Сверхлегкое кресло летательного аппарата

Изобретение относится к пассажирскому креслу для летательного аппарата. Пассажирское кресло для летательного аппарата содержит каркас (1), спинку (2) и сиденье (3). Каркас содержит ножки (10), выполненные с возможностью крепления на полу летательного аппарата, и арматуру (12). Спинка и сиденье жестко закреплены на арматуре (12) каркаса (1). Каркас (1) является жестким, имеет трубчатую конструкцию и выполнен из пластического материала. Каркас образован из нескольких трубок (20, 21, 22, 23, 24), скрепленных между собой посредством соединительных деталей (30, 32, 34, 35), выполненных в виде жестких втулок, охватывающих концы скрепляемых трубок. Достигается упрощение конструкции кресла и уменьшение его веса и объема. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области изготовления и компоновки кабин летательных аппаратов для гражданской авиации, коммерческой авиации или военной авиации. В частности, изобретение относится к изготовлению авиационного кресла, предназначенного для одного или нескольких пассажиров.

Уровень техники

Кресла для летательных аппаратов должны отвечать специальным нормам, в частности, с точки зрения ударной прочности. Например, при динамическом испытании, имитирующем крушение, кресло подвергают ускорениям в 16g вдоль продольной оси летательного аппарата (ось Y на фиг.1), 3g вдоль перпендикулярной оси в горизонтальной плоскости летательного аппарата (ось X на фиг.1) и 14g вдоль вертикальной оси летательного аппарата (ось Z на фиг.1), где g является ускорением свободного падения (g≈9,81 м·с^-2).

Чтобы соответствовать этим условиям, пассажирские кресла летательных аппаратов выполняли при помощи большого количества деталей, как правило из металла. Эти металлические конструкции являются относительно прочными и придают, таким образом, креслам высокую ударную прочность. Однако металлические конструкции являются плотными и делают кресла исключительно тяжелыми.

Традиционные кресла содержат сиденье и спинку, как правило, выполненные при помощи подушек из пеноматериала и расположенные на жесткой части из металла. Жесткая часть, как и толстые подушки из пеноматериала, способствуют увеличению веса кресла.

Кроме спинки и сиденья, кресло содержит различные аксессуары, такие как ремень безопасности, подлокотники, складные столики, гнезда для журналов и инструкций по соблюдению правил безопасности. Многие из этих аксессуаров закреплены на кресле при помощи металлических конструкций. Эти аксессуары еще больше увеличивают вес кресел.

Задачей современного проектирования авиационных кресел является уменьшение веса, объема и сокращение сложности кресла при одновременном соблюдении действующих норм. Действительно, когда летательный аппарат содержит около сотни кресел, доля кресел в общем весе летательного аппарата может быть довольно значительной, а занимаемый ими объем влияет на коммерческую рентабельность.

Вес является проблемой, приобретающей все большее значение при конструировании авиационных кресел, одновременно с экономической точки зрения, а также с точки зрения экологии. Уменьшение унитарного веса кресел позволяет уменьшить общий вес летательного аппарата. Таким образом, можно снизить расход топлива летательным аппаратом, уменьшить размер его топливного бака и снизить мощность его двигателей или, наоборот, увеличить дальность его полета. С точки зрения экологии уменьшение веса кресел имеет большое значение: для одного и того же самолета оно позволяет уменьшить количество расходуемого топлива и сократить, таким образом, выброс в атмосферу двуокиси углерода (CO₂) или оксидов азота (NO_x).

Объем кресел является второй проблемой, решение которой должно отвечать увеличению ежегодных пассажирских перевозок. За счет уменьшения унитарного объема кресел можно уменьшить расстояние между двумя рядами кресел и увеличить количество пассажиров, размещаемых внутри летательного аппарата, или, наоборот, увеличить пространство, предназначенное для каждого пассажира, или пространство, предназначенное для грузов. При постоянном пассажиропотоке на воздушной линии оптимальное заполнение летательного аппарата позволяет сократить число полетов: при этом экономия топлива влечет за собой уменьшение выбросов газа и парникового эффекта.

