Наш постоянный участник Yana решил открыть дискуссию по следующеей теме:



Прошу высказываться!

очевидно, что (при прочих равных) для уменьшения экстремальных ускорений при приводнении нужно увеличивать время полного входа объектов в контакт

для этого:
1. уменьшать начальную площадь соприкасающихся поверхностей (в идеале - входить в воду вершиной конуса... которого нет)
2. деформировать соприкасающиеся тела по мере соприкосновения (сминать капсулу)

оба мероприятия входят в противоречие с известной конструкцией капсулы (и ее способом входа в воду)

следовательно - посадка на воду вполне жесткая и отличается от посадки на твердую поверхность только логистикой


P.S. кстати, интересная информация:
"Простой советский завклубом Джон Гридунов выдержал 19g и невообразимую «ударную перегрузку» в 50G , во время «моего» эксперимента со мной в капсуле были еще три штатных испытателя. на 38G все они вдруг отказались продолжать. позвоночник боялись повредить, ясное дело... а я до 50G дошел. дальше установка сломалась. "

Кстати, таки да, удар о воду с некоторой стороны можно сравнить с ударом о бетон.
Примеры:

http://fshoke.com/2010/08/15/smertelnij-prizhok-v-reku/#more-38

И еще я где-то читал, что при таких прыжках в воду с большой высоты главное - соприкоснуться с водой строго вертикально. Если небольшой угол к вертикали, то всё (хана). И такой случай был в тех же США, когда прыгун с высокого моста не учел наличие ветра. Ветер его отклонил от вертикали и он разбился.

Для любителей:
- обсуждение и советы как (не)прыгать в воду:
[url]http://caves.ru/threads/30631-Вопрос-о-прыжках-в-воду[/url]
Видеоролик про смертельные прыжки с автомоста Саратов-Энгельс:
http://tomsk.fm/watch/82103
(Кстати, видимо, по нему я когда-то шел пешком - летом 1965 г. Точнее, летом 1965 г. я (не один) шел по какому-то мосту через Волгу между Саратовом и Энгельсом).

Эквивалентная модель приводнения:

Берем груженный бусик а-ля "Спринтер", что бы с грузом было требуемых 5 с гаком тонн посадочного командного модуля

На скорости 40-50-60 километров в час (а при не всех раскрывшихся парашютах вероятно больше) бусик налетает на лежащий на асфальте бетонный блок 4-5 тонн

В результате упруго-пластичного ДТП бусик останавливается через 45 сантиметров (погружение капсулы 5 с гаком тонн в статике), бетонный блок отлетает на метр вперед (блок легче, потому получает большую скорость, чем начальная скорость бусика).

После чего изучаем разбитую морду бусика (половина кинетической энергии перешла в потенциальную энергию разрушения).

==============

В случае воды (фотка посадки А-13) при ударении об воду нужно переместить из центра к свободной поверхности 5 кубометров (те же 5 тонн веса капсулы) и расплескать фонтанами в стороны (кинетическая энергия бетонного блока в первом примере). Последствия для жестяного днища капсулы- аналогичные разбитой морде грузовика...

==============

Можно предполагать, что аналогичной будет посадка на свежую пашню - что бы была вдавленная воронка на 40 сантиметров.

--------------------

А теперь оценим перегрузку при приводнении

Скорость снижения 10 м/сек = 36 км/час
Путь торможения до вертикальной остановки = 0.4 м (статическое погружение капсулы)
Время торможения (путь делить на половину скорости) = 0.08 сек
Ускорение (скорость делить на время) = 125 м/сек2 = почти 13 "G" ударной нагрузки

Это минимальная перегрузка, реальная перегрузка может быть и в 2 и в 3 раза больше этих 13 минимальных "G" при меньшем проседании капсулы при ударе об воду.

А на фотках днище капсулы не помятое... А при ударе об воду с такой энергетикой днище должно иметь вид передка автомобиля, налетевшего на бетонный блок, после чего бездонная капсула с разбитым дном успешно идет на дно вместе с астронаХтами.

--------------

Не зря на Востоках (которые не имели системы пороховой мягкой посадки начиная с Союзов) "полезный груз" катапультировали и пассажир приземлялся отдельно от капсулы.



Вес капсулы "Восток":



=========

Резюме: ускорение удара при приводнении определяется сколько воды нужно разогнать и выплеснуть в стороны из-под днища

Математически безразлично, капсула ударится об воду или капсула ударится об плавающий на поверхности щит той же формы и того же размера, что и оригинальное днище.

Субъективно утверждается, что ударится об воду "мягче", чем об "твердый щит", хотя с точки зрения закона сохранения импульса движения- это монопенисуально, последствия и разрушения одинаковые.

