УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЗОН ОТ СТОЛКНОВЕНИЙ С ПОСТОРОННИМИ ОБЪЕКТАМИ
DEVICE FOR SENSITIVE AREAS PROTECTION AGAINST COLLISIONS WITH FOREIGN OBJECTS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству, предусмотренному для защиты чувствительных зон, подверженных столкновениям с посторонними объектами, с целью сохранения целостности и поддержания функциональности этих зон даже в случае их столкновения с посторонними объектами.
Основная задача изобретения состоит в создании облегченного и легко монтируемого устройства, устанавливаемого на пути пучка возможных траекторий столкновения посторонних объектов с защищаемым объектом таким образом, что в случае пересечения с траекторией какого-либо постороннего объекта данное устройство постепенно поглощает его энергию, предотвращая его соударение с защищаемым элементом, а в случае неизбежного столкновения сводит энергию постороннего объекта к минимуму, не приводящему к повреждению защищаемого объекта, причем упомянутое постепенное поглощение энергии обеспечивает предохранение конструкции, на которой закреплено данное устройство.
Изобретение может найти применение в любой отрасли промышленности, где требуется защита от возможных столкновений с посторонними объектами и предотвращение повреждений упомянутых защищаемых зон. В частности, изобретение применимо в авиастроительной отрасли для защиты чувствительных зон летательного аппарата, целостность которых может подвергнуться опасности при подобных столкновениях.
Уровень техники
Эволюционное развитие конструкций летательных аппаратов привело к увеличению количества устанавливаемых в них систем оборудования, предназначенных для управления полетом, осуществления связи и выполнения других функций. Вместе с тем, совершенствование процедур расчетов конструкций и оценки нагрузок, действию которых летательный аппарат подвергается в течение срока его эксплуатации, наряду с использованием материалов, обладающих более высокими характеристиками и качеством, способствовало снижению веса летательных аппаратов, что позволило увеличить их полезную нагрузку или количество загружаемого в них топлива. Такое снижение веса конструкции, однако, сопряжено со снижением ее устойчивости к повреждению.
Существует определенная вероятность столкновений летательных аппаратов с посторонними объектами, в частности птицами, летящими на высокой скорости, что может подвергать опасности целостность летательного аппарата и, следовательно, находящихся внутри него грузов и людей. Поэтому в авиационных нормативных документах содержатся требования о такой защите особо важных элементов летательных аппаратов, которая исключала бы такие столкновения или была способна непосредственно противостоять ударам.
Таким образом, для предотвращения повреждения чувствительных частей летательного аппарата необходимо усилить защищаемый элемент с целью придания ему способности противостоять ударному воздействию постороннего объекта и продолжать выполнение своих функций вплоть до ремонта или замены. Кроме того, существует возможность размещения перед защищаемым элементом другого элемента, способного предотвратить непосредственное столкновение первого элемента с посторонним объектом. В обоих случаях решение, принимаемое на основе анализа, допускает усиление защищаемого элемента с добавлением наружных элементов или усиление какого-либо элемента, расположенного на пути движения объекта, производящего удар. Такому усилению всегда сопутствует увеличение общего веса летательного аппарата, что идет в ущерб его функциональным характеристикам и/или экономической эффективности его эксплуатации.
Следует отметить, что, помимо столкновений с птицами, возникают и другие ситуации, могущие привести к ударам по особо важным элементам летательного аппарата. В их число входят, например, случаи срыва разорвавшейся шины с обода колеса или даже отрыв лопаток от двигателя, турбины привода воздушного винта или свободной турбины или системы аварийного электропитания.
Все упомянутые выше случаи объединяет наличие объекта, обладающего определенной массой и движущегося с высокой скоростью по известному пути, что определяет необходимость практического выполнения требования о защите чувствительных элементов.
