CN111409860B - 一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于结构动态冲击动力学性能实验技术、结构坠撞与客舱安全技术领域，公开了一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台及系统，提供一种高效率低成本并能够广泛适用于各类航空座椅系统组件(不同类型座椅垫、不同类型安全带、不同类型航空假人等)抗冲击力学性能研究的动态冲击实验方法，满足各类航空座椅系统组件抗冲击力学性能的测试与分析，以解决现阶段采用弹性座椅或某型弹性座椅开展动态冲击实验的实验成本高、研究周期长、研究效率低等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于结构动态冲击动力学性能实验技术、结构坠撞与客舱安全技术领域，尤其涉及一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台及系统，用于冲击载荷下各类航空座椅系统组件(不同类型座椅垫、不同类型安全带、不同类型假人等)抗冲击力学性能的测试与分析。
背景技术
在飞机遇到鸟撞、冰雹撞击、紧急着陆、坠撞等情形中，座椅垫、安全带等航空座椅系统组件是对乘员进行直接保护，并形成有效防护的关键部件，它可吸收冲击能量，减小乘员所受冲击载荷。同时在冲击载荷作用下，航空座椅系统组件会经受动态冲击变形、复杂载荷传递、刚柔耦合作用等物理过程，其力学性能不用于准静态加载，并涉及到材料非线性、几何非线性和接触非线性等问题。因此，座椅垫、安全带、航空假人等航空座椅系统组件的抗冲击力学性能研究是目前结构动态冲击动力学性能实验技术、结构坠撞与客舱安全等领域的研究热点，也是一大难点。
目前现有研究中是采用真实座椅，通过水平/垂向动态冲击实验等获得座椅垫、安全带与航空假人等航空座椅系统组件的抗冲击力学性能，这种实验方法耗资巨大，时间漫长。或为获取某航空座椅系统组件的抗冲击力学性能而利用某型刚性座椅开展水平/垂向动态冲击实验，而不同类型的航空座椅系统组件，需要针对性地设计不同的研究平台，从而导致研究成本进一步增加。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台及系统，满足各类航空座椅系统组件抗冲击力学性能的测试与分析，以解决现阶段采用弹性座椅或某型弹性座椅开展动态冲击实验的实验成本高、研究周期长、研究效率低等技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
技术方案一：
一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台，所述抗冲击试验平台包括：假人支持组件、结构支持组件、安全带挂点组件、响应测试组件和结构转接组件；
所述假人支持组件包括：椅背109、椅盆110；
所述结构支持组件包括：椅背支撑块103、椅盆支撑块112、上框架104和下框架106；
所述安全带挂点组件包括：可调节E型架101、侧向框架105、儿童约束系统挂点结构108；
所述响应测试组件包括：椅背传感器102、椅盆传感器111；
所述结构转接组件包括：连接板107和转接板113；
所述椅背109通过沉头螺栓与椅背传感器102连接，所述椅盆110通过沉头螺栓与椅盆传感器111连接；
椅背传感器通过沉头螺栓与椅背和椅背支撑块连接，椅盆传感器通过沉头螺栓与椅盆和椅盆支撑块连接；
所述椅背支撑块103通过螺栓与椅背传感器102和上框架104连接，椅盆支撑块112通过螺栓与椅盆传感器111和下框架106连接；上框架104通过焊接方式与下框架106相连，下框架106由焊接方式固定于连接板107上；连接板107通过沉头螺栓与转接板113相连；
所述可调节E型架101可沿垂直于转接板方向在上框架内部滑动，并通过螺栓与上框架104连接；且所述可调节E型架的长度方向可配置通孔作为安全带的挂点位置；