Сложность кресел предопределяет несколько проблем во время изготовления, обслуживания или для логистики различных деталей. Чем больше число деталей, из которых состоит кресло летательного аппарата, тем сложнее и дороже становятся логистика и процесс изготовления этого кресла. Крепления между этими различными деталями часто являются металлическими (как правило, из нержавеющей стали) для соблюдения норм безопасности и утяжеляют кресло. Таким образом, сокращение числа деталей позволяет уменьшить объем и вес кресла.

Кроме того, эти кресла исторически включают в себя функции, отражающиеся на весе и стоимости, которые больше не отвечают конфигурациям современных кабин: наклон спинки, например, больше не применяют, когда пространство между рядами кресел является небольшим. Комфортность авиационных кресел должна быть адаптирована в соответствии с нуждами авиационных компаний.

Сиденье или спинка авиационных кресел содержат подушку, которая может с трудом поддаваться очистке. Добавление подушки в кресло приводит к увеличению веса самолета, к увеличению времени очистки кресел между полетами и снижает гигиену на борту летательного аппарата.

В документе WO 8502384 описана конструкция авиационных кресел, состоящая, как минимум, из двух частей, в которых используют углеродные волокна, а не сталь, чтобы уменьшить вес кресла без снижения его ударной прочности. В документе WO 2007136578 предложено использовать композиционные материалы, более дешевые, чем углеродные волокна, с той же целью уменьшения веса кресла. Наконец, в документе WO 2010112875 предложено сократить число креплений в конструкции кресла за счет формования каркаса, состоящего из нескольких деталей, из композиционных материалов.

Кресла, описанные в этих патентных документах, преследуют цель снижения веса кресла без увеличения затрат, однако в этих документах по-прежнему предложено кресло, предполагающее выполнение или использование многих деталей и не имеющее конструкции, в которую пассажир может садиться непосредственно.

Можно указать также документы EP 0982180, EP 1946962 и US 2008088166, представляющие собой наиболее близкие аналоги, относительно которых был определен объем настоящего изобретения.

Настоящим изобретением предлагается кресло с жесткой конструкцией очень незначительного веса. Это кресло должно отвечать задаче сочетания комфорта пассажира, в частности, что касается сиденья и спинки, и механической прочности, чтобы соответствовать действующим нормам в области воздушных пассажирских перевозок. При этом пассажир должен иметь возможность садиться непосредственно в кресло без добавления дополнительных деталей.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение было разработано в духе вышеупомянутой проблематики: упрощения конструкции кресла, уменьшения его веса и объема, соблюдения экологических норм.

В этой связи первым объектом изобретения является пассажирское кресло для летательного аппарата, содержащее:

- каркас, содержащий ножки, закрепленные на полу летательного аппарата, и арматуру;

- по меньшей мере, одну спинку, и

- по меньшей мере, одно сиденье,

при этом указанная, по меньшей мере, одна спинка и указанное, по меньшей мере, одно сиденье жестко закреплены на арматуре каркаса.

Согласно изобретению, каркас является жестким, имеет трубчатую конструкцию и выполнен из пластического материала.

Предпочтительно пластический материал каркаса является полиэфиримидной смолой.

В предпочтительном варианте осуществления кресла в соответствии с изобретением каркас армирован волокнами материала из группы, содержащей углерод, стекло и растительные волокна.

В первом варианте конструкции кресла каркас является моноблочным.

В этом случае способ изготовления каркаса в соответствии с изобретением представляет собой ротационное формование.

Во втором варианте конструкции в соответствии с изобретением каркас состоит из нескольких трубок, скрепленных между собой при помощи соединительных деталей.

В этом последнем случае соединительные детали представляют собой жесткие втулки, охватывающие концы двух скрепляемых друг с другом трубок. Эти втулки могут быть металлическими или могут быть выполнены из композиционных материалов.

В обоих случаях втулки можно выполнять литьем под давлением либо из металла, либо с использованием термореактивной матрицы, содержащей наполнитель из волокон материала, выбранного из группы, включающей в себя углерод, стекло и растительные волокна.

В этом втором варианте конструкции в соответствии с изобретением способ изготовления каркаса предполагает применение формования при помощи накачиваемой камеры, при этом углеродные волокна применяют в виде оплетки.

