Энергопоглощающая система и кресло вертолетное, содержащее энергопоглощающую систему

Изобретение относится к области авиастроения, в частности к энергопоглощающим системам, применяемым преимущественно для кресел вертолетов, а также к конструкции кресла вертолета, содержащего энергопоглощающую систему. Энергопоглощающая система включает в себя первую ступень энергопоглощения, состоящую из демпферной трубы с демпферными валами, и вторую ступень энергопоглощения, состоящую из энергопоглотительных вставок и втулок скольжения, установленных на цилиндрических нижних и верхних направляющих, по которым осуществляется скольжение кронштейнов-ползунов с сиденьем кресла при разрыве разрывного элемента. Первая ступень энергопоглощения дополнительно содержит втулку, обеспечивающую пространственную ориентацию демпферной трубы. Кресло вертолетное включает опорные стойки с энергопоглощающими системами, указанными выше, на которые устанавливается сиденье кресла посредством кронштейнов навески. Техническим результатом является повышение надежности конструкции энергопоглощающей системы и кресла в целом, повышение безопасности за счет эффективного гашения энергии удара. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области авиастроения, в частности к энергопоглощающим системам, применяемым преимущественно для кресел вертолетов.

Изобретение также относится к конструкции кресла вертолета, содержащего энергопоглощающую систему.

Известно противоаварийное кресло (патент США №9382008, МПК B60N2/42, B64D 11/06, опубликован 5.07.2016), содержащее сиденье и раму, прикрепленную к полу. Указанное кресло включает в себя, по меньшей мере, одну систему поглощения энергии, имеющую множество поглотителей энергии, расположенных параллельно. Указанное кресло включает в себя фиксатор, который может перемещаться в поступательном направлении, для зацепления сидения с системой поглощения энергии за счет соединения с одним концом одного или нескольких поглотителей энергии. Указанное кресло включает в себя, по меньшей мере, одну систему подвески, имеющую пружинный элемент, подвешивающий указанное сиденье к указанной раме в зависимости от веса пассажира, при этом механические средства фиксации взаимодействуют с фиксатором. Указанное кресло включает в себя механическую тормозную систему для блокировки системы подвески во время аварийной ситуации. Каждый поглотитель энергии проходит по высоте от первого концевого участка до второго концевого участка. Между первым концевым участков и вторым концевым участков поглотитель энергии может также включать пластически деформируемую зону. Кроме того, система поглощения энергии может иметь один или несколько плавких элементов, имеющих сужение, рассчитанное на разрыв при заданных условиях.

Недостатками данного технического решения являются сложная и дорогая в изготовлении форма деформируемого элемента, высокие требования к точности изготовления деформируемого элемента, что повышает вероятность возникновения брака; общая сложность энергопоглотительной схемы, которая содержит большое количество элементов, что может привести к некорректной работе при ударе; а также высокая масса энергопоглотительного узла.

Известна система энергопоглощения (патент США №8550224, МПК F16F 7/12, опубликован 08.10.2013), представляющая собой пластину, по существу, U-образной формы, которая привинчена к подвижной каретке и соединена с неподвижной опорой. Кроме того, предлагаемая система поглощения энергии содержит первый лист и второй лист, которые в нормальном состоянии упираются в подвижную каретку. Под действием усилия каретка движется. Зазор, образованный между подвижной кареткой и неподвижной опорой имеет максимальное значение. Часть пластины U-образной формы, соединенной с опорой, отсоединяется от нее, чтобы поглотить энергию удара. Пластина изготавливается из гибкого и прочного на разрыв материала.

Недостатком данного технического решения является использование в качестве демпфирующего элемента пластины, что требует достаточно сложной и точной операции гибки пластины под заданный паз. Кроме того, нет возможности быстрого и легкого монтажа и ремонта деформируемого элемента после его срабатывания. К недостаткам также относятся сложность визуального дефектоскопического контроля всех элементов узла при эксплуатации, более сложная, а, следовательно, более дорогая схема кресла и отсутствие дополнительного энергопоглотительного элемента в конечной фазе энергопоглощения для смягчения удара.

