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CN101495365A - 用于飞行器的碰撞衰减系统 - Google Patents

用于飞行器的碰撞衰减系统 Download PDF

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Abstract

一种用于飞行器的碰撞衰减系统，该系统具有由飞行器承载并一般可以靠近飞行器外部膨胀的充气袋。该充气袋具有至少一个通风口用来从充气袋内释放气体。第一气体发生器与充气袋内部流体连通，用于在操作第一气体发生器的时候，以生成的气体膨胀所述充气袋。通风阀用来控制通过每个通风口的气流，每个通风阀选择性地配置在开启状态和关闭状态，其中在开启状态下，气体可以从充气袋内部经过关联的通风口，而在所述关闭状态下，气体保存在充气袋内部。第二气源用来在气体经过至少一个通风口排出后，至少部分地再次膨胀所述充气袋。

Description

用于飞行器的碰撞衰减系统
技术领域
本发明一般涉及碰撞衰减系统，具体地说，涉及用于飞行器的碰撞衰减系统。
背景技术
当前内部充气袋用在汽车工业中，位于乘坐空间内以减轻乘坐者的伤害。类似地，外部充气袋已经用于在接触地面或水面时衰减航空和航天运载工具，例如救生舱的减速载荷。示例包括NASA Mars Rovers和GeneralDynamics/Grumman F-111的乘员舱。
撞击过程中，充气袋内气体必须排出以防止气体增压并且随后再膨胀，这可能导致乘坐者反向加速。这种效应一般称为反弹。另外，必须排出气体，以压力过大，这样可能造成充气袋失效。排气例如能通过分散的通风口或者形成充气袋表皮至少一部分的多孔膜来实现。当碰撞发生在水上的时候，一些类型的充气袋还可以用作漂浮设备。
虽然已经在飞行器漂浮系统领域取得了巨大进展，但是仍然存在许多缺陷。
发明内容
现在需要一种用于飞行器的碰撞衰减系统，该系统包括水上碰撞后自动再次充气装置，使得充气袋可以用作为飞行器的漂浮设备。
因此，本发明的目的是提供一种用于飞行器的充气袋式碰撞衰减系统，该系统包括水上碰撞后自动再次充气装置，使得可以将所述充气袋作为飞行器的漂浮设备。
一种用于飞行器的碰撞衰减系统，该系统具有由飞行器承载并一般可以靠近飞行器外部膨胀的充气袋。该充气袋具有至少一个通风口用来从充气袋内释放气体。第一气体发生器与充气袋内部流体连通，用于在操作第一气体发生器的时候，以生成的气体膨胀所述充气袋。通风阀用来控制通过每个通风口的气流，每个通风阀选择性地配置在开启状态和关闭状态，其中在开启状态下，气体可以从充气袋内部经过关联的通风口，而在所述关闭状态下，气体保存在充气袋内部。第二气源用来在气体经过至少一个通风口排出后，至少部分地再次膨胀所述充气袋。
本发明提供如下的优势(1)用于衰减碰撞载荷的可膨胀碰撞衰减系统和碰撞后的漂浮系统相结合；(2)无孔充气袋织物与分散的通风嘴一起使用，这些通风嘴通向所占据区域的外侧环境；(3)通风嘴可以是主动控制阀，以使因重力-中心(GW-CG)改变、撞击速度、撞击表面的柔软度以及撞击高度造成的不定性最小；(4)使用自动阀作为所述通风嘴，其在接触水的时候自动关闭。
附图说明
为了更为全面地理解本发明，包括其特征和优点，现在结合附图详细说明本发明，其中：
图1是包括本发明碰撞衰减系统的飞行器的斜视图；
图2是图1所示碰撞衰减系统充气袋部分的放大斜视图；
图3是图2所示充气袋阀部分的截面图，图中所示的阀处于开启状态；
图4是图2所示充气袋阀部分的截面图，图中所示的阀处于关闭状态；
图5是碰撞陆地前图1所示直升机的一部分的侧视图；
图6是碰撞陆地之后图1所示直升机的一部分的侧视图；
图7是碰撞水面前图1所示直升机的一部分的侧视图；
图8是碰撞水面之后图1所示直升机一部分的侧视图；
图9是碰撞水面之后且充气袋再次膨胀之后图1所示直升机一部分的侧视图；
具体实施方式
本发明提供了一种用于飞行器的碰撞衰减系统。该系统包括充气袋，该充气袋在碰撞前膨胀，在碰撞中排气，同时还可以再次膨胀，用作碰撞后的漂浮设备。本发明适用于所有型号的飞行器，例如直升机，固定翼飞机和其他飞机，尤其是旋翼飞行器。本发明所述的系统通过提供通气阀自动控制和碰撞后再次膨胀而对现有技术进行了改进。本发明所述的系统实际上减轻了支撑大质量部件(例如引擎和/或传动机构)所需的机体结构的重量，使得可以建造重量较轻的机体结构，这种较轻的机体架构可以抵消碰撞衰减系统额外的重量。
图1示出了包含本发明所述碰撞衰减系统的直升机11。直升机11包括机身13和尾桁15。螺旋桨17为直升机11的飞行提供升力的推动力。飞行员坐在机身13前部的驾驶舱19中，而着落橇21从机身13下部延伸，用于将直升机11支撑在刚性表面上，诸如地面上。