所述侧向框架105通过焊接连接于上框架104和下框架106，且所述侧向框架105上可设置通孔作为安全带挂点位置；所述儿童约束系统挂点结构108通过焊接与下框架进行连接，作为儿童航空安全带的安装。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)所述可调节E型架的长度方向可配置通孔作为三点式或者四点式航空安全带的挂点位置。
(2)所述侧向框架上的通孔可作为两点式航空安全带的挂点位置。
(3)所述儿童约束系统挂点用于儿童航空安全带的安装。
(4)所述转接板上设置有螺栓孔阵列，所述连接板可任意角度固定在转接板上。
技术方案二：
一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验系统，包括：如技术方案一所述的抗冲击试验平台，航空假人，安全带，结构水平冲击试验台；
通过安全带将所述航空假人固定在抗冲击试验平台的椅盆上；
将所述固定有航空假人的抗冲击试验平台的转接板通过沉头螺栓固定在所述结构水平冲击试验台上。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)所述航空假人内安装有载荷传感器、加速度传感器和位移传感器。
(2)所述抗冲击试验系统还包括航空座椅垫，所述航空座椅垫安装在椅盆上表面。
本发明技术方案针对航空座椅系统组件抗冲击力学性能的测试与分析，实现了采用所发明实验研究平台，满足各类航空座椅系统组件的动态冲击实验测试需求，探索目的明确，适用范围宽，可操作性强，研究成本低，实验效率高，应用前景广。
附图说明
图1是适用于航空座椅系统组件的抗冲击力学性能实验研究平台结构示意图；
图2是适用于航空座椅系统组件的抗冲击力学性能实验研究方法流程示意图；
其中，101-可调节E型架；102-椅背传感器；103-椅背支撑块；104-上框架；105-侧向框架；106-下框架；107-连接板；108-儿童约束系统挂点结构；109-椅背；110-椅盆；111-椅盆传感器；112-椅盆支撑块；113-转接板；1-实验研究平台；2-航空假人；3-安全带；4-座椅垫；5-结构水平冲击实验台；6-测试系统；7-结构水平冲击实验台控制系统；8-第一计算机；9-第一摄像机；10-第二摄像机；11-机载摄像机；12-支架；13-第三摄像机；14-第四摄像机；15-第二计算机；16-专用照明系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明，图1是适用于航空座椅系统组件的抗冲击力学性能实验研究平台，该平台包括座椅垫支持系统、安全带挂点系统、假人支持系统、响应测试系统、结构支持系统、结构转接系统等部分。图2是适用于航空座椅系统组件的抗冲击力学性能实验研究方法示意图。
座椅垫支持系统包括椅盆110，椅盆110通过沉头螺栓与椅盆传感器连接，用于支持假人臀部。
安全带挂点系统包括可调节E型架101、侧向框架105、儿童约束系统挂点108；可调节E型架101能够沿垂直于转接板113方向在上框架104内部滑动，并通过螺栓与上框架104连接，其长度方向可配置通孔以作为三点式和四点式航空全带的挂点位置；侧向框架105通过焊接，连接于上框架104和下框架106，其通孔可作为两点式安全带挂点位置；儿童约束系统挂点108通过焊接与下框架106进行连接，可用于儿童航空安全带的安装。
假人支持系统包括椅背109、椅盆110、转接板113；椅背109和椅盆110分别通过沉头螺栓与椅背传感器102、椅盆传感器111相连，以支持不同类型成年假人与儿童假人的背部和臀部；转接板113通过螺栓连接于结构水平冲击实验台5，以为假人脚部提供支持。
响应测试系统包括椅背传感器102、椅盆传感器111和假人内部的载荷/加速度/位移传感器；椅背传感器102通过沉头螺栓与椅背109和椅背支撑块103连接，椅盆传感器111通过沉头螺栓与椅盆110和椅盆支撑块112连接，两者分别用于测试假人背部和臀部的动态冲击载荷(力和力矩等)；假人内部的载荷/加速度/位移传感器，安装于假人内部，包含头部加速度传感器、颈部力/力矩传感器、胸部加速度/位移传感器、腰椎力/力矩传感器、骨盆加速度传感器、股骨力传感器等，以测试动态冲击载荷作用下假人头部、颈部、胸部、腰椎、骨盆、股骨等部分的动态冲击响应。