Известно кресло транспортного средства (патент РФ №2653347, МПК B64D 25/06, B60R 22/195, B60N 2/42, B64D 11/06, опубликован 07.05.2018), установленное на закреплённых на корпусе транспортного средства направляющих с возможностью перемещения относительно корпуса транспортного средства под действием аварийных нагрузок, и может быть использовано для защиты экипажа и пассажиров воздушных и наземных транспортных средств. Кресло содержит систему амортизаторов, которая выполнена в виде амортизаторов первой и второй очереди срабатывания. Причем амортизаторы имеют первые и вторые пары деформирующих опор и деформируемые элементы, зигзагом пропущенные через первые и вторые пары деформирующих опор. Кресло также содержит привязную систему из плечевых и поясных ремней для пользователя с устройством силового дотяга привязной системы плечевых ремней. При этом амортизаторы установлены параллельно друг другу. Место подсоединения амортизатора второй очереди срабатывания выполнено с зазором от места подсоединения амортизатора первой очереди срабатывания на величину хода устройства силового дотяга привязной системы из плечевых и поясных ремней.

Недостатками указанного технического решения являются выполнение деформируемых элементов в виде лент, что приводит к удорожанию конструкции кресла и усложнению монтажа, а также отсутствие быстрой и легкой возможности ремонта и монтажа деформируемого элемента после его срабатывания и сложность визуального дефектоскопического контроля элементов узла при эксплуатации. Кроме того, скольжение кресла вниз по направляющим нецилиндрического сечения может привести к заклиниванию механизма и непрогнозируемому разрушению.

В качестве ближайшего аналога выбран поглотитель энергии для поглощения энергии компонента транспортного средства при аварийной ситуации (патент США №6820931, МПК B60N 2/42, опубликован 23.11.2004), включающий в себя первую часть, вторую часть и удлиненный деформируемый элемент, прикрепленный к первой части и проходящий через деформирующее приспособление, поддерживаемое второй частью, при этом указанный удлиненный деформируемый элемент связывает между собой указанные первую и вторую части, но при этом когда усилие, действующее между указанной первой частью и второй частью в заданном направлении, превышает заданную величину, указанный удлиненный деформируемый элемент постепенно проталкивается через упомянутое деформирующее приспособление и подвергается пластической деформации, в результате чего происходит поглощение энергии.

Недостатком данного технического решения является использование в качестве основного силового элемента труб, так как цилиндрическое сечение работает на изгиб менее эффективно, как сечение в виде двутавра или швеллера. Кроме того, отсутствует элемент, который бы позволял сохранять положение оси деформируемой трубки относительно узла деформации, чтобы предотвратить непрогнозируемые деформации и разрушения, которые могут привести к заклиниванию или некорректной работе энергопоглотительного элемента. В схеме кресла также нет возможности остановки движения сиденья в некоторой минимальной по высоте точке, то есть сиденье может двигаться до упора в пол, что может привести к травме пассажира.

Задачей изобретения является разработка вертолетного кресла и энергопоглощающей системы для вертолетного кресла, обладающей высокой надежностью.

Техническим результатом является повышение надежности конструкции энергопоглощающей системы и кресла в целом, повышение безопасности за счет эффективного гашения энергии удара.

Технический результат достигается тем, что энергопоглощающая система включает в себя первую ступень энергопоглощения, состоящую из демпферной трубы с демпферными валами, при этом энергопоглощающая система содержит вторую ступень энергопоглощения, состоящую из энергопоглотительных вставок и втулок скольжения, установленных на цилиндрических нижних и верхних направляющих, по которым осуществляется скольжение кронштейнов-ползунов с сиденьем кресла при разрыве разрывного элемента, первая ступень энергопоглощения дополнительно содержит втулку, обеспечивающую пространственную ориентацию демпферной трубы.

