Prove sui paracadute d'emergenza per ULM e LSA categoria
Sequence taken from the test of rescue system for the American aircraft Cirrus with the parachute BRS.
Il fabbricante definisce dei parametri di base per l’uso del paracadute :
la sua capacita’ di carico massimo recuperabile alla velocita’ massima d’apertura, la velocita’ massima al momento dell’apertura e in egual misura il tempo minimo necessario al dispiegamento e all’apertura completa della calotta .
A partire da questi parametri viene definita un’altezza minima che assicuri il salvataggio del pilota e del suo passeggero.
Per un costruttore d’aerei i parametri di scelta saranno dati dalla scelta del modello in quanto questo definisce i tempi d’apertura del paracadute .Una durata piu’ lunga all’apertura generera’ un impatto dinamico piu’ debole e dunque uno sforzo piu’ moderato sui sistemi di fissaggio e sulla struttura della macchina
Purtroppo quest’aumento di tempo all’apertura causa una perdita d’altezza supplementare .
Il costruttore deve scegliere il paracadute che sia conforme a certi requisiti , non solamente alla regolamentazione di certi paesi (ad es. la DULV tedesca dove il tempo di apertura max e’ di 4,5 sec) , ma cercando di avvicinarsi al miglior compromesso tra velocita’ e tempi di apertura .Per scegliere tra i molteplici modelli e versioni possono essere presi in considerazione i seguenti parametri :
la grandezza e la forma del paracadute, le dimensioni ,il tipo di tessuto e la presenza o meno dello slider. Lo slider e’ un anello che ammortizza l’apertura del paracadute e permette l’apertura simmetrica della calotta , e’ composto da un anello occhiellato e attraverso gli occhielli passano le funicelle di sospensione del paracadute .
E’ posizionato in fondo al paracadute, quando la vela fuoriesce lo slider non gli permette l’apertura completa, ma la calotta si adatta alle dimensioni dello slider. In questa fase la calotta assume la forma di pera e riduce il primo impatto dinamico all’apertura. In un secondo momento, per effetto di un aumento di pressione sulla calotta, questa inizia ad allargarsi e lo slider scivola verso il basso lungo le funicelle del paracadute, così il paracadute si apre lentamente fino alla completa apertura. Per controllare questa velocità d’apertura è stato necessario studiare approfonditamente il diamentro dello slider, la sua superficie e gli altri elementi situati sopra la cupola.
Contro lo sforzo di scivolare verso il basso dello slider si oppone la pressione dinamica sulla superficie stessa dello slider che è in relazione alla velocità dell’apparecchio al momento dell’apertura .
La competenza di un costruttore di paracadute proviene soprattutto dall’esperienza acquisita nei numerosi test che egli ha effettuato. Per quanto concerne i paracadute pirotecnici i costruttori hanno, in egual misura , dovuto usufruire di questa competenza per poter adattare i loro prodotti alla regolamentazione.
Attualmente ci sono tre regolamentazioni in vigore per i paracadute pirotecnici .
Di seguito elenchiamo le più importanti differenze tra queste regolamentazioni :
Picture from the drop test of parachute for the Galaxy rescue system
REGOLAMENTAZIONE CECA - ZS 2 – LAA CR
Il paracadute non è obbligatorio in Repubblica Ceca.Il tasso di caduta massimo consentito è di 6,8 mt./sec. AMSL
La resistenza del paracadute è verificata al peso massimo e alla velocità massima alla quale è applicato un coefficente di 1,05. Tutti ì test devono essere effettuati alla velocità massima.
Il concetto dei tempi di apertura del paracadute in rapporto al peso, per i sistemi che vanno da 450 a 560 kg., non è preso in considerazione da questa regolamentazione.
Viene presa in considerazione l’altezza di apertura necessaria ad una velocità di 65 km/h e il relativo shock di apertura ; inoltre durante i test viene verificata la stabilità (le oscillazioni ed il bilanciamento).
La regolamentazione ZS 2– LAA CR esige almeno tre prove di sparo del razzo , installato su un rimorchio trainato da un veicolo in movimento.
