глубину торможения.

Предлагается расположить фрагмент растяжения в перпендикулярном направлении и использовать свойство V-образного разложения сил.

Желаемое свойство состоит в следующем. Нагрузка на плечи V-образного натяжения при угле между плечами более 120 градусов всегда больше силы оттяжки. Таким образом, амортизирующее растяжение располагают по V-плечам, сохраняя направление перемещения соединения, в процессе торможения, перпендикулярно линии крепления плеч.

.

Это позволяет наиболее эффективно получить максимальное поглощение энергии при торможении за счет перемещения центрального узла плеч на начальном этапе амортизации.

Важным геометрическим свойством V-систем является тот факт, что приращению (деформации) длины плеч 2*Δl соответствует более значительное перемещение точки соединения плеч. Длиннее траектория в диапазоне изменения силы при деформации.

Рассмотрим предельный для использования в амортизации угол между плечами V-системы равный 120 градусам. Это наиболее просто увидеть, воспользовавшись тригонометрическими пропорциями в прямоугольном треугольнике с углом 60 градусов.

Тогда относительное удлинение каждого плеча равно (Δl / l) = 1 / (sin (120⁰/2)) – 1 = 0,155.

Суммарное относительное удлинение V-системы составит: 2 * (Δl / l) = 2*0,155 = 0,31.

А относительное перемещение точки V-плеч равно: cos (120⁰/2) = 0,5.

Таким образом, даже предельное для использования перемещение соединения V-плеч преодолевает расстояние в 0,5 / 0,31 = 1,61 раза больше, чем сама деформация верёвки.

Ниже представлена таблица преимущества перемещения точки соединения V-плеч для непредельных углов перпендикулярной амортизации:

Описание комбинированной системы

В соответствии со свойствами соединения упругих систем, их последовательное соединение увеличивает мягкость системы, а параллельное увеличивает жесткость.

Размещаем последовательно две системы для комбинации их свойств в направлении возрастания мягкости. Первая система представляет собой V-образную амортизацию натянутой верёвкой (одинарной или двойной – по принципу дублирования), закреплённой на противоположных концах. Вторая – это линейная амортизация верёвкой (также, одинарной или двойной), которая закреплена одним концом в середине V-образной, а второй свободный конец подсоединён к прыгуну.

Параметры комбинированной системы

Введём обозначения. Пусть расстояние между закреплёнными точками верёвки для V-системы равно 2*l. Оно складывается из фрагмента верёвки 2*l1 плюс расстояние её предварительного растяжения 2*X0 под действием силы

Тогда получим выражение для значения X0, предварительного растяжения плеча, и длины фрагмента l1:

Длина второй, линейной, системы, закреплённой одним концом в середине V-системы, равна l2. При выполнении натяжения за свободный конец линейной системы (в нашем случае под действием силы тяжести mg) по 3-му закону Ньютона векторная сумма сил натяжения плеч равна силе натяжения линейной системы:

Выполнив проецирование на вертикальную ось 0Y, получаем:

Теперь подставим в это равенство известные параметры X0 и выражение для cos α:

Получаем:

Итак, для каждого значения растяжения одной системы

X1

поставлено в однозначное соответствие значение растяжения второй системы

X2

.

Также по этим значениям определяется полная глубина удлинения вдоль второй системы. Она состоит из перемещения точки соединения V-плеч (вычисляется по теореме Пифагора) и растяжения второй системы:

Расчет основных параметров комбинированной системы

Для альпинистской практики комиссия УИАА пределом нагрузок дает порог не выше 400 кгс :=: 3920 Н, даже при наличии комбинированной системы обвязки.

Соответственно, значение F2 должно быть не более 3920 Н.

После выбора обоих верёвок торможения, расстояния 2*l для V-системы, начального натяжения F0 с предварительным растяжением X0 одного V-плеча, следует представить расчетные данные в общей таблице. Они позволят определить граничные условия для системы остановки падения. Удобно выполнить её в виде Excel-файла, чтобы, меняя параметры, подбирать оптимальный результат.

Таблица комбинированной системы включает в себя следующие данные:

X1 – растяжение амортизации одного V-плеча первой системы, м;

X2 – растяжение амортизации второй системы, м;

Xполн – полное удлинение комбинированной системы (вдоль второй, линейной), м;

F2 – сила натяжения в линейной системе, прикреплённой к прыгуну, Н;

F1 – сила натяжения в анкерных точках V-системы, Н;

A1 – работа по амортизации V-системы, Дж;

A2 – работа по амортизации линейной системы, Дж;

A – полная работа по амортизации комбинированной системы, Дж;

mV²/2 – кинетическая энергия прыгуна до начала амортизации, Дж;

mgXполн – запас потенциальной энергии прыгуна от начала торможения, Дж;

G – максимальная перегрузка вдоль линейной системы;

2α – угол между плечами V-системы, град.

По закону сохранения энергии работа сил упругости по остановке падения равна сумме приобретённой прыгуном кинетической энергии и запасу потенциальной энергии от высоты начала торможения до высоты его завершения. В математическом виде это выглядит так:

Задавшись массой прыгуна

m

, глубиной падения, методом математического моделирования, определяем скорость

V

до начала