Раскрытие изобретения
Для достижения указанных целей и выполнения действующих нормативных требований в настоящем изобретении предлагается новое устройство, осуществляющее защиту чувствительных зон от столкновений с посторонними объектами и содержащее гибкое листовое тело (гибкий экран), изготовленное из ударопрочного материала, расположенное отдельно от защищаемого объекта на пути пучка возможных траекторий столкновения постороннего объекта с защищаемым объектом. Гибкое листовое тело имеет несколько энергопоглощающих элементов, которые, в свою очередь, снабжены крепежными элементами, закрепляемыми на конструкции, расположенной за пределами пучка возможных траекторий столкновения посторонних объектов с защищаемым объектом.
Такая конструкция обладает значительным преимуществом, заключающимся в том, что данное устройство перекрывает траектории движения постороннего объекта на пути к столкновению с защищаемым объектом. При этом удар постороннего объекта приходится в гибкое листовое тело, которое деформируется с последующим постепенным удлинением энергопоглощающих элементов, благодаря чему энергия удара постороннего объекта поглощается без возникновения высоких нагрузок на защищаемую конструкцию и без повреждения последней.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения гибкое листовое тело может быть изготовлено из ткани, например кевлара или аналогичного материала, обладающего высокой ударопрочностью и в то же время гибкого и принимающего форму поверхности соударяющегося с ним постороннего объекта.
Кроме того, расстояние между гибким листовым телом и защищаемым объектом по меньшей мере равно сумме деформации гибкого листового тела и удлинения энергопоглощающих элементов, благодаря чему при соударении постороннего объекта и гибкого листового тела предотвращается удар по защищаемому объекту.
Для установки крепежных элементов, которыми снабжены энергопоглощающие элементы, на опорной конструкции предусмотрены элементы зацепления, к которым крепятся эти крепежные элементы.
Функция энергопоглощающих элементов состоит в преобразовании энергии удара (определяемой скоростью и массой) в рассредоточенные силы, приложенные к элементам зацепления, предусмотренным на опорной конструкции, на которой крепится устройство. Величина силы, прикладываемой к элементу зацепления, ограничивается путем выполнения анализа для значений, при которых не происходит серьезного повреждения воспринимающей конструкции.
Для этого необходимо определить наилучшую комбинацию энергопоглощающих элементов, расстояния между гибким листовым телом и защищаемым объектом и жесткости опорной конструкции, на которой крепится предлагаемое в изобретении устройство.
Изобретением предусмотрено, что энергопоглощающие элементы могут быть текстильными, механическими или гидравлическими. В предпочтительном варианте осуществления изобретения эти энергопоглощающие элементы являются текстильными и представляют собой ленты, каждая из которых зигзагообразно сложена с образованием наложенных друг на друга отрезков, закрепленные на гибком листовом теле у его кромки и по направлению к его внутренней части и снабженные перемычками, последовательно разрывающимися при столкновении постороннего объекта с гибким листовым телом. Упомянутые перемычки могут представлять собой, например, поперечные швы, выполненные на зигзагообразно расположенных лентах.
Крепежные элементы, предусмотренные в энергопоглощающих элементах, могут быть крепежными элементами быстроразъемного/карабинного типа. Например, они могут представлять собой карабины или аналогичные приспособления, способные выдерживать ударные нагрузки и обеспечивающие простой и быстрый монтаж устройства в требуемом месте. Такими же приспособлениями являются элементы зацепления опорной конструкции, к которым крепятся крепежные элементы.
Кроме того, гибкое листовое тело и энергопоглощающие элементы располагаются внутри мешка, из которого выступают крепежные элементы для крепления устройства на опорной конструкции. Таким образом, устройство защищается мешком, из которого выступают только крепежные элементы, крепящиеся на элементах зацепления, предусмотренных в опорной конструкции, что значительно упрощает монтаж устройства на этой конструкции.
Такая компоновка предотвращает повреждение устройства вследствие внешнего воздействия или неправильного обращения. Поэтому использование защитного мешка снижает вероятность отказа вследствие неправильного обращения или ухудшения эксплуатационных свойств и, следовательно, повышает эффективность изобретения.