В другом способе осуществления каркаса в соответствии с изобретением применяют экструзию/выгибание.

В предпочтительном варианте осуществления кресла в соответствии с изобретением спинка и сиденье имеют небольшую толщину, то есть порядка миллиметра, и закреплены на жестком каркасе.

В рамках способа в соответствии с изобретением, если не применяют ротационное формование, спинку и сиденье выполняют посредством дополнительного литья на каркасе.

Кресло в соответствии с изобретением выполняет несколько функций: обеспечение динамической стойкости к ударам и высоким ускорениям, комфорт пассажира при помощи сидения и спинки и крепление различных аксессуаров (складные столики, гнезда для журналов, подлокотники, …).

Первой функцией кресла является обеспечение конструктивной прочности. Кресло в соответствии с изобретением имеет относительно простую конструкцию: действительно, повышение прочности кресла достигается за счет увеличения жесткости конструкции с отказом от шарнирного соединения между спинкой и сиденьем. Конструкция каркаса в виде единого жесткого элемента обеспечивает, таким образом, прохождение напряжений через все кресло и отсутствие слабой точки, связанной с шарниром. За счет этого можно облегчить конструктивную часть.

Традиционные слабые точки на уровне углов спинка/сиденье усилены за счет использования дуг окружности при помощи изогнутых жестких втулок, выполненных из металла или из композиционного материала, или выгнутых или ротационно формованных трубок вместо использования прямых углов. Таким образом, усилия распределяются по всей дуге окружности, а не концентрируются на уровне угла. Каркас кресла в соответствии с изобретением позволяет ограничить проседание кресла во время торможения, удара или ускорения вдоль продольной оси летательного аппарата, будучи напрямую соединенным через ножки с корпусом летательного аппарата. Это позволяет ограничить усилия, проходящие через угол между спинкой и сиденьем кресла.

Вторая функция состоит в обеспечении комфорта пассажира. Спинка и сиденье кресла представляют собой части, входящие в непосредственный контакт с пассажиром, и не могут участвовать или могут участвовать лишь в ограниченной степени в обеспечении конструктивной прочности кресла. Поскольку каркас кресла выполнен в виде единой детали, сиденье и спинка выполнены с ним за одно целое и, следовательно, могут быть гораздо более тонкими, чтобы уменьшить общий вес кресла. Учитывая, что сиденье и спинка входят в прямой контакт с пассажиром, они должны быть удобными, должны хорошо поддаваться мойке и должны быть достаточно шероховатыми. Легкость мойки обеспечивают за счет применения покрытия из водоотталкивающих материалов.

Факультативный вариант осуществления кресла в соответствии с изобретением предусматривает выполнение сиденья шероховатым. Действительно, если материал сиденья является водоотталкивающим и гладким, это может привести к недостаточному сцеплению между пассажиром и креслом, и пассажир может постоянно соскальзывать вперед во время торможений летательного аппарата. Чтобы избежать этого неудобства, на уровне сиденья можно выполнить насечки для повышения его шероховатости (насечки имеют около миллиметра ширины и около одной десятой миллиметра глубины). После выполнения производят сглаживание кромок насечек, чтобы избежать порезов пассажира.

Последняя функция кресла летательного аппарата заключается в креплении различных аксессуаров, таких как ремень безопасности, подлокотники, складные столики, гнезда для журналов и инструкций по безопасности. Аксессуар выполняют с использованием очень тонкого профиля или посредством утонения материала до толщины порядка миллиметра, затем его крепят на жестком каркасе.

Для шарнирных аксессуаров, таких как складной столик или подлокотник, на каркасе крепят только ось вращения, после чего на этой оси вращения крепят аксессуар, который должен быть максимально легким: полый кронштейн очень незначительной толщины, находящийся максимально близко к каркасу, позволяет ограничить его вес за счет ограничения плеча рычага, образуемого аксессуаром.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан каркас кресла, выполненный посредством литья в виде единой детали, в соответствии с изобретением, а также используемая ортогональная система координат, вид в перспективе;

на фиг.2 показано кресло в соответствии с изобретением с литым каркасом и различными аксессуарами, выполненными посредством дополнительного литья, вид в перспективе в разборе;