结构支持系统包括椅背支撑块103、椅盆支撑块112、上框架104、下框架106；椅背支撑块103通过螺栓与椅背传感器102和上框架104连接，椅盆支撑块112通过螺栓与椅盆传感器111和下框架106连接；上框架104通过焊接方式与下框架106相连，下框架106由焊接方式固定于连接板107上。
结构转接系统包括连接板107与转接板113；连接板107通过沉头螺栓与转接板113连接；转接板113通过沉头螺栓与结构水平冲击实验台5相连，通过其上的螺栓孔阵列方向，以实现预设角度(0°、5°、10°等等)的结构动态冲击加载。
本发明实例提供一种适用于航空座椅系统组件的抗冲击力学性能实验研究方法，包括如下步骤：
(1)选择实验所用假人类型(成年假人、儿童假人；男性假人、女性假人；5th％百分位、50th％百分位、95th％百分位)与假人数量(1个或2个)，并进行假人预处理；
(2)(可选步骤)安装实验工装、载荷传感器等部分；
(3)通过第一计算机与测试系统，调试实验波形，并通过预冲实验，校对冲击波形，调试测试系统；
(4)依据预设角度，利用转接板，将实验研究平台安装在结构水平冲击实验台上；
(5)检测实验研究平台椅背和椅盆初始状态(角度等)；
(6)(可选步骤)通过粘扣、模具等，安装航空座椅垫于椅盆上，该座椅垫的大小(长度、宽度、厚度等)、形状、材料等均可依据研究内容进行选择；
(7)起吊，称重并放置假人在实验研究平台座位中间尽可能对称的位置；
(8)调节约束系统，该约束系统类型多样(两点式安全带、三点式安全带、四点式安全带、儿童航空安全带等)，具体由研究内容确定；
(9)打开专用照明系统，布置高速摄像机，该摄像机用于从不同方向捕捉航空座椅系统的动态冲击过程，第一和第二摄像机负责假人后方两侧，第三和第四摄像机负责假人前方两侧，机载摄像机负责假人正向，高速摄像机的数量和位置具体由研究内容确定；
(10)调试、接入、检查电测系统的触发可靠性，系统调零；
(11)(可选步骤)粘贴标记测量点，以测量假人某部分(如：头部、膝部等)、安全带等结构的运动路线、速度、俯仰角度和角速度，并采用高速摄像机测量位移标记点三维坐标，具体由研究内容确定；
(12)利用结构水平冲击实验台控制系统，牵引结构水平冲击实验台至发射位置；
(13)气源压力填充，开始实验；
(14)牵引结构水平冲击实验台至实验前位置，采用高速摄像机测量位移标记点三维坐标，通过直尺等工具测量变形，并检查实验研究平台连接状态与安全带保持状态；
(15)实验结束，拆除航空座椅系统，关闭结构水平冲击实验台控制系统、专用照明系统、高速摄像机、计算机等设备。
本发明提供一种高效率低成本并能够广泛适用于各类航空座椅系统组件(不同类型座椅垫、不同类型安全带、不同类型航空假人等)抗冲击力学性能研究的动态冲击实验方法，满足各类航空座椅系统组件抗冲击力学性能的测试与分析，以解决现阶段采用弹性座椅或某型弹性座椅开展动态冲击实验的实验成本高、研究周期长、研究效率低等技术问题。针对航空座椅系统组件抗冲击力学性能的测试与分析，实现了采用所发明实验研究平台，满足各类航空座椅系统组件的动态冲击实验测试需求，探索目的明确，适用范围宽，可操作性强，研究成本低，实验效率高，应用前景广。
Claims (8)
1.一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台，其特征在于，所述抗冲击试验平台包括：假人支持组件、结构支持组件、安全带挂点组件、响应测试组件和结构转接组件；
所述假人支持组件包括：椅背（109）、椅盆（110）；
所述结构支持组件包括：椅背支撑块（103）、椅盆支撑块（112）、上框架（104）和下框架（106）；
所述安全带挂点组件包括：可调节E型架（101）、侧向框架（105）、儿童约束系统挂点结构（108）；
所述响应测试组件包括：椅背传感器（102）、椅盆传感器（111）；
所述结构转接组件包括：连接板（107）和转接板（113）；
所述椅背（109）通过沉头螺栓与椅背传感器（102）连接，所述椅盆（110）通过沉头螺栓与椅盆传感器（111）连接；
椅背传感器通过沉头螺栓与椅背和椅背支撑块连接，椅盆传感器通过沉头螺栓与椅盆和椅盆支撑块连接；