Due test sono previsti per il controllo dell’apertura del paracadute ad una velòocità di 65 km/h e almento un test dovrà essere effettuato a 100 km/h con un ancoraggio fissato sul rimorchio. Questo ostacolo simula l’impennaggio a T di un aereo. E’ posizionato a 2 m. di altezza e ad una distanza di 4 m. dal punto di sparo . Il test dovrà provare che il razzo ha sufficiente energia per far fuoriuscire il paracadute senza rimanere impigliato nell’impennaggio.
REGOLAMENTAZIONE DULV
(Deutche Ultralight Verband)République Fédérale Allemande
Il Germania tutti gli ULM devono essere equipaggiati di paracadute.
La resistenza del paracadute è verificata al peso massimo e alla velocità massima , non è moltiplicata per alcun coefficiente. Il regolamento esige almeno tre test di apertura ad una velocità che non deve essere inferiore alla VNE dell’aereo. Come nella regolamentazione Ceca dovrà essere misurato lo shock d’apertura, inotre dovrà essere misurata e controllata la stabilità.
The Mi-8 helicopter used for described drop tests
Right picture: Container with the weight of required weight before the drop test
E’ sull’altezza minima d’apertura che si applica questo coefficiente.
Questo coefficiente determina egualmente la velocita’ alla quale il paracadute sara’ testato. La regolamentazione tedesca impone almeno tre test di sparo per verificare il funzionamento all’apertura .
Il coefficiente k che deve essere inferiore a 0,4 per una velocita’ di test che deve attestarsi tra i 45 e i 65 km/h .Con un coefficiente superiore a 0,4 si verifica il tempo minimo di apertura del paracadute in occasione di un’apertura a 120 k/h.
Il tempo di apertura del sistema con una massa di 472,5 kilogrammi non dovra’ essere oltre 4,5 sec. dopo lo sparo del razzo.La regolamentazione tedesca è molto rigorosa a tal riguardo , per i paracadute testati a velocita’ più elevate l’altezza minima dell’aereo passa da 60 a 80 metri sopra il suolo (prove effettuate per il conseguimento dell'omologazione dei sistemi GRS in passato) a 120 – 160 metri sopra il suolo . Per questi apparecchi veloci sara’ dunque necessario avere due volte tanto l’altezza per avere la stessa sicurezza. Di conseguenza un pilota che vola lento e basso sotto i 150 metri utilizzando un paracadute per alte velocita’ non è in sicurezza . Infatti attualmente non è possibile realizzare paracadute d’emergenza che possano essere efficaci ad una altezza di 60 metri dal suolo volando a 300 km/h.L’altezza minima necessaria dovra’ essere almeno di 120 metri dal suolo.
Per gli ULM il tasso di caduta massima di un paracadute al massimo peso non deve essere superiore a 7,5 mt./sec. (le misure sono effettuate a 30 mt. dal suolo tramite una fune appesa sotto il carico prova). I test sono effettuati a 1000 mt. AMSL. Ogni punto di ancoraggio dovrà essere collegato da funi e da cavi che dovranno resistere allo schock di apertura, montiplicato per un coefficiente di sicurezza di 1,5. Per rispettare la regolamentazione tedesca questi test devono essere effettuati con un tempo di apertura di 4,5 sec con il paracadute più piccolo ; questo per ottenere lo schock più forte possibile al momento di apertura.L’obiettivo è diminuire il peso del paracadute (e le sollecitazioni sui punti di fissaggio) per non aumentare in modo sproporzionato la massa dell’aereo.
Tuttavia la regolamentazione DULV prevede più punti di ancoraggio i quali singolarmente devono essere in grado di resistere allo schock di apertura e quindi devono essere rafforzati .
Partly open canopy of the rescue system after the drop.Well seen is the slider ring.
REGOLAMENTAZIONE PER LA CATEGORIA LSA – USA
La categoria americana LSA rappresenta gli aerei leggeri da diporto e sportivi fino a 600 kg.Il paracadute non è obbligatorio. La velocità massima autorizzata per la categoria LSA in volo orizzontale è di 222 km/h. Questa velocità è calcolata al 75% della potenza motore, sia 109 kts=222km/h. Essendo il coefficiente di sicuressa uguale a 1,21 (la velocità di test sarà dunque di 245 km/h).
