CN100595106C - 一种用于飞行器的具有侧面保持物的复合防撞结构 - Google Patents
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Abstract
一种用于飞行器(1)的包括第一壁(18V)和第二壁(18H)的结构(2)。所述第一壁包括位于中间装置(20)每一侧的由复合材料制成的两个护套(19)，还包括至少一个能使其固定到所述第二壁上的底板(54)。所述结构还包括至少一个面向所述护套(19)延伸并与其隔开的细长部件(51)，所述细长部件被地固定到所述底板或所述第二壁上，并被设置用做在破裂后从底板上分离的第一壁的一部分(18V1)支承面。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于飞行器的复合防撞结构，还涉及包括这种结构的飞行器。
本发明特别适用于旋翼飞行器，尤其是直升飞机。
背景技术
这种飞行器的所述结构必须与标准的功能限定相兼容，特别是要与认证体系相兼容。
在飞行器撞击(碰撞)地面的事故中，必须限制和甚至防止结构破坏，特别是在机舱和飞行器的重要部分附近。必须避免所有人体不能接受的伤害。
目前，要符合确定的规格与这些飞行器的部件所期望的功能是相互矛盾的，所做的折中方案在实践中不是总能被接受。特别是在旋翼飞行器中。
对增大用于吸收撞击(事故)能量的飞行器结构容量的探索已经引起了许多讨论。
专利文献FR-2632604公开了一种直升机结构，其包括主要由通过叉形杆件将其端部连接在一起的门形构架组成的框架。在撞击事故中特定结构使得通过触发弯曲来获得叉形杆件的可控变形成为可能。
专利文献US-4084029，US-4734146和FR-2817608涉及具有正弦形状的复合波纹状芯体的横梁。
还提出了在飞行器的机身与地面的撞击事故中用于吸收能量的其他多种结构。
专利文献US-6620484公开了一种包含有垂直复合板的吸收结构，其具有以从所述结构底部向其顶部逐步增加的密度来环绕的螺纹。
专利文献US-4593870涉及一种碰撞吸收器，其在直升机机舱地板下面延伸，并且其包括交叉排列的横梁，所述横梁包括一层或两层覆盖蜂巢结构芯体的薄片。在薄片的底部设置有折断引发构件。
专利文献US-4941767公开了通过环形截面部件连接的交叉板。
专利文献US-5069318公开了围绕薄壁的加强部件，以便在撞击事故中稳定其运行。专利文献US-6718713公开了预成型部件，所述预成型部件具有用于插入平面分隔件的通道。文献WO03/018295公开了预成型成希腊字母“Pi”形状的部件，用于与复合材料部分组装。
本发明特别应用于在其底部结构包括安装或准备安装设备(例如燃料箱)的隔室的旋翼飞行器，在撞击事故中，所述设备倾向于挤向舱的侧壁。
专利文献FR-2763313公开一种安装设施，其用于通过捆绑的方式将柔性油箱悬挂在隔室中。在撞击事故中，由于燃料的质量产生的动能导致隔室底部破裂，并使捆绑件遭受塑性变形。
专利文献US-5451015公开了一种直升机，其具有一种结构，该结构包括安装柔性油箱的隔室；所述隔室包括全部用加强筋加强的四个侧壁和一个底板。在柔性油箱和所述壁之间安装有聚氨脂类泡沫。调整泡沫和壁各自的强度，以便在撞击事故中，来自燃料的挤压不会完全破坏隔室的壁。
发明内容
尽管进行了上述尝试，仍然需要对飞行器的结构进行改进以吸收产生自撞击的力和能量。
最后，在本发明的一个方面，设有一种飞行器结构，其包括第一壁和第二壁，所述第一壁包括布置在中间装置每一侧的由复合材料制成的两个护套。所述结构和/或第一壁至少包括一个能使第一壁安全地固定到第二壁上的底板，和还至少包括一个面向护套延伸并从那里隔开的细长部件。细长部件固定到底板或第二壁上，且设置成用做第一壁的一部分的支承面，所述部分因第一壁自身破裂而从底板上分离。
在本发明的优选实施方式中：
所述壁形成要安装设备的隔室的一部分，如流体箱，其倾向于向第一壁施加横向力；
所述结构包括基板；第一壁是横梁的形状，其芯体沿大致垂直于基板的第一平面延伸，第二壁沿相对于底板稍微倾斜的第二平面延伸，和所述壁在基板下延伸；
延伸部件是空心的，且安全地固定到底板上和/或固定到第二壁上，比如，通过附着粘合或铆接；
延伸部件是由复合材料制成，并且具有在其整个长度上基本相同(恒定)的横截面(正如截面部件)，横截面具有敞开的外部轮廓；
延伸部件平行于底板并在其上面延伸伸；
延伸部件包括支承面，其用于在破裂后支承第一壁的底部，其支承面大体为平面，并且基本平行于其中一个护套、在第一壁的一半高度的一部分延伸；
