CN109780956B - 一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置，包括圆柱形罐主体1，前端锥形聚能泄压钢薄板2，后端面边缘加强面板3，两个安装底座4和三沟槽式后端盖5。本发明的聚能泄压定向防爆装置配合飞机结构最小风险炸弹位置泄压口使用，内圆锥状结构可最大限度的将爆炸冲击波导向飞机客舱外部释放，保证机舱内结构和乘客的安全。装置通过安装底座与飞机地板座椅槽相连，三沟槽式锁定结构方便炸药放入和封闭，具有拆卸简单、操作方便、可多处安装的优点。

Description

一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置

本发明涉及民用飞机生存力、安全防爆和结构设计领域，具体是一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置。

背景技术

民用飞机飞行过程中发生客舱内部爆炸物爆炸的情况，将会对飞行安全造成巨大的影响，例如1988年的洛克比空难事故，恐怖分子携带了近400克塑胶炸药，在飞机起飞不久后引爆，飞机在空中立刻爆炸解体，导致270名乘客、机务和地面人员遇难。此后虽然各国都加强了机场的安检工作，但由于各种因素和疏忽，仍然发生了多次恐怖分子成功携带爆炸物登机的情况。例如2009年12月25日，一名尼日利亚青年携带爆炸物登上了达美航空公司航班，虽然在飞行过程中爆炸物未被成功引爆，但仍然造成了十分恶劣的影响。针对目前未加防爆设计的民用飞机结构，由于其密闭、增压环境，一旦发生客舱内部爆炸，由于冲击波的不断反射叠加效应，将会引起超压峰值的倍增，不仅会对舱内人员的生命安全造成威胁，其次一旦飞机结构发生破裂损坏，可能会触发一系列的连锁反应，造成飞机空中解体。

国际民航组织于1997年3月12日发布的国际民航公约附件8第97号修正案，新增加了最小风险炸弹位置(Least Risk Bomb Location,LRBL)的设计和确定等相关规定，要求对于合格审定客座量超过60人或者最大起飞重量超过4539千克的飞机，必须设定LRBL，用于放置被携带上飞机的爆炸物，提升飞行安全性。

国外针对于民机客舱的防爆装置设计多采用箱式，完全依靠防爆箱自身的结构强度进行吸能防护，因此存在结构重、不便于移动，锁闭耗时等问题。国内于2016年开始关注民用飞机最小风险炸弹位置的研究问题，如陆鹏等人通过开展爆炸物在LRBL发生爆炸对飞机结构的安全性影响分析，建议了LRBL的适航符合性验证方法。朱铮铮等人发明了一种便携式球形民机客舱定向防爆装置，但由于便携式装置本身存在的携带风险和小药量限制缺陷，且由于其悬挂在飞机后舱门上，对飞机本身结构设计要求较高，如若药量过大或舱门结构薄弱，可能会引起舱门的整体脱落，造成二次影响，危害飞行安全。

事实上配合LRBL，考虑将爆炸物爆炸产生的冲击波导向机体之外，避免爆炸物在密闭、增压环境下的爆炸，是较为科学的处理方式。因此，需要一种兼具吸能和聚能效果，可快速完成安装、且方便拆卸的装置。

发明内容

为解决传统箱式防爆装置结构重、不便于移动，锁闭耗时等问题，同时规避便携式移动装置的携带风险和小药量限制缺陷，本发明提出一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置。该装置与传统防爆箱类似，固定在飞机上，但其区别于传统防爆箱将爆炸物爆炸后产生的冲击波和能量全部依靠自身结构吸收，原理是利用装置自身薄弱的锥形前端面将爆炸后的冲击波进行聚能定向，将爆炸物爆炸后产生的冲击波和能量释放到客舱外部，同时满足该聚能泄压定向防爆装置本身不发生较大破坏的要求，保证飞机飞行和客舱内乘员的安全，并完成紧急迫降。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置，其特征在于，包括圆柱形罐主体、前端面聚能泄压面板、后端面边缘加强面板、两个安装底座和一个三沟槽式后端盖。其中：

所述圆柱形罐主体内部用于放置可疑物品和爆炸物，圆柱形罐主体壳体本身为三层吸能式结构，外层为金属钢材料壳体，中层为多孔泡沫铝夹层，内层为金属钢波纹内衬。所述金属钢材料壳体具有强度高、弹塑性效应好的特点，相对多孔泡沫铝夹层和金属钢波纹内衬尺寸较厚，起爆炸防护作用。所述多孔泡沫铝夹层和内层金属钢波纹内衬均具有较好的吸能效果；

