ПОГЛОТИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ НА САМОЛЕТЕ
POWER ABSORBER AND ITS APPLICATION IN AIRCRAFT

Область техники
Настоящее изобретение относится к поглотителям энергии для самолета. В частности, настоящее изобретение относится к поглотителям энергии для самолета, к использованию такого поглотителя энергии в самолете и к способу поглощения энергии в самолете.
В самолете используются держатели или крепежные элементы для удержания и закрепления бортовых устройств, таких как облицовка потолка, багажные отсеки или другие приспособления. В случае жестких крепежных элементов, при интенсивном ускорении, которое может иметь место при попадании самолета в шторм или, например, при вынужденной посадке, возникающие силы ускорения могут воздействовать непосредственно на несущую конструкцию самолета через держатель закрепленного бортового устройства. Аналогичным образом, все силы или ускорения, действующие на бортовое устройство, могут быть переданы непосредственно через держатель или систему держателя на несущую конструкцию самолета.
Известные держатели и бортовые устройства, закрепленные этими держателями, могут быть статически размещены в виде статической нагрузки или максимальной полезной нагрузки. Выход из строя держателя, например поломка держателя или отрыв от бортового устройства из-за чрезмерных сил ускорения, может привести к повреждению держателя, бортового устройства или несущей конструкции самолета и, кроме того, может подвергнуть опасности или ранить пассажиров или привести к осложнениям при возможной эвакуации.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание поглотителя энергии для самолета, который обеспечивает безопасное крепление бортовых устройств или других деталей самолета при нормальных и интенсивных механических нагрузках.
Согласно одному варианту осуществления изобретения предлагается поглотитель энергии для самолета, содержащий первый элемент поглотителя энергии, второй элемент поглотителя энергии, третий элемент поглотителя энергии и четвертый элемент поглотителя энергии, которые предназначены для поглощения энергии ускорения или сил ускорения за счет пластической деформации. Пластическая деформация элементов поглотителя энергии происходит внутри корпуса. Первый элемент поглотителя энергии расположен рядом со вторым элементом поглотителя энергии, и третий элемент поглотителя энергии расположен рядом с четвертым элементом поглотителя энергии так, чтобы соответствующие, смежные элементы поглотителя энергии были связаны друг с другом, то есть опираются друг на друга во время движения качения.
С помощью элементов поглотителя энергии, которые встроены, по меньшей мере, частично в указанный корпус, механические нагрузки на оборудование, которое соединено через поглотитель энергии с несущей конструкцией самолета и которым может быть, например, багажный отсек, установленный над пассажирами, могут быть ограничены. Например, поглотитель энергии может быть рассчитан на поглощение энергии ускорения, возникающей при движении самолета. Благодаря поглощению энергии ускорения передача силы от несущей конструкции самолета на бортовое устройство или от бортового устройства на несущую конструкцию может быть уменьшена. Это может повысить пассивную безопасность в салоне. Кроме того, при использовании поглотителя энергии по настоящему изобретению с элементами поглотителя энергии конструкция бортового устройства может быть изготовлена из специального материала или с расчетом снижения веса устройства, так что возможные максимальные механические нагрузки могут быть снижены. Это позволяет оптимизировать веса всех компонентов, включенных в кривую нагрузки (например, бортовых компонентов, держателя и несущей конструкции). Кроме того, в такой статически сбалансированной системе можно обеспечить равномерное распределение нагрузки, особенно в конструкции, деформируемой нагрузкой.
Благодаря использованию множества элементов поглотителя энергии, которые расположены параллельно друг другу и лежат плоскими поверхностями друг на друге, можно увеличить уровень силы. Кроме того, можно наиболее целесообразно использовать имеющееся пространство, и расположенные в разных местах элементы поглотителя энергии (например, в виде листов или пластин) могут более благоприятно влиять на распределение усилий в поверхностных слоях, чем существующие ныне устройства с двумя линиями сил.