The Cirrus aircraft under the BRS rescue system tested in USA.
Per verificare il tasso di caduta e determinare la velocità di apertura, il paracadute dovrà essere testato al peso operativo (ad esempio 472,5 kgs e 90 km/h).
Per verificare la resistenza il test deve essere effettuato tre volte, ad esempio al massimo peso operativo, il carico per il test sarà di 473 kg., e con l’applicazione del coefficiente di sicurezza pari a 1,25 sarà di 591 kg., la velocità di caduta sarà di 245 km/h. La regolamentazione non impone tassi di caduta nè tempi di apertura, i test sono effettuati ad un’altezza di 5000ft/ 1500 mt. AMSL.
Adeguate informazione, sempre su adesivo, devono essere applicate nel cockpit. Nel sito web del costruttore devono essere indicate tutte le disposizioni in caso di incidente al fine di evitare una impropria manipolazione in caso di incidente. E’ importante che le istruzioni siano rese note ai vigili del fuoco e ai soccorritori , questi dati sono ben utilizzati negli Stati Uniti. Per quanto riguarda la categoria experimental può essere installato qualsiasi sistema di emergenza in quanto non ci sono disposizioni a riguardo.
Nell’esercizio di un’attività commerciale i sistemi di emergenza dovranno essere supportati dalle certificazioni.
CONDIZIONI PARTICOLARI IN USA DI CERTIFICAZIONE DEL SISTEMA DI EMERGENZA INSTALLATO SU AEREO CIRRUS
Commento dell’Ing. MILAN BABOVKA della Soc. GALAXY :Gli aerei della soc. CIRRUS sono i soli al mondo ad essere equipaggiati di sistemi balistici nell’aviazione generale certificata. Il peso massimo al decollo dell’aereo Cirrus, aggiornato al 2007, sarà di 1724 kg., potranno essere utilizzati uno, due, tre paracadute contenuti all’interno dello stesso contenitore.
La soc. Cirrus ha indetto una gara d’appalto per la preparazione di questo nuovo sistema di emergenza che ha parametri fuori norma e non riconducibili in altri settori. La soc. Galaxy ha concorso a questa gara d’appalto. Il Cirrus attuale : SR22-G2 e SR20-G2 utilizzano un paracadute per un peso massimo di 1500 kg. e un tempo di apertura che si attesta entro 6,5-6,8 sec. Questi parametri sono utili per il salvataggio di un equipaggio soggetto ad incidente nell’ottanta percento degli spazi aerei degli aeroporti .
Di solito questi incidenti sono dovuti ad errori di controllo ( stress) dovuto a intenso traffico in volo.
Il nuovo Cirrus deve avere un paracadte uguale o migliore.
I tempi di apertura dovranno essere al massimo di 6,5 sec ( sotto i 5 sec. alla velocita’ di 90 Km/h)
I parametri presi in considerazione sono uguali a quelli della LSA, il Cirrus è un aereo veloce a cinque posti , la costruzione di un sistema d’emergenza stando alle regole del capitolato è molto difficile. Per aumentare il coefficiente di sicurezza la velocità di manovra è stata portata a 296 km/h e una volta moltiplicata per il coefficiente di sicurezza 1,2 la velocità corrisponde a 356 km/h per un peso di 1724 kg x 1,2 ovvero 2068 kg.
Si ottiene dunque 1,44 , ciò non è conforme al sistema di calcolo poichè il coefficiente minimo 1.5 non è raggiunto. Dopo numerose discussioni la FAA ha comunque accettato in funzione del fatto che la condizione iniziale di 1.5 era erronea dato che la velocità di manovra presa in considerazione per il Cirrus era impossibile .
La produzione di un tale sistema con coefficiente 1,5 sarebbe molto difficile da realizzare poichè oggi è limitata dai tempi di apertura e dal peso del paracadute .
Tutti i paracadute fino ad oggi concepiti per il CIRRUS non hanno potuto raggiungere il coefficiente di sicurezza 1,5, in quanto il peso del sistema non deve superare i 27 kg.
La soc. CIRRUS deve essere presa ad esempio di come puo’ essere perseguita la sicurezza per i piloti e i passeggeri di un piccolo aereo .
