DE4221974A1

DE4221974A1 - Deformable element to absorb shock loading on aircraft seats - has two stiff or hard zones near its ends and soft or weak portion near centre

Info

Publication number: DE4221974A1
Application number: DE19924221974
Authority: DE
Inventors: Bernd Roessner; Holger Lucht
Original assignee: Deutsche Aerospace AG; Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1992-07-04
Filing date: 1992-07-04
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2012-07-05
Also published as: DE4221974C2

Abstract

The deformable element is used to absorb shock loading on aircraft seats. It may consist of a straight strut (4) which runs from the junction of the seat and the backrest to a support on the floor at the front of the seat. The deformable element has two stiff or hard zones (6) near its ends and a soft or weak portion (5) near the centre. The deformable element may consist of a tube which may be slit to weaken it. Alternatively it may consist of two concentric tubes. USE/ADVANTAGE - Deformable element used to absorb shock loading on aircraft seats.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verformungselement zur Dämpfung von StoßbelastungenThe invention relates to a deformation element for damping shock loads

for installations in an aircraft, in particular aircraft seats,
- Made of plastically deformable material.

Um die Überlebenschancen der Flugreisenden bei Notlandungen zu verbessern, werden Abstützvorrichtungen, insbesondere Fluggastsitze benötigt, die die Passagiere vor den Unfalleinwirkungen schützen. Solche Einwirkungen sind starke Verzögerungen, Querbe schleunigung oder Kollision von Körperteilen der Passagiere mit den Einbauten in der Fluggastkabine. Eine Maßnahme ist, das Sitzgestell so auszulegen, daß durch plastische Verformung von Teilen der Sitzstruktur die Belastungsspitzen auf ein für Menschen ertragbares Maß reduziert und Beschädigungen oder Versagen des Fußbodengerüstes vermieden werden.To improve the chances of survival for air travelers in the event of an emergency landing Support devices, in particular passenger seats required that the passengers in front of the Protect accidents. Such actions are great delays, Querbe acceleration or collision of body parts of the passengers with the internals in the Passenger cabin. One measure is to design the seat frame so that plastic Deformation of parts of the seat structure to the peak loads for people tolerable dimensions reduced and damage or failure of the floor scaffolding be avoided.

Es ist eine Abstützvorrichtung für einen Gegenstand in einem Flugzeug bekannt, wie beispielsweise in der DE-PS 27 52 124 beschrieben, die aus einer elastischen Einrichtung besteht, verbunden mit einem in den elastischen Körper eingebetteten Zapfen, der in einem bei starken Stößen plastisch verformbaren Einsatz gelagert ist.A support device for an object in an aircraft is known, such as described for example in DE-PS 27 52 124, which consists of an elastic device consists of a pin embedded in the elastic body, which in a plastically deformable insert is stored in the event of strong impacts.

Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß nur mit einer komplizierten technischen Anord nung und damit einem hohen Kostenaufwand Dämpfungseigenschaften erreicht werden. Speziell der plastisch verformbare Einsatz der bekannten Lösung, der unterschiedlich gerichtete Kräfte aufnimmt und dadurch die Übertragung der Kräfte, z. B. auf einen Sitz verhindert, besitzt durch seine Größe und Form einen zu geringen Verformungsweg, um die hohen Belastungsspitzen bei Bruch- oder Notlandungen aufzunehmen.This solution has the disadvantage that only with a complicated technical arrangement damping properties can be achieved. Specifically the plastically deformable use of the known solution, which is different directed forces and thereby the transfer of forces, z. B. on a seat prevented, due to its size and shape has a too small deformation path to absorb the high load peaks during crash or emergency landings.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache Struktur zu schaffen, die mit hohen Dämpfungseigenschaften eines Verformungselementes versehen ist und somit die bei Not- oder Bruchlandungen auftretenden Belastungsspitzen auf ein für Men schen ertragbares Maß reduziert und Beschädigungen oder Versagen des Fußbodengerüstes vermeidet.Accordingly, the invention has for its object to provide a simple structure which is provided with high damping properties of a deformation element and thus the peak loads occurring during emergency or crash landings to a for men tolerable dimensions and damage or failure of the floor scaffolding avoids.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Element (4), bestehend aus ein heitlichem Material mit mindestens einer Weichzone (5) und mindestens einer Hartzone (6) mit unterschiedlichem Festigkeitsverhalten in einem Bauteil.This object is achieved according to the invention by an element ( 4 ) consisting of a uniform material with at least one soft zone ( 5 ) and at least one hard zone ( 6 ) with different strength behavior in one component.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-8.Further developments and expedient refinements result from the subclaims 2-8.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles mit den Fig. 1 bis 7 näher erläutert.The invention is explained below with reference to an embodiment with FIGS. 1 to 7.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Verzögerung im Beschleunigungs- Zeit-Diagramm; Fig. 1 is an illustration of the time course of the delay in the acceleration time diagram;

Fig. 2 eine Darstellung des Abbaus der Impulsspitze durch Umwandlung von kinetischer Energie in Verformungsarbeit im Beschleunigungs-Zeit-Diagramm; Figure 2 is a representation of the degradation of the spike by conversion of kinetic energy into deformation work in the acceleration-time diagram.