Таким образом, при использовании поглотителя энергии по настоящему изобретению импульсы силы при ударе о землю, например, при вынужденной посадке могут быть, по меньшей мере, частично поглощены. Результирующее силовое воздействие, соответственно, не может быть полностью передано бортовому устройству, а будет, скорее, дополнительно погашено или приведено к заданному уровню силы так, что сбой в работе оборудования будет предотвращен.
По принципу пластической деформации можно также погасить многочисленные удары о землю в прямом и обратном направлении. Иными словами, поглотитель энергии может работать в двух направлениях (при извлечении из корпуса и вводе в корпус), поглощая, таким образом, удары в различных направлениях.
Внешние действующие силы могут быть уменьшены, в результате чего (при соответствующей конструкции) отдельный корпус может быть упразднен и может быть интегрирован в соответствующую геометрию (например, сотовые пластины с полкой).
Можно полностью устранить трение между поверхностями.
Согласно еще одному примеру воплощения изобретения поглотитель энергии дополнительно включает пятый элемент поглотителя энергии и шестой элемент поглотителя энергии, которые примыкают друг к другу, так что они опираются друг на друга во время движения качения.
Таким образом, может быть использовано множество пар поглотителей энергии, которые перекатываются относительно друг друга, благодаря чему уровень силы может быть дополнительно увеличен, и можно создать более плоскую конструкцию поглотителя энергии.
В еще одном примере воплощения изобретения предусмотрены седьмой элемент поглотителя энергии и восьмой элемент поглотителя энергии, причем седьмой элемент поглотителя энергии встроен в первый элемент поглотителя энергии, а восьмой элемент поглотителя энергии встроен во второй элемент поглотителя энергии.
Таким образом, может быть обеспечено более равномерное распределение поглощаемых сил на корпусе.
Согласно еще одному примеру осуществления изобретения корпус включает первую накладную пластину или накладной лист, вторую накладную пластину или накладной лист, и неподвижную опору второго элемента поглотителя энергии и первого элемента поглотителя энергии.
Согласно еще одному примеру осуществления изобретения первый элемент поглотителя энергии имеет продольный разрез, а корпус дополнительно имеет промежуточную стенку, которая установлена в области указанного разреза.
Путем разреза листа по длине и разделения корпуса промежуточными стенками на ряд камер можно существенно снизить максимальные силы на поверхностных слоях.
Согласно еще одному примеру осуществления изобретения поглотитель энергии дополнительно включает первый участок крепления и второй участок крепления, благодаря чему первый участок крепления используется для крепления поглотителя энергии к несущей конструкции, а второй участок крепления используется для крепления поглотителя энергии на бортовом устройстве.
Участки крепления могут быть, например, участками сборки. В этом отношении, поглотитель энергии сначала может быть жестко прикреплен к корпусу самолета или установлен на поверхность потолка или прикреплен к опорному элементу несущей конструкции. Затем элемент бортового устройства соединяется через второй участок крепления с поглотителем энергии.
Согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения крепление поглотителя энергии к несущей конструкции или к бортовому устройству осуществляется посредством замкового соединения или устройства принудительной блокировки.
Следовательно, можно смонтировать поглотитель энергии упрощенным способом. Первый участок крепления дополнительно может иметь конфигурацию, например, в виде зажимного кулачка, который вставляется в прямоугольную опорную секцию. При этом зажимной кулачок может быть сконструирован, например, таким образом, что поглотитель энергии крепится к опоре со вставкой, удерживающей его постоянный вес. Для конечного крепления поглотителя энергии поглотитель энергии затем может быть закреплен с помощью винтов, заклепок, автоматических зажимов или тому подобного крепежа к опоре.
Согласно еще одному примеру осуществления изобретения поглотитель энергии дополнительно имеет регулирующий элемент. Регулирующий элемент может изменять радиус изгиба элемента поглотителя энергии и плечо рычага. Таким образом, может быть обеспечено изменение уровня силы (корректируется переменная или постоянная характеристика, так же как нарастающая или падающая характеристика).
Таким образом, прогрессия силы может быть отрегулирована непрерывным изменением расстояния до накладного листа.
