CN104627370A - 直升机陆空海空故障停车时的安全降落装置 - Google Patents

Abstract

本直升机陆空海空故障停车时的安全降落装置由安装在直升机旋翼上方的顶翼[1]和安装在起落架之中的底翼[22]等组成。顶翼内装备着降落伞，正常飞行时，顶翼随着旋翼一起转动，故障停车时，降落伞会在冷爆弹的作用下一秒钟弹射出顶翼并且打开，从而使飞机缓缓降落地面。底翼里装有水面浮艇，当飞机在海面上空故障停车后，启动冷爆弹，水面浮艇会立刻弹出底翼并充气垫衬在飞机下面，从而使飞机安全降落在海里。

Description

直升机陆空海空故障停车时的安全降落装置

技术领域

直升机陆空海空故障停车时的安全降落装置，属于航空器材类。

背景技术

当今世界，众多的研究机构和飞机制造厂家都一直在为如何制造出空中故障时安全降落的飞机而挖空心思、绞尽脑汁、想尽一切办法，且不断投入巨大的人力和财力努力着，但是，空难还在继续、悲剧还在上演，每次空难，不但让遇难者家属痛不欲生、不但给国家带来巨大损失，而且也给航空业的声誉带来恶劣的影响。原因是由于飞机在高空中飞行，恶劣的气候影响、闪电雷击、飞鸟碰撞、机械故障以及油路过热导致起火等各种原因致使飞机停车不能正常飞行的因素实在是太多太复杂，所以，飞机失事仍难以避免……

  2004年，美国太空总署拨款67万美元与美国弹道防御系统公司合作研究，设计新一代可使用于小型飞机的紧急降落伞系统，该降落伞系统装置在小型飞机后座的后面，靠人手操作，利用火箭弹射出，可在1秒之内快速张开。当飞机失控时机长可打开降落伞，降落伞的强力绳索系住机翼、机身和机尾，可令飞机安全降落地面。但该降落伞只能用于速度低、超轻型的小飞机，对于重量超吨、时速900公里的喷气式客机没有帮助。

至于直升飞机的空中停车安全降落问题，至今鲜有报道。这是因为直升飞机上有旋翼，后有尾翼，既无法像给小型飞机那样拴上降落伞，也很难像战斗机弹射座椅那样将飞行员直接弹离飞机……所以至今，直升机的乘员逃生问题，只有前苏联研制过武装直升机降落伞方式，跟战斗机的弹射逃生类似，逃生时，旋翼上的爆炸螺栓会先把旋翼炸飞脱落，然后将飞行员弹出座舱，目标是以人为本挽救飞行员，至于飞机值多少钱以及是否还有其他乘客就都不管了。目前，全世界现役的直升飞机只有俄罗斯的卡50有上述的弹射座椅。至于民用直升机，别说是空中停车后乘员的逃生问题了，就是飞行员开伞落地的方式，也没见报道过。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述直升机陆空海空故障停车后不能安全降落的问题，提供一种一旦空中故障停车时，飞行员、安保员、服务员甚至一般乘客均可操纵的安全降落装置，既挽救乘客，也挽救飞机。

    本发明所采取的方法一是在直升机旋翼的上方安装一个类似于飞碟“UFO”的碟状盒——“頂翼”，盒内装备着降落伞，飞机正常飞行时，“飞碟”随着旋翼一起转动，而当直升机故障停车时，“飞碟”里的降落伞会在冷爆弹的作用下，一秒钟内弹射出“飞碟”并且张开，从而使飞机缓缓降落地面；为了防止旋翼在降落伞打开时旋绞伞绳使降落伞失效，“飞碟”里专门设计了一套离合装置，该离合装置在旋翼正常旋转的情况下处于离开状况，使降落伞一直保持同“飞碟”同步旋转，而当降落伞弹射出“飞碟”后，在降落伞的拉拽力下，该离合装置立刻处于闭合状态，此时，无论旋翼转动与否，伞绳都不会受旋翼的影响而绞动，从而确保降落伞正常张开使用。由于“飞碟”的下端面是个平面或略微向上凹进，上端面是个向上凸起的弧面，如此就相当于在直升机的顶端加了个翅膀——“頂翼”的名称即由此而来，只要直升机正常飞行，根据伯努利流体力学原理，该頂翼就会产生一定的升力，正好弥补了直升机旋翼中心部位升力小甚至没有多点升力的缺陷，故不但不加重飞机的负担，还反而会增加飞机的升力，减小旋翼的负担，降低飞机的能耗，减少二氧化碳的排放量，清洁空气，实施环保。

