КРЕСЛО ВЕРТОЛЕТНОЕ

Полезная модель относится к авиакосмической отрасли, в частности к вертолетостроению, и может быть использована в производстве вертолетных кресел, снабженных устройствами энергопоглощения.
Известно противоаварийное кресло (патент США №9382008, МПК B60N 2/42, 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 закрепленных 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.
Наиболее близким решением является вертолетное кресло по патенту РФ №2753774, опубл. 23.08.2021. Вертолетное кресло содержит сиденье, установленное на опорных стойках, снабженных системой энергопоглощения. 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, при этом первая ступень энергопоглощения дополнительно содержит втулку, обеспечивающую пространственную ориентацию демпферной трубы.
Заявляемая полезная модель направлена на дальнейшее усовершенствование системы энергопоглощения вертолетного кресла и увеличение надежности ее срабатывания.
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 кресло вертолетное содержит сиденье, закрепленное на опорных стойках, снабженных системой энергопоглощения с разрывным элементом и заголовник, установленный посредством кронштейна с возможностью перемещения на каркасе сиденья, при этом опорные стойки содержат нижнюю и верхнюю цилиндрические направляющие, на которых установлены ползуны с возможностью скольжения при возникновении критических нагрузок и разрыве разрывного элемента, соединенные с кронштейнами навески, установленными на каркасе сиденья, система энергопоглощения каждой опорной стойки содержит демпферную трубу, закрепленную посредством кронштейна на опорной стойке, выполненную с возможностью перемещения относительно него и соединенную с ползуном и энергопоглощающие вставки, установленные на цилиндрических направляющих в конце хода ползунов и состоящие из пеноалюминия и алюминиевой обшивки, в кронштейне демпферной трубы установлены подшипники качения, поджимающие демпферную трубу, а каркас и кронштейн заголовника выполнены из пластично деформируемого металла.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид кресла.
На фиг. 2 представлен общий вид опорной стойки.
На фиг. 3 представлено крепление опорных стоек к сиденью.
На фиг. 4 представлено крепление разрывного элемента на ползуне и корпусе вала.
На фиг. 5 представлено крепление демпферной трубы.
На фиг. 6 представлено крепление заголовника на сиденье.
Вертолетное кресло включает две опорные стойки 1, на которые навешено через кронштейны навески 2 и систему ползунов, сиденье кресла 3 и заголовник 4.
Сиденье кресла 3 обеспечивает размещение в нем пассажира и состоит из каркаса, выполненного из композитного материала и 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, установлены на композитном каркасе сиденья 2 и представляют собой силовые элементы швеллерной формы, связывающие сиденье кресла 3 и опорные стойки 1.
Опорные стойки 1 выполнены из алюминиевого сплава в виде балок формы уголков ферменной силовой схемы. Основная нагрузка на балки прилагается в виде изгибающего момента, поэтому ферменная структура конструкции обеспечивает максимальную прочность и жесткость при минимальной массе. Опорные стойки 1 соединены между собой поперечной трубой 5 круглого сечения. Применение круглой трубы обосновано тем, что при боковой нагрузке конструкция кресла может испытывать крутящий момент относительно точек фиксации вследствие того, что центр приложения нагрузки сильно смещен от цента жесткости конструкции каркаса кресла.
Каждая опорная стойка 1 снабжена многоступенчатой системой энергопоглощения, которая включает в себя цилиндрические нижнюю 6 и верхнюю направляющие 7 с энергопоглощающими вставками 8; демпферную трубу 9 с подшипниками качения 10 и Т-образной капролоновой втулкой 11, размещаемыми в кронштейне 12; а также разрывной элемент 13 (Фиг. 3).
Цилиндрические направляющие 6, 7 предназначены для восприятия изгибной нагрузки и перемещения сидения вдоль их оси при действии нагрузки, требующей энергопоглощения. Круглое сечение обусловлено тем, что оно обеспечивает наилучшие показатели скольжения и минимизирует вероятность заклинивания. При этом цилиндрические направляющие 6, 7 выполнены из нержавеющей стали и своими нижними концевыми участками соединяются с алюминиевыми корпусами валов 14 болтовым соединением для закрепления на опорной стойке 1. Верхний концевой участок нижней цилиндрической направляющей 6 соединен с опорной стойкой 1 с помощью корпуса вала 15, также выполненного из алюминия, болтовым соединением.