Технический результат также достигается тем, что кресло вертолетное включает опорные стойки с энергопоглощающими системами, указанными выше, на которые устанавливается сиденье кресла посредством кронштейнов навески.

Далее изобретение поясняется следующими чертежами.

Фиг.1 – Каркас кресла.

Фиг.2 – Общий вид опорной стойки.

Фиг.3 – Вид нижней цилиндрической направляющей с разрывным элементом крупным планом.

Фиг.4 – Демпферная труба в сечении.

Кресло вертолетное устанавливается стационарно на закреплённых на полу вертолета направляющих. Направляющие позволяют варьировать размещение кресел по длине салона.

Каркас кресла (Фиг.1) включает в себя опорные стойки 1 с энергопоглощающими системами, на которые навешивается сиденье кресла 2 с кронштейнами навески 3, при этом опорные стойки 1 соединяются между собой поперечной трубой 4 и крепежными втулками 5. Сиденье кресла 2 обеспечивает размещение в нем пассажира и состоит из композитного ковша, представляющего собой основной силовой элемент сиденья и мягкости сиденья, включающего в себя мягкий пенистый материал и декоративную обшивку. Кронштейны навески 3, выполненные из алюминиевого сплава, устанавливаются на композитном ковше сиденья 2 и представляют собой силовые элементы швеллерной формы, связывающие сиденье кресла 2 и опорные стойки 1.

Опорные стойки 1 отличаются друг от друга зеркальным исполнением и включают в себя основную силовую балку 6 (Фиг.2), которая представляет собой основной силовой элемент, воспринимающий большую часть нагрузки. Силовые балки 6 изготавливаются из алюминиевого сплава в форме уголка и имеют ферменное строение, что позволяет минимизировать массу при сохранении прочностных характеристик.

На каждой силовой балке 6 устанавливается энергопоглощающая система, которая включает в себя цилиндрические нижние и верхние направляющие 7, 8 с энергопоглотительными вставками 9 и капролоновыми втулками скольжения 10; демпферную трубу 11 с демпферными валами 12 и капролоновой втулкой 13, размещаемые в кронштейне 14; а также разрывной элемент 15 (Фиг.3).

Цилиндрические направляющие 7, 8 предназначены для восприятия изгибной нагрузки и перемещения сидения вдоль их оси при действии нагрузки, требующей энергопоглощения. При этом цилиндрические направляющие 7, 8 выполняются из нержавеющей стали и своими нижними концевыми участками соединяются с алюминиевыми корпусами валов 16 болтовым соединением для закрепления на силовой балке 6. Верхний концевой участок нижнего цилиндрического направляющего 7 соединяется с силовой балкой 6 с помощью корпуса вала 17, также выполненного из алюминия, болтовым соединением. Капролоновые втулки скольжения 10 устанавливаются в качестве изоляционного слоя между нижними и верхними цилиндрическими направляющими 7, 8 и корпусами валов 16,17, а также между корпусом вала 16 и верхним выступом силовой балки 6, соответственно.

Для закрепления сиденья 2 на основные силовые балки 6 в верхних частях цилиндрических направляющих 7, 8 устанавливаются кронштейны-ползуны 18, выполненные из алюминиевого сплава с возможностью скольжения вдоль цилиндрических направляющих 7, 8 при нагрузке. При этом кронштейны-ползуны 18 заранее устанавливаются на цилиндрические направляющие 7, 8 до их монтажа на силовую балку 6 через отверстия во втулках скольжения 10. Кронштейны-ползуны 18 имеют возможность свободно перемещаться по цилиндрическим направляющим 7, 8 до установки демпферной трубы 11 и разрывного элемента 15. В кронштейнах-ползунах 18 имеются стальные втулки 19 (Фиг.3) для восприятия напряжения смятия от болтов, соединяющих между собой кронштейны-ползуны 18 и кронштейны навески 3 сиденья 2. На кронштейне-ползуне 18, закрепленном на верхней цилиндрической направляющей 8, устанавливается резьбовая пластина 20 (Фиг.2) из алюминиевого сплава, которая служит в качестве гайки при навесе сиденья 2 на стойки 1.