    而当飞机在海面上空停车时，无论多好的降落伞急救也无济于事。此时，直升机须启动另一套装置方能保安全。这套装置安装在飞机下方起落架之中，由于身处机身的底部，并且是具有机翼升力功能的海面救生装置，故取名为“底翼”。该底翼的基本原理、构造以及外形与前述“飞碟”頂翼大体相同，所不同的是该底翼里装的是水面浮艇而不是降落伞，其形状也不一定是圆的、椭圆的，而是以长方形居多，其宽度比起落架小，其长度与机身相当，凹面向下，凸面向上，如此又等于给飞机增加了一个机翼，可大大增加飞机的升力，至少也能抵消掉飞机因增加了一套底翼等装置而给发动机增加的额外负担；又由于该底翼身处机身的底部，所以可以有效地躲避飞机旋翼向下的风的压力（俗称下洗风力）而给飞机造成的升力损失，比另外给直升机加装两幅暴露在旋翼下洗风压力下的翅膀的升力效果要好得多。当飞机在海面上空故障停车后，启动底翼里的冷爆弹，水面浮艇会立刻弹出底翼并充气垫衬在飞机下面，同时，安装在起落架外侧机身下方的空气储罐会在几秒钟内给浮艇充气，从而使飞机安全降落在海里。又由于该水面浮艇设计独特，功能相当于捞饺子的漏勺，因而即使飞机在离海平面很低的空中故障停车，只要有一两秒钟的弹射浮艇的时间，之后即使飞机连同浮艇一起像石头一样扎进水中，充足了气体的浮艇也会在十秒钟内将飞机托出水面。

附图：附图为本发明的结构示意图，[1]为顶翼即“飞碟”，[2]为頂翼底，简称翼底，[3]为頂翼盖，简称翼盖，[4]为降落伞，[5]为伞绳，[6]为伞绳固定板，[7]为弹簧，[8]为冷爆弹，又称弹射弹，[9]为降落伞弹射遥控天线，[10]为推力轴承，[11]为蜘蛛状强力筋板，[12]为强力筋板固定螺栓，[13]为頂翼连接杆，简称连接杆，[14]为旋翼，[15]为浆毂，[16]为旋翼动力轴，[17]为降落伞弹射手动控制线，简称伞控线，[18]为降落伞弹射控制器，简称控制器，[19]为机身，[20]为空气储罐，[21]为起落架，[22]为底翼，[23]为底翼底，[24]为底翼盖，[25]为水面浮艇，简称浮艇，[26]为浮艇弹射弹，也称浮艇冷爆弹，[27]为浮艇弹射弹无线天线，[28]为底翼强力筋，[29]为底翼联接杆，[30]为充气管道，[31]为浮艇弹射手动控制线，[32]为浮艇弹射控制器。

具体实施方案：本发明的具体实施方案分为两步，第一步是在旋翼[14]的上方安装頂翼[1]；第二步是在起落架[21]中间安装底翼[22]——包括在起落架[21]与机身[19]底部之间安装空气储罐[20]。

