КРЕСЛО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, ОБОРУДОВАННОЕ УСИЛИТЕЛЬНОЙ ЛЕНТОЙ ДЛЯ АМОРТИЗАЦИИ УДАРОВ
AIRCRAFT SEAT EQUIPPED WITH REINFORCED BELT FOR SHOCK ABSORPTION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области изготовления оборудования для кабин летательных аппаратов для гражданской авиации, коммерческой авиации, вертолетов или военной авиации. В частности, оно касается изготовления кресла летательного аппарата для одного или нескольких пассажиров, оборудованного средствами амортизации ударов для пассажира, находящегося на заднем кресле (передний удар) или на уровне сиденья (удар в направлении вниз).
Уровень техники
Объем кресел является 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.
Уменьшение объема кресел не должно приводить к снижению безопасности перевозимых пассажиров. Нормы безопасности, касающиеся кресел летательных аппаратов, являются строгими, в частности, в отношении их ударной прочности.
Это условие прочности и амортизации пассажира в случае удара долгое время вынуждало выполнять авиационные пассажирские кресла на основе металлической конструкции с использованием деформирующихся подушек. Конструкция, состоящая из большого количества металлических деталей, имеет исключительно высокую ударную прочность. Однако эти конструкции является плотными и приводят к утяжелению кресел. Деформирующиеся подушки, находящиеся на уровне сиденья и спинки, обеспечивают хорошую амортизацию для пассажира. Однако они тоже являются плотными и повышают общий вес кресла.
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. Наконец, поскольку при разработке кресла каждая деталь должна отвечать нормам безопасности, то сокращение числа деталей позволяет ограничить проводимые испытания и, следовательно, сократить общее время, необходимое для сертификации кресла. Таким образом, сокращение числа деталей позволяет уменьшить объем и вес кресла.
Кроме того, эти кресла обычно 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.
Каркас кресла, имеющий небольшой вес, в сочетании с гибкой спинкой позволяет устранить эти недостатки. Форма кресла должно отвечать задаче сочетания комфорта пассажира, в частности, что касается гибкой спинки и, возможно, гибкого сиденья, и механической прочности, чтобы соблюдать действующие нормы в области воздушных пассажирских перевозок. Она разграничивает конструктивную прочность, обеспечиваемую единым жестким элементом, образующим каркас, и сиденье и спинку пассажирского кресла, выполненные из гибкого материала.
Тем не менее, необходимо всегда соблюдать условие амортизации пассажира в условиях полной безопасности. Следовательно, задачей изобретение является оборудование авиационного кресла средствами амортизации пассажира, находящегося сзади кресла, в случае фронтального удара по летательному аппарату, поскольку голова пассажира находится в свободном положении сзади спинки переднего кресла. Точно так же, средство амортизации, расположенное на уровне сиденья, позволяет удержать пассажира в случае удара, направленного в низ летательного аппарата.
В патентной заявке US 2008/0290715 А1 описан пример известных кресел для самолета.
Раскрытие изобретения
Основным объектом изобретения является кресло для летательного аппарата, в котором механическая прочность конструкции обеспечена каркасом, содержащим, в частности, пустоты на уровне сиденья и, возможно, спинки.
Согласно изобретению, оно содержит усилительную ленту из поглощающего энергию текстиля, расположенную на небольшом расстоянии от спинки и сзади этой спинки, для амортизации резкого смещения головы сидящего сзади пассажира в случае сильного фронтального удара по летательному аппарату. Такую же усилительную ленту можно расположить на уровне сиденья для амортизации ударов в нижнем направлении, что представляет особый интерес в случае вертолетов. Кресло можно оборудовать этими двумя лентами.
В одном из двух главных вариантов осуществления изобретения поглощающий энергию текстиль представляет собой трикотаж со структурой из одной нити.
В этом случае предпочтительно трикотаж является трикотажем типа джерси.
В версии этого первого варианта осуществления для трикотажа используют несколько параллельных нитей.
Во втором главном варианте осуществления изобретения поглощающий энергию текстиль представляет собой ткань с нитями утка и нитями основы.
Предпочтительно нити утка и нити основы имеют приблизительно одинаковую прочность.
В версии этого второго главного варианта осуществления изобретения нить по сути является натянутой эластичной нитью, окруженной слабо натянутой нитью, но имеющей высокую прочность на разрыв.
В случае версии с использованием натянутой эластичной нити, окруженной слабо натянутой нитью с высокой прочностью на разрыв, предпочтительно натянутая эластичная нить выполнена из полиамида (например, Nylon).
