konkave Fläche
nach unten weist. Vorzugsweise ist der mittlere innere Abschnitt
halbkugelförmig.
Der innere Abschnitt besteht aus einem Material mit einer geringen Luftdurchlässigkeit.
Zur einfacheren Konstruktion und Herstellung kann der innere Abschnitt
aus demselben Material bestehen wie die Hauptkappe. Die Luftdurchlässigkeit
des Gewebes des inneren Abschnitts kann jedoch mehr oder weniger
der Luftdurchlässigkeit
des Gewebes der Hauptkappe entsprechen. Während ferner der mittlere innere
Abschnitt der Hilfskappe vorzugsweise aus einem massiven Gewebe
besteht, kann er in seiner Mitte bzw. im Scheitel ein Luftloch bzw.
eine Öffnung ähnlich dem
Luftloch in der Hauptkappe aufweisen.
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Der
umgebende äußere Abschnitt
der Hilfskappe gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht aus einem durchlässigeren Material als der innere Abschnitt,
vorzugsweise aus einem Material mit einer sehr hohen Luftdurchlässigkeit.
Am meisten bevorzugt besteht der äußere Abschnitt aus einem Material,
das dem hindurchströmenden
Luftstrom wenig oder gar keinen Widerstand bietet, zum Beispiel
aus einem grobmaschigen Material oder einem groben Gitterwerk aus
einem flachen Band oder dergleichen, das dem Luftstrom keinen größeren Widerstand bietet.
Der äußere Abschnitt
ist direkt an dem unteren bzw. äußeren Rand
des inneren Abschnitts befestigt und bildet eine ringförmige Basis
um den inneren Abschnitt herum, die insgesamt flach oder eben ist, wenn
die Hilfskappe entfaltet ist. Die Fangleinen sind lose in herkömmliche
Beschlagteile wie Ringe, Ösen, Scheiben
oder dergleichen eingefädelt,
die im Abstand am Umfang des äußeren Abschnitts
angeordnet sind, so dass die Hilfskappe an den Fangleinen der Hauptkappe
entlanggleiten kann.
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Wie
oben beschrieben, ist die Hilfskappe in der Draufsicht vorzugsweise
insgesamt kreisrund, was die gewünschte
Form ist, wenn sie bei herkömmlichen
runden Hauptkappen verwendet wird. Auf diese Weise hat die Hilfskappe
insgesamt dieselbe Umfangsform wie der untere Rand bzw. die Basis
der Hauptkappe. Bei anderen insgesamt achssymmetrischen Kappen neben
Rundkappenfallschirmen, wie zum Beispiel kreuzförmigen bzw. Kreuzfallschirmen, hat
die Hilfskappe der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Form,
die sich genauer an die Form des unteren Randes der Hauptkappe anpasst,
wenn diese entfaltet ist. Daher ist die Hilfskappe der vorliegenden
Erfindung bei kreuzförmigen
bzw. Kreuzfallschirmen vorzugsweise von achteckiger Form.
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Ein
mit einer Hilfskappe der vorliegenden Erfindung konstruierter Fallschirm
hat ein selbstregulierendes System zum Steuern des Entfaltens. Wenn der
Fallschirm gepackt wird, wird die Hilfskappe im Mund der Hauptkappe
angeordnet, wobei der Mund der Hilfskappe ungefähr auf gleicher Höhe mit dem Mund
der Hauptkappe liegt. Die Beschlagteile am Umfang der Hilfskappe
sind am oder beim oberen Ende der Fangleinen im Bereich ihrer Befestigung am
unteren Rand der Hauptkappe positioniert.
