CZ14658U1 - Letecké sedadlo určené pro malé letouny a vrtulníky - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká konstrukce leteckých sedadel a s tím související bezpečnosti osob účastníků leteckého provozu, buď jako členů posádky, nebo jako cestujících.

Dosavadní stav techniky

Letecké sedadlo musí zajistit osobě v něm sedící přiměřenou úroveň pohodlí a bezpečnosti během pojíždění, vzletu, letu i přistání letounu a poskytnout ji přiměřenou ochranu před vážným zraněním a umožnit jí rychlé opuštění sedadla i v podmínkách havarijního nouzového přistání. Při havarijním nouzovém přistání letounu dochází k jeho prudkému zbrzdění a tedy vzniku záporného zrychlení, vyvolávajícího kombinaci horizontální a vertikální složky setrvačné nárazové síly (vztaženo k rovině podlahy kabiny letounu) působící na osobu sedící a připoutanou v sedadle. Účinky těchto sil jsou částečně eliminovány elastickými a plastickými deformacemi sedadla. Plastické - trvalé deformace sedadla nesmí ale překročit přípustnou mez, aby nedošlo k sekundárním zraněním v něm sedící osoby a nebyla jí omezena možnost rychlého opuštění sedadla. Protože u malých letounů, vrtulníků a v pilotních kabinách všeobecně jsou pro zástavbu sedadel vymezeny relativně malé prostory (případně jsou tam umístěny prvky řízení letounu), je u sedadel pro ně určených charakteristické, že osoby v nich sedící musí z důvodu nebezpečí zranění hlavy v případě nárazu letounu při jeho nouzovém přistání zachovat vzpřímenou polohu. Při této havarijní situaci je pro osobu sedící v sedadle kritická především síla působící ve směru páteře sedící osoby v místě kontaktu sloupce obratlů s pánví, dále pak síla působící v pasech (pasu) poutajícím horní torzo sedící osoby a síly působící ve směru stehenních kostí sedící osoby vyvolané nárazem kolen na pevnou překážku umístěnou před sedící osobou (např. sedadlo nebo přepážka). Podle leteckého předpisu Code of Federal Regulations, Title 14, Part 23 maximální přípustná síla která může působit ve směru páteře aniž by došlo k destrukci obratlů je 6670 N, maximální celková přípustná síla působící v ramenních pasech, aniž by došlo k porušení skeletu nebo svalstva horního torza je 8900 N a maximální přípustná síla působící v každé stehenní kosti aniž by došlo k jejímu porušení nebo porušení kyčelních kloubů je 10000 N.

Protože je však vysoce pravděpodobné, že v režimu havarijního přistání by byly tyto mezní síly podstatně překročeny, je nezbytné navrhnout sedadlo tak, aby k takovému zranění sedící osoby nemohlo dojít. Toho lze dosáhnout tím, že část kinetické energie osoby sedící v sedadle je při prudkém zbrzdění letounu, při jeho nouzovém přistání, eliminována pružnou nebo/a plastickou deformací sedadla, čímž dojde ke snížení nepříznivých hodnot záporných zrychlení působících na sedící osobu. Realizovat to lze tak, že na příklad sílu v ramenních pasech lze podstatně redukovat vhodnou konstrukcí zádového opěráku sedadla, který v okamžiku nárazu svou pružnou a případně i plastickou deformací umožní pohyb horního torza sedící osoby vpřed, čímž se eliminují účinky nepřípustných, na horní torzo působících sil. Sílu působící ve směru páteře sedící osoby lze redukovat tak, že se do konstrukce sedadla zařadí prvek působící jako aktivní absorbér energie a tak kromě působení pružných a plastických deformací základní konstrukce sedadla při určité, ještě přípustné, hodnotě působící vertikální síly dojde k aktivaci tohoto prvku a tím k řízené plastické deformaci vany sedáku sedadla.

