Giới thiệu về dù (Parachute)

Giới thiệu:

Dù là một thiết bị được sử dụng để làm chậm chuyển động của một vật thể trong bầu khí quyển bằng cách tạo ra lực cản hoặc lực nâng khí động học trong một chiếc dù không khí. Một ứng dụng chính là để hỗ trợ mọi người, để giải trí hoặc như một thiết bị an toàn cho phi công, những người có thể thoát khỏi máy bay ở độ cao và hạ xuống trái đất một cách an toàn.

Một chiếc dù thường được làm bằng chất liệu vải nhẹ, chắc chắn. Những chiếc dù ban đầu được làm bằng lụa. Loại vải phổ biến nhất hiện nay là nylon. Tán của một chiếc dù thường có hình mái vòm, nhưng một số lại là hình chữ nhật, mái vòm ngược và các hình dạng khác.

Nhiều loại tải trọng được gắn vào dù, bao gồm người, thực phẩm, thiết bị, khoang vũ trụ và bom.

Lịch sử:

• Thời trung cổ:

Năm 852, ở Córdoba, Tây Ban Nha, người đàn ông Moorish Armen Firman đã cố gắng bay không thành công bằng cách nhảy từ một tòa tháp trong khi mặc một chiếc áo choàng lớn. Người ta ghi lại rằng "có đủ không khí trong các nếp gấp của chiếc áo choàng của anh ấy để ngăn chặn chấn thương lớn khi anh ấy xuống đất." [1]

• Đầu thời kỳ phục hưng:

Thiết kế dù lâu đời nhất xuất hiện trong một bản thảo ẩn danh từ thời Phục hưng Ý những năm 1470 (Thư viện Anh, Add MS 34113, fol. 200v), cho thấy một người đàn ông đang treo cổ tự do nắm chặt khung xà ngang gắn vào một tán hình nón. Như một biện pháp an toàn, bốn dây đai chạy từ đầu các thanh đến một đai thắt lưng. Thiết kế này là một cải tiến rõ rệt so với một folio khác (189v), mô tả một người đàn ông cố gắng phá vỡ lực rơi của mình bằng cách sử dụng hai thanh vải dài buộc chặt vào hai thanh, mà anh ta nắm chặt bằng tay. Mặc dù diện tích bề mặt của thiết kế dù quá nhỏ để có khả năng cản không khí hiệu quả và khung đế bằng gỗ là thừa và có khả năng gây hại, nhưng khái niệm cơ bản về một chiếc dù hoạt động là rất rõ ràng.

Ngay sau đó, một chiếc dù phức tạp hơn đã được họa sĩ Leonardo da Vinci phác thảo trong cuốn Codex Atlanticus của ông (fol. 381v) có niên đại khoảng ca. 1485. Ở đây, trọng lượng của chiếc dù có tỷ lệ thuận lợi hơn với trọng lượng của cầu nhảy. Tán của Leonardo được giữ mở bằng một khung gỗ hình vuông, làm thay đổi hình dạng của chiếc dù từ hình nón sang hình chóp. Người ta không biết liệu nhà phát minh người Ý có bị ảnh hưởng bởi thiết kế trước đó hay không, nhưng ông có thể đã biết về ý tưởng này thông qua các cuộc trao đổi truyền miệng sâu sắc giữa các nghệ sĩ và kỹ sư thời đó. Tính khả thi của thiết kế kim tự tháp của Leonardo đã được thử nghiệm thành công vào năm 2000 bởi Briton Adrian Nicholas và một lần nữa vào năm 2008 bởi vận động viên nhảy dù người Thụy Sĩ Olivier Vietti-Teppa. Theo nhà sử học công nghệ Lynn White, những thiết kế hình nón và hình chóp này, công phu hơn nhiều so với những bước nhảy nghệ thuật ban đầu với những chiếc lọng cứng ở châu Á, đánh dấu nguồn gốc của "chiếc dù như chúng ta biết".