在护套的至少一层中，护套包括局部中断形式的薄弱区域，该薄弱区域在底板上延伸，延伸部件在中断上部延伸(部分地)；
第一壁的每个护套至少包括一个薄弱区域，以便在碰撞事故中，促使壁沿平面内的轴线对称的下降，第一壁的芯体沿该平面延伸；该结构包括设置在第一壁每一侧的两个基本相同的延伸部件，所述延伸部件与底板一起形成适合于容纳来自第一壁破裂和变平产生的碎片的沟形容器；及
至少一个壁的中间装置包含多孔材料，如合成泡沫或蜂窝结构。
在另一方面，本发明提供了旋翼飞行器，其至少具有一个根据本发明的防撞复合结构。
本发明能够将能量吸收装置集成在重要的复合结构中用于吸收力，在撞击期间，所述装置能够提供大量的能量吸收，而不损坏结构的静态强度。
通过下文无限定性的、参照附图(显示了本发明的优选实施例)所作的说明可以推出本发明的其它方面、特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的直升机的纵向主视图，是从其前端或“鼻”端为左边和其后端或“尾”端为右边一侧看去。
图2是分解透视图(从侧面和从上面看去)，显示了本发明的直升机结构，构件显示为装配前的状态。
图3是本发明结构的两壁间的连接部分的简略透视图。
图4是沿图3的垂直面的剖视图(沿IV-IV面)。
图5和图6是在沿垂直面的两个剖视图，分别图示了其中一个壁破裂前后的两个壁间的连接。
具体实施方式
在图中，用同样的附图标记表示相同或相似的部件，可以从三个相互正交的轴的方向看去。
垂直轴或所谓的仰角轴Z对应于所述结构的高度和厚度：相对于它使用上/下或顶部/底部的术语。
水平轴或“纵向”轴X对应于所述结构的长度或主要尺寸。相对于它使用前/后的术语。
水平轴或“横向”轴X对应于所述结构的宽度或侧面尺寸。相对于它使用“侧向”的术语。
X轴和Y轴确定了水平面XY，X轴和Z轴确定了纵向(和垂直)平面XZ，Y轴和Z轴确定了一个横向(和垂直)平面YZ。
在图1和图2中，飞行器1是直升机，其包括机身2B，主旋翼15，和反向转矩旋翼16。本发明可以应用到其他类型的飞行器上，比如，固定翼飞行器和轻于空气的航空器。
在图1和图2中，可以看到飞行器结构(即作用力吸收结构)2。该结构2提供了不管是在安全运行期间还是在碰撞事故中其操作所需强度的飞行器1的机身2B。
特别是在图2中可以看到，该结构2包括载荷承载壁18，其具有形式：
I)从后部(左)到前部(右)计数的横向构架3-8；
II)纵向横梁9-12；
III)基板13；
IV)用于支承与主驱动装置和提升主旋翼15以及后旋翼16连接的主变速箱的机器底板14；及
V)用于覆盖结构2和形成机身2B的侧面和底部的隔板形式壁，例如附图标记17和17B所示的元件。
结构2是复合(叠层)类型的。特别要参照图3和图4，结构2的每个载荷承载壁18在中间装置20的每一侧通常包括外部平面护套19。
特别在图3和图4，结构2具有两个载荷承载壁、即第一壁18V和第二壁18H，每个都包括若干护套19和一中间装置20的组合件。表面或护套19是由树脂浸渍纤维结构或织物构成。复合材料部分可能通过热塑成型，比如，在大约180℃成型。中间装置20由蜂窝结构构成，护套19粘连在其上。
每个护套19可包括多个堆叠的层，比如：
浸渍碳纤维的一个复合纤维织物层形式的外层，其相对于主能量吸收轴Z以大约45°的角度延伸；
浸渍芳族聚酰胺纤维的复合纤维织物层形式的一个中层，其相对于轴Z以大约45°的角度延伸；
浸渍碳纤维的复合纤维织物层形式的中间层，其相对于轴Z以大约0°或90°的角度延伸。
可以设置其他层，其具有相对于轴Z以零度(0°)角度延伸的纤维。在这个叠层中，可在奇数层(包括称为“第一”层的外侧护套19的外层)和偶数层(可能包括称为“最后”层的内层)之间绘制差别点。
壁的某些层可包括以交叉结构在内部设置的纤维，比如，以沿着与一预定角度(比如90°)交叉的轴线从下层到另一层延伸的纤维的形式。这些下层可能与普通基片一起浸渍。
在其它层，所述纤维设置在均一朝向的薄片内，比如，纤维基本平行。
参照图4到图6，第一壁18V的每个护套19在其底端固定到角铁形式的底板54上，该角铁具有一个与护套相对延伸的侧翼。
再者，第二壁18H的中间装置20是被阻断地对准底板的：第二壁18H的各个左右部分的两个护套19结合形成薄的部分18H1，底板54通过平行于平面90延伸的它们的侧翼固定在18H1上，其中壁18H在平面90中延伸。
第一壁18V沿基本上垂直于平面90的平面91延伸。当结构处于其使用位置时，平面91基本垂直，而平面90是基本水平。