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Während der
Entfaltungssequenz, nachdem sich die Leinen des Fallschirms gestreckt
haben, öffnet
sich der mittlere innere Abschnitt der Hilfskappe in sehr kurzer
Zeit wegen seines extrem kleinen Innenvolumens. Wenn sich der innere
Abschnitt öffnet, drückt er den
unteren Rand der Hauptkappe in alle Richtungen radial nach außen. Diese
Auswärtsbewegung
des unteren Randes bewirkt, dass die Hauptkappe sofort kreisrund
wird und einen gleichmäßigen Luftstrom
um die entfaltete, insgesamt kreisrunde Form des mittleren inneren
Abschnitts herum, durch die Netzbahn bzw. das offene Gitterwerk
des umgebenden äußeren Abschnitts
hindurch und dann in den Mund der Hauptkappe hinein erzeugt. Dieser gleichmä ßige Luftstrom
beginnt rasch die Hauptkappe zu füllen und drückt den unteren Rand der Hauptkappe
auf ungefähr
den Durchmesser der äußeren Netzbahn
der Hilfskappe auf. Dieses rasche Entfalten der Hauptkappe zu Beginn
bewirkt, dass die Hauptkappe eine bedeutende Widerstandskraft auf die
Nutzlast ausübt,
und zwar viel früher
in der Entfaltungssequenz als bei einem identischen Fallschirm ohne
die Hilfskappe.
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Gleichzeitig
wird das Wachstum der Hauptkappe durch das Eingreifen der oberen
Abschnitte der Fangleinen in die Beschlagteile am Umfang der Hilfskappe
eingeschränkt,
so dass der Mund der Hauptkappe zunächst ungefähr auf den Durchmesser der
Hilfskappe gerefft wird. Durch dieses Reffen wird das weitere schnelle
Wachstum der Hauptkappe bedeutend verzögert, was normalerweise der
Fall wäre
und dazu führen
könnte,
dass die Hauptkappe und die Nutzlast mit einer übermäßigen Kraft beaufschlagt werden.
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Auf
diese Weise wird um den mittleren inneren Abschnitt der Hilfskappe
herum und durch die sie umgebende poröse äußere Stoffbahn in die Hauptkappe
hinein ein sehr gleichmäßiger Luftstrom
erzeugt, was zu einem gleichmäßigeren
Entfalten führt. Wenn
sich die Hauptkappe weiter entfaltet, führt die Ausbreitung des unteren
Randes der Hauptkappe dazu, dass sich die Fangleinen weiter auseinander bewegen.
Die nach außen
gerichtete radiale Kraftkomponente in jeder der Fangleinen wird
allmählich groß genug,
so dass die die Hilfskappe hoch haltende aerodynamische Kraft überwunden
wird und die Hilfskappe allmählich
beginnt, sich die Fangleinen hinunter zu bewegen, was ein weiteres
Wachstum der Hauptkappe erlaubt. Die Hilfskappe bewegt sich die Fangleinen
hinunter bis zu einem Punkt an den Fangleinen, wo ihr Abstand voneinander
genauer mit der Abmessung der Hilfskappe übereinstimmt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Spitzenstoßkräfte beim Öffnen einer Fallschirmkappe,
insbesondere einer großen
Kappe, zu reduzieren, indem mit einer kleinen Hilfskappe eine kleine
Anfangsöffnung
erzeugt wird und der Stoßimpuls
beim Öffnen
der Hauptkappe verlängert wird,
wenn sich diese gleichmäßig entfaltet.
Zu der Verminderung des Öffnungsstoßes der
Hauptkappe kommt es infolge der Verzögerung beim Füllen der Hauptkappe.