所述椅背支撑块（103）通过螺栓与椅背传感器（102）和上框架（104）连接，椅盆支撑块（112）通过螺栓与椅盆传感器（111）和下框架（106）连接；上框架（104）通过焊接方式与下框架（106）相连，下框架（106）由焊接方式固定于连接板（107）上；连接板（107）通过沉头螺栓与转接板（113）相连；
所述可调节E型架（101）可沿垂直于转接板方向在上框架内部滑动，并通过螺栓与上框架（104）连接；且所述可调节E型架的长度方向可配置通孔作为安全带的挂点位置；
所述侧向框架（105）通过焊接连接于上框架（104）和下框架（106），且所述侧向框架（105）上可设置通孔作为安全带挂点位置；所述儿童约束系统挂点结构（108）通过焊接与下框架进行连接，作为儿童航空安全带的安装；
一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验方法包括如下步骤：
（1）选择实验所用假人类型与假人数量，并进行假人预处理；假人类型为成年假人、儿童假人、男性假人、女性假人、5th%百分位、50th%百分位或者95th%百分位；
（2）通过第一计算机与测试系统，调试实验波形，并通过预冲实验，校对冲击波形，调试测试系统；
（3）依据预设角度，利用转接板，将实验研究平台安装在结构水平冲击实验台上；
（4）检测实验研究平台椅背和椅盆初始状态；
（5）起吊，称重并放置假人在实验研究平台座位中间对称的位置；
（6）调节约束系统，该约束系统类型为两点式安全带、三点式安全带、四点式安全带或者儿童航空安全带；
（7）打开专用照明系统，布置高速摄像机，该摄像机用于从不同方向捕捉航空座椅系统的动态冲击过程，第一摄像机和第二摄像机负责假人后方两侧，第三摄像机和第四摄像机负责假人前方两侧，机载摄像机负责假人正向，高速摄像机的数量和位置具体由研究内容确定；
（8）调试、接入、检查电测系统的触发可靠性，系统调零；
（9）利用结构水平冲击实验台控制系统，牵引结构水平冲击实验台至发射位置；
（10）气源压力填充，开始实验；
（11）牵引结构水平冲击实验台至实验前位置，采用高速摄像机测量位移标记点三维坐标，通过工具测量变形，并检查实验研究平台连接状态与安全带保持状态；
（12）实验结束，拆除航空座椅系统。
2.根据权利要求1所述的一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台，其特征在于，所述可调节E型架的长度方向可配置通孔作为三点式或者四点式航空安全带的挂点位置。
3.根据权利要求1所述的一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台，其特征在于，所述侧向框架上的通孔可作为两点式航空安全带的挂点位置。
4.根据权利要求1所述的一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台，其特征在于，所述儿童约束系统挂点用于儿童航空安全带的安装。
5.根据权利要求1所述的一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验平台，其特征在于，所述转接板上设置有螺栓孔阵列，所述连接板可任意角度固定在转接板上。
6.一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验系统，其特征在于，包括：如权利要求1-5中任一项所述的抗冲击试验平台，航空假人，安全带，结构水平冲击试验台；
通过安全带将所述航空假人固定在抗冲击试验平台的椅盆上；
将所述固定有航空假人的抗冲击试验平台的转接板通过沉头螺栓固定在所述结构水平冲击试验台上。
7.根据权利要求6所述的一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验系统，其特征在于，所述航空假人内安装有载荷传感器、加速度传感器和位移传感器。
8.根据权利要求6所述的一种适用于航空座椅组件的抗冲击试验系统，其特征在于，所述抗冲击试验系统还包括航空座椅垫，所述航空座椅垫安装在椅盆上表面。
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