Кроме того, прогрессия путь-сила может регулироваться индивидуально изменением контура накладного листа. Кроме того, сам поглотитель энергии может иметь заданную конструкцию или контур, чтобы индивидуально регулировать дальнейшее согласование зависимости путь-сила.
Например, накладной лист может иметь выпуклость или горб с тем, чтобы подвергнуть элемент поглотителя энергии дополнительному изгибу, который повлияет на уровень силы соответствующим образом.
Согласно еще одному примеру осуществления изобретения поглотитель энергии имеет определенное направление поглощения энергии, и поглощение энергии через поглотитель энергии осуществляется только после превышения минимальной силы (ограничение силы), которая действует в направлении поглощения энергии.
Внутреннее устройство (например, отсек или тому подобное) может быть закреплено, в основном, неподвижно с минимальной нагрузкой с тем, чтобы это обеспечивало нормальную работу устройств на борту самолета. При увеличенной нагрузке, такой как ударное воздействие, осуществляется поглощение ударной нагрузки, при котором поглотитель энергии, например, перемещается в направлении поглощения от несущей конструкции (или вводится в корпус). Таким образом, интенсивные силовые воздействия могут быть эффективно поглощены.
Согласно другому аспекту осуществления настоящего изобретения предлагается использование поглотителя энергии в самолете.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается способ для поглощения энергии в самолете, включающий вытягивание первого элемента поглотителя энергии и второго элемента поглотителя энергии из корпуса и поглощение энергии ускорения пластической деформацией элементов поглотителя энергии в корпусе во время их перемещении наружу, при этом первый элемент поглотителя энергии расположен рядом со вторым элементом поглотителя энергии, а третий элемент поглотителя энергии расположен рядом с четвертым элементом поглотителя энергии, при этом смежные элементы поглотителя энергии опираются друг на друга во время движения качения.
Ниже изобретение будет описано в более подробно на примерах осуществления изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи.
Краткое описание чертежей
Фигура 1А - схематическое представление в поперечном разрезе поглотителя энергии согласно одному примеру осуществления изобретения.
Фигура 1В - схематическое представление поглотителя энергии фигуры 1А в виде сверху.
Фигура 2А - вид поглотителя энергии в поперечном разрезе по другому примеру осуществления изобретения.
Фигура 2В - еще один вид в поперечном разрезе поглотителя энергии, показанного на фигуре 2А.
Фигура 3А - вид в поперечном разрезе поглотителя энергии. Выходы фигуры 3В - дальнейшее схематическое поперечное представление поглотителя энергии фигуры 3А.
Фигура 3В - еще один вид в поперечном разрезе поглотителя энергии, показанного на фигуре 3А.
Фигура 4А - вид в поперечном разрезе еще одного поглотителя энергии.
Фигура 4В - еще один вид в поперечном разрезе поглотителя энергии, показанного на фигуре 4А.
Фигура 5А - схема поглотителя энергии в поперечном разрезе.
Фигура 5В - еще один вид в поперечном разрезе поглотителя энергии, показанного на фигуре 5А.
Фигура 6А - вид поглотителя энергии в поперечном разрезе согласно одному примеру осуществления изобретения.
Фигура 6В - еще один вид в поперечном разрезе поглотителя энергии, показанного на фигуре 6А.
Фигура 6С - увеличенное изображение части поглотителя энергии, показанного на фигуре 6А.
Фигура 7А - поперечный разрез поглотителя энергии согласно еще одному примеру осуществления изобретения.
Фигура 7В - еще один вид в поперечном разрезе поглотителя энергии, показанного на фигуре 7А.
Фигура 8А - вид в поперечном разрезе поглотителя энергии с регулирующим элементом.
Фигура 8В - еще один вид в поперечном разрезе поглотителя энергии, показанного на фигуре 8А.
Фигура 8С - примерная схема прогрессии путь-сила поглотителя энергии, имеющего конфигурацию, показанную на фигурах 8А, 8В.
