CN102661349B - 降低物体冲力的方法及保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种降低物体冲力的方法及保护装置，涉及物体冲撞防护技术领域，其特征是当物体受到外力，位于物体受力面上的保护装置充满流体的主腔体受到外力并达到预设值时，不同级次的膜片会被动或主动破裂，使流体向设置在主腔体周围的真空腔体内流动；通过流体的流动来分散物体所受外力，同时消除碰撞反弹，达到有效防止被保护物体毁损的目的。这种全新的保护方法和装置具有十分广阔的应用前景。

Description

降低物体冲力的方法及保护装置

技术领域

本发明涉及物体冲撞防护技术领域，特别是一种对运动物体冲撞进行防护的新型装置，它能够为需要保护的冲撞物体提供十分有效的防护，防止物体在冲撞中损坏。

背景技术

气垫柔软、弹性的特征在缓解物体冲击方面有着良好的作用。比如贵重物品周围放置廉价的充气气囊应对运输过程中偶然发生的碰撞；又比如在地上放置巨大的充气气垫以营救高空跳下的人，人落下后会在气垫上弹起落下几次，但毫发无伤。气垫在日常生活中得到了广泛的应用，并且还在一些专业领域开拓应用。中国专利申请号为：88108130.2的气垫式车用减震保险杠，设计将气垫结构用于汽车保险杠，以减轻汽车碰撞造成的损坏程度。

上述气垫的用途有个共同的特点就是气垫经运动物体碰撞后冲力会将气体压缩，直至无法压缩后气垫回弹，这样一个力的转换过程，使得物体在碰撞后难以很快稳定下来，而且如果碰撞力度很大且碰撞位置不正，回弹后的碰撞造成损坏的风险更加难以预测。就拿上述汽车碰撞的应用而言，由于汽车保险杠的应用受体积限制，无法设计得很大，因此保险杠气垫必须设计得比较硬，这便会接近弹性碰撞，汽车相撞后会弹开，而且有可能造成汽车撞向后面已经停住的汽车，造成更大的损失。而救生气垫因无体积限制，可以做得很大且松软，弹性碰撞现象不明显，但即使这样也会出现人被弹起的现象，如果人坠落靠近气垫边缘，仍然会发生反弹摔落受伤的危险发生。显然，传统气垫用于降低物体冲力在不同用途上是存在较大差异的，并且在应对物体快速冲击方面存在更大的问题。

水垫因水的波动性可以随持续的压力发生相应的塑形，例如水床，可以很好承载并随人体生理弯曲而提供均衡的支撑力；水的不可压缩特性使得快速撞击的压强会十分巨大，如果人身体从高处平拍在水面是会导致严重损伤的。鉴于上述对水垫的分析，传统技术上水垫是无法在应对物体快速冲击方面发挥作用的。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低物体冲力的方法及保护装置，能克服上述技术在降低物体冲力方面存在的缺点，采用物体撞击时利用保护装置内流体侧向分流的方法制作适合被保护物体的装置，延长撞击物体从运动到静止的时间，以达到降低撞击冲力的同时最大限度地消除被保护物体撞击反弹，实现对碰撞物体的保护，使其免于毁损。

本发明的技术方案如下：

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：降低物体冲力的保护装置充满流体的主腔体受到外力撞击并达到预设值时被动或主动破裂不同级次的膜片，使流体向设置在其相邻的真空腔体内流动；

所述的一种降低物体冲力的方法所制成的保护装置，包括主腔体、流体、流体灌注口和被保护物体，还包括真空腔体、膜片和破膜器，所述真空腔体位于所述主腔体相邻位置，所述膜片位于所述主腔体和所述真空腔体之间，所述破膜器设置在所述膜片旁边，所述主腔体设置在被保护物体的撞击面上，所述流体经所述流体灌注口灌注在所述主腔体内；

所述膜片可以有多种厚度，根据其所受到的不同冲力分级次被动破裂；

所述流体可以是气体和液体的组合使用；

所述真空腔体可以有一个或多个分别与所述主腔体相连。

由于采用了上述的技术方案，本发明具有以下有益效果：

与现有气垫降低物体冲力的技术相比，本发明具有最大限度消除物体撞击后反弹的特点，使被保护物体经一次碰撞后即能稳定下来，同时由于可以使用所有流体作为介质，特别是采用不可压缩的液体作为介质，能够更好地降低高速、大质量物体撞击时的冲力，确保被保护物体免受毁损之灾。

附图说明：

1、图1为本发明多用途空降兵鞋套着陆前结构示意图；

2、图2为本发明空降兵鞋套着陆后结构示意图；

3、图3为本发明航天器载人返回舱着陆前气垫保护示意图；

4、图4为本发明航天器载人返回舱着陆时气垫两级膜片破裂过程状态示意图；

5、图5为本发明航天器组合流体防过载保护装置结构示意图。

图号说明：

1、被保护物体，2、主腔体，3、真空腔体，4、膜片，4a、一级膜片，4b、二级膜片，5、流体，6、固定架，7、锁扣，8、流体灌注口，9、支撑体，10、饮水管，11、水阀，12、基底气囊，13、破膜器，14、封盖。

