De Parachute: Geschiedenis, Ontwerp en Toekomstige Innovaties

Achtergrond

Een parachute is een apparaat ontworpen om de snelheid van een persoon of object dat valt of door de lucht beweegt te reduceren. Primair gebruikt voor veilige dalingen vanaf grote hoogtes – zoals ruimtevaartuig herintrede of vliegtuigafworp – kunnen parachutes ook geconfigureerd worden voor horizontale uitrol om raceauto's of andere voertuigen na hun rit te vertragen.

Twee kernontwerpen bestaan. Het eerste is een koepelvormige canopy gemaakt van stof die kan variëren van een halfrond tot een kegel. Het tweede is een rechthoekige parafoil (ram-air canopy) die functioneert als een vleugel, wat springers toelaat om naar een doel te sturen. Beide typen wegen onder de 15 lb (7 kg) en kosten tussen $1.200 en $1.500.

Voor persoonlijk gebruik is een harnas geïntegreerd met een container die de canopy huisvest. De container is meestal een rugzak, maar kan ontworpen zijn zodat de gebruiker erop zit. Een uitrolapparaat – meest common een loslijntje – opent de container, wat een kleine piloot-parachute (~3 ft/1 m diameter) vrijgeeft die de hoofddoek uit de zak trekt. Een uitrolhuls of vergelijkbaar apparaat matigt de opening van de canopy om schok op de apparatuur en gebruiker te reduceren.

Geschiedenis

Vroege Chinese archieven uit de 12e eeuw beschrijven starre, paraplu-achtige parachutes gebruikt voor entertainment, wat mensen toestond van hoge plaatsen te springen en veilig naar de grond te zweven. Leonardo da Vinci schetste de eerste moderne parachute in 1495 – een piramide-vormige linnen canopy ondersteund door een houten frame – voorgesteld als ontSnappingsapparaat voor brandende gebouwen, hoewel het nooit getest werd.

De eerste echte experimenten begonnen in de 18e eeuw. In 1783 sprong de Franse natuurkundige Louis-Sébastien Lenormand van een boom met twee parasols. Twee jaar later gebruikte Jean-Pierre Blanchard zijde om de eerste niet-starre canopy te creëren, naar verluidt getest vanuit een luchtballon. André-Jacques Garnerin voerde meerdere ballonsprongen uit vanaf 1797, bereikend hoogtes van 8.000 ft (2.400 m) met een zijde of canvas canopy die ongeveer 100 lb (45 kg) woog. Zijn vroege sprongen werden geplaagd door oscillaties, wat in 1804 gemitigeerd werd door Joseph Lelandes's introductie van een topventilatie – een circulair gat dat lucht liet ontsnappen en de canopy stabiliseerde.

In de Verenigde Staten introduceerde Charles Broadwick in 1901 een touw-gekoppelde pak die automatisch uitrolde wanneer de lijn brak. Kapitein Albert Berry voerde de eerste parachutesprong vanuit een bewegend vliegtuig uit in 1912. Parachutes werden standaarduitrusting voor Amerikaanse militaire pilooten na WOI, na wijdverspreid gebruik door Duitse pilooten tijdens het laatste jaar van de oorlog.

WOII zag parachutes niet alleen voor pilootveiligheid maar ook voor tropendeployement. In 1944 patentte Frank Derry een stuurbaar ontwerp dat sleuven langs de buitenrand van de canopy incorporeerde.

De record voor de hoogste sprong werd in 1960 gezet door Joe Kittinger, die in een ballon opstijgde tot 102.800 ft (31 km) en sprong met een 6-ft (1,8 m) canopy. Hij ervoer vier minuten en 38 seconden vrije val, bereikend 714 mph (1.150 km/u), voordat hij een 28-ft (8,5-m) canopy opende op 17.500 ft (5,3 km). De hele daling duurde bijna 14 minuten.

Rauwmaterialen

Vroege canopies waren gemaakt van canvas, maar zijde bleek superieur door zijn dunheid, licht gewicht, sterkte, brandweerstand, en veerkracht. Tijdens WOII schakelde Amerikaanse fabrikanten over naar nylon na het zijde-embargo. Nylon's elasticiteit, schimmelweerstand, en lagere kosten maakten het het dominante materiaal. Moderne canopies zijn typisch geconstrueerd van ripstop nylon, geweven met een dubbele of extra-dikke draad op regelmatige intervallen die een patroon van kleine vierkanten vormen, wat scheurvoortplanting voorkomt.