关于螺旋桨17或螺旋桨17驱动系统的问题是，需要以高于希望速度的较高速度降低飞行高度。如果在与地面或水面碰撞时速率过高，则直升机11的乘坐人员就有可能受伤并且直升机11有可能会被施加在直升机11上的减速力严重损坏。为了减小这些力，在机身13下面安装可膨胀的无孔充气袋23、25。尽管没有在图中显示出来，但是充气袋23和25存放在未膨胀状态，并且在碰撞衰减控制系统的控制下充气膨胀(如下所述)。
图2是充气袋23的放大视图，该充气袋具有无孔的球胆27和多个分散的通风口29。图中示出了充气袋23，但应引起注意的是充气袋23，25通常具有相同的配置。通风口29与球胆27内部连通，可以使充气袋23内部的气体排出。在该所示的实施例中，通风口29向周围的空气敞开，当然通风口也可以连接到封闭的空间，诸如另一个充气袋或存储器(未示出)。
参考图3和图4，每个通风口29具有通风阀31，用来控制通过通风口29的气流。通风口29和通风阀31共同形成了引导气流流出充气袋23的通风通道33。每个通风阀31密封地安装在球胆27上，从而阻止气体从通风口31周围泄露，这样排出气体流经通道33。通风板35配置成可以在开启位置和关闭位置之间移动。图3显示了通风板35处在开启位置，或开启状态，在这种情况下气体可以从球胆27内部流过通道33。图4显示了通风板35处在关闭位置，或关闭状态，在这种情况下，阻止气体从球胆27流出进入通道33。尽管显示为滑动阀，但是本领域技术人员应该理解，通风阀31可以选择性的作为其他合适类型的阀。对通风阀31的控制可以通过任何数目的装置实现，包括，例如电气流变性(electrorheological)装置。
图5到9显示充气袋23装在机身13下部，同时显示了本发明碰撞衰减控制系统的另外部件。如图所示安装在机身13内的基于电脑的控制系统37用于控制与充气袋23、25关联的部件的操作。每个充气袋23、25具有第一气源，诸如气体发生器39，用于初始膨胀关联的充气袋23、25；和第二气源，诸如压缩气柜41，用于充气袋23，25碰撞后再次膨胀。每个气源可以是各种类型，诸如发生气体的化学设备或压缩空气，为膨胀充气袋23、25提供气体。另外，本发明的系统优选包含至少一个传感器43用于检测下降和/或接近地面的速率。充气袋23，25还优选包括水检测系统，该系统可以具有安装在机身13上的传感器45，用来检测水上碰撞。气体发生器39、压缩气柜41、通风阀31和传感器43、45通过数据或电力线47连接到控制系统37，使得控制系统37这些连接的部件通信，监视并控制这些连接的部件的操作。另外，控制系统37可以连接到飞行计算机或其他系统，以允许飞行员控制碰撞衰减系统的操作。例如，可以为飞行员提供这样的装置，在飞机安全着陆时，使得飞行员可以解除本发明所述的系统。
图5到图9说明了该碰撞衰减系统的操作，图5与图6表示了碰撞到类似地面的刚性表面过程中的作用，图7到图9表示了碰撞水面过程中的作用。由于充气袋25的操作与充气袋23的操作相同，因此只显示了充气袋23。
在操作中，如果传感器43检测到即将发生碰撞，例如，在特定高度范围内接近地面速率过快，则控制系统37启动主气体发生器39，在恰当的时刻为充气袋23、25充气，使得充气袋23，25接触撞击表面(地面或水面)。时刚好完全膨胀
图5示出了即将碰撞地面49。主气体发生器39已经启动，充气袋23的球胆27在马上要接触地面49之前膨胀。图6显示了充气袋23在撞击过程中的作用，其中球胆27中的气体通过通风口29排出，消耗气压，从而使由于碰撞引起的机身13上的结构载荷最小化。为了使气体从通风口29排出，控制系统37指令通风阀31(如上所描述)从关闭切换到至少部分开启。通风阀31在碰撞中的开启量由控制系统37根据所选择因素决定，所选择的因素包括，例如，下降速率和飞行器重量。
图7示出即将碰撞水面51。主气体发生器39已经启动，并且充气袋23的球胆27在马上要接触水面51之前膨胀。图8显示了充气袋23在撞击过程中的作用，其中球胆27中的气体通过通风口29排出，消耗气压，从而使由于碰撞引起的机身13上的结构载荷最小化。为了使气体从通风口29排出，控制系统37指令通风阀31(如上所描述)从关闭切换到至少部分开启。如果水检测传感器45检测到水，则控制系统37指令通风阀31关闭，然后指令压缩气柜41将气体释放到球胆27中，使得充气袋23至少部分再次充气。这种方式使得充气袋23、25释放大部分或全部由主气体发生器39在碰撞过程中提供的气体，并且还可以在碰撞后作为漂浮设备，为直升机11提供浮力。使用压缩空气使得再次充气更快，这对于防止飞行器沉没很重要。
应该注意的是在飞行器底部中央位置配置充气袋23，25会导致飞行器在水中不稳定，这样飞机有可能头重脚轻、倾斜或在水中翻倒。额外的漂浮设备，例如充气袋，还可以用来通过将它们与充气袋23，25隔开而防止飞行器倾倒。例如，可以在直升机11的着陆橇21上布置外伸架充气袋。
虽然参照至少一个图示实例来说明本发明，但是这种说明并不是用来理解为限制的意思。在参照本说明之后，图示实施例的各种修改和结合，以及本发明的其他实施例，对于本领域技术人员都容易理解。