Материалы, используемые для получения поглощающего энергию текстиля, выбирают из группы, в которую входят волокна полиэфиримида, волокна полиэфиркетона, волокна высокомолекулярного полиэтилена, волокна мета- и параарамида, натуральные волокна (лен, конопля, джут…) и волокна из полиамида.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его различные отличительные признаки будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые фигуры.
На фиг.1 показано кресло в соответствии с изобретением, вид в перспективе сбоку и спереди;
на фиг.2 показано кресло, изображенное фиг.1, вид в разборе;
на фиг.3 показано кресло, изображенное на предыдущих фигурах, вид в перспективе сзади и в разборе;
на фиг.4 представлена схема вязания трикотажа, используемого для усилительной полосы кресла в соответствии с изобретением;
на фиг.5 представлен вариант вязания трикотажа, используемого для усилительной полосы кресла в соответствии с изобретением;
на фиг.6 представлена схема тканья, используемого для осуществления усилительной полосы кресла в соответствии с изобретением;
на фиг.7А и 7В представлены варианты нити, используемой для тканья усилительной полосы кресла в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
Показанное на фиг.1 кресло в соответствии с изобретением содержит каркас 1, который может быть литым, формованным или собранным в зависимости от выбора материала, и две гибкие части, образующие спинку 2 и, возможно, сиденье 3. Авиационное пассажирское кресло выполняет несколько функций: динамическая стойкость к ударам и к сильным ускорениям, сиденье и спинка для пассажира, крепление различных аксессуаров (складной столик, карман для журналов, подлокотники и т.д.). Каждая из этих функций соответствует элементу кресла, который можно оптимизировать отдельно для уменьшения объема и общего веса кресла.
Первой функцией кресла является обеспечение конструктивной прочности. В случае изобретения эту функцию обеспечивает каркас. Под каркасом следует понимать жесткую часть кресла, придающую ему конструктивную прочность: спинка 2, сиденье 3, а также точки крепления аксессуаров эту функцию не выполняют. Обычно каркас кресла выполнен шарнирным, однако его можно облегчить, сделав его при этом более жестким.
На этой фиг.1 представлен минимальный каркас 1 кресла, образованный полой трубчатой конструкцией. Точки крепления находятся на части кресла, связанной с полом летательного аппарата. В случае трехместного кресла, как показано на фиг.1, два центральных вертикальных стержня 9 в центре спинки могут быть непосредственно соединены с точками крепления кресла на полу летательного аппарата в случае не шарнирной спинки, чтобы свести к минимуму вес каркаса.
Это крепление на полу летательного аппарата может быть прямым, например, за счет установки двух нижних стержней 10 каркаса 1 в направляющие, выполненные на полу летательного аппарата, или опосредованным за счет крепления на жесткой промежуточной конструкции. Эту жесткую промежуточную конструкцию крепят на полу летательного аппарата. Использование жесткой конструкции летательного аппарата облегчает установку и обслуживание кресел.
Второй функцией кресла является обеспечение удобства пассажира. Спинка 2 и сиденье 3 кресла являются частями, входящими в прямой контакт с пассажиром, и, следовательно, не могут участвовать в обеспечении конструктивной прочности кресла. Эти части закреплены непосредственно на конструкции кресла, но могут быть намного более тонкими, чтобы минимизировать общий вес кресла. Спинку 2 и, возможно, сиденье 3 выполняют из гибкого материала. Для этого можно использовать, например, полиэфирную ткань с высокой прочностью на разрыв. Структура ткани позволяет получить эргономичную форму, образующую, в частности, полость для спины и бедер.
На фиг.2 показано добавление спинки 2 и сиденья 3 к каркасу 1 кресла. Эти части являются очень легкими, выполнены из гибкого материала, такого как ткань из полиэфирных волокон. Сзади спинки 2 добавлена лента 4 из гибкого материала с другими свойствами и из поглощающего энергию текстиля, так как материал спинки не позволяет в достаточной степени амортизировать пассажира в случае сильного удара. Под сиденьем 3 можно добавить идентичную ленту (не показана), если кресло должно выдерживать сильные удары в нижнем направлении.
На фиг.1 и 2 показаны также аксессуары, закрепленные на каркасе 1 кресла. В частности, речь идет о подстаканниках 5 и 6 и о подлокотниках 7.
На фиг.3 показаны эти же кресла в разборе, но в задней проекции. Здесь показаны каркас 1, спинка 2, сиденье 3 и усилительная лента 4, расположенная сзади спинки 2. Она содержит карман 8, в котором можно размещать, например, журналы или инструкции по безопасности.