Andere componenten – versterkende band, harnasriemen, ophanglijnen – zijn ook van nylon gemaakt. Metal connectors zijn gegoten staal met cadmium beplaat om corrosie te weerstaan, terwijl loslijnen roestvrij staal kabel gebruiken.

Eén productiefabriek rapporteert maandelijkse gebruik van meer dan 400.000 vierkante yd (330.000 m²) stof, 500.000 yd (455 km) band en webbing, 2,3 miljoen yd (2.000 km) touw, en 3.000 lb (1.400 kg) draad.

Ontwerp

Een koepel canopy kan een plat cirkel of een kegel/parabolische vorm zijn die niet plat ligt wanneer uitgebreid. Een topventilatie laat luchtstroom toe, en mesh panelen nabij de rand helpen bij sturen. Ophanglijnen kunnen continu over de canopy-span lopen of gesegmenteerd zijn, alleen vast aan de buitenrand en ventilatie.

Het Productieproces

Monteren

1. Ripstop nylon wordt op een lange tafel gelegd en in patroondelen gesneden met computer-gecontroleerd snijden of een rond-mes elektrisch mes.
2. Vier trapezium-panelen worden genaaid in een wig-vormige gore (≈13 ft/3,96 m). Een twee-naald industriemachine naait parallelle rijen met een Frans-vouw naad dat de randen vouwt voor sterkte. Sommige gore-secties kunnen mesh in plaats van ripstop nylon gebruiken.
3. Typisch 24 gores worden zij-aan-zij genaaid om de circulaire canopy te vormen, met naden identiek genaaid als stap 2.
4. Elk paneel en naad wordt geïnspecteerd op een verlichte tafel voor correct vouwen, naaien, en afwezigheid van defecten. Defecten worden vastgelegd en gerepareerd voordat men doorgaat.

Afwerken

• Bovenste naden worden versterkt met band genaaid over elke radiale naad.
• De centrale ventilatie wordt versterkt door de stof om webbing te rollen en vier parallelle rijen te naaien met een vier-naald machine.
• De buitenste zoom (2–3 ft/0,5–1 m breed) wordt afgemaakt zoals de ventilatie.
• V-vormige tabs worden in de zoom genaaid met een gespecialiseerde automatische machine om uniformiteit te garanderen.
• Ophanglijnen (20 ft/6 m) worden door elke V-tab gevlochten, dan zigzag-genaaid aan de zoom en naad voor 4–10 in (10–25 cm).
• 12 top lijnen (1 ft/30 cm) worden genaaid aan de centrale ventilatie, elk kruisend de ventilatie en bevestigd aan V-tabs op tegenovergestelde naden.

Rigging

• De canopy wordt aan het harnas gebonden via staal connector links. Lijnen moeten ongedraaid en in de juiste volgorde blijven.
• Knoopjes of Chinese vinger-val methoden beveiligen lijn-einden, met zigzag-naaien om onbedoelde vrijgave te voorkomen.
• Alle operaties ondergaan een finale inspectie. Goedgekeurde parachutes ontvangen een serienummer, productiedatum, en inspectiestempel.
• Een FAA-gecertificeerde rigger monteert de canopy, ophanglijnen, piloot-parachute, en activeringsapparaat (bijv. loslijntje) in de pak.

Kwaliteitscontrole

Fabrikanten moeten voldoen aan FAA burgerlijke en militaire luchtvaartstandaarden. Kwaliteitscontrole omvat verlichte inspectietafels, trektoetsmachines om stof- en naadsterkte te meten, permeameters om luchtdoorlatendheid te beoordelen, en precisie meetinstrumenten voor steektellingen.

De Toekomst

Lopend onderzoek zoekt betere materialen en ontwerpen. Een opvallende vooruitgang is het potentiële gebruik van parachutes voor nood-vliegtuig daling. Ballistic Recovery Systems Inc. (BRS) produceert General Aviation Recovery Devices (GARDs) voor kleine vliegtuigen. Hun canopies zijn 1.600 vierkante ft (150 m²), vacuüm-gepakt in een 15×10×6-in (38×25×15 cm) tas van 25 lb (10 kg), en geactiveerd door een kleine rakét om uitrol zelfs op lage hoogte te garanderen.

Eind jaren '90 hadden meer dan 14.000 lichte en ultralichte vliegtuigen GARDs van $2.000–$4.000 elk. BRS documenteerde 121 geredden levens per juni 1998, en de FAA keurde het systeem goed voor twee Cessna-modellen.

Een voorstel voor een vijf-parafoil systeem op Boeing 747's zou een controleerbare glijbaan voor nooddaling creëren, hoewel de praktische haalbaarheid onbewijzen blijft.