Энергопоглотительные вставки 9, устанавливаемые на цилиндрических направляющих 7, 8, выполняются из пеноалюминия и служат для дополнительного энергопоглощения при максимальном перемещении кресла вдоль стоек 1. Энергопоглотительные вставки 9 также заранее устанавливаются на цилиндрических направляющих 7, 8 до их установки, в натяг, без возможности самопроизвольного движения.

Демпферная труба 11 крепится на основную силовую балку 6 с помощью кронштейна 14 (Фиг.2). При этом демпферная труба 11 изготовлена из нержавеющей стали и предназначена для поглощения энергии удара и иных видов нагрузок вследствие движения сиденья вдоль цилиндрических направляющих 7, 8 в аварийной ситуации. Кронштейн 21 (Фиг.2), выполненный из алюминиевого сплава, устанавливается на кронштейне-ползуне 18 и, таким образом, соединяет демпферную трубу 11 с нижней цилиндрической направляющей 7, а также служит как гайка при навесе сиденья 2 на опорные стойки 1. Кронштейн 14, также выполненный из алюминия, служит для размещения в нем демпферной трубы 11, стальных демпферных валов 12 (Фиг.4), обеспечивающих деформацию демпферной трубы 11, и капролоновой Т-образной втулки 13 для пространственной ориентации демпферной трубы 11 и предотвращения ее перекоса. Капролоновая втулка 13 устанавливается в кронштейне 14 для недопущения работы демпферной трубы 11 на изгиб и обеспечения ее пространственной ориентации, также она создает силу трения с демпферной трубой 11 при движении и это дополнительно рассеивает энергию удара, так как часть энергии переходит в тепловую энергию в результате трения.

Разрывной элемент 15 представляет собой перевернутую Т-образную деталь с зауженной перемычкой, предназначенную для фиксации сиденья при воздействии на кресло определенной нагрузки и ограничивающую работу энергопоглощающей системы при нагрузках, меньше критических значений. Разрывной элемент 15 выполняется из нержавеющей стали и одним концом соединяется с нижней цилиндрической направляющей 7 посредством кронштейна-ползуна 18, а другим концом соединяется с корпусом вала 17 (Фиг.3).

Принцип работы энергопоглощающей системы кресла:

Опорные стойки 1 предварительно соединены между собой поперечной трубой 4, которая обеспечивает поперечную устойчивость и прочность кресла, и крепежными втулками 5. Сиденье кресла 2 устанавливается на опорные стойки 1 с помощью кронштейнов 3, которые соединяются с кронштейнами-ползунами 18 болтами.

В исходном положении кресло неподвижно относительно цилиндрических стальных направляющих 7, 8. Фиксация сиденья обеспечивается разрывным элементом 15. При превышении значения критической нагрузки, действующей на кресло, зауженная перемычка разрывного элемента 15 разрывается, давая возможность креслу перемещаться вдоль цилиндрических направляющих 7, 8. Разрывной элемент 15 практически не деформируется, разрушаясь сразу после воздействия критической нагрузки. Критическая нагрузка зависит от технического задания на кресло и может различаться. Соответственно меняются и параметры разрывного элемента, такие как: толщина, ширина прослабленной части, марка материала.

При движении кресла вниз по цилиндрическим направляющим 7, 8 происходит деформация демпферной трубы 11 при прохождении ее через зазор, образованный демпферными валами 12 (Фиг.4), зафиксированными в кронштейне 14, и тем самым часть действующей на кресло энергии рассеивается. Демпферные валы 12 изготавливаются из более жесткой и прочной стали, чем демпферная труба 11, например, сталь 30ХГСА.