Nhà phát minh kiêm nhà sáng chế Fausto Veranzio hay Faust Vrančić (1551–1617) người Venice đã xem xét bản phác thảo chiếc dù của da Vinci và giữ nguyên khung hình vuông nhưng thay thế tán cây bằng một mảnh vải căng phồng giống như cánh buồm mà ông nhận ra rằng việc giảm tốc độ rơi hiệu quả hơn. Một mô tả nổi tiếng hiện nay về chiếc dù mà ông đặt tên là Homo Volans (Người bay), cho thấy một người đàn ông nhảy dù từ tháp, có lẽ là St Mark's Campanile ở Venice, đã xuất hiện trong cuốn sách của ông về cơ khí, Machinae Novae ("Máy mới", được xuất bản trong 1615 hoặc 1616), cùng với một số thiết bị và khái niệm kỹ thuật khác.

• Thế kỷ 18 và 19:

Chiếc dù hiện đại được phát minh vào cuối thế kỷ 18 bởi Louis-Sébastien Lenormand ở Pháp, người đã thực hiện cú nhảy công khai đầu tiên được ghi nhận vào năm 1783. Lenormand cũng đã phác thảo thiết bị của mình trước đó. Hai năm sau, vào năm 1785, Lenormand đặt ra từ "parachute".

Cũng vào năm 1785, Jean-Pierre Blanchard đã chứng minh nó như một phương tiện hạ cánh an toàn từ khinh khí cầu. Trong khi cuộc trình diễn nhảy dù đầu tiên của Blanchard được thực hiện với một con chó làm hành khách, sau đó ông tuyên bố đã có cơ hội tự mình thử nó.

Năm 1793 khi khinh khí cầu của ông bị vỡ và ông đã sử dụng một chiếc dù để hạ xuống.

Sự phát triển sau đó của chiếc dù tập trung vào việc nó trở nên nhỏ gọn hơn. Trong khi những chiếc dù ban đầu được làm bằng vải lanh căng trên khung gỗ thì vào cuối những năm 1790, Blanchard bắt đầu làm những chiếc dù từ lụa gấp lại, tận dụng sức mạnh và trọng lượng nhẹ của lụa.

Năm 1797, André Garnerin lần đầu tiên sử dụng chiếc dù "không khung" được phủ bằng lụa.

Năm 1804, Jérôme Lalande đưa ra một lỗ thông hơi trong vòm dù để loại bỏ các dao động dữ dội.

Năm 1887, Park Van Tassel và Thomas Scott Baldwin đã phát minh ra một chiếc dù ở San Francisco, California và Baldwin đã thực hiện cú nhảy dù thành công đầu tiên ở miền Tây Hoa Kỳ.

• World War I:

Năm 1907 Charles Broadwick đã chứng minh hai tiến bộ quan trọng của chiếc dù mà ông sử dụng để nhảy từ khinh khí cầu tại các hội chợ: ông gấp chiếc dù của mình vào ba lô và chiếc dù được kéo ra khỏi túi bằng một dây tĩnh gắn vào khinh khí cầu. Khi Broadwick nhảy khỏi khinh khí cầu, đường tĩnh trở nên căng, kéo chiếc dù ra khỏi gói, và sau đó bị giật.

Năm 1911, một cuộc thử nghiệm thành công đã diễn ra với một hình nộm tại tháp Eiffel ở Paris. Trọng lượng của con rối là 75 kg (165 lb); trọng lượng của chiếc dù là 21 kg (46 lb). Dây cáp giữa con rối và chiếc dù dài 9 m (30 ft).

Vào ngày 4 tháng 2 năm 1912, Franz Reichelt đã nhảy xuống tháp để chết trong quá trình thử nghiệm ban đầu chiếc dù có thể đeo được của mình.

Cũng trong năm 1911, Grant Morton đã thực hiện cú nhảy dù đầu tiên từ một chiếc máy bay, chiếc Wright Model B do Phil Parmalee lái tại Bãi biển Venice, California. Thiết bị của Morton thuộc loại "ném ra ngoài", nơi anh ta cầm chiếc dù trên tay khi rời máy bay. Trong cùng năm đó, Gleb Kotelnikov người Nga đã phát minh ra chiếc dù knapsack đầu tiên, [17] mặc dù Hermann Lattemann và vợ là Käthe Paulus đã nhảy bằng những chiếc dù có túi trong thập kỷ cuối của thế kỷ 19.

