БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА АМОРТИЗАЦИИ ДЛЯ АВАРИЙНОГО ПРИЗЕМЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
FAST-OPERATION DAMPING SYSTEM FOR AIRCRAFT EMERGENCY LANDING

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для использования в воздушном транспорте и авиационном спорте совместно с быстродействующими парашютными системами для смягчения удара, преимущественно летательных аппаратов (ЛА) в аварийных ситуациях при соприкосновении с поверхностью.
Быстродействующая система амортизации (БСА) предназначена для демпфирования ударных нагрузок при приземлении ЛА вместе с экипажем и пассажирами в случае применения специальных аварийно-спасательных быстродействующих парашютных систем (БПС).
Возможность парашютного спасения экипажа и пассажиров вместе с ЛА, а также постоянная актуальность проблемы уменьшения времени введения в действие парашюта привели к созданию отдельного вида парашютной техники -быстродействующих парашютных систем летательных аппаратов (БПС ЛА), для которых характерным является уменьшение времени этапа вытягивания парашютной системы за счет применения ускорителей принудительного вытягивания.
Появление и применение БПС выявило ряд дополнительных преимуществ таких, как:
- исключение из схемы спасения этапа выхода и отделения от ЛА людей, что существенно уменьшает время и минимально безопасную высоту от момента принятия решения до момента введения парашютной системы в действие;
- более комфортные и безопасные для людей (физиологически и психологически) условия при введении парашютной системы в действие, при снижении и аварийном приземлении, т.к. экипаж и пассажиры остаются в креслах на борту ЛА;
- отсутствует необходимость проведения индивидуальной парашютной подготовки экипажа и пассажиров;
- отсутствует необходимость приобретать спасательные парашютные системы индивидуального пользования.
БСА является дополнительным средством повышения безопасности ЛА при использовании БПС в случае аварийной посадки.
Технический результат изобретения БСА заключается в повышении безопасности экипажа, пассажиров и самого ЛА, обеспечении возможности посадки на любую поверхность и снижения нагрузок, действующих на пассажиров и экипаж при посадке, в повышении свойств плавучести ЛА на водной поверхности, в том числе при сильном ветре и волнении, а также сохранности ЛА после приземления и снижении вероятности причинения материального ущерба и травмирования людей при аварийной посадке ЛА.
Известно устройство для аварийного спасения летательного аппарата, содержащее парашют, который предназначен для соединения с верхней частью фюзеляжа, и мягкую оболочку пневматического амортизатора, состоящую из первого участка, который предназначен для закрепления на нижней части фюзеляжа, второго промежуточного участка и третьего участка, который предназначен для взаимодействия с поверхностью при спуске, узел крепления упомянутого первого участка оболочки на нижней части фюзеляжа (RU 2180639 С1, B64D 1/14, 2002).
Для амортизации удара предполагается использовать мягкую оболочку, объем которой значительно больше объема ЛА, а следовательно, необходимо оборудование для наддува с источником газа большого веса.
Известна также система амортизации для аварийного приземления летательного аппарата, преимущественно оснащенного быстродействующей парашютной системой, имеющей ускоритель принудительного вытягивания, содержащая источник газа и оболочку с надуваемым элементом, одно из оснований которой прикреплено к нижней части фюзеляжа летательного аппарата (US 5944282 А, B64D 1/14, 1999).
Оборудование, необходимое для указанной системы, увеличивает вес летательного аппарата, а потому уменьшает вес полезной нагрузки, при этом требуется длительное время для наддува мягкой оболочки большого объема.
Задача изобретения состоит в том, чтобы повысить безопасность при аварийной посадке различных типов летательных аппаратов при снижении веса дополнительного оборудования и повышения быстродействия устройства аварийного спасения.
Технический результат заключается в повышении безопасности экипажа, пассажиров и самого летательного аппарата, обеспечении возможности посадки на любую поверхность и уменьшении нагрузки, действующей на пассажиров и экипаж при посадке, в повышении свойств плавучести летательного аппарата над водной поверхностью, в том числе при сильном ветре и волнении, а также сохранности летательного аппарата после приземления и снижении вероятности причинения материального ущерба и травмирования людей при падении летательного аппарата на поверхность земли, частные и государственные объекты.
Изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью существенных признаков указанного выше технического результата.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображена схема расположения парашюта и быстродействующей системы амортизации для аварийного приземления летательного аппарата перед ударом о поверхность;
на фиг.2 - схема расположения быстродействующей системы амортизации для аварийного приземления летательного аппарата перед ударом о поверхность;
на фиг.3 - схема быстродействующей системы амортизации для аварийного приземления летательного аппарата после удара о поверхность.
Предлагаемая БСА в уложенном состоянии находится в замкнутом объеме в нижней части ЛА, преимущественно в районе его центра тяжести, и содержит: источник подачи и нагнетания газа; трансформируемый пневматический каркас, верхнее основание которого прикреплено к нижней части фюзеляжа ЛА; свободно наполняемую забортным воздухом демпфирующую оболочку, скрепленную с пневматическим каркасом.
Принцип действия БСА заключается в дополнительном (по отношению к использованию БПС) гашении кинетической энергии аварийного ЛА в процессе его приземления путем использования быстро наполняемого пневмокаркасного амортизатора и связанного с ним и расправляемого им в процессе наддува пневматического, наполняемого забортным воздухом, демпфера.
Для достижения технического результата по снижению нагрузок при аварийном приземлении ЛА, оснащенного БПС, в БСА применяется быстро наполняемый от источника подачи и нагнетания газа (системы газонаполнения эжекторного типа) трансформируемый пневматический амортизирующий каркас, выполненный в виде надувного устройства, представляющего собой замкнутый однообъемный контур, состоящий из нижнего и верхнего надувных торообразных оснований, связанных надувными спицами.
Наполняемая демпфирующая оболочка является дополнительным амортизирующим устройством, представляющим собой свободно наполняемую забортным воздухом оболочку с перепускными отверстиями на. ее внешней боковой поверхности, размещенную внутри пневмокаркасного амортизирующего контура, при этом верхнее основание пневматического каркаса выполнено с меньшим диаметром, чем нижнее основание, и прикреплено к нижней части фюзеляжа ЛА. Кроме этого, предпочтительно, чтобы:
- источник газа для надувного элемента был выполнен в виде активируемой автоматически или вручную системы газонаполнения с воздушным эжектором;
- воздушные эжекторы размещались в полостях верхнего и нижнего оснований и/или в надувных спицах;
- наполняемая демпфирующая оболочка была выполнена однообъемной или многосекционной;
- верхнее основание было прикреплено к нижней части фюзеляжа ЛА посредством опорного элемента, выполненного в виде нижнего обвода фюзеляжа по форме обшивки для обеспечения равномерного давления в момент приземления, прикрепленного к верхнему основанию креплением.
БСА 1 (фиг.1) для аварийного приземления ЛА 2 (фиг.1-3), оснащенного БПС 3 с элементами 4 подвеса, содержит, по меньшей мере, один источник газа (не показан) и оболочки с надуваемыми и наполняемыми элементами.
Пневматический каркас выполнен в виде надувного устройства, представляющего собой замкнутый пневмокаркасный амортизирующий контур, наполняемый источником газа, состоящий из нижнего 5 и верхнего 6 надувных торообразных оснований, связанных надувными спицами 7. Наполняемый демпфирующий элемент виде оболочки, представляющий собой дополнительное амортизирующее устройство 8, размещенный внутри пневматического каркаса и связанная с ним, выполненный из прочного воздухонепроницаемого материала с калиброванными перепускными отверстиями 9 для первоначального забора воздуха из атмосферы при наполнении пневматического амортизирующего каркаса и истечения воздуха 10 из оболочки 8 и стравливания избыточного давления в момент приземления. Верхнее основание 6 пневматического каркаса выполнено меньшего диаметра, чем нижнее основание 5 и прикреплено к нижней части фюзеляжа ЛА 2 посредством опорного элемента, выполненного по форме нижнего обвода фюзеляжа ЛА по форме обшивки для обеспечения равномерного давления в момент приземления, прикрепленного к верхнему основанию 6 креплением.
Система газонаполнения эжекторного типа для пневматического амортизирующего каркаса может быть размещена в нижней части фюзеляжа ЛА 2 и выполнена в виде одного или нескольких исполнительных элементов системы газонаполнения (воздушных эжекторов), которые могут быть размещены непосредственно в полостях верхнего 6 и нижнего 5 оснований или надувных спицах 7. Система газонаполнения активируется автоматически в момент вступления в работу БПС или вручную в случае необходимости. Процесс активации может быть механическим, электрическим или электромеханическим. Конструктивное решение как самой системы газонаполнения эжекторного типа, так и системы его активации в рамках данной заявки не рассматриваются, т.к. относятся к известным средствам.