所述前端面聚能泄压面板为内凹式圆锥形铝合金材料薄板，与所述圆柱形罐主体共轴，锥面底部与金属钢波纹内衬固定连接；爆炸物在罐内起爆后，爆炸冲击波和能量冲破前端面强度较低的铝合金面板，由于圆锥形状的聚能作用，可控制其为直线运动，避免周向能量扩散，最大限度的实现聚能效果，保证导出效率；

所述后端面边缘加强面板主体为环状，与圆柱形罐主体共轴，内径与金属钢波纹内衬相同，外径略大于金属钢材料壳体，与圆柱形罐主体固定连接；后端面边缘加强面板外径周围固连有三个圆心角60度的扇形锁紧扣，两两间距60度，与三沟槽式后端盖配合使用实现快速关闭锁死；

所述圆柱形罐主体外侧靠近边缘加强面板布置有一个定位销；

所述两个安装底座互相平行，间距考虑所连接的飞机客舱地板座椅安装槽尺寸，每个安装底座为倒“T”形，顶端为弧形，曲率与所连接的圆柱形罐主体相同，与其固定连接；底端两侧各开有设有内螺纹的安装孔，配合螺栓与飞机客舱地板座椅安装槽固定连接；

所述三沟槽式后端盖整体为圆柱形，内部分为卡槽层、旋转槽层和端盖层；后端面边缘加强面板插入卡槽层，直到与端盖层接触，沿着旋转层上的沟槽进行旋转；卡槽层另开设有定位销运转槽，用于限制三沟槽式后端盖与后端面边缘加强面板之间的旋转角度；三沟槽式后端盖外壁上固定连接一个半圆形定位点，与定位销配合实现准确快速定位。

本发明的一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置，带来的技术效果体现在以下几个方面：

(1)本发明配合飞机结构LRBL泄压口使用，定向装置圆柱形罐主体采用多层式结构和材料，结构本身具有较强的抗冲击破坏性能和吸能效果；

(2)本发明内圆锥状前端面采用较薄弱的铝合金材料，可实现聚能效果，最大限度的将爆炸冲击波导向飞机客舱外部释放，保证机舱内结构和乘客的安全。

(2)装置通过安装底座与飞机地板座椅槽相连，三沟槽式锁定结构方便炸药放入和封闭，具有拆卸简单、操作方便、可多处安装的优点。

附图说明

图1是本发明一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置圆柱形罐主体与后盖分离时的等轴侧视图；

图2是本发明一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置结构圆柱形罐主体与后盖分离时的主视图；

图3是图2中一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置的圆柱形罐主体A-A截面结构剖视图；

图4是图2中一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置的三沟槽式后端盖A-A截面结构剖视图；

图5是在某一最小风险炸弹位置应用本发明的某民用飞机示意图；

图6是本发明某一具体实施例中，距离起爆点同样距离的本装置与同样几何尺寸常规圆柱形爆炸装置采样压力-时间历程曲线对比。

图中标号分别代表：1、圆柱形罐主体，1-1、金属钢材料壳体，1-2、多孔泡沫铝夹层，1-3、金属钢波纹内衬，1-4、定位销，2、前端面聚能泄压面板，3、后端面边缘加强面板，4、安装底座，5、三沟槽式后端盖，5-1、卡槽层，5-2、旋转槽层，5-3、端盖层，5-4、定位销运转槽，5-5、半圆形定位点，6、地板座椅安装槽，7、发明所应用的飞机舱段。

具体实施方式

下面结合附图及优选的实施例对本发明作进一步的详述。

一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置，包括圆柱形罐主体1、前端面聚能泄压面板2、后端面边缘加强面板3、两个安装底座4和一个三沟槽式后端盖5。其中：

所述圆柱形罐主体1内部用于放置可疑物品和爆炸物，圆柱形罐主体1壳体本身为三层吸能式结构，外层为金属钢材料壳体1-1，中层为多孔泡沫铝夹层1-2，内层为金属钢波纹内衬1-3。所述金属钢材料壳体1-1具有强度高、弹塑性效应好的特点，相对多孔泡沫铝夹层1-2和金属钢波纹内衬1-3尺寸较厚，起爆炸防护作用。所述多孔泡沫铝夹层1-2和内层金属钢波纹内衬1-3均具有较好的吸能效果；所述圆柱形罐主体1外侧靠近边缘加强面板3布置有一个定位销1-4；

所述前端面聚能泄压面板2为内凹式圆锥形铝合金材料薄板，与所述圆柱形罐主体1共轴，锥面底部与金属钢波纹内衬1-3固定连接；爆炸物在罐内起爆后，爆炸冲击波和能量冲破前端面强度较低的铝合金面板2，由于圆锥形状的聚能作用，可控制其为直线运动，避免周向能量扩散，最大限度的实现聚能效果，保证导出效率；