Năm 1912, trên một con đường gần Tsarskoye Selo, nhiều năm trước khi nó trở thành một phần của St.Petersburg, Kotelnikov đã chứng minh thành công tác dụng phanh của một chiếc dù bằng cách tăng tốc ô tô Russo-Balt đến tốc độ tối đa của nó và sau đó mở một chiếc dù gắn vào ghế sau. , do đó cũng phát minh ra chiếc dù giả.

Vào ngày 1 tháng 3 năm 1912, Đại úy Lục quân Hoa Kỳ Albert Berry đã thực hiện cú nhảy dù (loại gắn kèm) đầu tiên ở Hoa Kỳ từ một máy bay cánh cố định, một tay đẩy Benoist, khi đang bay trên Doanh trại Jefferson, St. Louis, Missouri. Cú nhảy sử dụng một chiếc dù kiểu ba lô được cất giữ hoặc đặt trong vỏ trên cơ thể của người nhảy.

Štefan Banič được cấp bằng sáng chế cho một thiết kế giống như chiếc ô vào năm 1914 và bán (hoặc tặng) bằng sáng chế cho quân đội Hoa Kỳ, sau này đã sửa đổi thiết kế của ông, tạo ra chiếc dù quân sự đầu tiên.  Banič là người đầu tiên cấp bằng sáng chế cho chiếc dù và thiết kế của ông là thiết kế đầu tiên hoạt động bình thường trong thế kỷ 20.

Vào ngày 21 tháng 6 năm 1913, Georgia Broadwick trở thành người phụ nữ đầu tiên nhảy dù từ một chiếc máy bay đang chuyển động, làm như vậy trên Los Angeles, California.  Năm 1914, trong khi biểu tình cho Quân đội Hoa Kỳ, Broadwick đã triển khai cầu trượt của mình theo cách thủ công, do đó trở thành người đầu tiên nhảy rơi tự do.

Việc sử dụng dù quân sự đầu tiên của các quan sát viên pháo binh trên các khinh khí cầu quan sát có dây buộc trong Thế chiến I. Đây là những mục tiêu hấp dẫn đối với máy bay chiến đấu của đối phương, mặc dù rất khó bị tiêu diệt, do hệ thống phòng không dày đặc của chúng. Vì rất khó thoát khỏi chúng và nguy hiểm khi bốc cháy do sự lạm phát hydro của chúng, các quan sát viên sẽ bỏ rơi chúng và lao xuống bằng dù ngay khi nhìn thấy máy bay đối phương. Phi hành đoàn mặt đất sau đó sẽ cố gắng lấy và làm xẹp khí cầu càng nhanh càng tốt. Phần chính của chiếc dù nằm trong một chiếc túi treo trên khinh khí cầu với phi công chỉ đeo một chiếc dây nịt thắt lưng đơn giản gắn vào chiếc dù chính. Khi phi hành đoàn nhảy dù, phần chính của dù được kéo ra khỏi túi bằng dây nịt thắt lưng của phi hành đoàn, đầu tiên là các đường vải liệm, tiếp theo là tán chính. Loại dù này lần đầu tiên được áp dụng trên quy mô lớn cho các đội khinh khí cầu quan sát của họ bởi người Đức, và sau đó là người Anh và Pháp. Mặc dù loại thiết bị này hoạt động tốt từ bóng bay, nhưng nó đã có nhiều kết quả khác nhau khi được người Đức sử dụng trên máy bay cánh cố định, nơi chiếc túi được cất trong một khoang ngay phía sau phi công. Trong nhiều trường hợp không hoạt động, các đường vải liệm bị vướng vào máy bay đang quay. Mặc dù một số phi công máy bay chiến đấu nổi tiếng của Đức đã được cứu bằng loại dù này, bao gồm cả Hermann Göring, không có chiếc dù nào được cấp cho phi hành đoàn của máy bay "nặng hơn không khí" của Đồng minh, vì người ta cho rằng nếu phi công có. một chiếc dù anh ta sẽ nhảy khỏi máy bay khi bị trúng đạn hơn là cố gắng cứu máy bay.