The Mi-8 flight for the drop test and the onboard operator Mr.Fuks before the moment of drop
La soc. Cirrus produce attualmente due/tre aerei al giorno , il paracadute attualmente installato viene verificato singolarmente in modo particolare il tasso di caduta deve essere inferiore a 7 m/sec a 1500 mt/ASML.
I sedili sono preparati con materiali flessibili per ridurre l’eventuale impatto agli occupanti in occasione di un impatto duro.
Il razzo deve essere alloggiato separato dagli occupanti al fine che questi non vengano a contatto dei gas di scarico del razzo stesso, il quale produce nella combustione cloruro d’idrogeno molto tossico che vaporizza senza fumo .Questo prodotto non viene utilizzato nei razzi GALAXY in quanto tra l’altro vietato nella repubblica Ceca , ma si utilizzano combustibili forniti dalla soc. Synthesia ora Explosie a.s. a cui va il nostro grazie.
PRESENTAZIONE DELLE DIVERSE PROVE EFFETTUATE DALLA SOC. GALAXY
La Soc. GALAXY ha effettuato le sue ultime prove sui paracadute il 27 aprile 2006 presso l’eroporto di HONN vicino a MELNIK sotto controllo dell’ente certificatore LAA-CR.Queste prove sono state effettuate da un elicottero MI-8 , l’equipaggio era composto dal capitano ing. J. Cerny’ il secondo pilota era l’ing. J. Rajda .
A bordo l’operatore S. Fuxa si è occupato del lancio dei paracadute zavorrati .
La zavorra era composta da un contenitore in lastre d’acciaio , tra la zavorra e la cinghia del paracadute è stato interposto un dinamometro a cono di rame che in base alla deformazione di questo , ottenuta dallo schock dinamico , ne permette di conoscere lo sforzo all’apertura .
L’imput all’apertura del paracadute avviene con un meccanismo elettrico telecomandato che agisce su una cinghia di 4 metri che libera il paracadute .
L’elicottero vola ad una altezza da 200 a 300 metri con lanci per es. A 90 km/h, 120km/h o 250km/h. Il pilota mantiene la quota e la velocita’ in maniera rigorosa, il copilota da dsiposizioni per il lancio e l’operatore libera il paracadute con la zavorra .
Il rispetto di tutti questi parametri è dato solo da un perfetto coordinamento dell’equipaggio. Il lancio viene filmato al suolo e attraverso questo si risale ai parametri di misura delle tempistiche di apertura della calotta .Si effettuano sei lanci per garantire i parametri rilevati .
COME SI REALIZZA UN DIAGRAMMA DI PROVA ALLO SCHOCK D’APERTURA
Il diagramma è stabilito in base ai dati di deformazione rilevati dal dinamometro a cono di rame che viene sollecitato al momento dello shock d’apertura .Questi dati misurati con apposito strumento permettono la definizione dello sforzo espresso in Kn, tutte le provette deformate del dinamometro vengono comparate e la media stabilisce il diagramma dello schock all’apertura.
DESCRIZIONE DEL PARACADUTE PIROTECNICO GALAXY
La calotta del paracadute e’ contenuta in un pood collocato all’interno di un contenitore rigido o sottoforma di contenitore « sacca soft » la sequenza di estrazione è la seguente :,il pood viene estratto dalla trazione del razzo che mette in tensione progressivamente le funicelle della calotta , la fune principale entrocontenuta della lunghezza di 5,5 mt e le funi di vincolo collegate ai punti di forza dell’aereo. Il pood raggiunge la distanza di circa 18 metri sopra l’aereo ed inizia solo allora il dispiegamento e il gonfiaggio della calotta .
Il vantaggio di questa sequenza è dato dal fatto che la calotta può aprirsi e prendere forma sufficientemente distante dall’aereo senza rischiare grovigli e mancate aperture della calotta stessa in quanto impigliata nei rottami , questo rischio di mancata o parziale apertura viene accentuato in occasione di elevate velocita’ .
La societa’ GALAXY detiene a tal proposito un brevetto di questo sistema d’apertura dal 1994 sotto il numero 1859-94.