具体实施方式：

为使本发明的技术方案便于理解，以下结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1：

如图1、2所示，为本发明的多用途空降兵鞋套，包括鞋1、主腔体2、水5、固定架6、锁扣7、流体灌注口8、饮水管10、水阀11，还包括真空腔体3、膜片4和支撑体9，所述主腔体2通过固定架6套在鞋底，依靠可以滑动的锁扣7牢固地固定在鞋1上，主腔体2上表面大于鞋底面积，水5经流体灌注口8注入到主腔体2内，饮水管10的下端与主腔体2连通，其上端安装有水阀11并处于游离状态，所述的真空腔体3位于主腔体2的四周并边缘向上贴附在固定架6侧面，8个直径1厘米的膜片4分布在真空腔体3和主腔体2间的分隔上，10个柱状的支撑体9的上端固定在主腔体2上表面内侧，其下端向外撇并悬垂。

当空降兵准备跳伞时先将注好水的鞋套固定在鞋底，在机上走动时，足以承受空降兵及装备重量的支撑体9可以提供走动的稳定性，同时也防止走动时对主腔体2的过度挤压，着陆时，主腔体2受到强烈冲击，内部的水5因不可压缩，冲力迅速向四周扩散，冲破膜片4流入真空腔体3，由上到下的冲力也随水5向四周的流动而减小，最终使两个腔体的压力的达到均衡，而不会发生反弹现象导致人无法稳定站立，同时根据动量定理可知，从运动到静止时间的延长能够大大降低所受冲力。空降兵落地后取下鞋套可以通过固定架6分别固定在脖颈处以及军服里侧心脏处，作为水囊随时供饮用，同时也可起到防弹的效果。

实施例2：

如图3、4所示为本发明航天器载人返回舱着陆气垫保护装置，本实施例主腔体2内的流体为空气，并且采用两级膜片结构，膜片4的破裂时机设计为当着陆冲力接近被保护物体1(航天员1)正常承受能力且低于主腔体2反弹开始前，一级膜片4a在50公斤冲力下破裂，主腔体3中的空气会迅速进入真空腔体3，腔体空间的加大，腔体内压的降低使得航天员1受到的冲力可以随主腔体2的压力扩散而降低；而当航天员1承受的冲力再次增大到55公斤冲力时二级膜片4b破裂，这时航天员1所承受的冲力会再次降低，起到了保护航天员1的效果。

总之，这样的多级膜片结构既可以有效降低航天员承受的着陆冲力，又能够尽量消除冲力反弹，大大提高航天员1的着陆舒适度。

实施例3：

如图5所示为本发明的航天器组合流体防过载保护装置，包括航天员1、球形主腔体2、基底气囊12、水5和封盖14，还包括所述真空腔体3、膜片4和破膜器13，所述基底气囊12包裹在球形主腔体2的外侧，航天员1趟坐在主腔体2上面，航天员1从主腔体2内部将封盖14封闭，所述成串的真空腔体3的一侧设置在主腔体2的内壁上，膜片4的一端与主腔体2的内壁相连，破膜器13一端与膜片4的一端一同固定在主腔体2的内壁上，另一端对准膜片4的中央位置。

航天器在大气层高速飞行时，航天员1要承受很大的重力加速度，随着在一个方向上压力的增大，可以采用自动控制破膜器13将膜片4刺破，让水5进入真空腔体3，通过水5的流动打破主腔体2内部原有的力平衡，缓解单一方向上施加给航天员1的压力，适时地启动破膜器13，重复上述步骤一定可以让航天员1度过一个舒适的旅程。

本发明的使用原理如下：

遵循动量定理以及流体力学原理，采用保护装置充满流体的主腔体受到外力撞击并达到预设值时被动或主动破裂不同级次的膜片，使流体向设置在其相邻的真空腔体内流动，通过流体流动延长物体碰撞从运动到静止的时间，大幅度降低物体冲力以及最大限度消除碰撞后的反弹现象。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上和实质上的限制，凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用以上所揭示的技术内容，而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种降低物体冲力的方法，其特征在于：降低物体冲力的保护装置充满流体的主腔体受到外力撞击并达到预设值时被动或主动破裂不同级次的膜片，使流体向设置在其相邻的真空腔体内流动。

2.根据权利要求1所述的一种降低物体冲力的方法所制成的保护装置，包括主腔体、流体、流体灌注口和被保护物体，其特征在于：还包括真空腔体、膜片和破膜器，所述真空腔体位于所述主腔体相邻位置，所述膜片位于所述主腔体和所述真空腔体之间，所述破膜器设置在所述膜片旁边，所述主腔体设置在被保护物体的撞击面上，所述流体经所述流体灌注口灌注在所述主腔体内。

3.根据权利要求2所述的一种降低物体冲力的方法所制成的保护装置，其特征在于：所述膜片可以有多种厚度，根据其所受到的不同冲力分级次被动破裂。

4.根据权利要求2所述的一种降低物体冲力的方法所制成的保护装置，其特征在于：所述流体可以是气体和液体的组合使用。

5.根据权利要求2所述的一种降低物体冲力的方法所制成的保护装置，其特征在于：所述真空腔体可以有一个或多个分别与所述主腔体相连。