Buồng lái máy bay vào thời điểm đó cũng không đủ rộng để chứa một phi công và một chiếc dù, vì một chiếc ghế vừa vặn với phi công đeo dù sẽ quá lớn đối với một phi công không mặc dù. Đây là lý do tại sao loại của Đức được xếp gọn trong thân máy bay, thay vì thuộc loại "ba lô". Trọng lượng - ngay từ đầu - cũng là một điều cần cân nhắc vì máy bay có khả năng chịu tải hạn chế. Mang theo dù cản trở hiệu suất và giảm tải trọng nhiên liệu và tấn công hữu ích.

Kinh nghiệm với những chiếc dù trong chiến tranh cho thấy sự cần thiết phải phát triển một thiết kế có thể được sử dụng một cách đáng tin cậy để thoát khỏi một chiếc máy bay bị khuyết tật. Ví dụ, dù có dây buộc không hoạt động tốt khi máy bay đang quay. Sau chiến tranh, Thiếu tá Edward L. Hoffman của Lục quân Hoa Kỳ đã dẫn đầu nỗ lực phát triển một chiếc dù cải tiến bằng cách tập hợp những yếu tố tốt nhất của nhiều thiết kế dù. Những người tham gia vào nỗ lực này bao gồm Leslie Irvin và James Floyd Smith. Nhóm nghiên cứu cuối cùng đã tạo ra Máy bay Dù Type-A. Điều này bao gồm ba yếu tố chính.

cất dù trong một chiếc túi mềm đeo sau lưng, như Charles Broadwick đã chứng minh vào năm 1906;

một ripcord để triển khai thủ công chiếc dù ở khoảng cách an toàn với máy bay, từ một thiết kế của Albert Leo Stevens; và

một máng hoa tiêu hút tán chính từ đàn.

Trong Thế chiến thứ nhất, mặc dù những người đàn ông cần thoát khỏi khinh khí cầu quan sát bằng dây dù được sử dụng với tần suất lớn, nhưng chúng được coi là không thực tế đối với máy bay, và chỉ trong giai đoạn cuối của cuộc chiến cuối cùng chúng mới được đưa vào sử dụng.

• World War II:

Tuy nhiên, trong Chiến tranh thế giới thứ hai, dù được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là bởi người Đức, cho nhiều mục đích khác nhau bao gồm đổ bộ lính đặc nhiệm để chiến đấu, cung cấp cho quân đội bị cô lập hoặc không thể tiếp cận và xâm nhập đặc vụ vào lãnh thổ của đối phương. Những chiếc dù chuyên dụng được phát minh trong Thế chiến II cho những nhiệm vụ này. Một chiếc dù do Đức sản xuất như vậy — vòng, hay ruy-băng, chiếc dù — được cấu tạo bởi một số vòng đồng tâm của các dải vải tỏa ra với các lỗ giữa chúng cho phép một số luồng không khí; máng trượt này có độ ổn định khí động học cao và thực hiện tốt các chức năng hạng nặng, chẳng hạn như thả hàng hóa nặng hoặc hãm máy bay trong thời gian hạ cánh ngắn. Vào những năm 1990, dựa trên kiến ​​thức thu được từ việc sản xuất dù thể thao hình vuông (xem bên dưới), dù ram-air đã được mở rộng rất nhiều và một nền tảng chứa một máy tính điều khiển dù và hướng dẫn nền tảng đến mục tiêu được chỉ định của nó đã được thêm vào cho các ứng dụng quân sự ; những chiếc dù này có khả năng mang trọng tải hàng nghìn pound đến các điểm hạ cánh chính xác.