特别如图5所示，第一壁18V的每个护套19具有薄弱区域45，其在底板上面沿相应的底板延伸，基本沿平行于平面90和91之间的交叉部分的轴线延伸。
曲壁92(图3和图4)限定油箱50。该壁92支承在第一壁18V上，并将紧靠所述横梁传递侧向挤压力93。
特别是在包括这种结构的飞行器的撞击事故中，作用在第一壁18V上的垂直作用力96(图4)可导致所述第一壁18V破裂，如图6中所示，并可导致第一壁18V分离成两部分：顶部18V1，和包括底板54的底部18V2，底板54保持固定到壁18H-18H1上。这种破裂特别会发生在沿薄弱区域45的地方，薄弱区域45在第一壁18V的护套19的多层中以缺口的形式存在。
为了确保在撞击期间通过第一壁18V吸收能量得到最优化，如果在全部侧向挤压力93作用下，顶部18V1最好稍微偏斜。
在这种假设中，壁18H-18H1和18V-18V1-18V2保持在一相对位置上，即通过在第一壁18V的底端每一侧延伸的两个部件51而基本上垂直。
如图3和图4的左手部分所示，两个中空截面部件51中的每一个都有五个平行于该部件的纵向轴线94延伸的平面带或表面：
截面部件51的第一表面51A位于底板54上，并用于将截面部件和第一壁18V和第二壁18H进行装配；及
第二表面51B面向第一壁18V的护套的底端隔开很小的距离95(图4)并沿其延伸；
第五表面51E位于壁18H上，并固定在其上；及
第三和第四表面51C和51D互相连接表面51B和51E。
这些表面形成空心的罐，其具有敞开轮廓的断面，该轮廓大约是问号形状。
这些截面部件用于将第二壁18H到第一壁18V保持在一相对位置，即在第一壁18V的底部被破坏或破裂的事故中其相对位置基本保持不变，不管是在垂直方向96(图4)的撞击(碰撞)导致的，还是在大致水平的方向上的侧向挤压93(图4和图6)产生的。
Claims (13)
1、一种包括第一壁(18V)和第二壁(18H)的飞行器结构(2)，所述第一壁包括位于中间装置(20)每一侧的两个护套(19)，并包括至少一个能使所述第一壁固定在所述第二壁上的底板(54)，
其特征在于，所述结构还包括至少一个面向护套(19)延伸并与其隔开的细长部件(51)，所述细长部件固定到所述底板或所述第二壁上，并设置成作为因所述第一壁的破裂导致从所述底板上分离的第一壁的一部分(18V1)的支承面。
2、如权利要求1所述的结构(2)，其特征在于，所述第一壁和第二壁形成用于容纳设备(50)的隔室的一部分，所述设备能向所述第一壁(18V)施加横向推力。
3、如权利要求1或2所述的结构(2)，其特征在于，还包括基板(13)，其中所述第一壁(18V)是其芯体沿基本垂直于所述基板的第一平面延伸的横梁(9-12)的形式，而所述第二壁沿稍微倾斜于所述基板的第二平面延伸，且所述第一壁和第二壁在所述基板下面延伸。
4、如权利要求1或2所述的结构(2)，其特征在于，所述细长部件(51)是空心的，并固定到所述底板和所述第二壁上。
5、如权利要求1或2所述的结构(2)，其特征在于，所述细长部件(51)是用复合材料制成的，并其在整个长度上具有一个基本相同的截面，其截面具有敞开的轮廓，其中所述护套是用复合材料制成的。
6、如权利要求1或2所述的结构(2)，其特征在于，所述细长部件(51)平行于所述底板并在其上面延伸。
7、如权利要求1或2所述的结构(2)，其特征在于，所述细长部件(51)包括用于在所述第一壁破裂后支承其底部(18V1)的支承面，所述支承面呈平面状。
8、如权利要求1或2所述的结构(2)，其特征在于，所述护套(19)包括一薄弱区域(45)，其以局部中断的形式存在于所述护套的至少一层上，该薄弱区域(45)在所述底板上面延伸，所述细长部件(51)在所述中断上面延伸。
9、如权利要求1或2所述的结构(2)，其特征在于，所述第一壁的两个护套中的每一个至少包括一个薄弱区域(45)，以便在碰撞事故中，促使壁沿在一平面内的方向对称的衰退，第一壁的芯体沿该平面延伸。
10、如权利要求1或2所述的结构(2)，其特征在于，具有设置在所述第一壁的每一侧的两个基本相同的细长部件(51)，所述细长部件与所述底板配合，以形成用于容纳因所述第一壁破裂和压平产生的碎片的沟形容器。
11、如权利要求1或2所述的结构(2)，其特征在于，所述第一壁和第二壁的至少其中之一的所述中间装置(20)包含有多孔材料。
12、如权利要求11所述的结构，其特征在于，所述多孔材料是合成泡沫或蜂窝结构。
13、一种旋翼飞行器(1)，其特征在于，它包括权利要求1到12之一的结构(2)。
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