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Ferner
ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, die für die Hauptkappe zum vollständigen Entfalten erforderliche
Gesamtzeit zu verringern, indem das anfängliche Öffnen des unteren Randes der
Hauptkappe beschleunigt wird, wobei durch das Entfalten der Hilfskappe
der untere Rand der Hauptkappe nach außen gedrückt wird, wodurch die effektive
Einströmquerschnittsfläche für eine gegebene
Zeitdauer vergrößert wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die Gesamtstrecke zu
verringern, die von der Hauptkappe zum vollständigen Entfalten zurückgelegt
wird, indem das anfängliche Öffnen des
unteren Randes der Hauptkappe beschleunigt wird, wobei durch das Entfalten
der Hilfskappe der untere Rand der Hauptkappe nach außen gedrückt wird,
wodurch die momentane effektive Einströmquerschnittsfläche über eine
durch die Luft zurückgelegte
gegebene Strecke vergrößert wird.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Hilfskappe
zum Steuern der Entfaltungscharakteristiken einer insgesamt achssymmetrischen
Hauptkappe, insbesondere von größeren runden
Kappen, bereitzustellen, wobei die Hilfskappe aus einem mittleren
inneren Abschnitt mit einer geringen Luftdurchlässigkeit zum raschen anfänglichen Entfalten
und einem diesen umgebenden äußeren Abschnitt
mit einer sehr hohen Luftdurchlässigkeit besteht,
damit um den mittleren inneren Abschnitt herum strömende Luft
zum raschen anfänglichen
Entfalten in den Mund der Fallschirmhauptkappe eintreten kann, was
zu einem höheren
Luftwiderstand und einer verminderten Geschwindigkeit des Fallschirms in
den Anfangsstadien der Entfaltung führt.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, das asymmetrische
Entfalten einer runden Hauptkappe zu verhindern, indem die Entfaltungskräfte der
Hilfskappe dazu verwendet werden, den unteren Rand der Hauptkappe
dazu zu zwingen, sich in einer optimalen kreisrunden Form zu öffnen. Die Führung der
Fangleinen durch die Beschlagteile am Umfang der Hilfskappe stellt
sicher, dass sich die Hauptkappe unter praktisch allen Umständen symmetrisch öffnen wird.
Diese Konfiguration stellt außerdem
im Wesentlichen die gleiche Belastung aller Fangleinen sicher, was
wiederum eine beachtliche Verringerung der Sicherheitsspielräume für alle Konstruktionselemente
des Fallschirmsystems erlaubt.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die unregelmäßige Form
während des
Entfaltens des unteren Randes einer runden Fallschirmkappe, insbesondere
einer großen
Kappe, zu minimieren, indem der Einlassbereich der Hauptkappe mit
einer Hilfskappe, die den unteren Rand der Hauptkappe dazu zwingt,
sich in einer optimalen kreisrunden Form zu öffnen, zwangsläufig ausgedehnt
und kreisrund geformt wird.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, Störungen in
der Art eines "Umschlagens der
Leinen" sowie Beschädigungen
zu verhindern, wie sie bei herkömmlichen
Fallschirmen häufig
sind, die ohne Vorrichtungen zum Steuern des Entfaltens ausgelöst werden.
Dies wird erreicht, indem das asymmetrische Entfalten der Hauptkappe
verhindert wird, indem die Entfaltungskräfte der Hilfskappe dazu verwendet
werden, den unteren Rand der Hauptkappe dazu zu zwingen, sich in
der optimalen Form zu öffnen.
Die Führung
der Fangleinen durch die Beschlagteile am Umfang der Hilfskappe
stellt sicher, dass sich die Hauptkappe unter praktisch allen Umständen symmetrisch öffnen wird.
Diese Konfiguration stellt im Wesentlichen die gleiche Belastung
an allen Leinen sicher, was wiederum eine beachtliche Verringerung
der Sicherheitsspielräume
für alle
Konstruktionselemente des Fallschirmsystems erlaubt.
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Noch
eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein System zum Steuern
der Entfaltung des Fallschirms bereitzustellen, das bei einem Schleudersitzmechanismus
mit verschiedenen Kombinationen von Ausstiegsgeschwindigkeiten und
-höhen
sicher verwendet werden kann, einschließlich einer relativ niedrigen
Geschwindigkeit in niedriger Flughöhe und einer relativ hohen
Geschwindigkeit in jeder Flughöhe.
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Noch
eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die hierin speziell aufzuzählen ist,
ist die Bereitstellung eines Fallschirms und einer Hilfskappe gemäß den zuvor
genannten Aufgaben, die den herkömmlichen
Herstellungsarten entsprechen, eine einfache Konstruktion haben
und leicht zu verwenden sind, um ein Entfaltungssteuersystem bereitzustellen,
das kostengünstig,
langlebig und im Betrieb relativ störungsfrei ist.