Фигура 8D - поглотитель энергии, показанный на фигурах 8А, 8В, с приведенным в действие регулирующим элементом.
Фигура 8Е - схема прогрессии путь-сила поглотителя энергии, имеющего конфигурацию, показанную на фигуре 8D.
Фигура 9А - поглотитель энергии с регулирующим элементом.
Фигура 9В - схема прогрессии путь-сила поглотителя энергии, имеющего конфигурацию, показанную на фигуре 9А.
Фигура 9С - поглотитель энергии, показанный на фигуре 9А, с другим приведенным в действие регулирующим элементом.
Фигура 9D - схема направления пути силы поглотителя энергии, имеющего конфигурацию, показанную на фигуре 9С.
Фигура 10А - поглотитель энергии с регулирующим элементом.
Фигура 10В показывает поглотитель энергии фигуры 10А в другом поперечном разрезе.
Фигура 10С - схема прогрессии путь-сила поглотителя энергии, имеющего конфигурацию, показанную на фигурах 10А, 10В.
Фигура 10D - поглотитель энергии, показанный на фигуре 10А, с приведенными в действие регулирующими элементами.
Фигура 10Е - схема прогрессии путь-сила поглотителя энергии, имеющего конфигурацию, показанную на фигуре 10D.
Фигура 11А - поглотитель энергии с приведенными в действие регулирующими элементами.
Фигура 11В - схема прогрессии путь-сила поглотителя энергии, имеющего конфигурацию фигуры 11А.
Фигура 11С - еще один поглотитель энергии с приводимыми в действие регулирующими элементами.
Фигура 11D иллюстрирует направление пути силы поглотителя энергии, имеющего конфигурацию, показанную на фигуре 11С.
В последующем описании аналогичные элементы конструкции обозначены одинаковыми цифровыми позициями.
Представленные на чертежах примеры изобретения являются схематическими, а не масштабными.
Подробное описание изобретения
На фигуре 1А представлен вид в поперечном разрезе поглотителя энергии согласно одному примеру осуществления изобретения. Поглотитель энергии 100 имеет нижнюю часть корпуса 101 и верхнюю часть корпуса 102, между которым установлен элемент поглотителя энергии.
Поглотитель энергии 100, в котором установлены элементы 1 поглотителя энергии, в основном, подразделяется на так называемые одноярусные секции с листом или пластиной для поглощения энергии или множеством листов или пластин, вставленных друг в друга, и на так называемые многоэтажные секции с двумя или несколькими листами или пластинами, расположенными напротив друг друга (при этом секции также могут включать листы, вставленные друг в друга).
Таким образом, многократные листы могут быть вложены друг в друга, например, чтобы оптимизировать нагрузку на верхний слой, лучшее использование объема или увеличенного уровня силы.
Кроме того, поглотитель энергии 100 включает неподвижную опору 103 для элемента поглотителя энергии 1, и точки приложения силы указывает 105-112, 115.
На фигуре 1В показан поглотитель энергии фигуры 1А, в представлении, повернутым на 90°. Верхняя часть корпуса или двухярусный лист 102 имеет отверстие 113, которое служит для крепления, например, к несущей конструкции самолета. Элемент 1 поглотителя энергии имеет отверстие 114 для крепления, например, к части бортового устройства самолета. Если сила действует на корпус в направлении стрелки 116, и другая сила действует на элемент 1 поглотителя энергии в противоположном направлении 117, то элемент поглотителя энергии выдавливается из корпуса за счет пластической деформации после превышения определенной минимальной силы. Таким образом, поглощается энергия.
Функция поглощения энергии также действует в обратном направлении, когда элемент 1 поглотителя энергии вдавливается в корпус. Первые точки приложения ударной нагрузки, 105-112 и 115, используются, с одной стороны, для соединения накладных листов 101, 102 и для распределения имеющихся сил (представленного линией действия силы 118 и стрелками 119, 120).
Структура, показанная на фигуре 1, представляет собой основную одноярусную конструкцию. Здесь элемент 1 поглотителя энергии соединен с верхними слоями 101, 102 и преобразуется после достижения определенного усилия срабатывания.