Для лучшего понимания настоящего описания к нему приложен ряд чертежей, которые составляют его неотъемлемую часть и на которых объект изобретения представлен в иллюстративной форме, не налагающей никаких ограничений.
Краткое описание чертежей
На чертежах показано:
на фиг.1 - схематическое перспективное изображение устройства, соответствующего одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения (отдельно подробно показана конструкция энергопоглощающего элемента),
на фиг.2 - схематическое перспективное изображение, иллюстрирующее монтаж предлагаемого в изобретении устройства, показанного на предыдущем чертеже, на опорной конструкции с целью защиты требуемого элемента,
на фиг.3-6 - изображения сбоку, соответствующие предыдущему чертежу и иллюстрирующие различные фазы работы устройства при столкновении с птицей,
на фиг.7 - схематическое перспективное изображение показанного на фиг.1 устройства, помещенного в защитный мешок, облегчающий транспортировку и монтаж устройства,
на фиг.8 и 9 - пример возможного применения предлагаемого в изобретении устройства на летательном аппарате (самолете) с целью защиты механизма, удерживающего в закрытом положении створку ниши основной стойки шасси (для упрощения чертежа на фиг.9 эта створка показана открытой).
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Предлагаемое в изобретении устройство содержит гибкое листовое тело 1 (гибкий экран), изготовленное из ударопрочной ткани, например кевлара, и ряд закрепленных на нем энергопоглощающих элементов 2, также изготовленных из ткани и представляющих собой ленты 2, зигзагообразно сложенные, наложенные на гибкое листовое тело 1 и пришитые к нему. На концах лент расположены крепежные элементы 3, представляющие собой карабины и обеспечивающие крепление устройства к опорной конструкции 5, которая отделена от защищаемого объекта 4 и содержит ряд элементов 6 зацепления, к которым быстро и просто крепятся карабины 3, благодаря чему облегчается монтаж устройства, поскольку для этого требуется только зацепить карабины за элементы 6 зацепления. Такая конструкция является, кроме того, очень удобной для демонтажа предлагаемого в изобретении устройства после выполнения им своей функции и последующей установки нового устройства.
Элементы 6 зацепления установлены таким образом, что при креплении к ним карабинов 3 гибкое листовое тело 1 оказывается в полностью расправленном состоянии. Может оказаться так, что элементы 6 зацепления не находятся на требуемом для такого расправления расстоянии, для чего на концах лент 2 предусматриваются растягивающиеся элементы (не показаны), регулирующие расстояние от карабинов 3 до гибкого листового тела 1, что позволяет монтировать предлагаемое в изобретении устройство на опорной конструкции 5 без точной выверки местоположения элементов 6 зацепления.
Опорная конструкция 5 должна находиться за пределами пучка 7 возможных траекторий столкновения постороннего объекта 8 с защищаемым объектом 4, так что при установке устройства, предлагаемого в настоящем изобретении, оно располагается с перекрытием этого пучка 7 траекторий, по которым мог бы двигаться посторонний объект 8.
Пучок 7 возможных траекторий определяется экспериментально путем выполнения анализа риска на основе ранее полученных данных по другим летательным аппаратам и их моделям, на которых будет устанавливаться предлагаемое в изобретении устройство. Анализ риска столкновений с посторонними объектами является обязательным для сертификации летательного аппарата, и достоверность полученных результатов является высокой. Это означает, что данные по пучку 7 возможных траекторий посторонних объектов хорошо известны и эти траектории можно относительно просто спрогнозировать с помощью имеющихся средств.
Работа предлагаемого в изобретении устройства показана на фиг.3-6. В качестве постороннего объекта 8 здесь выступает птица, летящая внутри пучка 7 возможных траекторий (фиг.3), что означает столкновение этой птицы 8 с гибким листовым телом 1, которое претерпевает деформацию, приводящую к натяжению энергопоглощающих элементов - лент 2, что вызывает разрыв перемычек, представляющих собой стежки поперечных швов (не показаны), выполненных на этих лентах 2, которые вытягиваются на их максимальную длину (фиг.4 и 5), так что после полного торможения птицы 8 устройство будет находиться в положении, показанном на фиг.6, а демонтаж устройства осуществляется путем отсоединения карабинов 3 от элементов 6 зацепления, что позволяет смонтировать новое устройство.