Hầu hết những chiếc dù đều được làm bằng lụa cho đến khi Thế chiến II cắt đứt nguồn cung cấp từ Nhật Bản. Sau khi Adeline Grey thực hiện cú nhảy đầu tiên bằng cách sử dụng dù nylon vào tháng 6 năm 1942, ngành công nghiệp chuyển sang nylon.

Thiết kế và vật liệu:

Dù được làm từ vải mỏng, nhẹ, băng đỡ và dây treo. Các đường này thường được tập hợp thông qua các vòng vải hoặc các liên kết đầu nối kim loại ở đầu của một số dây đai chắc chắn được gọi là dây nâng. Các riser lần lượt được gắn vào dây nịt chứa tải. Khi vật liệu mỏng phồng lên, nó làm tăng lực cản và do đó làm chậm người hoặc vật mà nó đang chở. Dù làm chậm tải của nó đủ để ngăn nó bị gãy khi va chạm với mặt đất.

Dù đã từng được làm từ lụa, nhưng gần đây chúng đã được làm từ vải nylon dệt bền hơn, đôi khi được phủ silicone để cải thiện hiệu suất và độ chắc chắn theo thời gian. Khi dù vuông (còn gọi là ram-air) được giới thiệu, các nhà sản xuất đã chuyển sang sử dụng các vật liệu có độ giãn thấp như Dacron, hoặc các vật liệu không giãn như Spectra, Kevlar, Vectran và các kim tự tháp mô đun cao.

Các loại dù:

Dù hiện đại ngày nay được phân loại thành hai loại - tán tăng dần và giảm dần. Tất cả các loại ascending canopies đều dùng để chỉ dù lượn, được chế tạo đặc biệt để bay lên và ở trên cao càng lâu càng tốt. Các loại dù khác, bao gồm cả loại dù ram-air không elip, được các nhà sản xuất phân loại là loại có tán giảm dần (descending canopies).

Một số loại dù hiện đại được phân loại là cánh bán cứng, có thể cơ động và có thể hạ xuống có kiểm soát để sụp đổ khi va chạm với mặt đất.

• Round (Tán tròn)

Dù tròn hoàn toàn là một thiết bị kéo (không giống như loại ram-air, chúng không cung cấp lực nâng) và được sử dụng trong các ứng dụng quân sự, khẩn cấp và vận chuyển hàng hóa (ví dụ: airdrop). Hầu hết đều có tán lớn hình vòm làm từ một lớp vải hình tam giác. Một số vận động viên nhảy dù gọi chúng là "máng sứa" vì hình dáng giống với các sinh vật biển. Những người nhảy dù thể thao hiện đại hiếm khi sử dụng loại này. Những chiếc dù tròn đầu tiên là những chiếc dù đơn giản, phẳng. Những chiếc dù ban đầu này bị mất ổn định do dao động gây ra. Một lỗ trên đỉnh giúp thoát khí và giảm dao động. Nhiều ứng dụng quân sự đã sử dụng các hình dạng hình nón, tức là hình nón hoặc hình parabol (một tán tròn phẳng với váy kéo dài), chẳng hạn như chiếc dù dây tĩnh T-10 của Quân đội Hoa Kỳ. Một chiếc dù tròn không có lỗ trên đó dễ bị dao động hơn và không được coi là có thể chịu đựng được. Một số chiếc dù có tán hình vòm ngược. Chúng chủ yếu được sử dụng để giảm tải trọng không phải của con người do tốc độ xuống nhanh hơn của chúng.

Tốc độ về phía trước (5–13 km / h) và đánh lái có thể đạt được bằng cách cắt các đoạn khác nhau (gores) ở phía sau, hoặc bằng cách cắt bốn đường ở phía sau, do đó sửa đổi hình dạng tán để cho phép không khí thoát ra từ phía sau của tán, cung cấp tốc độ chuyển tiếp hạn chế. Các sửa đổi khác đôi khi được sử dụng là các đường cắt ở nhiều phần khác nhau (gores) để khiến một số chiếc váy bị cong ra ngoài. Việc quay đầu được thực hiện bằng cách tạo thành các cạnh của các sửa đổi, giúp cho chiếc dù từ một bên của sửa đổi có tốc độ cao hơn so với bên kia. Điều này mang lại cho người nhảy khả năng lái chiếc dù (chẳng hạn như chiếc dù dòng MC của Quân đội Hoa Kỳ), cho phép họ tránh chướng ngại vật và chuyển hướng vào gió để giảm thiểu tốc độ ngang khi hạ cánh.