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Diese
sowie weitere Aufgaben und Vorteile, die im Folgenden ersichtlich
werden, liegen in den Einzelheiten der Konstruktion und Funktionsweise, wie
nachfolgend ausführlicher
beschrieben und beansprucht wird, wobei auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen wird, die Bestandteil dieser Unterlagen sind und
in denen gleiche Bezugszeichen durchwegs gleiche Teile bezeichnen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer gemäß der vorliegenden Erfindung
konstruierten bevorzugten Hilfskappe nach dem Entfalten;
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2 ist
eine Seitenansicht eines mit der Hilfskappe gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgestatteten Rundkappenfallschirms während der anfänglichen Öffnungssequenz,
wobei die Fangleinen teilweise dargestellt sind;
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3 ist
eine Unteransicht des in 1 dargestellten Fallschirms
in einem späteren
Stadium der Öffnungssequenz,
teilweise entfaltet, wobei die Fangleinen und die bevorzugte netzartige
Außenbahn
der Hilfskappe teilweise dargestellt sind; und
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4 ist
eine Seitenansicht des vollständig entfalteten
Fallschirms von 1, wobei die Fangleinen teilweise
dargestellt sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bei
der Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung wird der Klarheit halber auf eine spezielle
Terminologie zurückgegriffen.
Die Erfindung soll jedoch nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsformen
und gewählten
Fachausdrücke
beschränkt
sein; dabei versteht es sich, dass jeder Fachausdruck alle technischen Äquivalente
umfasst, die in ähnlicher
Weise funktionieren, um einen ähnlichen
Zweck zu erreichen.
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Außerdem sind
in den Zeichnungen im Interesse der Klarheit nicht alle Fangleinen
der Hauptkappe dargestellt. Normalerweise gibt es an jeder durch die
sich schneidenden Seiten der Stoffbahnen gebildeten radialen Naht
eine Fangleine und ein entsprechendes Beschlagteil am Umfang der
Hilfskappe. Das Netz des bevorzug ten ringförmigen unteren Randes der Hilfskappe
ist ebenfalls im Interesse der Klarheit nur teilweise dargestellt.
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Eine
bevorzugte Hilfskappe gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in ihrer entfalteten Konfiguration in 1 dargestellt
und wird allgemein mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet.
Die Hilfskappe 16 umfasst einen mittleren inneren Abschnitt 18 und
einen diesen umgebenden äußeren Abschnitt 20.
Wie dargestellt, ist der mittlere innere Abschnitt 18 insgesamt
kreisrund und im Querschnitt gewölbt,
wobei die konkave Fläche
nach unten weist. In seiner bevorzugten Form ist der innere Abschnitt 18 halbkugelförmig. Der
innere Abschnitt 18 besteht aus einem Gewebematerial mit
einer geringen Luftdurchlässigkeit, vorzugsweise
gleich oder kleiner als die Luftdurchlässigkeit des Gewebes der Hauptkappe,
an der er anzubringen ist. Falls gewünscht, kann der innere Abschnitt
zur Vereinfachung der Konstruktion und Herstellung aus demselben
Gewebematerial hergestellt sein wie die Hauptkappe.
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Der
umgebende äußere Abschnitt 20 ist
am gesamten Umfang bzw. äußeren Rand 19 des
inneren Abschnitts 18 befestigt und ist ebenfalls von insgesamt
kreisrunder Form, so dass ein insgesamt flacher ringförmiger äußerer Abschnitt
gebildet wird, wenn sich die Hilfskappe 16 entfaltet. Der äußere Abschnitt 20 besteht
aus einem durchlässigeren
Material als der innere Abschnitt 18 und vorzugsweise aus einem
Material mit einer hohen Luftdurchlässigkeit. Am meisten bevorzugt
besteht der äußere Abschnitt aus
einem Material, das dem hindurchströmenden Luftstrom wenig oder
gar keinen Widerstand bietet, beispielsweise aus einem grobmaschigen
Material gemäß 1, 2 und 3 oder
aus einem aus herkömmlichem
Verstärkungsband
oder dergleichen gebildeten offenen Gitterwerk. Herkömmliche Ösen 24 sind
vorzugsweise in gleichen Abständen
am Umfang des äußeren Abschnitts 20 angeordnet,
um die Fangleinen des Fallschirms hindurchzuführen. Anstelle der Ösen 24 kann
jedes herkömmliche
Beschlagteil verwendet werden, wie zum Beispiel Ringe oder Scheiben,
die am Umfang des äußeren Abschnitts 20 befestigt
werden oder in das Material dieses Abschnitts eingenäht werden
können,
oder jede andere herkömmliche
Komponente, die eine Fangleine verschieblich aufnehmen kann. Vorzugsweise sollte
zwar nur eine einzige Fangleine verschieblich in jeder Öse 24 aufgenommen
werden, doch ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
dass mehr als eine Fangleine verschieblich in jeder entsprechenden Öse bzw.
jedem Beschlagteil 24 aufgenommen wird.