Základním požadavkem zachování bezpečnosti osoby sedící v sedadle v podmínkách havarijního nouzového přistání letounu je, že osoba sedící v sedadle musí zůstat v sedadle připoutaná a sedadlo musí zůstat pevně ukotveno ke konstrukci letounu. Kotvící prvky sedadla i odpovídající kotvící prvky v konstrukci letounu musí odolat namáhání vyvolanému působícími silami. K eliminaci těchto kritických namáhání přispívají opatření vedoucí k částečné redukci účinků záporného zrychlení uvedená výše.

-1 CZ 14658 Ul

Podstata technického řešení

Sedadlo je konfigurováno tak, aby v podmínkách havarijního nouzového přistání letounu byla eliminována všechna kritická - nepřípustná zatížení osoby sedící v sedadle i namáhání prvků ukotvení sedadla a na ně navazující konstrukce letounu.

Konstrukční provedení opěráku 3 sedadla, způsob jeho uchycení k rámu 2 sedadla a uspořádání systému upoutání osoby v sedadle sedící mohou v dostatečné míře eliminovat účinky složky setrvačné síly rovnoběžné s podélnou osou letounu.

Působením vertikální složky záporného zrychlení, vyvolaného nárazem letounu při havárii, na osobu sedící v sedadle je vana 4 sedadla zatěžována ve vertikálním směru silou úměrnou hodnotě ío vyvolaného záporného zrychlení a hmotnosti sedící osoby. Aby bylo vyhověno výše uvedeným požadavkům na omezení účinku vertikální složky setrvačné síly, je podle tohoto technického řešení v základní konstrukci sedadla začleněn konstrukční celek - vana sedadla, která pomocí řízené plastické deformace pohlcuje část energie nárazu. Pro různé kategorie letounů jsou příslušnými předpisy definovány odlišné podmínky jejich havarijního nouzového přistání - liší se hodnotou maximálního záporného zrychlení, časovým intervalem působení záporného zrychlení, rychlostí letounu v okamžiku nárazu. Těmto podmínkám musí odpovídat i provedení sedadel. Uvedené řešení umožňuje navrhnout a vyrobit sedadlo tak aby těmto podmínkám vyhovělo:

- Volbou uspořádání uchycení plechu sedáku. Pro některé aplikace sedadel postačí zařazení výše uvedeného konstrukčního celku pouze na jedné straně vany sedadla - obvykle na zadní straně, blíže opěráku, protože zadní část plechu sedáku, v důsledku tvarování jeho profilu je více zatížená;

- volbou materiálu ze kterého je plech sedáku vyroben;

- volbou hloubky zahloubení v plechu sedáku nebo šířky drážky v plechu sedáku;

- volbou počtu spojů, tj. volbou počtu trhaných zahloubení v plechu sedáku;

- volbou průměru distančních pouzder kterými je plech sedáku tlačen a trhán.

Složka setrvačné síly, působící ve směru příčné osy letounu, je poměrně malá a nepatří mezi kritické. Cleny sloužící k zajištění příčné stability sedadla je ale třeba řešit tak aby zajistily příčnou stabilitu sedadla, ale současně aby jejich pružná a plastická deformace částečně eliminovala účinky příčné složky působící setrvačné síly.

Přehled obrázků na výkresech

Na připojených výkresech je: na obrázku 1 schéma sedadla, na obrázku 2 schematicky znázorněno uspořádání opěráku sedadla, na obrázku 3 řez A-A z obrázku 2, na obrázku 4 schematicky znázorněno uchycení opěráku sedadla, na obrázku 5 schematické znázornění vany sedáku a rámu sedadla, na obrázku 6 řez A-A z obrázku 5, na obrázku 7 řez B-B z obrázku 6, na obrázku 8 znázorněno rozložení sil působících na vanu sedáku, na obrázku 9 schematicky znázorněno uspořádání opěrky ruky, na obrázku 10 znázorněno uspořádání zadního závěsu sedadla, na obrázku 11 znázorněno dvojoko.