   頂翼[1]是个有盖有底的圆盘碟盒状体，盒的中间装置着降落伞[4]等等，盒的空间由翼底[2]与翼盖[3]的不同的弧面连接在一起而自然形成；頂翼[1]通过连接杆[13]和浆毂[15]安装在旋翼[14]上方中央部位；由于頂翼[1]的下端面即翼底[2]是个没有弧度的平面或者向上略微凹进的弧面，上端面即翼盖[3]是个向上凸起的弧面且翼底[2]的弧面半径大于翼盖[3]的弧面半径，也就是说小的凹弧面在下大的凸弧面在上，故根据伯努利流体力学中关于“流速大压力小，流速小压力大”的原理，当空气从頂翼[1]的任意一边的边沿流向另一边的边沿时，底部弧面小，流速慢，压力大，而盖部弧面大，流速快，压力小，故气流会对翼底[2]产生一个向上的升力即托举力，该托举力可以通过公式                                                即升力=机翼升力系数×1/2 ×空气密度×速度的平方×机翼面积求得。

 根据计算，该頂翼[1]在飞机正常飞行的状态下，给飞机带来的升力大大高于頂翼[1]及其内置物的重力。换句话说，给直升机加装上该頂翼[1]后，不但不会加重飞机的负担，还反而会增加飞机的升力，减小旋翼的负担，降低飞机的能耗。又由于该頂翼[1]是个符合流体力学的光滑的碟流体，且处于旋翼的中央部位，故跟随旋翼旋转时给旋翼造成的旋转方向的风的阻力微乎其微，几乎可以忽略不计。

翼底[2]是个下端面平直或略微向上凹进的薄壁圆盘碟状体，其顶部的中心部位即弧面的最高凸突部位向下冲压了一个直径不大于200mm的坑窝，以便装置轴承、弹簧及伞绳板等物件和起到强力的作用。

翼盖[3]是个上端面向上凸起的薄壁圆盘碟状体，其与翼底[2]连接时的弧面方向相同，其连接方式可以是粘接的，也可以是折边压合的，还可以是铆钉铆合或者螺栓与螺母紧固的。

强力筋板[11]是一个类似于蜘蛛状的综合体，“蜘蛛”的“肚子”是个冲压而成的直径不大于200mm的坑窝，“爪子”即是它向外屈伸的强力筋板，其弧度与翼底[2]相同，以便与翼底[2]无缝相连，其数量或为3、4根，或为5、6根，或为8根，最多10根，其与翼底[2]的联接除螺栓螺母紧固的形式外，也可以采用粘接或铆、焊的形式以及粘、铆、螺栓螺母同时使用的形式，在其与翼底[2]相连所形成的坑窝腔里，依次装有弹簧[7]、推力轴承[10]和伞绳固定板[6]，在飞机正常飞行的情况下，推力轴承[10]和伞绳固定板[6]在弹簧[7]的推力下窝在翼底[2]中心的坑窝底部与頂翼[1]同步运动，一旦冷爆弹[8]弹爆掀翻翼盖[3]而使降落伞[4]弹射出頂翼[1]并且张开后，伞绳固定板[6]会在伞绳[5]的拉拽力下压缩弹簧[7]而使推力轴承[10]上移至与蜘蛛状强力筋板[11]的中心底平面靠拢并保持相对滚动的姿态，这样，无论旋翼[14]及頂翼[1]是否转动，都不会对伞绳[5]施加旋转的动力，从而不会使降落伞因为伞绳的旋绞而闭合失效。

頂翼[1]的安装及内部结构是：顶翼[1]通过联接杆[13]和浆毂[15]安装在旋翼[14]上方中央部位；其翼底[2]的上部通过强力筋板固定螺栓[12]安装着蜘蛛状强力筋板[11]；在翼底[2]和蜘蛛状强力筋板[11]组合而成的坑窝里依次安装着伞绳固定板[6]、推力轴承[10]和弹簧[7]；蜘蛛状强力筋板[11]的上方叠置着降落伞[4]；降落伞[4]里裹置着冷爆弹[8]，冷爆弹[8]的一端通过伞控线[17]与机仓内的降落伞弹射控制器[18]相连，另一端与伸出頂翼[1]或者布置在机舱里面的降落伞弹射遥控天线[9]相连——设置降落伞弹射遥控天线[9]的目的，是一旦机组人员操作固定在机仓某一地方的控制器[18]的按钮不方便，也可以使用随身携带的遥控器引爆冷爆弹[8]使降落伞弹射张开；降落伞[4]的上方覆盖着翼盖[3]，翼底[2]与翼盖[3]通过粘接或者折边压合或者铆钉铆合或者螺栓与螺母紧固等方式联接在一起。