На фигурах 2А, 2В представлен поперечный разрез поглотителя энергии согласно еще одному примеру осуществления изобретения. Эта конструкция, в основном, аналогична конструкции на фигуре 1. За счет пазов в листе 1 и разделению корпуса 101, 102 стало возможным разделить конструкцию промежуточными стенками 202 на ряд камер, при этом силы могут быть значительно снижены или равномерно распределены. Позиция 201 обозначает паз в листе, в котором движется промежуточная стенка 202.
На фигурах 3А, 3В показан еще один поглотитель энергии согласно другому примеру осуществления изобретения в двух видах по поперечному сечению. Эта конструкция может рассматриваться, как реализация принципа независимой деформации. Однако предпочтительно, чтобы здесь деформировался только один элемент 1 поглотителя энергии, и эта конструкция соответствует одноярусному устройству. Лист много раз проходит через ролики 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307. Ролики должны вращаться вокруг осей, чтобы свести к минимуму эффект трения.
На фигурах 4А, 4В показан поглотитель энергии согласно еще одному примеру осуществления изобретения, который основан на "двухярусной" конструкции.
Здесь первый элемент 1 поглотителя энергии на одной стороне находится в контакте с верхним слоем 102. Второй элемент поглотителя энергии 3 соединен на другой стороне с нижним слоем 101. Элементы 1, 3 поглотителя энергии деформируются по достижении усилия отключения и вращаются вокруг друг друга.
На фигурах 6А, 6В, 6С показан еще один пример осуществления изобретения. Эта конструкция, в принципе, не отличается от конструкции, показанной на фигуре 4. Путем размещения двух или нескольких листов 1, 2 или 3, 4 можно увеличить уровень силы. В этом случае может быть поглощена повышенная нагрузка. Кроме того, можно более эффективно использовать имеющееся пространство, и по-разному расположенные листы влияют друг на друга. Пара листов 1, 2 связана при движении качения с парой листов 3, 4, а пара листов 5, 6, связана при движении качения с парой листов 7, 8.
Здесь очень выгодно используется структурное пространство. Многочисленные листы, лежащие друг на друге, в таком устройстве действуют непосредственно как покрывающие или накладные листы и, следовательно, уменьшают силы, действующие на верхние слои 101, 102.
Кроме того, благодаря смежному размещению таких листов, толщина поглотителя энергии 100 (т.е. толщина обоих покрывающих листов 101, 102) при постоянной прогрессии силы может быть уменьшена. Таким способом можно интегрировать поглотитель энергии в многослойный пакет, который, в свою очередь, может привести к уменьшению размера корпуса.
На фигурах 7А, 7В показан поглотитель энергии согласно еще одному примеру осуществления изобретения. Эта структура представляет собой тонкую конструкцию. Здесь отдельные элементы поглотителя энергии 1, 2, 3, 4, 9, 10 соединены друг с другом через центральный натяжной стержень 701. Расположенные различным образом листы благоприятное влияют на распределение силы на верхних слоях 101, 102 через существующие теперь три линии силы 1181, 1182, 1183.
На фигурах 8A-9D показан поглотитель энергии с корректирующим элементом согласно еще одному примеру воплощения изобретения. Прогрессия силы может быть отрегулирована непрерывным изменением расстояния до накладной пластины. Эта система с регулирующим элементом может использоваться как для одноярусной конструкции, так и для двухярусной или многоярусной конструкции.
Система с регулирующим элементом включает первый регулирующий элемент 801, второй регулирующий элемент 802 и накладную пластину 803, которая может перемещаться под действием обоих регулирующих элементов 801, 802.
Под воздействием регулирующих элементов 801, 802, накладная пластина 803 может перемещаться таким образом, что элемент 1 поглотителя энергии может быть сжат в большей или меньшей степени.
В конфигурации, показанной на фигурах 8А, 8В, обеспечивается равномерная, в основном, постоянная прогрессия пути-силы фигуры 8С.