Příklad provedení technického řešení

Závěs XI opěráku 3 který slouží k jeho uchycení k rámu 2 je vytvořen z výlisků z ocelového plechu. Navazující bočnice 12 opěráku jsou složeny z výlisků 13, 14 z plechu z lehké slitiny a

-2CZ 14658 Ul tvoří, spojením pomocí příložek 15, uzavřené nosníky proměnné tuhosti. Obě bočnice 12 opěráku jsou v horní části propojeny límcem 16 a v dolní části příčkou 20 vytvořenými z výlisků z ocelového plechu. Na límci 16 jsou umístěny prvky pro uložení a nastavení polohy opěrky 9 hlavy a jsou na něm též připevněna vodítka ramenních poutačích pasů. Na příčce 20 opěráku 3 je umístěn závěs pro připevnění navijáku ramenních pasů s blokovacím zařízením. Opěrák 3 je otočně upevněn k bočnicím 18 rámu 2 sedadla, jeho sklon je zajištěn pomocí táhel 17. Sklon opěráku je tak neměnný, ale záměnou táhel 17 za vhodný nastavovací prvek je možné vytvořit uspořádání sedadla s nastavitelným sklonem opěráku.

Hlavními díly rámu 2 sedadla, který je připevněn k podstavě i sedadla, jsou bočnice 18,19 které mohou být co do tvaru shodné nebo rozdílné podle konfigurace opěrek ruky, přední a zadní nosník 21 a vana 4 sedadla. Vana 4 sedadla se skládá z plechu 22 sedáku, přední objímky 23, zadní objímky 24, nýtů 25, pouzder 26 a vložek 27. Objímky 23, 24 vany sedadla obepínají nosníky 21 rámu sedadla. Mezi přední objímkou 23 a zadní objímkou 24 je upevněn plech 22 sedáku. Způsob jeho upevnění k objímkám je řešen jako mechanický celek, který se v havarijních podmínkách nouzového přistání aktivuje a podílí se na eliminaci nepříznivých účinků nárazu. Jak je zřejmé z obr. 6 je spojení plechu 22 sedáku s objímkami 23, 24 provedeno nýtovými spoji. V plechu 22 sedáku jsou vyvrtány otvory, kterými jsou provlečena distanční pouzdra 26. Distanční pouzdra 26 jsou vsunuta mezi okraje objímek 23, 24 a pomocí nýtů 25 jsou s objímkami a s plechem 22 sedáku snýtovány. Protože výška distančních pouzder 26 je podstatně větší než tloušťka navlečeného plechu 22 sedáku je vůle mezi plechem 22 sedáku a příslušnými konci objímky vymezena podložkami 21. Pod hlavami nýtů 25 mohou být vloženy výztužné pásy 28. V místě kde distanční pouzdra 26 prochází plechem 22 sedáku jsou v plechu 22 sedáku vyfrézována zahloubení, jak je zřejmé z částečného řezu B - B na obrázku 7 a tím je plech 22 sedáku v těchto místech zeslaben. Orientace zahloubení je ve směru podélné osy sedadla.

V případě havárie při nouzovém přistání vzniklá vertikální složka F setrvačné síly působící na plech 22 sedáku se rozkládá do složek - tahových sil P, Q ve směru profilu plechu sedáku (viz obr. 8). Hloubku zahloubení v plechu 22 sedáku je třeba stanovit tak, aby pokud by vertikální složka F setrvačné síly vyvolala nepřípustné zatížení sloupce obratlů sedící osoby, došlo vlivem zatížení tahovou silou P nebo Q v místech kontaktu distančních pouzder se zeslabeným plechem 22 sedáku v místech zahloubení k jeho otlačení a dále až k postupnému protrhávání a tím k vzájemnému posunu plechu 22 sedáku a objímky 23 nebo 24.Tím současně dojde k vertikálnímu posunu dna vany 4 sedadla tj. plechu 22 sedáku. Tak se kinetická energie při prudkém zbrzdění nouzově přistávajícího letounu, působící na osobu v sedadle sedící, částečně přetransformuje na práci při plastické deformaci plechu sedáku, čímž zabrání nepřípustnému namáhání páteře sedící osoby. Podložky 27, vyrobené ze snadno deformovatelného materiálu (plast, pryž ap.) zabraňují posunu plechu 22 sedáku podél distančních pouzder 26 a jeho drnčení vlivem rezonance. Jejich hlavním účelem je však utvořit prostor pro otřepy a zbytky distančními pouzdry vytlačovaného a trhaného materiálu plechu sedáku.