на фиг.3 показано кресло в соответствии с изобретением, изображенное на фиг.2, вид сзади в разборе;

на фиг.4 показан каркас кресла в соответствии с изобретением в варианте осуществления с соединенными друг с другом трубками;

на фиг.5A и 5B представлены два примера осуществления соединительных деталей для получения каркаса кресла в соответствии с изобретением с соединенными друг с другом трубками;

на фиг.6 показано соединение между двумя трубками с факультативной муфтой, вид в разрезе.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлен вариант осуществления каркаса 1 кресла в соответствии с изобретением, образованного полой трубчатой конструкцией. Точки крепления находятся на части каркаса, связанной с полом летательного аппарата. Все углы закруглены, по меньшей мере, слегка в виде дуги окружности. Нижние части передней 10 и задней 11 вертикальных трубок образуют ножки кресла и напрямую соединены с точкой крепления кресла на полу летательного аппарата. Верхняя часть задних вертикальных трубок 11 образует дорсальную часть 12 каркаса 1 кресла. Арматура дополнена посадочной частью 13. На этой фиг.1 показано трехместное кресло, для которого необходимы только две передние вертикальные стойки 10 и две задние вертикальные стойки 11, обрамляющие среднее кресло. В этом случае боковые кресла расположены консольно.

Выбираемый материал должен соответствовать действующим нормам с точки зрения токсичности, воспламеняемости и теплопередачи. Таким материалом является пластик, выбираемый из термореактивных полимерных смол, таких как эпоксидная смола, или из термопластов, таких как полиэфиримидная смола (ПЭИ). В случае необходимости осуществления формования литьем можно использовать термопластическую смолу, например, такую как полиэфиримидная смола (ПЭИ), армированная или не армированная волокнами, которая удовлетворяет этим требованиям. Диаметр трубок, образующих такой каркас 1, составляет около сантиметра, а толщина трубок составляет примерно несколько миллиметров.

Для изготовления такого каркаса 1 в качестве первого способа в соответствии с изобретением применяют ротационное формование. Полимерную смолу, образующую матрицу материала, измельчают до состояния порошка и располагают внутри литейной формы. Для армирования каркаса в порошок можно добавить короткие волокна из углерода, пластика и/или растительные волокна, например из конопли. Затем литейную форму вращают вокруг трех осей вращения, образующих триэдр. Нагрев позволяет расплавить порошок, который равномерно агломерируется на бортах формы, охватывая волокна внутри матрицы, образуя, таким образом, полую структуру.

Чтобы еще больше повысить прочность каркаса 1, некоторые части не должны иметь прерывистости: речь идет о частях, находящихся в плоскости, содержащей вертикальную ось (Z) и продольную ось (Y) летательного аппарата. Одна из таких плоскостей содержит одну из трубчатых штанг, например, заднюю вертикальную трубку 11, соединяющую дорсальную часть 12 с точкой крепления каркаса 1 на полу летательного аппарата. Жесткость каркаса 1 относительно продольной оси (Y) летательного аппарата является определяющей для устойчивости кресла, в том числе при испытаниях на динамическую прочность.

На фиг.2 показан пример трехместного кресла в соответствии с изобретением в частичном разборе. На фигуре дополнительно показаны спинки 2 и сиденья 3, которые будут закреплены на каркасе 1. Эти части являются очень тонкими и имеют рифленый рисунок, позволяющий увеличить их шероховатость. Предпочтительно спинки 2 и сидения 3 выполнены из того же материала, что и каркас 1, например из полиэфиримидной смолы, и имеют толщину около миллиметра. На первой стадии эти элементы вырезают для получения необходимой формы, затем подвергают горячему формованию: в спинке 2 выполняют полость. Посредством выполнения неглубокого надрезания на уровне сиденья 3 выполняют насечки или микронасечки для увеличения его шероховатости, которые затем закругляют посредством шлифования. Спинки 2 и сиденья 3 крепят на каркасе 1 посредством дополнительного литья на уровне их краев.