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Gemäß 2 nun
hat der gesamte Fallschirm, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet
ist, eine Streckung der Leinen erreicht, nachdem er aus dem Flugzeug
abgeworfen wurde und die Hauptkappe 12 begonnen hat, sich
zu entfalten. Der Fallschirm 10 befindet sich immer noch
in der insgesamt horizontalen Lage, wobei sich die Nutzlast 14 im
Luftstrom stromaufwärts
im Verhältnis zur
Hauptkappe 12 befindet. Die Hilfskappe 16 hat sich
vollständig
geöffnet,
wobei der mittlere innere Abschnitt 18 ganz entfaltet dargestellt
ist. Der äußere ringförmige Abschnitt 20 der
Hilfskappe 16, der den inneren Abschnitt 18 umgibt,
ist ebenfalls entfaltet. In diesem Anfangsstadium des Entfaltens
liegt der äußere Rand
des äußeren ringförmigen Abschnitts 20 der
Hilfskappe 16 sehr nahe beim unteren Rand bzw. Umfang 21 der
Hauptkappe 12, wie dargestellt.
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Da
der innere Abschnitt 18 der Hilfskappe 16 eine
insgesamt gewölbte
Form hat und vorzugsweise aus einem Material mit einer geringen
Durchlässigkeit
besteht, entfaltet sich der innere Abschnitt 18 fast sofort,
nachdem der Fallschirm 10 abgeworfen wurde, wobei insgesamt
der in 2 dargestellte Zustand angenommen wird. Durch
das Entfalten des inneren Abschnitts 18 in der Nähe des unteren
Randes 21 der Hauptkappe 12 wird der untere Rand 21 nach außen gedrückt und
bildet zwangsläufig
eine insgesamt kreisrunde Öffnung
für den
Mund 22. Wenn er sich in dem Mund 22 befindet,
wird also durch das Entfalten des mittleren inneren Abschnitts 18 eine
direkte und unmittelbare Kontrolle über den anfänglichen Umfang des Mundes 22 ausgeübt, so dass
sich der Durchmesser des Mundes 22 an den Durchmesser des
entfalteten inneren Abschnitts 18 anpasst.
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Sobald
sich der Fallschirm entfaltet hat, wird der Luftstrom zwangsläufig um
den inneren Abschnitt 18 herum, durch den äußeren ringförmigen Abschnitt 20 und
in den Mund 22 der Hauptkappe geführt. Die Kraft der Fangleinen 26 am äußeren Rand
des ringförmigen äußeren Abschnitts 20 bewirkt
außerdem, dass
dieser Abschnitt die Mundöffnung 22 in
der Hauptkappe 12 abflacht und weiterhin kreisrund werden
lässt.
Während
der Mund 22 der Hauptkappe 12 durch den symmetrischen
Luftstrom um die Hilfskappe 16 kreisrund geformt wird,
wird seine weitere Ausdehnung durch die Ösen 24 am äußeren Rand
der Hilfskappe, in denen die Fangleinen 26 verschieblich aufgenommen
sind, eingeschränkt
bzw. gerefft. Wie in 2 dargestellt, haben die Fangleinen 26 in
diesem Anfangsstadium des Entfaltens eine im Wesentlichen winkelige
Anordnung in den Ösen 24 im
Rand des ringförmigen äußeren Abschnitts 20 der
Hilfskappe. Die Anordnung der Fang leinen 26 zwischen dem äußeren Rand
der Hauptkappe 12 und dem äußeren ringförmigen Abschnitt 20 der
Hilfskappe 16 ist ungefähr
rechtwinklig zur Anordnung der Fangleinen 26 zwischen dem
Abschnitt 20 und dem Gurtzeug 34.
