УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ УСИЛИЯ В ГАСИТЕЛЕ ЭНЕРГИИ ДЛЯ САМОЛЕТА
DEVICE FOR CONTROL OF LEVEL OF FORCE IN ENERGY ABSORBER FOR AIRCRAFT

Область изобретения
Представленное изобретение имеет отношение к гасителям энергии для самолетов. В частности, представленное изобретение связано с регулированием уровня усилия в гасителе энергии для самолета и с использованием такого регулирования уровня усилия в гасители энергии в самолете.
Технологические предпосылки изобретения
В самолетах используются кронштейны или крепежные детали для фиксации и закрепления оборудования, находящегося внутри самолета, такого как обшивки потолка, багажные полки или силовые элементы. Жесткое закрепление элементов крепления зачастую является неблагоприятным, особенно при наличии интенсивных ускорений, таких как те, что могут возникать в случае сильной турбулентности или, к примеру, при аварийной посадке, так что результирующая сила ускорения передается непосредственно от каркаса самолета через кронштейны к закрепленным на борту устройствам. Так же как и все силы или ускорения, действующие на устройства внутри самолета, передаются через кронштейны или систему кронштейнов непосредственно каркасу самолета.
Размеры существующих кронштейнов и бортовых устройств, которые они крепят, могут быть рассчитаны исходя из статической нагрузки или максимальной рабочей нагрузки. Существует вероятность поломки кронштейна, например инициированной бортовым устройством от действия избыточной силы ускорения, которая может привести к разрушению кронштейна, бортового устройства или каркаса самолета и, как следствие, возникновению опасности для пассажиров в плане ранения или, в худшем варианте, вынужденной эвакуации.
Если вес бортовых устройств меняется (например, в зависимости от нагрузки), тогда возникающие силы и нагрузки могут меняться.
Цель данного изобретения - показать способы регулирования уровня усилия в гасителе энергии для самолета, которыми обеспечивается гибкая регулировка уровня усилия.
В соответствии с примером осуществления настоящего изобретения представляется устройство регулирования уровня усилия в гасителе энергии для самолетов, содержащее корпус и регулировочный элемент, в свою очередь, гаситель энергии содержит элемент погашения энергии для поглощения энергии ускорения, имеющей результатом пластическую деформацию, а пластическая деформация элемента погашения энергии происходит в корпусе, где, посредством регулировочного элемента, радиус загиба элемента погашения энергии в корпусе является плавно регулируемым.
Так, может обеспечиваться гибкая, индивидуально настраиваемая регулировка уровня усилия, которая достигается простой регулировкой текущей нагрузки.
В соответствии с примером осуществления настоящего изобретения устройство регулирования уровня усилия также содержит регулировочную пластину, которая перемещается под действием регулировочного элемента в направлении элемента поглощения энергии таким образом, что элемент погашения энергии перемещается по поверхности контакта регулировочной пластины.
В соответствии с примером осуществления настоящего изобретения устройство регулирования уровня усилия также содержит второй регулировочный элемент для перемещения регулировочной пластины, причем второй регулировочный элемент может быть приведен в действие независимо от первого регулировочного элемента.
Таким образом, могут быть обеспечены возрастающие или уменьшающиеся характеристики усилия.
В соответствии с примером осуществления настоящего изобретения регулировочная пластина имеет поверхность контакта такой формы, что элемент погашения энергии изгибается при действии регулировочного элемента в зоне поверхности контакта.
Посредством элемента погашения энергии, которое совмещено, по крайней мере, частично с корпусом, механическая нагрузка на бортовое устройство, которое соединяется через гаситель энергии с каркасом самолета и которое может представлять собой, к примеру, багажную полку над пассажирами, может быть ограничена. Например, гаситель энергии может быть предназначен для поглощения энергии ускорения, являющейся результатом движения самолета. Путем поглощения энергии ускорения передача усилия от каркаса самолета к бортовому устройству или от бортового устройства к каркасу может быть уменьшена. Это приводит к повышению пассивной безопасности в салоне самолета. Кроме того, при использовании гасителя энергии представленного изобретения с элементами погашения энергии бортовое устройство может быть сконструировано с минимальным использованием материала и минимальным весом, что способствует уменьшению максимальных возникающих нагрузок. Это позволяет оптимизировать по весу все элементы, включенные в нагрузочную характеристику (например, бортовые устройства, кронштейны и каркас). К тому же, при установившейся статической системе возможно равномерное распределение нагрузки, в частности со структурой, деформированной нагрузкой.