所述后端面边缘加强面板3主体为环状，与圆柱形罐主体1共轴，内径与金属钢波纹内衬1-3相同，外径略大于金属钢材料壳体1-1，与圆柱形罐主体1固定连接；后端面边缘加强面板3外径周围固连有三个圆心角60度的扇形锁紧扣，两两间距60度，与三沟槽式后端盖5配合使用实现快速关闭锁死；

所述两个安装底座4互相平行，间距考虑所连接的飞机客舱地板座椅安装槽6尺寸，每个安装底座为倒“T”形，顶端为弧形，曲率与所连接的圆柱形罐主体1相同，与其固定连接；底端两侧各开有设有内螺纹的安装孔，配合螺栓与飞机客舱地板座椅安装槽6固定连接；

所述三沟槽式后端盖5整体为圆柱形，内部分为卡槽层5-1、旋转槽层5-2和端盖层5-3；后端面边缘加强面板3插入卡槽层5-1，直到与端盖层5-3接触，沿着旋转层5-2上的沟槽进行旋转；卡槽层5-1另开设有定位销运转槽5-4，用于限制三沟槽式后端盖5与后端面边缘加强面板之3间的旋转角度；三沟槽式后端盖5外壁上固定连接一个半圆形定位点5-5，与定位销1-4配合实现准确快速定位。

图5展示了一架应用本实施例的飞机舱段7，本实施例一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置安装固定在飞机预先设计的LRBL处，前端面对准LRBL处的薄弱蒙皮结构位置。

实施例1：本实施例一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置圆柱形三层罐主体1几何尺寸为：Φ(21,22,25)×30cm，内部中心装有200gTNT方形爆炸物，前端面聚能泄压面板2厚度为0.5cm，后端面边缘加强面板3外直径尺寸27.5cm，扇形锁紧扣宽度为2cm，厚度2cm，两安装底座4间距为20cm，三沟槽式后端盖5几何尺寸为：Φ32×6cm。

对比实施例：圆柱形罐主体、后端面边缘加强面板、安装底座和三沟槽式后端盖几何尺寸及结构形式同实施例1，不同之处在于：前端面采用厚度为0.5cm的普通圆形面板。

对实施例1和对比实施例的防爆装置进行数值模拟计算：装药中心起爆，利用有限元软件LS-DYNA对其进行求解，测量两种爆炸装置中距离爆心水平前方30cm处的压力-时间历程曲线如图6所示，其中实线代表本实施例1，虚线代表对比实施例，由图中采样数据可知，实施例1在同一位置的峰值压力较对比实施例增加了2.6倍，且到达时间提前了25μs，体现了本装置在定向聚能方面的优点。

Claims (5)

1.一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置，其特征在于包括圆柱形罐主体(1)、前端面聚能泄压面板(2)、后端面边缘加强面板(3)、两个安装底座(4)和三沟槽式后端盖(5)；圆柱形罐主体(1)内部用于放置可疑物品和爆炸物，前端面聚能泄压面板(2)为内凹式圆锥形面板，与圆柱形罐主体(1)共轴固连；后端面边缘加强面板(3)主体为环状，与圆柱形罐主体(1)共轴固连；两个安装底座(4)大小一致，互相平行，顶端与圆柱形罐主体(1)固连；三沟槽式后端盖(5)为内三层式圆柱体结构，安装底座与飞机地板座椅槽相连，防爆装置利用圆锥形面板将爆炸后的冲击波进行聚能定向，将爆炸后产生的冲击波和能量释放到客舱外部。

2.如权利要求1所述一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置，其特征在于，所述前端面聚能泄压面板(2)为铝材料，厚度与圆柱形罐主体(1)自身厚度之比为0.1～0.2。

3.如权利要求1所述一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置，其特征在于，所述后端面边缘加强面板(3)为钢材料，内直径与金属钢波纹内衬(1-3)相同，外直径与金属钢材料壳体(1-1)直径之比为1.1～1.2，外侧固连有三个圆心角为60度的扇形锁紧扣，两两间距60度。

4.如权利要求1所述一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置，其特征在于，每个安装底座为倒“T”形，顶端为弧形，曲率与所连接的圆柱形罐主体(1)相同并与其固连；每个安装底座底端两侧各开有设有一个内螺纹的安装孔。

5.如权利要求1所述一种聚能泄压民机客舱定向防爆装置，其特征在于，所述三沟槽式后端盖(5)，内部分为卡槽层(5-1)、旋转槽层(5-2)和端盖层(5-3)，外壁上固定连接一个半圆形定位点(5-5)；卡槽层(5-1)另开设有定位销运转槽(5-4)。

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