Příčnou stabilitu sedadla zajišťují dvojoka 8 v horní části zadních noh, sloužící ke spojení podstavy I sedadla s rámem 2 sedadla. Střední hranolovitá část dvojok 8 umožňuje jejich dostatečnou pružnou i plastickou deformaci pro částečnou eliminaci účinků příčných setrvačných sil. Toto řešení také umožňuje zachovat volný prostor pod sedadlem pro nohy osoby sedící na zadním sedadle.

Sedadlo je vybaveno opěrkou 5 ruky, levou nebo pravou, podle konfigurace sedadla. Opěrka 5 je otočně připevněna k příslušné bočnici rámu sedadla. Opěrku 5 lze vyklopit směrem nahoru tak, že se kryje s profilem opěráku 3. Vyklápěcí mechanismus opěrky 5 je opatřen brzdou pro zamezení samovolného pohybu opěrky. Opěrka 5 je tvořena závěsem 29 a kostrou 30 opěrky, složenou z výlisků z tenkostěnného plechu z lehké slitiny a vyztuženou vlepením bloku 31 lehké pěny Rohacel. Povrch opěrky 5 je potažen vrstvou 32 pružné plastické hmoty Ipur.

Ke konstrukci letounu je sedadlo ukotveno pomocí závěsů. Ke spodním vzpěrám podstavy i sedadla jsou v osách předních noh upevněny závěsy přední 7, které ukotvují přední nohy sedadla

-3 CZ 14658 Ul ve směru svislé a příčné osy letounu a v osách zadních noh jsou upevněny závěsy zadní 6, které ukotvují zadní nohy sedadla ve směru podélné, svislé i příčné osy letounu. V bodech uchycení závěsů předních 7 i zadních 6 ke spodním výztuhám podstavy 1 sedadla jsou vložena naklápěcí ložiska 33 která umožňují vzájemný pohyb noh sedadla vůči konstrukci letounu, čímž je dosaženo snížení namáhání konstrukce sedadla i příslušné části konstrukce letounu v případě, kdy v havarijních podmínkách dojde k deformaci příslušné části konstrukce letounu.

Výhody uvedeného technického řešení:

- Složitost konstrukce sedadla, materiálová a technologická náročnost výroby sedadla se zařazením konstrukčního deformačního celku, který se v podmínkách havarijního nouzového přistání řízené plasticky deformuje, prakticky nemění.

- Prostorové nároky ani hmotnost sedadla se zařazením výše uvedeného konstrukčního deformačního celku v podstatě nemění.

- Konfigurace výše uvedeného konstrukčního deformačního celku umožňuje konstrukci různě laděných sedadel, tj. sedadel odpovídajících podmínkám havarijního nouzového přistání různých kategorií letadel a vrtulníků.

- Zařazením uvedeného konstrukčního deformačního celku se požadavky týkající se provozu, kontroly, údržby, obsluhy, skladování a konzervace sedadla ani jeho provozní lhůty nemění.

- Použití naklápěcích ložisek v bodech ukotvení sedadla ke konstrukci letounu výrazně přispívá ke snížení namáhání konstrukce sedadla i související konstrukce letounu.

- Poddajná konstrukce opěráku sedadla výrazně přispívá ke snížení namáhání těla v sedadle sedící osoby, konstrukce sedadla i související konstrukce letounu. Způsob řešení zajištění polohy opěráku sedadla umožňuje změnu konfigurace na nastavitelný sklon opěráku.

- Uvedené řešení zajištění příčné stability sedadla umožňuje, kromě částečné eliminace účinku setrvačné síly, také zachovat volný prostor pod sedadlem pro nohy osoby sedící na zadním sedadle.