Путем использования составных гасителей энергии, которые скомпонованы параллельно друг другу и располагаются плашмя друг на друге, уровень усилия может быть уменьшен. В то же время имеющееся пространство может быть более эффективно использовано, а по-разному расположенные элементы погашения энергии (например, многоярусно) могут оказывать более благоприятное распределение усилия по ярусам, ввиду наличия в данном случае двух силовых линий.
Таким образом, с гасителем энергии представленного изобретения импульсы силы, возникающие при столкновении с препятствием, такие как те, что могут возникать при аварийной посадке, могут быть, по крайней мере, частично поглощены. Следовательно, результирующий импульс силы передается не полностью бортовому устройству, кроме того, он значительно либо частично гасится до заданного уровня, что может предотвратить неисправность.
В соответствии с законом пластической деформации, в дальнейшем возможно поглощение многократных ударных импульсов, направленных как вперед, так и в обратную сторону. Иными словами, гаситель энергии может работать в двух направлениях (а именно, посредством перестановки в корпусе) и таким образом поглощать импульсы в различных направлениях.
В соответствии с дальнейшим осуществлением настоящего изобретения, второй элемент погашения энергии наложен на первый элемент погашения энергии.
Таким образом, гарантируется лучшее распределение поглощаемого усилия в корпусе.
В соответствии с дальнейшим осуществлением настоящего изобретения гаситель энергии содержит третий элемент погашения энергии и четвертый элемент погашения энергии, и в соответствии с этим третий и четвертый элементы погашения энергии прилегают к первому и второму элементу погашения энергии таким образом, что обе пары гасителей энергии связаны между собой с перемещением качением. Действие внешних сил может быть уменьшено таким образом, что (в случае подходящей конструкции) отдельный корпус может быть исключен, будучи выполненным заодно с элементом, к которому он крепится (например, сотовые панели с багажной полкой).
При этом не будет поверхности, подвергающейся трению.
В соответствии с дальнейшим осуществлением настоящего изобретения корпус содержит первую накладку, вторую накладку и жесткую опору для второго элемента погашения энергии и первого элемента погашения энергии.
В соответствии с дальнейшим осуществлением настоящего изобретения первый элемент погашения энергии имеет продольный разрез, а корпус имеет промежуточную перегородку, которая смонтирована в данный разрез.
Таким образом, путем продольного разрезания листа и деления корпуса промежуточной перегородкой на отсеки стало возможно значительно понизить максимальные усилия на ярусы.
В соответствии с дальнейшим осуществлением настоящего изобретения гаситель энергии содержит первый участок присоединения и второй участок присоединения. Первый участок присоединения предназначен для прикрепления гасителя энергии к каркасу, а второй участок присоединения предназначен для прикрепления гасителя энергии к бортовому устройству.
Участки присоединения обеспечивают возможность, например, простого монтажа. В этом случае гаситель энергии сначала может быть жестко прикреплен к поверхности фюзеляжа, пола или к опорным элементам каркаса. После чего бортовое устройство окончательно соединяется со второй присоединительной частью гасителя энергии.
В соответствии с дальнейшим примером осуществления настоящего изобретения присоединение гасителя энергии к каркасу или бортовому устройству производится путем силового или принудительного соединения.
Следовательно, это обеспечивает, например, легкий монтаж гасителя энергии. Первый участок присоединения, к тому же, может быть профильным, например в виде кулачка, который вставлен в прямоугольную часть кронштейна. В таком случае кулачковое устройство может быть сконструировано, например, таким образом, что, посредством этой вставки, гаситель энергии захватывается кронштейном так, что его фиксированный вес удерживается. Для окончательного закрепления гасителя энергии он далее может быть зафиксирован при помощи винтов, заклепок или самоблокирующихся шплинтов.