На фиг.7 показано то же устройство, что и на фиг.1, но здесь оно помещено в мешок 9, функцией которого является защита гибкого листового тела 1 и лент 2 от воздействия плохих окружающих условий, которое может привести к повреждению устройства и ухудшению его эксплуатационных характеристик. В зависимости от предполагаемого места установки предлагаемого в изобретении устройства мешок 9 должен обладать характеристиками, обеспечивающими защиту как от воздействующих извне сред (воды, топлива, гидравлической жидкости и т.д.), так и от окружающих условий (температуры, воздушных потоков и т.д.). Мешок является полностью закрытым для доступа снаружи, и единственными расположенными вне его элементами являются карабины 3, посредством которых обеспечивается крепление защитного устройства. Такая конструкция, как упоминалось выше, облегчает монтаж и демонтаж устройства.
На мешке 9 имеется участок 10, где располагается этикетка с данными об устройстве, которые могут включать, например, маркировку и/или наименование, серийный номер, срок службы (если применимо), инструкции по монтажу и технике безопасности и т.д.
На фиг.8 и 9 представлен пример возможного применения предлагаемого в изобретении устройства на летательном аппарате (самолете) 11 с целью защиты запирающего крюка ("замка убранного положения") 4, удерживающего в закрытом положении створку 12 ниши основной стойки шасси, расположенной на подфюзеляжном обтекателе 13 самолета 11.
Запирающий крюк 4 не защищен фюзеляжем, так что он располагается внутри пучка 7 возможных траекторий полета птицы 8, столкновение с которой может произойти во время взлета и посадки, а также полета в постоянном режиме самолета 11.
Запирающий крюк 4 является особо важным элементом системы выпуска/убирания шасси. Он представляет собой одно из приспособлений, ответственных за удержание створки в закрытом положении. Для упрощения чертежа створка 12 на фиг.9 показана в открытом положении.
Повреждение запирающего крюка 4 сопряжено с риском неправильной фиксации створки, закрывающей шасси, что подвергает опасности целостность самолета во время полета.
Даже при наличии дублирующей рабочей системы невозможно гарантировать надлежащее функционирование запирающего крюка 4, подвергнувшегося столкновению с птицей 8 или другим посторонним объектом. Поэтому для исключения всех возможных рисков необходимо защитить его с помощью какого-либо элемента, расположенного снаружи от него.
В данном примере опорная конструкция 5 самолета 11 расположена перед защищаемым запирающим крюком 4 и полностью охватывает пучок 7 возможных траекторий таким образом, что между гибким листовым телом 1 и запирающим крюком 4 имеется достаточное расстояние для надлежащего функционирования предлагаемого в изобретении устройства, описанного выше, и предотвращения передачи высоких нагрузок на опорную конструкцию 5.
В случае столкновения с птицей 8 или другим объектом запирающий крюк 4 останется неповрежденным, а эксплуатация самолета может продолжаться вплоть до устранения других повреждений, например демонтажа деформированных панелей, определяющих внешнюю поверхность створки 12, и демонтажа предлагаемого в настоящем изобретении устройства, которое не подлежит повторному использованию. Благодаря этому устройству, работа которого описана выше, опорная конструкция 5 не получит повреждений, поскольку возникающие нагрузки будут сведены к минимуму эффектом поглощения энергии, обеспечиваемым изобретением. Затем производится установка новых панелей или устранение их повреждений и монтаж нового предлагаемого в изобретении устройства. Таким способом восстанавливается защитная функция, обеспечивающая оптимальную эксплуатацию летательного аппарата без необходимости проведения дорогостоящих и трудоемких инспекций с целью удостовериться в отсутствии повреждений опорной конструкции, упомянутой в настоящем описании.