Для исключения возникновения гальванической пары между алюминиевыми деталями и стальными цилиндрическими направляющими использованы изолирующие втулки из полиамида. Помимо этого полиамидная втулка уменьшает коэффициент трения скольжения между ползунами и стальной цилиндрической направляющей. Полиамидные втулки скольжения установлены в качестве изоляционного слоя между нижними и верхними цилиндрическими направляющими 6, 7 и корпусами валов 14, 15, а также между цилиндрической направляющей 7 и верхним выступом опорной стойки 1, соответственно.
Для закрепления сиденья 3 на опорных стойках 1 в верхних частях цилиндрических направляющих 6, 7 установлены через полиамидные втулки скольжения ползуны 16, выполненные из алюминиевого сплава с возможностью скольжения вдоль цилиндрических направляющих 6, 7 при нагрузке. Ползуны выполнены П-образной формы и содержат отверстия для навешивания на кронштейны, закрепленные на каркасе сиденья 3.
В отверстиях ползунов 16 размещены стальные втулки для восприятия напряжения смятия от болтов, соединяющих между собой ползуны 16 и кронштейны навески 2 сиденья 3.
На ползуне 16, закрепленном на верхней цилиндрической направляющей 7, установлена резьбовая пластина 17 (Фиг. 2) из алюминиевого сплава, которая служит в качестве гайки при навесе сиденья 3 на стойки 1.
Энергопоглощающие вставки 8, устанавливаемые на цилиндрических направляющих 6, 7, служат для дополнительного энергопоглощения при максимальном перемещении кресла вдоль стоек 1. Энергопоглощающие вставки выполнены из двух составляющих: центральной части из пеноалюминия и алюминиевой обшивки с двух сторон. Это сделано для того, чтобы при энергопоглощении нагрузка, действующая на него, распределялась равномерно по всей поверхности элемента, обеспечивая тем самым наибольшую степень энергопоглощения. Энергопоглощающие вставки 8 устанавливаются на цилиндрических направляющих 6, 7 в натяг, без возможности их самопроизвольного движения.
Демпферная труба 9 закреплена на опорной стойке 1 с помощью кронштейна 12. При этом демпферная труба 9 изготовлена из нержавеющей стали и предназначена для поглощения энергии удара и иных видов нагрузок вследствие движения сиденья вдоль цилиндрических направляющих 6, 7 в аварийной ситуации. Нижний конец демпферной трубы 9 соединен с кронштейном 18, выполненным из алюминиевого сплава и неподвижно соединенным с ползуном 16. Кроме того, кронштейн 18 выполняет роль гайки при навесе сиденья 3 на опорные стойки 1.
Кронштейн 12 выполнен из алюминия, служит для размещения в нем демпферной трубы 9, подшипников 10, обеспечивающих деформацию демпферной трубы 9, и капролоновой Т-образной втулки 11. Подшипники 10 размещены на стальных осях, закрепленных на кронштейне 12, жестко связанным со стойкой, и препятствуют заклиниванию при перемещении демпферной трубы (в отличие от прототипа, где использованы стальные валы). Между подшипниками установлены капролоновые шайбы - для снижения сил трения о боковые поверхности корпуса кронштейна демпфера конструкция которого также претерпела изменения.
Капролоновая втулка 11 установлена в кронштейне 12 для недопущения работы демпферной трубы 9 на изгиб и обеспечения ее пространственной ориентации, также она создает силу трения с демпферной трубой 9 при движении и это дополнительно рассеивает энергию удара, так как часть энергии переходит в тепловую энергию в результате трения.
Разрывной элемент 13, выполненный в виде пластины из нержавеющей стали с тонким перешейком, соединяет корпус вала 15 с нижним ползуном 16. Размеры перешейка подобраны таким образом, что при нормальных условиях эксплуатации (при воздействии на кресло допустимой нагрузки) реализуется фиксация сиденья, а при превышении нагрузки выше критического значения происходит разрыв элемента 13 и срабатывание энергопоглощающей системы. При воздействии перегрузок на кресло соответствующих требованиям АП-29, за счет наличия тонкого перешейка разрывной элемент растягивается и отрывается, компенсируя тем самым часть энергии воздействия на кресло.