Claims (10)

1.一种用于飞行器的碰撞衰减系统，该系统包括：
由所述飞行器承载并通常可以靠近所述飞行器外部膨胀的充气袋，所述充气袋包括至少一个通风口用来从所述充气袋内部释放气体；
第一气源，其与所述充气袋内部流体连通，用来使用所述第一气体源产生的气体使所述充气袋膨胀；
通风阀，其用来控制通过每个通风口的气流，每个通风阀选择性地配置在开启状态和关闭状态，其中在所述开启状态下，气体可以从所述充气袋内部经过关联的通风口，而在所述关闭状态下，气体保存在所述充气袋内部；和
第二气源，其与所述充气袋内部流体连通，用来在气体经过所述至少一个通风口排出后，利用所述第二气源提供的气体至少部分地再次膨胀所述充气袋。
2.如权利要求1所述的碰撞衰减系统，其特征在于，所述第一气源是气体发生器。
3.如权利要求1所述的碰撞衰减系统，其特征在于，所述第二气源包括压缩气体。
4.如权利要求1所述的碰撞衰减系统，进一步包括水检测系统，用来检测水的存在。
5.如权利要求1所述的碰撞衰减系统，进一步包括水探测系统，用来检测水的存在，其中当所述水检测系统检测到水的时候，每个所述通风阀被切换到关闭状态，并且所述第二气源用来至少部分地再次膨胀所述充气袋。
6.一种用于飞行器的碰撞衰减系统，该系统包括：
由所述飞行器承载并通常可以靠近所述飞行器外部膨胀的充气袋，所述充气袋包括至少一个通风口用来从所述充气袋内部释放气体；
第一气源，其与所述充气袋内部流体连通，用来使用所述第一气体源产生的气体使所述充气袋膨胀；
通风阀，其用来控制通过每个通风口的气流，每个通风阀选择性地配置在开启状态和关闭状态，其中在所述开启状态下，气体可以从所述充气袋内部经过关联的通风口，而在所述关闭状态下，气体保存在所述充气袋内部；和
水检测系统，用来检测水的存在。
7.如权利要求6所述的碰撞衰减系统，其特征在于，所述第一气源是气体发生器。
8.如权利要求6所述的碰撞衰减系统，进一步包括：
第二气源，其与所述充气袋内部流体连通，用来在气体经过所述至少一个通风口排出后，利用所述第二气源提供的气体至少部分地再次膨胀所述充气袋。
9.如权利要求6所述的碰撞衰减系统，进一步包括：
第二气源，其与所述充气袋内部流体连通，用来在气体经过所述至少一个通风口排出后，利用所述第二气源提供的气体至少部分地再次膨胀所述充气袋；
其中，所述第二气源包括压缩气体。
10.如权利要求6所述的碰撞衰减系统，进一步包括：
第二气源，用来在气体经过所述至少一个通风口排出后，利用所述第二气源提供的气体至少部分地再次膨胀所述充气袋；
其中，当所述水检测系统检测到水的时候，每个所述通风阀被切换到关闭状态，并且所述第二气源用来至少部分地再次膨胀所述充气袋。
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