На уровне сидений 3 и спинок 2 можно произвести дополнительную обработку посредством их покрывания более мягким материалом, таким как водоотталкивающие силиконовые производные, чтобы повысить комфортабельность кресла. Это поверхностное покрытие должно быть относительно тонким, от нескольких миллиметров до одного сантиметра толщины, чтобы избежать чрезмерного увеличения веса кресла.

В нижней части спинок 2 и на сиденьи 3 можно выполнить полость 8, 9, чтобы получить комфортабельное и эргономичное кресло.

Аксессуары крепят на кресле тоже посредством дополнительного литья. На первой стадии аксессуар формуют из полиэфиримидного профиля или из силиконовых производных и, в случае необходимости, повергают поверхностной обработке для обеспечения более приятного контакта, затем крепят на кресле посредством дополнительного литья. Это относится к гнездам 6 для журналов, выполняемым на дорсальной или задней части спинок 2, к подлокотникам 7 или к осям вращения 5 складных столиков 4, расположенных сзади кресла. Такой складной столик 4 можно тоже выполнить из полиэфиримида с целью получения дополнительного выигрыша в весе. Крепление аксессуаров можно осуществлять уже на первоначальном этапе изготовления составных элементов кресла, чтобы пластины, поддерживающие эти аксессуары, были связаны с сердцевиной структуры, образующей эти элементы.

На фиг.3 в частичном разборе показаны все эти составные элементы кресла.

Другим способом изготовления каркаса 1 кресла является формование при помощи накачиваемой камеры (bladder inflation molding). Такой способ позволяет усилить литые трубки за счет размещения в литейной форме цилиндрической оплетки из композиционного материала, содержащей полимерную матрицу, такую как полиэфиримидная смола, и волокна из углерода, и/или пластика, и/или растительного происхождения, такие как конопляные волокна. Внутри оплетки располагают камеру, и весь комплекс помещают в форму. После накачивания камеры форму нагревают, при этом оплетка прижимается к горячей форме. Полимерная смола оплетки плавится и образует матрицу вокруг усилительных волокон. Матрица затвердевает при понижении температуры формы. Таким образом, можно изготовить усиленный каркас кресла в соответствии с изобретением.

Третий способ осуществления такого каркаса состоит в применении способа экструзии/выгибания, который дает результат, аналогичный результату способа формования при помощи накачиваемой камеры. В рамках такого способа трубку получают посредством экструзии, то есть полимерную смолу переводят в состояние пасты, в случае необходимости, с наполнителем из волокон, и вытягивают через фильеру для получения рисунка, похожего на рисунок фильеры, повторяющийся на большой длине. Эта стадия является относительно распространенной в производстве пластмасс для получения длинномерных труб. На второй стадии, целью которой является выгибание, трубку локально нагревают, чтобы приблизиться к температуре стеклообразования и добиться размягчения материала. Затем при помощи трех шкивов осуществляют кручение, что позволяет произвести выгибание и получить трубку необходимой формы.

Этот способ позволяет также изготавливать каркас кресла в соответствии с изобретением по частям путем изготовления нескольких трубок для одного кресла, а именно более или менее прямых трубок и изогнутых трубок.

На фиг.4 представлен пример осуществления каркаса кресла в соответствии с изобретением с соединением нескольких трубок 20, 21 и 22. Их соединяют при помощи соединительных деталей 30, 32. Трубки 20 являются изогнутыми, то есть они выгнуты, например, посредством применения вышеуказанного способа экструзии/выгибания. Трубки 21 являются более прямыми, тогда как трубки 22, образующие ножки каркаса, изогнуты в трех местах. Соединительные детали 30 и 32 могут иметь разные конфигурации в зависимости от реализуемого соединения. Соединительные детали 30 позволяют получить соединение в одной плоскости. Такая соединительная деталь показана на фиг.5B. Она соединяет относительно прямую трубку 20, образующую верхнюю центральную часть трех кресел, с вертикальной трубкой 22, образующей дорсальную часть боковых кресел. Перпендикулярная часть 33 соединена с главной связью 31. Две части 31 и 33 такой двойной соединительной детали 30 охватывают свободный конец трубки 22 и окружают более или менее центральную часть другой трубки 20.

Как показано на фиг.5A, можно выполнять простые, но изогнутые соединительные детали 34, соединяющие только две трубки 23 и 24.