Чем больше диаметр днища- тем больше необходимо ускорение выплескиваемой воды- тем жестче удар за счет более короткого торможения

Подводя итог: я не вижу смысла в приводнении без двигателей мягкой посадки (которые растягивают десятки сантиметров торможения на метры), уменьшая перегрузки удара.
Но сценаристы об этом не подозревали, считая воду "мягкой"

Из баек ВДВ:
- Что это такое, яйца в смятку, сапоги в гармошку ?
Ответ: - Парашют не раскрылся...

Yana,

расчеты можно было не производить, а сразу принять эквивалентность приводнения приземлению
это ясно, как минимум, из того, что возможный аварийный спуск на сушу не должен был сопровождаться гарантированными похоронами

насчет "сценаристов, считающих воду мягкой" - вы зря
ускорения вполне реалистичны, а сценаристы - более чем вменяемы

Кстати, да. При расчетах вариантов посадки КА в СССР учитывался вариант посадки на воду (мало ли что-то не сработало и аппарат садится на воду реки, озера, моря в конце-концов). А в США разве вариант посдки на сушу не учитывался? Мало ли что там не сработает и КА придется садитсья, например, на остров? Или на вынырнувшего некстати кита? Вчера, между прочим, в Интернете нашел ролик о попытке прыжка в воду с моста, но при этом прыгун головой опустился не на воду, а на выступающий элемент бетонной опоры. Что сатло с его лицом - там мельком показали (жуть).

Поэтому при реальной посадке КА вариантов может быть два:
- или катапультирование экипажа (без системы мягкой посадки);
- или система мягкой посадки (без разницы: на воду ли или на сушу).

В противном случае - риск офигенный.

Возвращаемся к мемуарам (вероятно читал у Чертока)

В "Востоке" была проблема в том, что не смогли совместить конструкцию скафандра (кольцо крепления шлема) с подголовником. Шлем мог сдвинуться, кольцо попадало под затылок и при посадке получали перелом основания черепа и потенциальный труп пассажира. При той конструкции скафанда, который был по сути модификацией высотного авиационного комбинезона, - решения не было... Дешевое решение полета, в котором даже САС не был предусмотрен.

В "Союзе" был предусмотрен отказ системы мягкой посадки (вроде был в реале случай отказа высотомера). При жесткой посадке лежаки проседали на десяток сантиметров, чем избегали варианта крошева ребер и фарша пассажиров.

Оценка 20-30 "G" при ударе об воду Аполло с торможением на длине 10 сантиметров (штатная посадка) соответсвует ударным перегрузкам при аварийной посадке "Союза" без системы мягкой посадки.

Из конструкции Аполло я не понял, есть ли под лежаками астронаХтов система амортизации с ходом в десяток сантиметров построенная на сотовых панелях (есть ли куда лежакам проседать). Или лежаки у них закреплены за корпус ?

Оценочный расчет дает аналогичность по ударным перегрузкам штатной посадки Аполло на воду и аварийной посадки Союза с отказом системы мягкой посадки.

То есть функции аварийного амортизирования лежаков Союза выполняет вода под копусом Аполло.

Теперь, исходя их 5 тонн и 10 G что будет с днишем и вообще с коническим корпусом Аполло, если его нагрузить снизу на 50, а может и сто тонн ? Блинчик ?

А всё таки какая скорость аполы при ударе о воду?

По легенде-программе спускаемый аппарат Apollo опускался на воду. Однако, якобы, были приняты меры на тот случай, если бы он опустился на сушу. С одной стороны отсека имелись четыре специальных выступа (укрытие тонким внешним экраном по обводу конуса), которые при ударе о поверхность должны были разрушиться и этим демпфировать ударные нагрузки. Чтобы обеспечить падение отсека на выступы, стропы парашюта крепились к спускаемому аппарату несимметрично.





" .... После завершения аэродинамического торможения в атмосфере срабатывала парашютная система, которая включала в себя два тормозных, три вытяжных и три основных парашюта. Тормозные парашюты диаметром 5 м вводились в воздушный поток на высоте 7,6 км — они снижали скорость со 120 до 60 м/с. Вытяжные парашюты диаметром 3 м вводились на высоте 4,5 км, спустя несколько секунд, на высоте 4–4,2 км, — зарифованные основные парашюты, каждый из которых имел диаметр купола 26,8 м.

Развертывание основных парашютов проводилось в три этапа. При вводе в поток они были зарифованы, через 5 с частично раскрывались, спустя еще 3 с раскрывались больше и, наконец, еще через несколько секунд разворачивались полностью.
В момент приводнения скорость составляла 8 м/с, а при одном отказе, т. е. при нераскрытии одного из парашютов, — 10,5 м/с (что и произошло в одном из полетов корабля «Аполлон»)".