当直升机在海面上空停车时，安装在直升机下方起落架之中的底翼[22]里的浮艇弹射弹[26]会在1秒钟之内将水面浮艇[25]弹射出底翼并快速张开垫衬在飞机下面，同时，安装在起落架外侧机身下方的空气储罐[20]会通过充气管道[30]

在几秒钟内给水面浮艇[25]充气，从而使飞机安全降落在海里。

  底翼[22]安装在飞机下方起落架之中，其基本构造、形状及原理与前述“飞碟”大体相同，所不同的是该底翼里装的是水面浮艇而不是降落伞；底翼[22]也是一个上弧面大于下弧面即底翼盖[24]的弧面大于底翼底[23]的弧面的盒状体，其形状既可以是圆的也可以是椭圆的，既可以是三角形的也可以是正方形、长方形的，还可以是梯形或者菱形的，一般以圆形、椭圆形和长方形居多；底翼底[23]的底面可以是一个平面，也可以是一个向上略微凹进的弧面，其宽度比起落架小，其长度与机身相当，凹弧面向下，凸弧面向上，如此等于又给飞机增加了一个不小的机翼，可大大增加飞机的升力，至少抵消掉飞机因增加了一套底翼以及空气储罐而给发动机增加的额外的负担；又由于该“底翼”身处机身的底部，所以可以有效地躲避飞机旋翼向下的风的压力（俗称下洗风力）而给飞机造成的升力损失，比另外给直升机的机身两侧加装两幅暴露在旋翼下洗风压力下的翅膀的升力效果要好得多。

    底翼底[23]的上部安装着底翼强力筋[28]，底翼强力筋[28]的上方叠置着水面浮艇[25]，水面浮艇[25]里裹置着浮艇弹射弹[26]，浮艇弹射弹[26]的一端通过浮艇弹射手动控制线[31]与机仓内的浮艇弹射控制器[32]相连，另一端与浮艇弹射无线天线[27]相连，水面浮艇[25]的上方覆盖着底翼盖[24]，底翼底[23]与底翼盖[24]通过粘接或者折边压合或者铆钉铆合或螺栓与螺母紧固等方式联接在一起。

    空气储罐[20]是一个由不锈钢或者碳纤维材料制作的充满压缩空气的罐状体，安装在起落架外侧机身下方的两边并通过充气管道[30]与水面浮艇[25]相连；为了尽可能减少空气储罐[20]的重量，增加其安全性，故选择的压力不能太大，里面充装的空气足够水面浮艇[25]托起飞机的重量就行。

    水面浮艇[25]是一个既能连同坠落的飞机一起钻入水中，又能从水中将坠落的飞机浮出水面的救生浮艇，它的功能和形状相当于漏勺，由众多大小不等的气球连接而成；为了防止气球充满气后因为某一个气球破损而使所有的气球漏气，故在每一个气球里都设置一个类似于自行车气门芯功能的气门嘴，只能进气，不能出气；当飞机从高空中坠落时，巨大的动能就是坚固的钢铁救生艇都可能洞穿，更何况是橡胶之类的充气材料呢！所以，最佳的办法，就是让坠落的飞机连同已充气打开或者尚未完全充气打开的浮艇一起就象太空返回舱似的先溅落水中，然后再在10秒钟左右浮出水面等待救援。