В соответствии с дальнейшим примером осуществления настоящего изобретения гаситель энергии имеет регулировочный элемент. Регулировочный элемент может изменять радиус загиба элемента погашения энергии и, вследствие этого, плечо рычага. Таким образом, обеспечивается требуемый уровень усилия (регулируются как различные уровни стабильных режимов усилия, так и возрастающие и уменьшающиеся режимы).
Таким образом, уровень усилия может быть легко отрегулирован путем постоянного перемещения регулировочной пластины.
К тому же, характеристика «усилие/перемещение» может быть адаптирована индивидуально, путем изменения профиля регулировочной пластины. Кроме того, сам гаситель энергии может быть структурирован или профилирован таким образом, чтобы индивидуально подстраиваться под характеристику «усилие/перемещение».
Например, регулировочная пластина может иметь утолщение или выступ, что способствует дополнительному изгибу элемента погашения энергии, что также сказывается на уровне усилия.
В соответствии с дальнейшим примером осуществления настоящего изобретения гаситель энергии имеет направление поглощения энергии, в соответствии с чем, после превышения минимального усилия (ограничение усилия), которое действует в направлении поглощения энергии, поглощение энергии происходит через гаситель энергии.
Внутреннее оборудование (или ему подобное), в случае минимальных нагрузок, может быть жестко закреплено, что может удовлетворять нормальному бортовому функционированию. При повышенной нагрузке, такой как от значительного импульса силы, обеспечивается демпфирование, при котором гаситель энергии вытягивается из корпуса в направлении демпфирования (или втягивается в корпус). Таким образом, интенсивные силовые импульсы эффективно гасятся.
В соответствии с дальнейшим примером осуществления настоящего изобретения обеспечивается применение гасителя энергии в самолете.
В соответствии с дальнейшим примером осуществления настоящего изобретения способ гашения энергии в самолете включает в себя вытягивание первого элемента погашения энергии и второго элемента погашения энергии из корпуса и поглощение энергии ускорения посредством пластической деформации первого элемента погашения энергии и второго элемента погашения энергии внутри корпуса во время вытягивания, где второй элемент погашения энергии скомпонован параллельно первому элементу погашения энергии и располагается на нем плашмя.
Далее изобретение будет описано более подробно для отдельных примеров исполнения с обращением к чертежам.
Фиг.1А представляет схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии.
Фиг.1В представляет схематическое изображение гасителя энергии Фиг.1А в плане.
Фиг.2А представляет схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии.
Фиг.2В представляет следующие схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии Фиг.2А.
Фиг.3А представляет схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии.
Фиг.3В представляет следующие схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии Фиг.3А.
Фиг.4А представляет схематическое изображение поперечного сечения следующего гасителя энергии.
Фиг.4В представляет следующие схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии Фиг.4А.
Фиг.5А представляет схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии.
Фиг.5В представляет следующие схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии Фиг.5А.
Фиг.6А представляет гаситель энергии в схематическом поперечном сечении.
Фиг.6В представляет следующие схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии Фиг.6А.
Фиг.6С представляет укрупненный вид гасителя энергии Фиг.6А.
Фиг.7А представляет схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии.
Фиг.7В представляет следующие схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии Фиг.7А.
Фиг.8А представляет схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии в соответствии с одним из примеров выполнения настоящего изобретения.
Фиг.8В представляет следующие схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии Фиг.8А.
Фиг.8С представляет характеристику «усилие/перемещение» гасителя энергии, в соответствии с конструкцией, изображенной на Фиг.8А, 8В.
Фиг.8D представляет гаситель энергии Фиг.8А, 8В с приведенным в действие регулировочным элементом.
Фиг.8Е представляет соответствующую кривую характеристику «усилие/перемещение» гасителя энергии в соответствии с конструкцией, изображенной на Фиг..8D.
Фиг.9А представляет гаситель энергии с регулировочным элементом в соответствии со следующим примером исполнения настоящего изобретения.
Фиг.9В представляет соответствующую характеристику «усилие/перемещение» гасителя энергии в соответствии с конструкцией, изображенной на Фиг.9А.