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Zu
diesem Zeitpunkt ist das Entfalten der Hauptkappe 12 bedeutend
weiter vorangeschritten als bei einem ähnlichen Fallschirm, der nicht
mit einer Hilfskappe gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist, vor allem bei einer großen Hauptkappe. Der
Luftwiderstand hat somit wegen des durch das Öffnen der Hauptkappe verursachten
zunehmenden Widerstandsbereichs bedeutend zugenommen, was wiederum
zu einer Abnahme der Geschwindigkeit führt. Wenn der Luftstrom um
den entfalteten inneren Abschnitt 18 herum in und durch
das in 3 dargestellte Luftloch 28 gelenkt wird,
nimmt die Geschwindigkeit noch weiter ab. Der maximale Öffnungsdurchmesser
der Hauptkappe ergibt sich also bei einer viel niedrigeren Geschwindigkeit
als der Anfangsgeschwindigkeit. Gemäß der vorliegenden Erfindung beschleunigt
die Hilfskappe zunächst
die Anfangsstadien des Öffnens
der Hauptkappe und bewirkt dann durch das Reffen des oberen Teils
der sich durch Ösen 24 am äußeren Rand
der Hilfskappe erstreckenden Fangleinen eine Verzögerung beim
vollständigen Öffnen, wodurch
der Öffnungsstoß vermindert
wird.
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In 3 befindet
sich der Fallschirm 10 in einem späteren Stadium des Entfaltens.
Jede radiale Naht 30 wird durch die Schnittlinie von zwei
Stoffbahnen 32 gebildet, und die äußeren Ränder der Stoffbahnen 32 bilden
den unteren Rand 21 der Kappe 12 und den Umfang
des Mundes 22. Die inneren Ränder der Stoffbahnen 32 bilden
den Umfang des Luftlochs bzw. der Öffnung 28 am Scheitel
der Kappe 12. Während
das Luftloch 28 gemäß der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise offen gelassen wird oder mit einem Gewebe
oder Netz mit hoher Durchlässigkeit bedeckt
wird, das dem Luftstrom durch die Öffnung 28 wenig oder
gar keinen Widerstand bietet, kann es Umstände geben, wo das Luftloch
bzw. die Öffnung 28 mit
einem Gewebe bzw. einer Vorrichtung bedeckt wird, das/die dem hindurchströmenden Luftstrom
einen gewissen Widerstand bietet. Insbesondere kann das Luftloch
bzw. die Öffnung 28 mit
einem Stoff von veränderlicher
Durchlässigkeit
bedeckt werden, wobei die Veränderung
in der Durchlässigkeit
von Änderungen
im örtlichen
Staudruck abhängt.
Alternativ könnte
die Entlüftungsöffnung mit
einer Vorrichtung bedeckt sein oder durch eine Vorrichtung gesteuert werden,
die die geometrische Porosität
des Luftlochs in Abhängigkeit
von dem örtlichen
Stau druck steuert. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die
Entlüftungsöffnung mit
einem zarten Stoffstreifen zu bedecken, der bei einem vorbestimmten
Staudruck zerreißen
wird. Sobald er reißt,
wird die Öffnung
frei, womit das Öffnen
des Fallschirms weiter verlangsamt wird.
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Fangleinen 26 sind
am unteren Rand 21 der Kappe 12 an jeder radialen
Naht 30 befestigt. Die Fangleinen 26 verlaufen
vom Rand 21 der Hauptkappe im Allgemeinen geradlinig nach
unten durch die Ösen 24 der
Hilfskappe 16 zu dem Gurtzeug 34. Die fast gerade
Ausrichtung der Fangleinen zeigt an, dass die Reffwirkung der Hilfskappe
durch das Entfalten der Hauptkappe überwunden wurde.
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In 4 ist
die Hilfskappe 16 die Fangleinen 26 hinab in ihre
endgültige
Lage gerutscht. Die Fangleinen 26 bilden gerade Linien
vom unteren Rand 21 der Hauptkappe 12 durch die Ösen 24 zu
dem Gurtzeug 34. Der gewölbte innere Abschnitt 18 der
Hilfskappe 16 bleibt aufgebläht. Das Netz des ringförmigen äußeren Abschnitts 20 hat
keinen bedeutenden Luftwiderstand.