综上所述，直升机在安装上本发明所述的陆空海空故障停车时的安全降落装置后，不但能保证飞机故障停车时安全降落，而且还会增加飞机的升力，减小旋翼的负担，降低飞机的能耗，减少二氧化碳的排放量，清洁空气，降低环保成本，一石多鸟，实在是一件利国利民的大好事情。

Claims (4)

1.直升机陆空海空故障停车时的安全降落装置，由顶翼[1]、頂翼底[2]、頂翼盖[3]、降落伞[4]、伞绳[5]、伞绳固定板[6]、弹簧[7]、冷爆弹[8]、降落伞弹射遥控开线[9]、推力轴承[10]、蜘蛛状强力筋板[11]、强力筋板固定螺栓[12]、頂翼连接杆[13]、旋翼[14]、浆毂[15]、旋翼动力轴[16]、降落伞弹射手动控制线[17]、降落伞弹射控制器[18]、机身[19]、空气储罐[20]、起落架[21]、底翼[22]、底翼底[23]、底翼盖[24]、水面浮艇[25]、浮艇弹射弹[26]、浮艇弹射天线[27]、底翼强力筋[28]、底翼联接杆[29]、充气管道[30],浮艇弹射手动控制线[31]、浮艇弹射控制器[32]等组成，顶翼[1]通过頂翼连接杆[13]和浆毂[15]安装在旋翼[14]上方中央部位；其翼底[2]的上部通过强力筋板固定螺栓[12]安装着蜘蛛状强力筋板[11]；在翼底[2]和蜘蛛状强力筋板[11]组合而成的坑窝里依次安装着伞绳固定板[6]、推力轴承[10]和弹簧[7]；蜘蛛状强力筋板[11]的上方叠置着降落伞[4]；降落伞[4]里裹置着冷爆弹[8]，冷爆弹[8]的一端通过伞控线[17]与机仓内的降落伞弹射控制器[18]相连，另一端与伸出頂翼[1]或者布置在机舱里面的降落伞弹射遥控天线[9]相连；降落伞[4]的上方覆盖着翼盖[3]，翼底[2]与翼盖[3]通过粘接或者折边压合或者铆钉铆合或者螺栓与螺母紧固等方式联接在一起；底翼[22]安装在直升机下方起落架之中，其底翼底[23]的上部安装着底翼强力筋[28]，底翼强力筋[28]的上方叠置着水面浮艇[25]，水面浮艇[25]里裹置着浮艇弹射弹[26]，浮艇弹射弹[26]的一端通过浮艇弹射手动控制线[31]与机仓内的浮艇弹射控制器[32]相连，另一端与浮艇弹射天线[27]相连，水面浮艇[25]的上方覆盖着底翼盖[24]，底翼底[23]与底翼盖[24]通过粘接或者折边压合或者铆钉铆合或者螺栓与螺母紧固等方式联接在一起，空气储罐[20]安装在起落架外侧机身下方并通过充气管道[30]与水面浮艇[25]相连，其特征在于：顶翼[1]通过頂翼连接杆[13]安装在旋翼[14]上方中央部位，底翼[22]安装在直升机下方起落架之中。

2.权利要求1所述的直升机陆空海空故障停车时的安全降落装置，其特征在于：所述的顶翼[1]是一个上弧面大于下弧面即翼盖[3]的弧面大于翼底[2]的弧面的碟状盒，翼底[2]的底面可以是一个平面，也可以是一个向上凹进的弧面。

3.权利要求1所述的直升机陆空海空故障停车时的安全降落装置，其特征在于：所述的底翼[22]是一个上弧面大于下弧面即底翼盖[24]的弧面大于底翼底[23]的弧面的盒状体，其形状既可以是圆的也可以是椭圆的，既可以是三角形的也可以是正方形、长方形的，还可以是梯形或者菱形的，其底翼底[23]的底面可以是一个平面，也可以是一个向上凹进的弧面。

4.权利要求1所述的直升机陆空海空故障停车时的安全降落装置，其特征在于：所述的水面浮艇[25]为漏勺形状，由大小不等的气球连接而成。