Фиг.9С представляет гаситель энергии Фиг.9А, в котором регулировочные элементы приведены в действие по-разному.
Фиг.9D представляет соответствующую характеристику «усилие/перемещение» гасителя энергии в соответствии с конструкцией, изображенной на Фиг.9С.
Фиг.10А представляет гаситель энергии с регулировочным элементом в соответствии со следующим примером выполнения настоящего изобретения.
Фиг.10В представляет следующее изображение поперечного сечения гасителя энергии Фиг.10А.
Фиг.10С представляет соответствующую характеристику «усилие/перемещение» гасителя энергии в соответствии с конструкцией, изображенной на Фиг.10А, 10В.
Фиг.10D представляет гаситель энергии Фиг.10А с приведенными в действие регулировочными элементами.
Фиг.10Е представляет соответствующую характеристику «усилие/перемещение» гасителя энергии в соответствии с конструкцией, изображенной на Фиг.10D.
Фиг.11А представляет гаситель энергии с приведенными в действие регулировочными элементами в соответствии со следующим примером выполнения настоящего изобретения.
Фиг.11В представляет соответствующую характеристику «усилие/перемещение» гасителя энергии в соответствии с конструкцией, изображенной на Фиг.11А.
Фиг.11С представляет следующий гаситель энергии с приведенными в действие регулировочными элементами в соответствии со следующим примером выполнения настоящего изобретения.
Фиг.11D представляет характеристику «усилие/перемещение» гасителя энергии в соответствии с конструкцией, изображенной на Фиг.11C.
В последующем описании чертежей одинаковые ссылочные обозначения используются для одинаковых или идентичных элементов.
Изображения на чертежах являются схематическими, без привязки к масштабу.
Фиг.1А представляет схематическое изображение поперечного сечения гасителя энергии в соответствии с примером выполнения настоящего изобретения. Гаситель энергии 100 содержит нижнюю часть корпуса 101 и верхнюю часть корпуса 102, между которыми закреплен элемент погашения энергии.
Гаситель энергии 100, в котором установлен данный элемент погашения энергии 1, по существу состоит из так называемых отдельных ярусов из многочисленных пластин или листов, помещенных друг в друга и называемых составными ярусами с двумя или более листами, расположенными напротив друг друга (которые, в свою очередь, могут содержать многочисленные листы, помещенные друг в друга).
Так, многочисленные листы могут быть вложены друг в друга, например, для оптимизации нагрузки на покрывающий слой, более эффективного использования пространства или выравнивания повышенной нагрузки.
Кроме того, гаситель энергии 100 содержит жесткую опору 103 для элемента погашения энергии 1 и силовые узлы крепления 105-112, 115.
Фиг.1В представляет изображение гасителя энергии Фиг.1А, повернутого на 90°. Верхняя часть корпуса или двойная накладка 102 имеет отверстие 113 для крепления, например к каркасу самолета. Элемент погашения энергии 1 имеет отверстие 114 для крепления, например к участку бортового устройства самолета. Если усилие действует на корпус в направлении стрелки 116, а на элемент погашения энергии 1 в противоположном направлении 117, тогда элемент погашения, посредством пластической деформации, вытягивается из корпуса при превышении известного минимального усилия. Таким образом, энергия гасится.
Поглощение также происходит и в обратном направлении, а именно когда элемент погашения энергии 1 вдавливается в корпус. Первые силовые узлы от 105 до 112 и 115 служат, с одной стороны, для соединения накладок 101, 102 и для распределения возникающего усилия (показанного силовой линией 118 и стрелками 119, 120).
Конструкция, представленная на Фиг.1, показывает базовый вариант одноярусного исполнения. При этом элемент погашения энергии 1 зажат между накладками 101, 102 и подвергается трансформации при достижении усилия срабатывания.
Фиг.2А, 2В представляют схематические изображения поперечных сечений гасителя энергии в соответствии со следующим примером выполнения настоящего изобретения. Данная конструкция в основном повторяет конструкцию, изображенную на Фиг.1. Благодаря наличию разрезов на листе 1 и делению корпуса (102, 101) промежуточными перегородками 202 на составные отсеки, усилие может быть эффективно уменьшено или равномерно распределено. Ссылочная позиция 201 указывает на разрез в листе, в котором располагается промежуточная перегородка 202.