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Im
Verlauf des Konstruktionsverfahrens für eine spezielle Anwendung
unter Verwendung der vorliegenden Erfindung kann der Konstrukteur
eine Anzahl von Parametern verwenden, um die gewünschten Entfaltungscharakteristiken
zu erhalten, wie zum Beispiel: (a) Entlüftungsfläche am Scheitel der Hauptkappe
als Prozentsatz der Hauptkappenoberfläche und ihrer effektiven geometrischen
Porosität;
(b) Durchlässigkeit
des Stoffs der Hauptkappe und des mittleren inneren Abschnitts der
Hilfskappe; (c) Projektionsfläche
bzw. Umrissfläche
der gesamten Hilfskappe als Prozentsatz der Hauptkappenfläche; (d)
Projektionsfläche
bzw. Umrissfläche
des mittleren inneren Abschnitts der Hilfskappe als Prozentsatz
der Hauptkappenfläche;
und (e) Anfangsposition der Hilfskappe im Verhältnis zum unteren Rand der
Hauptkappe. Im Allgemeinen kann der Konstrukteur unter Verwendung
dieser Parameter einen optimalen Nettomassenzustrom erhalten, was
in dem gewünschten
Wachstumsprofil der Luftwiderstandsfläche für eine bestimmte Anwendung
resultiert.
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Gemäß den vorstehenden
Ausführungen kann
die Hilfskappe 16 der vorliegenden Erfindung bei runden
oder anderen insgesamt achssymmetrischen Fallschirmen jeder Größe verwendet
werden, wie sie für
Fallschirme zur Bergung von Personen und Gegenständen typisch sind. Praktisch
ausgedrückt
kann die Hilfskappe der vorliegenden Erfindung bei Fallschirmen
mit einem Durchmesser von nur 4,5 m (15 ft.) und sogar weniger bis
zu extrem großen
Fallschirmen von bis zu 45 m (150 ft.) Durchmesser verwendet werden.
Die Größe der Scheitelöffnung 28,
ausgedrückt
als Prozent der Oberfläche der
Hauptkappe, kann von 0 bis 5 Prozent betragen und vielleicht noch
mehr. Vorzugsweise hat das Luftloch 28 eine Größe von etwa
0,25% bis etwa 3% der Oberfläche
der Hauptkappe 12.
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Die
Luftdurchlässigkeit
für den
gewölbten bzw.
halbkugelförmigen
mittleren inneren Abschnitt 18 ist vorzugsweise ganz gering,
in der Größenordnung
von 0–100·10–3 m3/(s·m2) (0–20
Kubikfuß pro Minute
pro Quadratfuß (CFM)),
kann aber bis zu 1 m3/(s·m2)
(200 CFM) oder mehr betragen, je nach dem mit der Hilfskappe zu
erzielenden gewünschten Ergebnis.
Die Projektionsfläche
der Hilfskappe 16, ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtfläche der Hauptkappe,
kann im Bereich von nur etwa 2% bis etwa 15% liegen. Der bevorzugte
Bereich beträgt etwa
3% bis etwa 10%. Am meisten bevorzugt hat die Hilfskappe 16 eine
Projektions- bzw. Umrissfläche von
etwa 4% bis etwa 5% der Gesamtfläche
der Hauptkappe. Die Projektionsfläche des inneren Abschnitts 18 sollte
zwischen etwa 30% und etwa 70% der gesamten Projektionsfläche der
Hilfskappe 16 oder zwischen etwa 1% und etwa 10% der Gesamtfläche der
Hauptkappe betragen. Vorzugsweise beträgt die Projektionsfläche des
mittleren inneren Abschnitts etwa 40% bis etwa 50% der gesamten
Projektionsfläche
der Hilfskappe. Bei der Konstruktion der optimalen Hilfskappe für ein spezielles
Fallschirmsystem sollten größere Hilfskappen
mit einem kleineren Anteil im mittleren inneren Abschnitt 18 verwendet
werden, wenn ein extrem schnelles Öffnen der Hauptkappe gewünscht wird.