DESCRIZIONE DI UNA PROVA DI UN TEST PER LA CERTIFICAZIONE DULV
Il test per la certificazione DULV consiste nel verificare i tempi minimi all’apertura di un paracadute utilizzando un peso di 472,5 kg. ad una velocità di 120 km/h, l’altezza di lancio è di 250 mt. sopra il suolo, per questa prova si utilizza l’elicottero MI-8. Il tempo di apertura registrato è stato di 4,45 sec. dunque il tempo massimo all’apertura, stabilito in 4,5 sec., è stato rispettato. In realtà questo tempo è considerato come la durata all’apertura fino a che il paracadute sia completamente aperto sopra l’aereo. Il tempo registrato per questa prova è lo stesso come se il lancio fosse avvenuto attraverso un razzo. La velatura utilizzata è stata concepita per una velocità fino a 320 km/h, resistendo a sollecitazioni dinamiche di 20,8 Kn.
Looks from the MI-8 helicopter during the drop test.
Right pictures: Sequence from the drop test of the Galaxy rescue system
ALTRE PROVE DELLA STESSA VELATURA
La velatura del paracadute utilizzata per la certificazione DULV nella categoria ULM è stata provata con un peso al recupero di 472,5 Kg al fine di verificare se avrebbe superato la certificazione americana LSA .Il peso applicato per questa prova è stato aumentato fino a 580 Kg. e cioè un aumento del 22,7 % con una velocita’ di prova di 250 Km/h e cioè un aumento del 23% ciò per ottenere un coefficiente di sicurezza imposto del 1,5 .La scossa all’apertura è stata pari a 34 Kn per un tempo di apertura pari a 3,75 secondi a partire dal lancio. Senza tener conto del tempo di lancio pari a 1,25 sec. la durata della completa apertura della calotta è stato di 2,5 secondi , la velatura non ha presentato nessun danno .
COMMENTO DELL’ING. MILAN BABOVKA RESPONSABILE GALAXY :
Non si sono fatte ulteriori esperienze di test perche’ tutte le velature hanno un limite di resistenza ,con l’energia cinetica sempre in aumento i fattori di carico sarebbero troppo elevati al momento dell’apertura e ciò comporterebbe il rinforzo delle fusoliere per poter sopportare gli shock d’apertura e un aumento notevole di peso .L’esperienza ci ha insegnato che non è possibile testare la velatura per una velocità di 300 a 320 Km/h attenedosi a tale velocita’ ma bensi’ bisogna aumentarla fino a 350Km/h in quanto la resistenza della zavorra all’ aria , e imperfezioni di lettura della velocita’ anemometrica falsano i dati . Esistono tabelle o programmi informatici che possono aiutare in tal senso ma la cosa migliore è testare il paracadute nelle condizioni reali di lancio .
L’aumento dal 22 al 25 % di peso permette di verificare la resistenza della velatura al momento dell’apertura , per questo non sara’ necessario utilizzare la velocita’ massima Tale prova è essenziale per tutti i pesi stabiliti dalla certificazione LSA americana . Il tempo d’apertura da rispettare alla velocita’ minima pari a 4,5 sec. come richiesto dalla certificazione DULV non è semplice da rispettare e non è realistico.
Il tempo d’apertura è inevitabilmente più lungo ed è necessario avere un’altezza piu’ consistente per il gonfiaggio della calotta . In aviazione generale il fattore di sicurezza pari a 1,5 fa parte della regolamentazione e deve essere rispettato a parte alcune eccezioni come il CIRRUS.
E’ per questo motivo che la maggior parte dei costruttori di paracadute balistici non propone soluzioni soddisfacenti a questo problema . Cio’ permetterebbe ad un aereo di salvarsi in un ‘emergenza in sottovento a 150 mt dal suolo ma richiederebbe un tempo totale da 6 a 6,3 sec. e cioè 5 secondi solo per l’apertura della calotta.
.