Фиг.3А, 3В представляют изображение следующего гасителя энергии в соответствии со следующим примером выполнения настоящего изобретения в двух поперечных сечениях. Данная конструкция может рассматриваться как работающая по принципу независимой деформации. В данном случае, однако, только один элемент погашения энергии 1 может подвергаться деформации, таким образом, данная конструкция относится к одноярусным. Лист проходит зигзагообразно через систему роликов 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307. Конструкция роликов может предусматривать их вращение, для минимизации действия трения.
Фиг.4А, 4В представляют гаситель энергии в соответствии со следующим примером выполнения настоящего изобретения, который относится к «двухъярусной» конструкции.
В данном случае первый элемент погашения энергии 1 прижат с одной стороны к накладке 102. Второй представленный элемент погашения энергии 3 прижат с другой стороны к нижней накладке 101. Элементы погашения энергии 1, 3 подвергаются деформации при достижении усилия срабатывания и вытягиваются вместе друг с другом.
Фиг.5А, 5В представляют гаситель энергии в соответствии со следующим примером выполнения настоящего изобретения. Данная конструкция выполнена по принципу конструкции, изображенной на Фиг.4. Благодаря размещению двух или более листов 1, 2 или 3, 4 конструкция может выдерживать более высокий уровень усилия. Например, могут поглощаться большие нагрузки. В то же время конструкция эффективнее использует пространство, и разно расположенные листы способствуют благоприятному распределению усилия на накладки 101, 102 через имеющиеся в данном случае две силовые линии 118.
Фиг.6А, 6В, 6С представляют следующее выполнение гасителя энергии. В данном случае соответственно два (или более) листа помещены друг в друга (1, 2; 3, 4; 5, 6 или 7, 8). Кроме того, разные группы выстилающих листов размещены соответственно друг над другом. Пара листов 1, 2 зажата с возможностью перемещения качением с парой листов 3, 4, а пара листов 5, 6 зажата с возможностью перемещения качением с парой листов 7, 8.
Конструктивное пространство в данном случае используется весьма рационально. Многочисленные листы, лежащие друг на друге, по своей структуре исполняют роль покрывающих листов, и, таким образом, могут уменьшить усилие, действующее на накладки 101, 102.
Кроме того, вследствие примыкающего расположения этих листов толщина гасителя энергии 100 (то есть размещение обоих накладок 101, 102), при характеристике постоянно действующей силы, может быть уменьшена. Это допускает возможность скомпоновать гаситель энергии, например в виде многослойной пластины, приводящей, в свою очередь, к уменьшению корпуса.
Фиг.7А, 7В представляют гаситель энергии в соответствии со следующим примером выполнения настоящего изобретения. Данная конструкция характеризуется тонким конструктивным исполнением. В данном случае отдельные элементы погашения энергии 1, 2, 3, 4, 9, 10 соединяются друг с другом посредством центральной стяжной планки 701. Разнорасположенные листы могут способствовать благоприятному распределению усилия на накладки 101, 102 через три силовые линии 1181, 1182, 1183, существующие в данном случае.
Фиг.8А-9D представляют гаситель энергии с регулировочным элементом в соответствии со следующим примером выполнения настоящего изобретения.
Характеристика усилий может быть отрегулирована непрерывным изменением положения регулировочной пластины. Такое регулирование может использоваться как в одноярусных, так и в двух- или многоярусных конструкциях.
Регулировочное устройство состоит из первого регулировочного элемента 801, второго регулировочного элемента 802 и регулировочной пластины 803, расположение которой может изменяться посредством приведения в действие обоих регулировочных элементов 801, 802.
Приведением в действие регулировочных элементов 801, 802 регулировочная пластина 803 может быть перемещена таким образом, что элемент погашения энергии 1 сжимается более или менее сильно.
На конструкциях, представленных на Фиг.8А, 8В, может быть обеспечена равномерная, в значительной степени постоянная характеристика «усилие/перемещение», показанная на Фиг.8С.