Главным отличительным признаком изобретения является использование усилительной ленты 4, которая должна намного больше деформироваться, чем спинка 2, и должна быть намного прочнее. Спинка 2 должна иметь пустоту в середине каркаса 1 или должна иметь вогнутую заднюю сторону, чтобы оставить пространство для деформации усилительной ленты 4 во время удара.
Принцип изготовления ткани, образующей усилительную ленту 4 и, возможно, ленту, добавляемую под сиденьем, состоит в комбинировании использования сверхпрочного и мало растяжимого волокна, то есть волокна с высокой прочностью на разрыв, с получением эластичной формы, чтобы обеспечить амортизацию удара без рывка, при этом текстиль деформируется, чтобы следовать форме останавливаемого объекта, то есть головы пассажира, находящегося в кресле, расположенном сзади кресла, на спинке которого расположена рассматриваемая усилительная лента. Текстиль сопротивляется перемещению объекта равномерно, амортизируя, таким образом, удар. Действительно, энергия, передаваемая во время удара, распределяется по всей поверхности контакта между текстилем и объектом, а не только в точке первоначального соприкосновения. Действующее давление значительно уменьшается, ограничивая напряжения, действующие на объект.
Выбираемое волокно соединяют в нити для формирования текстиля. Внутри одной нити можно объединить несколько волокон. Наиболее простая нить состоит только из волокон с высокой прочностью на разрыв, таких как волокна параарамида (Kevlar или Twaron), волокна полиэфиримида (Ultem), полиэфиркетона (PEEK), полиамида (Nylon), натуральные волокна (лен, конопля или джут) или волокна высокомолекулярного полиэтилена (Dyneema или Spectra). Прочность на разрыв представляет собой силу, которую необходимо приложить при растяжении для разрыва волокна. Чем выше прочность на разрыв, тем больше волокно сопротивляется значительным силам растяжения. Если текстиль должен иметь дополнительные качества, можно в одной нити смешивать несколько волокон, добавляя в нее, например, метаарамидные волокна (Nomex) для повышения их жаростойкости.
После изготовления нити ее используют для получения текстиля. При этом можно применять две распространенные технологии, то есть вязание или тканье. При вязании для текстильной поверхности используют только одну нить, тогда как при тканье переплетают несколько нитей утка и основы. Тканье можно применять для смешивания нескольких типов нитей, но оно ограничивает прочность текстиля, так как прерывистость нитей образует слабые точки текстиля.
Вязание позволяет добиться отличной механической прочности получаемого текстиля, но ограничивает возможности придания формы. Действительно, вязаный текстиль нельзя обрезать и пришивать к другим частям текстиля без ухудшения механических качеств трикотажа.
Как показано на фиг.4, в случае трикотажа вязание петель типа джерси позволяет получить относительно деформирующийся текстиль. Технология вязания джерси позволяет получить сначала один ряд на лицевой стороне, затем один ряд на обратной стороне. Нить 10 наматывается сама на себя от одного стежка к другому, при этом петли оставляют большие пустые пространства в поверхности текстиля.
При приложении натяжения к вязаному текстилю нитевые петли могут деформироваться, придавая ему определенную эластичность. При значительном натяжении, превышающем возможности деформирования петель, нить растягивается, подвергаясь испытанию прочности на разрыв. Поскольку для всего трикотажного полотна используют только одну нить, текстиль разрывается только, начиная от точки разрыва нити или на границе между двумя нитями.
На фиг.5 показан вариант осуществления трикотажного полотна, показанного на фиг.1, которые состоит в переплетении нескольких параллельных нитей 20 для одного текстиля. Петля остается такой же, но вместо одной нити для образования каждой петли используют несколько нитей. Каждая из нитей 20 является непрерывной по всей поверхности текстиля, однако свойства нитей можно при этом комбинировать. В частности, можно получить жаростойкие свойства, механическую прочность или водоотталкивающие свойства. Этот вариант является более простым в осуществлении, чем объединение волокон внутри одной нити, но не позволяет добиться более тесного смешивания разных волокон. Использование тонких нитей позволяет увеличить взаимодействие между волокнами. В данном случае можно тоже применять технологию джерси.