Заголовник 4 выполнен выдвижным и легкосъемным и закреплен на задней части спинки посредством болтового соединения. Заголовник 4 включает каркас заголовника из пластичного металла (алюминий, алюминиевый сплав или нержавеющая сталь) и мягкость заголовника из мягкого пенистого материала. На каркасе заголовника 4 закреплен кронштейн 19 из пластичного металла, выполненный с возможностью перемещения вдоль направляющих 20, неподвижно закрепленных на тыльной стороне спинки кресла через болтовые соединения.
Кронштейн 19 выполнен в виде рамы с диагональными ребрами жесткости. Фиксация заголовника 4 в открытом положении осуществляется за счет сил трения между каркасом заголовника и кронштейном 19. Значение силы трения регулируется за счет поджима паза в кронштейне заголовника винтом. Заголовник перемещается внутри данного паза, и чем меньше будет зазор между кронштейном и каркасом, тем сложнее он будет выдвигаться. Таким образом, можно регулировать силу выдвижения и удержания хода заголовника.
Конструкция подвижного каркаса заголовника 4 выполнена таким образом, что она имеет возможность деформироваться (в том числе пластически с остаточными деформациями) при воздействии на нее нагрузки. Это необходимо для того, чтобы в случае аварийной посадки снизить вероятность травмирования головы пассажира. Таким образов заголовник также является частью системы энергопоглощения.
Полезная модель работает следующим образом:
Опорные стойки 1 предварительно соединены между собой поперечной трубой 5, которая обеспечивает поперечную устойчивость и прочность кресла. Сиденье кресла 3 устанавливается на опорные стойки 1 с помощью кронштейнов 2, которые соединяются с ползунами 16 болтами.
В исходном положении кресло неподвижно относительно цилиндрических стальных направляющих 6 и 7. Фиксация сиденья обеспечивается разрывным элементом 13. При превышении значения критической нагрузки, действующей на кресло, срабатывает первая ступень системы энергопоглощения: тонкий перешеек разрывного элемента 13 разрывается, давая возможность креслу перемещаться вдоль цилиндрических направляющих 6 и 7. Разрывной элемент 13 практически не деформируется, разрушаясь сразу после воздействия критической нагрузки. Критическая нагрузка определяется задаваемыми параметрами и может быть различна. Соответственно меняются и параметры разрывного элемента, такие как: толщина, ширина прослабленной части, марка материала.
После отрыва ползуны 16, связанные с сиденьем кресла 3 получают степень свободы вдоль цилиндрических направляющих, после чего начинает работать вторая ступень энергопоглощения - демпферная труба 9. Деформация трубки происходит при ее перемещении вниз через подшипники качения 10. Подшипники качения повышают надежность работы второй ступени энергопоглощения за счет предотвращения заклинивания. Для плавного начала деформирования, а также для того, чтобы дать ход при деформации и отрыве разрывного элемента 13 демпферная труба 9 изначально поджата под подшипники качения 10.
При продолжающемся воздействии перегрузки сиденье 3 продолжает движение вдоль стоек 1, при этом демпферная труба 9 продолжает деформироваться. Таким образом реализуется непрерывное энергопоглощение энергии удара на всем движении сиденья вниз. Данный этап энергопоглощения - основной, именно на нем рассеивается большая часть энергии.
Эффективность рассеивания энергии обуславливается выбором материала демпферной трубы 9 - 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, толщины стенки демпферной трубы 9, расстояния между подшипниками 10, длины деформируемой части демпферной трубы 9. Комбинация данных характеристик позволяет варьировать степень деформации, в зависимости от допустимой максимальной нагрузки.
При достижении сиденьем кресла 3 нижнего положения при перемещении вниз, чтобы исключить резкой остановки и удара о стойки 1, срабатывает третья ступень энергопоглощения - энергопоглощающие вставки 8 из пеноалюминия. Под воздействием нагрузки со стороны ползунов 16 они деформируются, рассеивая энергию удара. Дополнительно энергопоглощающие вставки 8 плавно тормозят и останавливают сиденье 3. Для достижения равномерного деформирования нижняя и верхняя поверхность энергопоглощающей пеноалюминиевой вставки 8 оклеена алюминиевым листом. Это обеспечивает равномерное распредление нагрузки и соответственно более эффективное гашение удара.
Выполнение каркаса заголовника 3 и кронштейна 19 его удерживающего из деформируемого металла позволяет им частично пластически деформироваться при воздействии нагрузки, тем самым поглотив часть энергии удара головы о заголовник, что приведет к меньшим воздействиям на организм человека в кресле.
Комбинация представленных 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.