Wenn dagegen ein langsameres Öffnen
gewünscht
wird, sollten kleinere Hilfskappen mit einem größeren Anteil im mittleren inneren
Abschnitt 18 verwendet werden.
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Ferner
kann die Durchlässigkeit
des mittleren inneren Abschnitts 18 erhöht werden, wenn im Scheitel
des inneren Abschnitts ein Luftloch bzw. eine Öffnung vorgesehen wird, ähnlich wie
die Scheitelöffnung 28 im
Scheitel der Hauptkappe 12. Die Scheitelöffnung der
Hilfskappe kann in ähnlicher Weise
geöffnet
oder mit einem entsprechenden Gewebe bedeckt werden, um dem mittleren
inneren Abschnitt 18 eine Auslegungsdurchlässigkeit
zu verleihen. Die Scheitelöffnung
könnte
auch aus einem Stoff von veränderlicher
Durchlässigkeit
bestehen, wobei die Veränderung
in der Durchlässigkeit
von Änderungen
im örtlichen
Staudruck abhängt.
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Nur
als Beispiel beträgt
bei einem Fallschirm mit einer Hauptkappenfläche von 46,5 m2 (500
ft2) die Fläche der Scheitelöffnung etwa
2% oder 0,012 m2 (10 ft2).
Die gesamte Projektionsfläche
der Hilfskappe 16 beträgt
vorzugsweise etwa 4–5
Prozent der Gesamtfläche
der Hauptkappe oder etwa 0,024 m2–0,030 m2 (20–25
ft2). Die Projektionsfläche des inneren Abschnitts 20 umfasst
ungefähr
40 Prozent der gesamten Projektionsfläche der Hilfskappe 16.
Anders ausgedrückt,
die Projektionsfläche
des inneren Abschnitts der Hilfskappe beträgt etwa 2 Prozent der Hauptkappenfläche, und
die Projektionsfläche
der äußeren Bahn
der Hilfskappe beträgt
etwa 3 Prozent der Hauptkappenfläche.
Die Länge
der Fangleinen vom unteren Rand 21 der Hauptkappe bis zum
Gurtzeug 34 beträgt
ungefähr
6,1 m (20 ft). Die Luftdurchlässigkeit
des Fallschirmmaterials in der Hauptkappe und im inneren Abschnitt
der Hilfskappe beträgt
ungefähr
0,015–0,025
m3/(s·m2) (3–5
CFM). Die Öffnungssequenz
dauert ungefähr
3 bis 4 Sekunden mit einer Last von 180 kg (400 lbs.) bei 100 m/s
(200 Knoten). Dieselbe Hauptkappe ohne Hilfskappe der vorliegenden
Erfindung öffnet
sich in etwa 1 Sekunde bei 90 m/s (175 Knoten) mit einer Last von
nur 135 kg (300 lbs.).
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Die
Steuerung des Öffnens
bzw. Entfaltens der Hauptkappe gemäß der vorliegenden Erfindung kann
auch eingestellt werden durch Positionieren der Hilfskappe an ausgewählten Punkten
entlang des oberen Endes der Fangleinen. Bei der bevorzugten Ausführungsform
befindet sich die Basis bzw. der untere Rand 19 des mittleren
inneren Abschnitts 18 angrenzend an die Basis bzw. den
unteren Rand 21 der Hauptkappe. Dadurch, dass die unteren
Ränder
nebeneinander liegen, erhält
man die wirksamste anfängliche
Entfaltungskraft an der Basis bzw. am unteren Rand 21 der
Hauptkappe 12. Ferner können
die Charakteristiken des Fallschirms und seiner Hilfskappe gemäß dieser
Erfindung modifiziert werden, indem die Fläche des Luftlochs, die Durchlässigkeit des
Materials oder die Fläche
der Hilfskappe jeweils allein oder in Kombination miteinander verändert werden.
Außerdem
kann die Lage der Hilfskappe entlang der Fangleinen bei dem gepackten
Fallschirm eingestellt werden.