В позиции, показанной на фигуре 8D (здесь регулирующие элементы 801, 902 сжаты винтами сильнее, так как накладная пластина 803 с большей силой прижимает элементы 1 поглотителя энергии друг к другу), обеспечивается прогрессия пути-силы, показанная на фигуре 8D (на более высоком уровне, чем на фигуре 8С).
В позиции, показанной на фигуре 9А, в которой накладная пластина 803 расположена наклонно, обеспечивается прогрессия силы, показанная на фигуре 9В. Здесь, после затраты минимальной силы, прогрессия силы не является постоянной, а скорее уменьшается после выхода из полосы 1. В противоположность этому, после ввода полосы прогрессия силы увеличивается.
Накладная пластину 803 также может иметь различную форму, например иметь вид горба или выпуклости 808, что приводит к еще большему изгибу листа 1 в области 809, изменяя, таким образом, прогрессию пути-силы.
В конфигурации, показанной на фигуре 9С, обеспечивается обратная прогрессия силы (см. фигуру 9D), в которой после выхода листа или пластины 1, затраченная сила увеличивается (и наоборот).
На фигурах 10A-11D показана двухярусная система с регулирующими элементами 801, 802, 805, 806 и накладные пластины 803, 807.
Прогрессия силы, вытекающая из конфигурации фигуры 10А, 10В, показана на фигуре 10С. Здесь сила постоянно увеличивается при вводе или выводе листа 1, 3.
При ввинчивании регулировочных элементов 801, 802, 805, 806 (см. фигуру 10D) обеспечивается увеличенная прогрессия силы (см. фигуру 10Е).
Если регулирующие элементы ввинчены в строго определенном порядке, как показано на фигуре 11А, обеспечивается прогрессия силы, которая уменьшается после вывода листа 1 (см. фигуру 11В).
Если, в противоположность этому, регулирующие элементы ввинчены против конфигурации фигуры 11А (см. фигуру 11С), при вынимании полосы 1, 2 обеспечивается увеличение прогрессии силы (см. фигуру 11D).
Регулирующие элементы могут также перемещаться гидравлической стержневой стяжкой, эксцентриковыми дисками или электрическим приводом вместо винтов (см. фигуры 11А и 11С).
Таким образом, уровень поглощения силы может быть также очень быстро отрегулирован и/или в отдельных случаях устанавливаться автоматически.
Естественно, также можно использовать другие материалы, например гибкие деформируемые пластмассы или другие гибкие, деформируемые материалы и/или смеси таких материалов.
Показанный на чертежах поглотитель энергии может также использоваться как поглотитель энергии в так называемых соединительных тягах или растяжках. Возможны, например, применения, описанные ниже.
Поглотитель энергии в полках вешалок. Конкретный эффект - передача сил освобожденного держателя на расположенную перед ним полку и избыточность потенциала этой концепции удержания. Как правило, эти принципы используются там, где требуется постоянное положительное соединение с глухой посадкой (определяется кинематически).
Поглотитель энергии в шасси.
Поглотитель энергии с ленточными системами.
Поглотитель энергии в рулевом механизме для больших посадочных щитков и рулей.
Поглотитель энергии для сидений.
Поглотитель энергии для обеспечения безопасности груза.
Монтаж поглотителей энергии в точках крепления опор кабины.
Поглотитель энергии для вспомогательных силовых установок.
Поглотитель энергии для отделяющихся стенок или сети разрядников самолета.
Можно установить различные уровни силы, изменяя геометрию элементов поглотителя, радиус изгиба и свойства материала. Кроме того, уровень силы можно регулировать, изменяя расстояние между накладными пластинами. Может быть осуществлено постоянное фрикционное соединение. Система может быть непроницаемой для условий окружающей среды. Кроме того, система может быть нечувствительной к диагональному растяжению (например, по диагонали, показанной стрелкой на фигуре 9А), которое может возникнуть при аварийной посадке с деформацией несущей конструкции. При этом может произойти относительное смещение элементов/компонентов, в результате чего может иметь место отклонение в направлении вытягивания пластины.