• Rogallo wing

Nhảy dù thể thao đã thử nghiệm với cánh Rogallo, trong số các hình dạng và hình thức khác. Đây thường là một nỗ lực để tăng tốc độ chuyển tiếp và giảm tốc độ hạ cánh do các tùy chọn khác đưa ra vào thời điểm đó. Sự phát triển của dù ram-air và sự ra đời sau đó của thanh trượt buồm để triển khai chậm đã làm giảm mức độ thử nghiệm trong cộng đồng nhảy dù thể thao. Những chiếc dù cũng khó chế tạo.

• Ribbon and ring:

dù ribbon and ring có những điểm tương đồng với thiết kế hình khuyên. Chúng thường được thiết kế để triển khai ở tốc độ siêu thanh. Một chiếc dù thông thường sẽ nổ tung ngay lập tức khi mở ra và bị cắt nhỏ với tốc độ như vậy. Ruy băng dù có tán hình vành khuyên, thường có lỗ lớn ở giữa để thoát lực. Đôi khi chiếc nhẫn bị đứt thành các dải được nối với nhau bằng dây thừng để làm rò rỉ không khí nhiều hơn. Những lỗ rò rỉ lớn này làm giảm áp lực lên dù để nó không bị bung ra hoặc vỡ vụn khi mở ra. Dù ruy băng làm bằng Kevlar được sử dụng trên bom hạt nhân, chẳng hạn như B61 và B83.

• Ram-air

Các cánh dù Ram-air có thể bảo quản được (cũng như hầu hết các loại tán được sử dụng để nhảy dù thể thao) và có hai lớp vải — trên và dưới — được nối với nhau bằng các gân vải hình airfoil để tạo thành các "ô". Các ô chứa đầy không khí có áp suất cao hơn từ các lỗ thông hơi hướng về phía trước trên mép trước của cánh gió. Vải được định hình và các đường dây dù được cắt xén dưới tải trọng sao cho vải phồng lên thành hình cánh gió airfoil. Cánh gió này đôi khi được duy trì bằng cách sử dụng van một chiều bằng vải được gọi là khóa gió.

• Paraglider (dù lượn)

Dù lượn là một loại cánh linh hoạt được làm từ chất liệu vải. Cánh với các thiết bị cần thiết khác có thể được sử dụng để bay ở vùng nông thôn. Lợi thế của cánh dù lượn là sự đơn giản của nó. Nó có thể được đóng gói vào một ba lô tương đối nhỏ và hầu như không có yêu cầu về nơi hạ cánh. Môn thể thao dù lượn là môn thể thao còn rất non trẻ do đó các nhà thiết kế dù lượn có thông tin rất hạn chế về các chi tiết khí động học của cánh. Airfoil là một phần cơ bản của mọi cánh. Cánh của dù lượn được thổi phồng bởi không khí chuyển động.

Sự khác biệt chính là trong việc sử dụng dù lượn, thường là các chuyến bay dài hơn có thể kéo dài cả ngày và hàng trăm km trong một số trường hợp. Dây nịt cũng khá khác so với dây dù và có thể thay đổi đáng kể so với dây dành cho người mới bắt đầu (có thể chỉ là ghế băng với chất liệu nylon và vải để đảm bảo phi công được an toàn, bất kể vị trí nào), cho đến loại không có ghế ngồi cho cao các chuyến bay xuyên quốc gia và độ cao (đây thường là các thiết bị giống như chiếc võng hoặc kén toàn thân để bao gồm chân duỗi ra - được gọi là túi tốc độ, túi khí động học, v.v. - để đảm bảo hiệu quả khí động học và độ ấm).