Предпочтительно все эти соединительные детали выполнены из металла и, следовательно, являются более плотными, чем соединяемые ими трубки. В альтернативном варианте их можно выполнять из композиционного материала так же, как и каркас. В этих двух случаях втулки можно выполнять литьем под давлением либо из металла, либо из термореактивной матрицы с наполнителем из волокон, выбираемых из группы, включающей в себя углерод, стекло и растительные волокна. Полученные соединения позволяют поглощать вибрации, исходящие от пола, и ограничить неудобство для пассажира. Следует отметить, что прочность соединения тем выше, чем больше зона перекрывания между трубками и этими соединительными деталями.

Как показано на фиг.6, крепление между трубками и соединительными деталями может быть либо механическим с применением винта или заклепки, проходящих через трубку и соединительную деталь на уровне перекрывания, либо химическим с использованием адгезива на уровне перекрывания.

В середине соединения можно вставить амортизирующий элемент. Он может быть выполнен в виде муфты 50 из пенополиуретана, вставленной между трубкой 25 и соединительной деталью 35. Крепление между соединительной деталью 35 и трубками 35 тоже осуществляют, например, при помощи винта или заклепки 40, которая проходит через три элемента. Можно также применять химические крепления.

Авиационное кресло в соответствии с изобретением обеспечивает большой выигрыш в весе за счет низкой плотности всей конструкции по сравнению с известной конструкцией. Оно предназначено в частности для гражданских перевозок пассажиров летательными аппаратами экономического класса.

1. Пассажирское кресло для летательного аппарата, содержащее каркас (1), содержащий ножки (10), выполненные с возможностью крепления на полу летательного аппарата, и арматуру (12), по меньшей мере, одну спинку (2) и, по меньшей мере, одно сиденье (3), при этом указанная, по меньшей мере, одна спинка и указанное, по меньшей мере, одно сиденье жестко закреплены на арматуре (12) каркаса (1), отличающееся тем, что каркас (1) является жестким, имеет трубчатую конструкцию и выполнен из пластического материала, при этом он образован из нескольких трубок (20, 21, 22, 23, 24), скрепленных между собой посредством соединительных деталей (30, 32, 34, 35), выполненных в виде жестких втулок, охватывающих концы скрепляемых трубок.

2. Кресло по п.1, отличающееся тем, что пластический материал каркаса является термопластическим полимером, таким как полиэфиримидная смола.

3. Кресло по п.1, отличающееся тем, что пластический материал каркаса является термореактивным полимером, таким как эпоксидная смола.

4. Кресло по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что каркас (1) армирован волокнами материала из группы, содержащей углерод, стекло и растительные волокна.

5. Кресло по п.1, отличающееся тем, что соединительные детали (30, 32) представляют собой металлические втулки.

6. Кресло по п.5, отличающееся тем, что металлические втулки выполнены литьем металла под давлением.

7. Кресло по п.1, отличающееся тем, что соединительные детали (30, 32) представляют собой втулки из композиционного материала.

8. Кресло по п.7, отличающееся тем, что втулки из композиционного материала выполнены путем литья под давлением термореактивной матрицы, содержащей наполнитель из волокон материала из группы, включающей в себя углерод, стекло и растительные волокна.

9. Кресло по пп.1 или 2, отличающееся тем, что указанная, по меньшей мере, одна спинка (2) и указанное, по меньшей мере, одно сиденье (3) имеют небольшую толщину порядка миллиметра и закреплены на каркасе (1).

10. Кресло по п.4, отличающееся тем, что каркас (1) выполнен посредством формования при помощи накачиваемой камеры, при этом пластик армирован оплеткой из волокон материала из группы, включающей в себя углерод, стекло и растительные волокна.

11. Кресло по п.4, отличающееся тем, что каркас (1) выполнен посредством экструзии/выгибания.

12. Кресло по п.5, отличающееся тем, что каркас (1) выполнен посредством экструзии/выгибания.

13. Кресло по одному из пп.10-12, отличающееся тем, что указанная, по меньшей мере, одна спинка (2) и указанное, по меньшей мере, одно сиденье (3) выполнены посредством дополнительного литья на каркасе (1).