Процесс газонаполнения и развертывания БСА должен быть быстрым, что обеспечивается характеристиками системы газонаполнения эжекторного типа. Общее время, необходимое для развертывания свернутого и упакованного устройства БСА, активизации системы газонаполнения и полного надува БСА не должно превышать 10 сек.
Свободно наполняемая оболочка 8 может иметь полости, образованные горизонтальными и вертикальными перегородками, выполненными в виде сот и имеющими перепускные отверстия.
Также устройство может быть снабжено пенообразующим механизмом, сообщенным с сотовыми полостями оболочки 8 для их заполнения быстро затвердевающей или иной пеной.
Устройство БСА работает следующим образом.
Перед полетом ЛА 2 парашютная система 3 компактно укладывается в парашютном контейнере над верхней частью фюзеляжа, а БСА 1 для аварийного приземления ЛА 2 компактно укладывают, используя средство фиксации сложенного положения, под нижней частью фюзеляжа в районе его центра тяжести.
Последовательность действий устройства при аварийной посадке ЛА.
Экипаж и пассажиры располагаются при посадке в ЛА, как и во время полета в сидячем положении на штатных местах. В случае падения ЛА 2 пилот вручную или автоматически приводит в действие БПС 3 и БСА 1, система газонаполнения, которой наполняет замкнутый пневматический каркас активным газом и забортным воздухом посредством воздушных эжекторов, расположенных в каждой изолированной полости: верхнем 6 и нижнем 5 основаниях и надувных спицах 7, создавая избыточное давление разворачивая и наполняя оболочку 8, которая может быть выполнена в виде однообъемной или многосекционной. В процессе спуска ЛА 2 стабилизируется и приземляется приблизительно в горизонтальном положении (фиг.2).
В момент приземления инерционная масса ЛА 2 через верхнюю мембрану давит на надувной пневматический каркас и наполняемую оболочку 8, которые предназначены для снижения величины ударной нагрузки до безопасного уровня, создавая избыточное давление, которое обеспечивает гашение части кинетической энергии спасаемого ЛА 2 с экипажем и пассажирами в момент касания БСА с землей.
При контакте нижнего основания 5 с поверхностью земли кинетическая энергия ЛА 2 гасится за счет истечения воздуха из полости наполняемой оболочки 8 через калиброванные перепускные отверстия 9. При этом гашение кинетической энергии дополняется за счет деформации верхнего 6 и нижнего 5 оснований. При таком последовательно совмещенном процессе амортизации происходит нелинейное гашение кинетической энергии аварийно приземляющегося ЛА 2. В процессе приземления устройство БСА обеспечивает эффективное торможение ЛА 2 до скорости менее чем 1,5 м/с.
В зависимости от полетной массы ЛА полости наполняемой демпфирующей оболочки 8, образованные внутренними мягкими горизонтальными и вертикальными перегородками, могут быть выполнены в виде сот и иметь перепускные отверстиями.
БСА может быть также (в зависимости от полетной массы ЛА) снабжено пенообразующим механизмом, который срабатывает одновременно с заполнением газом пневматического каркаса от источника газонаполнения и заправляет полости наполняемой демпфирующей оболочки 8 быстрозатвердевающей или иной пеной до образования потребного для амортизации объема пластичного материала.
При контакте наполняемой оболочки 8, имеющей сотовую конструкцию, с поверхностью земли кинетическая энергия аварийного ЛА гасится за счет стравливания воздуха из сотовых полостей через перепускные отверстия между горизонтальными и вертикальными мягкими внутренними перегородками и перепускными отверстиями внешней поверхности оболочки 8.
При контакте наполняемой оболочки 8, заполненной пористым пеноматериалом гашение кинетической энергии аварийного ЛА осуществляется за счет деформации этого материала.
Допустимая величина перегрузки, воздействующей на человека и ЛА при приземлении достигается изменением размеров отверстий в нижней части наполняемой оболочки, высотой сминаемого слоя пены или пористого пеноматериала.
Данная конструкция позволяет повысить безопасность экипажа, пассажиров и самого ЛА, обеспечить возможность посадки на любую поверхность, уменьшить, нагрузки, действующие на пассажиров и экипаж при посадке, а также сохранить ЛА после приземления.
Изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических процессов.