На фиг.6 показана альтернативная версия главной идеи изобретения, согласно которой производят совместное тканье нескольких нитей, которые являются нитями утка 40 и основы 50. Нити утка 40 и основы 50 могут быть разными, но при этом необходимо, чтобы эти нити утка 40 и основы 50 имели эквивалентную механическую прочность. Вместе с тем, можно отдавать приоритет одному направлению по отношению к другому. При тканье можно применять относительно слабое натяжение для получения некоторого зазора между нитями утка 40 и основы 50. Этот зазор придает эластичность тканому текстилю только за счет компоновки между нитями, а не за счет эластичности волокон, образующих нити. Примером реализации может быть полотняное переплетение, при котором уток и основа являются симметричными, выполняемое из нитей параарамида (Kevlar или Twaron), нитей полиэфиримида (Ultem), полиэфиркетона (PEEK), полиамида (Nylon), натуральных волокон (лен, конопля или джут) или из нитей высокомолекулярного полиэтилена (Dyneema или Spectra).
Для повышения эластичности ткани можно тоже использовать две нити для утка и две нити для основы. Как показано на фиг.7А, используют центральную нить 60, которая является эластичной, тогда как другая нить 62 с высокой прочностью на разрыв охватывает ее с большим зазором. Эластичной нитью 60 может быть, например, нейлоновая нить (полиамид 6-6). Нитью 62 с высокой прочностью на разрыв может быть нить из параарамида (Kevlar или Twaron), полиэфиримида (Ultem), полиэфиркетона (PEEK), полиамида (Nylon), из натуральных волокон (лен, конопля или джут) или нитью из высокомолекулярного полиэтилена (Dyneema или Spectra). Нить 62 с высокой прочностью на разрыв наматывают или скручивают вокруг центральной эластичной нити 60.
Как показано на фиг.7В, когда ткань начинают натягивать, находящаяся в центре эластичная нить 60 растягивается, тогда как периферийная нить 62 с высокой прочностью на разрыв деформируется и приближается к эластичной нити 60. Если натяжение превышает возможности деформирования эластичной нити 60, которая находится в центре, нить 62 с высокой прочностью на разрыв натягивается и придает такой ткани очень высокую механическую прочность.
Во время фронтального удара по летательному аппарату смягчение столкновения головы пассажиром с задней стороной спинки переднего сиденяя тем эффективнее, чем выше эластичность текстильной части. Точно так же, во время удара в нижнем направлении амортизация пассажира происходит на уровне сиденья кресла и тем эффективнее, чем выше эластичность полосы, добавленной под сиденье. Действительно амортизация основана на переходе кинетической энергии движения в эластичную энергию текстильной части. При этом сводится к минимуму ударное воздействие на пассажира, то есть сила, передаваемая пассажиру при переходе от скорости движения к остановке, причем амортизация должна происходить в максимально большом диапазоне времени. Достаточно небольшой константы эластичности, что позволяет получить достаточно эластичный текстиль и, следовательно, распределить во времени удар и свести к минимуму его воздействие на пассажира. Прочность на разрыв волокон, используемых для получения нити или нитей, поделенная на линейную плотность волокон, определяет прочность текстиля, который не разрывается во время удара. Таким образом, текстиль может выдержать удар со стороны пассажира, смещающегося на большой скорости, в случае аварии летательного аппарата при фронтальном ударе или при ударе в нижнем направлении в случае ленты, находящейся под сиденьем.
Как правило, сопротивление разрыву эластичных волокон является невысоким. Эластичность обеспечивается скольжением индивидуальных мононитей относительно друг друга внутри одной нити. В плане сопротивления разрыву слабое сцепление между мононитями является проблемой, так как индивидуальные мононити разъединяются при слабых уровнях усилий. Использование нитей с очень высокой прочностью на разрыв, таких как волокна арамида (Kevlar или Twaron), полиэфиримида (Ultem), полиэфиркетона (PEEK), полиамида (Nylon), натуральные волокна (лен, конопля или джут) или волокна высокомолекулярного полиэтилена (Dyneema или Spectra), позволяет сочетать взаимоисключающие характеристики эластичности и прочности на разрыв, благодаря форме эластичного трикотажа или использованию смешанного тканья. Трикотаж представляет собой сплетение нити в виде петель с использованием только одной нити для всего текстильного полотна. Использование единой нити большого размера обеспечивает механическую прочность полотна и позволяет избежать появления точек разрыва нити. Используемая технология вязания джерси позволяет получить эту эластичность за счет структуры, независимо от эластичности нити. В альтернативном варианте применение тканья, при котором комбинируют эластичную нить и слабо натянутую нить с высокой прочностью на разрыв позволяет достичь такого же результата. Использование эластичной структуры и нити с высокой прочностью на разрыв одновременно обеспечивает слабое торможение для пассажира и отличную механическую прочность текстильной части.