Claims (9)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Letecké sedadlo, vyznačující se tím, že má opěrák (3) sedadla jehož nosnou částí je rám tvořený závěsy (11) opěráku, bočnicemi (12) opěráku, límcem (16) opěráku a příčkou (20), přičemž závěsy (11), límec (16) a příčka (20) opěráku jsou složeny z výlisků z ocelového plechu, bočnice (12) opěráku jsou složeny z výlisků (13, 14) z plechu z lehké slitiny které tvoří, spojením pomocí příložek (15), uzavřené nosníky proměnné tuhosti, jejichž průřez se zmenšuje směrem od závěsů (11) opěráku k límci (16) opěráku.
2. 2. Letecké sedadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že opěrák (3) sedadla je otočně upevněn k bočnicím (18, 19) rámu sedadla a jeho sklon je zajištěn pomocí táhel (17).
3. 3. Letecké sedalo podle nároku 2, vyznačující se tím, že na horním konci zadní nohy nebo zadních noh podstavy (1) sedadla je upevněno dvojoko (8) nebojsou upevněna dvojoka (8).
4. 4. Letecké sedalo podle nároku 3, vyznačující se tím, že má opěrku (5) ruky, jejíž nosnou částí je kostra (30), která je složena z výlisků z tenkostěnného plechu z lehké slitiny aje vyztužena vlepením bloku (31) lehké pěnové hmoty.

   -4CZ 14658 Ul
5. 5. Letecké sedadlo podle nároku 4, vyznačující se tím, že má přední závěsy (7) a zadní závěsy (6), ve kterých jsou vložena naklápěcí ložiska (34).
6. 6. Letecké sedalo podle nároku 5, vyznačující se tím, že zadní závěs (6) je tvořen tělesem (33) závěsu, naklápěcím ložiskem (34), třmenem (35) a závrtným šroubem (36) s inaticí

   5 (37).
7. 7. Letecké sedadlo podle nároku 6, vyznačující se tím, že má vanu (4) sedadla, která je složena z plechu (22) sedáku a jedné nebo více montážních skupin sloužících k uchycení plechu (22) sedáku k rámu (2) sedadla, přičemž plech (22) sedáku je s montážní skupinou nebo montážními skupinami spojen pomocí spojovacích prvků a pro umožnění spojení plechu (22) ío sedáku s montážní skupinou nebo montážními skupinami je v plechu (22) sedáku vytvořen jeden nebo více otvorů, obvykle kruhových, jejichž rozměr je stanoven podle určení sedadla a do každého z těchto otvorů v plechu (22) sedáku je vloženo distanční pouzdro (26), obvykle válcové, v jehož ose je otvor odpovídající použitému spojovacímu prvku, nebo jehož konfigurace odpovídá spojovacímu prvku, a jehož délka je větší než tloušťka plechu (22) sedáku a jehož rozměry jsou

   15 stanoveny podle určení sedadla a umožňují zasunutí distančního pouzdra (26) do příslušného otvoru v plechu (22) sedáku.
8. 8. Letecké sedadlo podle nároku 7, vyznačující se tím, že vůle ve spoji nebo spojích plechu (22) sedáku s montážní skupinou nebo s montážními skupinami, daná rozdílem délky distančního pouzdra (26) a tloušťky plechu (22) sedáku, je vymezena jednou vymezovací

   20 podložkou (27) nebo více vymezovacími podložkami (27) ze snadno deformovatelného materiálu. »
9. 9. Letecké sedadlo podle nároku 8, vyznačující se tím, že v plechu (22) sedáku na každý otvor, určený pro vložení distančního pouzdra (26), navazuje podélné zahloubení nebo podélná zahloubení, do plechu (22) sedáku z jedné nebo z obou stran zahloubené drážky oválné25 ho, obdélníkového nebo podobného tvaru, čímž je v místě zahloubení tloušťka plechu (22) sedáku zeslabena, šířka zahloubení zahloubené drážky je menší než je vnější rozměr distančního pouzdra (26) nebo je shodná s vnějším rozměrem distančního pouzdra (26) nebo je větší než je vnější rozměr distančního pouzdra (26) a hloubka zahloubení v plechu (22) sedáku je stanovena dle určení sedadla.

   30 10. Letecké sedadlo podle nároku 8, vyznačující se tím, že v plechu (22) sedáku na každý otvor určený pro vložení distančního pouzdra (26) navazuje podélný otvor oválného, obdélníkového nebo podobného tvaru, jehož šířka je menší než vnější rozměr distančního pouzdra (26) o rozměr stanovený dle určení sedadla.