Эффективность рассеивания энергии обуславливается выбором материала – нержавеющей стали, которая обладает высокими свойствами текучести и может длительное время деформироваться не разрушаясь. Также на эффективность рассеивания влияет выбор следующих геометрических характеристик, которые зависят от значений максимальной допустимой перегрузки, действующей на кресло по установленным нормам:

• Внешнего диаметра демпферной трубы 11;

• Толщины стенки демпферной трубы 11;

• Расстояния между демпферными валами 12;

• Длины деформируемой части демпферной трубы 11.

Комбинация данных характеристик позволяет варьировать степень деформации, в зависимости от допустимой максимальной нагрузки.

Когда сиденье кресла 2 вследствие движения кресла вниз доходит до энергопоглотительных вставок 9, кронштейны-ползуны 18 начинают воздействовать на энергопоглотительные вставки из пеноалюминия 9, которые, сжимаясь, дополнительно рассеивают воздействие нагрузки на кресло и смягчают удар в финальной точке перемещения. Часть энергии удара расходуется на тепловую энергию, которая образуется при трении демпферной трубы о капролоновую втулку 13 и трении цилиндрических направляющих 7, 8 и капролоновых втулок 10.

Комбинация двух методов энергопоглощения позволяет наиболее эффективно рассеять энергию удара, при этом смягчив его в конце движения сиденья, что минимизирует риск получения травмы сидящего в кресле пассажира.

Преимущество в силовой схеме достигается тем, что стальные цилиндрические направляющие 7, 8 являются как силовым элементом, так и элементом линейного перемещения. Они эффективно воспринимают действующую нагрузку, не разрушаясь и не деформируясь, при этом обеспечивают минимальную возможность заклинивания при движении сиденья вдоль них за счет своей цилиндричности, а также за счет того, что сиденье скользит по ним через втулки скольжения 10 с небольшим натягом. Кроме того, ремонотопригодность кресла позволяет использовать его повторно при испытаниях, когда нет нужды изготавливать все кресло, а также для макетов и выставок, после ремонта/замены следующих элементов: энергопоглотительных вставок 9, демпферной трубы 11 и разрывного элемента 15.

1. Энергопоглощающая система, включающая в себя первую ступень энергопоглощения, состоящую из демпферной трубы с демпферными валами, отличающаяся тем, что содержит вторую ступень энергопоглощения, состоящую из энергопоглотительных вставок и втулок скольжения, установленных на цилиндрических нижних и верхних направляющих, по которым осуществляется скольжение кронштейнов-ползунов с сиденьем кресла при разрыве разрывного элемента, при этом первая ступень энергопоглощения дополнительно содержит втулку, обеспечивающую пространственную ориентацию демпферной трубы.

2. Энергопоглощающая система по п.1, отличающаяся тем, что энергопоглотительная вставка выполнена из пеноалюминия.

3. Энергопоглощающая система по п.1, отличающаяся тем, что демпферная труба и демпферные валы выполнены из нержавеющей стали, при этом демпферные валы изготавливаются из более жесткой стали, чем демпферная труба.

4. Энергопоглощающая система по п.1, отличающаяся тем, что разрывной элемент представляет собой перевернутую Т-образную деталь с зауженной перемычкой.

5. Энергопоглощающая система по п.1, отличающаяся тем, что разрывной элемент выполнен из нержавеющей стали.

6. Энергопоглощающая система по п.1, отличающаяся тем, что втулки выполнены из капролона.

7. Кресло вертолетное, включающее опорные стойки с энергопоглощающими системами по п.1, на которые устанавливается сиденье кресла посредством кронштейнов навески.

8. Кресло вертолетное по п.7, отличающееся тем, что опорные стойки включают основную силовую балку, изготовленную в форме уголка ферменного строения.