В положении, представленном на Фиг.8D (где регулировочные элементы 801, 802 более сильно завинчены, так что регулировочная пластина 803 сильнее сжимает элемент поглощения энергии 1), может обеспечиваться характеристика "усилие/перемещение", показанная на Фиг.8D (на более высоком уровне, чем на Фиг.8С).
В положении, представленном на Фиг.9А, где регулировочная пластина 803 располагается наклонно, может обеспечиваться характеристика, показанная на Фиг.9В. В данном случае, после преодоления минимального усилия, силовая характеристика непостоянна, несколько убывающая при вытягивании пластины 1. И наоборот, силовая характеристика возрастает при втягивании пластины.
Регулировочная пластина 803 также может быть различной формы, например с наплывом или утолщением 808, что приводит, кроме того, к дополнительному изгибу листа 1 в области 809, следовательно, изменяя характеристику «усилие/перемещение».
В конструкции, представленной на Фиг.9С, обеспечивается обратная силовая зависимость (смотри Фиг.9D), в которой при вытягивании листа 1 усилие воспринимается, следовательно, возрастает (и наоборот).
Фиг.10А-11D представляют двухъярусную систему с регулировочными элементами 801, 802, 805, 806 и регулировочными пластинами 803, 807.
Силовая характеристика для конструкций Фиг.10А, 10В представлена на Фиг.10С. В данном случае силовая характеристика постоянна при вытягивании или втягивании листа 1, 3.
Если регулировочные элементы 801, 802, 805, 806 завинчены (смотри Фиг.10D), обеспечивается повышенная силовая характеристика (смотри Фиг.10Е).
Если регулировочные элементы завинчены сильнее, особым образом, как представлено на Фиг.11А, обеспечивается силовая характеристика, уменьшающаяся при вытягивании (смотри Фиг.11В).
В противоположность конструкции Фиг.11А, если регулировочные элементы завинчены, как показано на Фиг.11С, при вытягивании пластины 1, 2 обеспечивается возрастающая силовая характеристика (смотри Фиг.11D).
Вместо болтов для задания положения регулировочным элементам могут быть также использованы штоки гидропривода, эксцентриковые шайбы или регулировочный электропривод (смотри Фиг.11А и 11C).
Таким образом, уровень усилия гашения может быть отрегулирован, к тому же очень быстро и/или автоматизировано для каждого отдельного случая.
Естественно, возможно использование и других материалов, например гибкого, деформируемого пластика или других гибких, деформируемых материалов/ сочетаний материалов.
Представленный гаситель энергии может также использоваться как гаситель энергии в так называемых соединительных тягах. Другими возможными применениями могут быть, например, следующие.
Гаситель энергии в соединительных тягах системы багажных полок. Особенным эффектом является передача усилия высвобожденных кронштейнов на багажные полки, расположенные впереди, и в этом заключается потенциал избыточности такого принципа удержания. По существу, эти принципы могут применяться в случаях, где необходимо принудительное присоединение с тугой посадкой (определяется кинематически).
Гаситель энергии в шасси.
Гаситель энергии в системах привода.
Гаситель энергии в рулевых соединениях для больших элеронов и в рулях направления.
Гаситель энергии для сидений.
Гаситель энергии для закрепления груза.
Встраивание гасителей энергии в узлы крепления силовых элементов салона.
Гасители энергии для ВСУ, в особенности для прикрепления ВСУ («Вспомогательная Силовая Установка»).
Гаситель энергии для разделительных перегородок или самолетных удерживающих сеток.
Уровень усилия может варьироваться изменением конфигурации гасителя энергии, радиуса загиба и свойств материала. К тому же уровень усилия регулируется изменением расположения регулировочных пластин. Присутствует постоянная фрикционная связь. Система может быть не восприимчива к внешним условиям. К тому же система может быть не восприимчива к диагональному растяжению (то есть диагональному в отношении, например, к стрелке на Фиг.9А), которое может возникнуть при разрушении от деформации каркаса. При этом может иметь место относительное смещение элементов/деталей и, как результат, отклонение в направлении вытягивания.