Источник: Евгений Иванович Попов "Спускаемые аппараты"

http://lib.rus.ec/b/172751

А теперь смотрим на посадку на второй космической вообще

С первой космической все просто. На первых полетах вообще закладывался отказ тормозного двигателя, естественное торможение за 10 суток в верхних слоях атмосферы с последующей непредсказуемой посадку в непредсказуемом месте.



В первом же полете Восток-1



Так что при отказе тормозного двигателя Восток-1 у всего мира была возможность насладиться стонами и воплями задыхающегося Гагарина, у которого бы закончился кислород а потом и электропитание передатчика

=========

Теперь смотрим на вторую космическую в исполнении посадочной капсулы Аполло...

По определению, на момент входа в атмосферу уже нет сервисного модуля с двигателями продольной тяги, которыми можно подкорректировать орбиту (нужно высвободить днище с тепловым экраном).

Теперь смотрим, что будет с промахом входа в "посадочное окно" (десяток километров).
Если входим круче, то получаем баллистический спуск, перегрузки и вероятное разрушение посадочного.

Если промахиваемся сильно, то изображаем из себя метеорит, разрушившийся при входе в плотные слои атмосферы...

Если при входе в "окно" отказывает система ориентации, мы получаем баллистический спуск, перегрузки и разрушение посадочного модуля.

Примеры:




А теперь обратная ситуация, промахиваемся вверх, капсула рикошетирует от атмосферы со скоростью большей, чем первая космическая, и уходит на эллиптическую орбиту.

Хорошо, если элиптическая орбита цепанет за атмосферу под правильным углом на следующем проходе. А если нет, то будем наслаждаться стонами и воплями подыхающего от удушья экипажа через сдыхающий передатчик... Потому как все двигатели способные на торможение, остались на сервисном модуле, на посадочной капсуле только двигатели пространственной ориентации.

Если смотреть на аналогичные полеты Зонда на второй космической - результат весь не радостный и не оптимистичный.

=========

Резюме: При посадке Аполло нет шансов выживания при любом отказе посадочных систем. И нет лишней тонны теплозащиты для баллистического спускка

Все упирается во время разрушения опор и линейную длину разрушения. Отсюда ударная перегрузка для пассажиров и конструкции.

Для посадочного лунного модуля предусмотрены амортизаторы с ходом полметра (но нет ни одной фотки, что бы эти амортизаторы были использованы - последние метры посадки на луну- это свободное падение)

И при разрушении капсулы не забывать, что совсем рядом баки двигателей ориентации на ядовитом топливе

О скорости.
Если предусматривать посадку в шторм (а за время полета к Луне и обратно погода может и измениться), то нужно просчитывать встречный удар волны высотой в пару метров по закону сохраниния импульса. В шторм несравнимо более прочные корабли тонут...

И у американов не предусмотрена эвакуация экипажа в шторм, когда капсула прыгает и кувыркается на 2-3-4 метра.
Никаких прицепных плотиков, никаких аквалангистов, невозможность подцепить вертолетом...

Итак.

задача:
Начальная скорость аппарата - 8 м/с
Конечная - 0
Предполагаемое погружение - 1 метр (0.5 метра - равновесное погружение, + 0.5 метра - за счёт скорости)

Каково среднее ускорение?

S = a t^2/2 => a = 2*S / t^2

Время торможения:

t = (2*S/V) (скорость линейно падает, поэтому средняя - половина начальной)

итого a = 2*S / (2*S/V)^2 = 32 м/с^2 = 3.2g
Ничего критичного....

Если принять, что погружается как в землю: на пол метра вниз без выныривания, то получим 12g перегрузку. Тоже можно жить.

Человек выживет и железка - тоже

А вот теперь положи на воду бесконечно тонкий неразрушаемый щит площадью 12 м2 и грохни об него пять тонн, чтобы щит погрузился на метр ?

Не получится

Не получится потому, что для того, что бы опуститься в центре на сантиметр - воду из центра нужно переместить на два метра и выплеснуть по краям.
Опускаясь на сантиметр- нужно на порядок больше разгонять воду к краям и сила инерции от разгона воды к краям- порождает ударное торможение.

Воду можно заменить дробью или морским обкатаным песком (модель несжимаемой жидкости). Если грохнуться на песок, да еще так, чтобы посадочный модуль зарылся на полметра ? Не получится. Так что на сколько при падении провалишь в песок- на два раза глубже (разница в плотности пересчитывается разницу ускорений) провалишь в воду.

Можно привести в пример того, что "вода твердая", водные лыжи или редан глиссера или гидросамолета ? Те же тонны, которые уходят в воду на сантиметры и не больше
Или камышек-жабку, который прыгает по воде как по бетону ?

Потому предположение, что "вода мягкая" - это бытовая иллюзия на уровне купания в воде. Но если хлопнуть ладонью по воде- ладонь в воду не уходит.

=========

Кстати модель сверзвуковой газовой струи- жидкость только без поверхностного натяжения.