TEST DEL GRS 6/600 SD LSA
All’aeroporto vicino Melnik abbiamo provato il nuovo paracadute GRS6/600 SD LSA (destinato alla categoria LSA americana fino a 600 kg.) alla MTOW con un aumento del 25 %- il tempo d’apertura alla velocita’ minima di 90 km/h ed al peso di 600 kg. è stato di di 5,8 sec compreso il lancio pari a 1,25 sec. .Lo shock d’apertura si è attestato in 22,5 kn(questo dato non è necesario per il costruttore dell’aereo ) .L’altezza necessaria per l’apertura completa della calotta è stata di 130-140 metri sopra il suolo
- il tempo d’apertura alla velocita’ massima 250 km/h e al peso di 750 kg è stato di 5 sec. comprensivo del tempo di lancio ,lo shock all’apertura è stato pari a 32,5 Kn ( questo dato è utilizzato per il calcolo della resistenza della velatura)
- Il tempo di apertura alla velocita’ massima ed al peso di 600 kg. è stato di 5,34 sec.
lo shock d’apertura è rimasto a 22,5 kn ( questo dato è il valore più elevato preso in considerazione dai costruttori di apparecchi ). A velocita’ elevata si è visto che la calotta si gonfia meglio con l’utilizzo dello slider che agisce sull’apertura in modo controllato .Se una calotta è ben concepita la scossa all’apertura sara’ sempre la stessa .
COMMENTO DELL’ING. MILAN BABOVKA
Da due anni la Soc. Galaxy lavora allo sviluppo di nuovi paracadute balistici per l’aviazione generale e per gli aerei che rientrano nella categoria LSA ( norma USA) .Sono stati sparati oltre 130 motore –razzo installati su rimorchio trainato da veicolo per verificare i tempi di apertura, ben 65 paracadute sono stati lanciati dall’aereo L-410 TURBOLET e da elicottero MI-8 E è questo ha permesso alla Soc. GALAXY di depositare un brevetto sulle nuove calotte della SERIE 6 per i pesi 360 - 473 -600 e 650 kg tutte con un coefficiente di sicurezza verificato di 1,5.La designazione del nuovo ZS è : GRS6/360 –GRS6/473 –GRS6/600 – GRS6/650 SD LSA anno 2006.
In conclusione oggi si può affermare che il peso del GRS6/600 SD LSA comprensivo di fune di vincolo interna pari a 6 metri e di razzo è soltanto di 12,3 kg il tasso di caduta 6,9 mt/sec.. Con tutta probabilità rappresenta il miglior sistema d’emergenza nella sua categoria sul mercato mondiale.
New parachute testing methodology
With increasing demands for higher MTOW aircraft mass and higher VNE speeds (mainly due to new design capabilities and technologies), there was a need to change the testing methodology beyond the earlier limits (325 km/h and 700 kg respectively for the helicopter for 250km/h and higher weights). So, we have newly developed a unique technique for testing higher speeds up to 500 km/h and for weights up to 4.000 kg, in cooperation with the Institute of Aerospace Engineering of Brno University of technology. The new method uses the helicopter's full load capacity and free fall acceleration. The methodology is protected as our intellectual property and has been used by our company since 2015 to accurately test our products. We do the measurements using our own measurement base with sensors used in each test object and transmitted to the base wirelessly (this guarantees the retention of data in the ground base even in case of a "hard impact"). The test object in the tests is an aerodynamic body (specially designed shape with a guarantee of stable behavior) with a pitot tube, measuring base and other electronics.
Note:
Described tests were conducted at the time the regulation ASTM 2316-08. For this reason, it was necessary to test the weight increase by a factor of 1.25 and 1.21 speed koficientem that the resulting safety parachute had reached safety factor of 1.5 for the intended weight and speed.
With the new regulation issued by the ASTM 2316-12 test was modified for testing parachutes to test parachutes carried out on the aircraft or with concentrated loads (Dead load).
Since our company has performed and conducted all tests with concentrated loads is the strength factor of 1.5 has been directly included in the test values (weight-speed) .It is therefore necessary to test these values continue to rise.
Conversely, thus tested parachutes are under an amendment to 2316-12 strength and higher safety factor to 2.25 (1.5 x 1.5).
Testing involves as well the opening shock check - the magnitude of shock is measured by the size of deformation of the copper cone .( On the palm you can see the cone before and after the test)
Le prove ed i testi sono stati redatti dall’ Ing. Václav Chvála de LAA CR
I commenti sono stati scritti dall’Ing. MILAN BABOVKA della Soc. GALAXY