Fig. 3 eine Darstellung der Beschleunigungsfunktion des Verformungselementes im Be schleunigungs-Weg-Diagramm; Figure 3 is a representation of the acceleration function of the deformation element in the Be schleunigungs-path diagram.

Fig. 4 eine Schemazeichnung einer Struktur mit einem Verformungselement; Fig. 4 is a schematic drawing of a structure with a deformation element;

Fig. 5 einen Verlauf der Verformungskraft in einem Kraft-Weg-Diagramm für ein Ver formungselement; Figure 5 is a course of the deformation force in a force-path diagram for a shaping element Ver.

Fig. 6 einen Verlauf der Verformungskraft in einem Kraft-Weg-Diagramm für eine Par allelschaltung zweier Verformungselemente und Fig. 6 shows a curve of the deformation force in a force-displacement diagram for a parallel circuit of two deformation elements and

Fig. 7 eine Schemazeichnung einer Parallelschaltung zweier Verformungselemente. Fig. 7 is a schematic drawing of a parallel connection of two deformation elements.

Bekanntermaßen entsteht bei einer harten Landung bzw. einer Kollision eines Flugzeuges mit einem festen Hindernis eine Impulsspitze wie in Fig. 1 im Beschleunigungs-Zeit- Diagramm dargestellt, die für die Flugzeuginsassen eine zu hohe Belastung darstellt und so erhebliche Gefahren mit sich bringt. Die im Flugzeugbau bisher verwendeten Fahr gastsitze haben nahezu keine Möglichkeit, den Aufprall der Insassen zu absorbieren und somit die Impulsspitze abzubauen.As is known, in the event of a hard landing or a collision of an aircraft with a fixed obstacle, a pulse peak as shown in FIG. 1 in the acceleration-time diagram arises, which represents an excessive load for the aircraft occupants and thus entails considerable dangers. The passenger seats previously used in aircraft construction have almost no possibility of absorbing the impact of the occupants and thus reducing the peak of the impulse.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist die Impulsspitze a_s durch Umwandlung von kineti scher Energie in Verformungsarbeit auf die Beschleunigung a₁ verringert und beschreibt einen annähernd linearisierten Verlauf, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Diese Umwandlung in Verformungsarbeit erfolgt in der Weichzone (5) des Verformungselementes (4).With the solution according to the invention, the pulse peak a _{s is} reduced by converting kinetic energy into deformation work to the acceleration a ₁ and describes an approximately linearized course, as can be seen from FIG. 2. This transformation into deformation work takes place in the soft zone ( 5 ) of the deformation element ( 4 ).

In der Hartzone (6) des Verformungselementes (4) steigt bei einer Krafteinwirkung der Kraftbedarf bis zu einem vorgegebenen Sollwert a₁ an und so wird der sprunghafte An stieg zur maximalen Beschleunigung in eine linear steigende Anstiegsphase (1) umgewan delt, was aus Fig. 3 zu entnehmen ist. Während der Beharrungsphase (2) bleibt die Verzögerung wie dargestellt möglichst konstant. Um ein Kollidieren der Passagiere mit den Einbauten in der Fluggastkabine zu verhindern, wird der maximale Verformungsweg (3) eines Sitzes begrenzt durch geeignete Wahl der Verformungszonen Weichzone (5) und Hartzone (6). Der Verlauf der Verzögerung ergibt sich aus der Restenergie des einwirken den Impulses, wobei die Verformungskraft auf Null zurückgeht.In the hard zone ( 6 ) of the deformation element ( 4 ), when force is applied, the force requirement increases up to a predetermined target value a ₁ and so the sudden increase in maximum acceleration is converted into a linearly increasing rise phase ( 1 ), which is shown in FIG. 3 can be seen. During the persistence phase ( 2 ) the deceleration remains as constant as possible. In order to prevent the passengers from colliding with the internals in the passenger cabin, the maximum deformation path ( 3 ) of a seat is limited by a suitable choice of the deformation zones soft zone ( 5 ) and hard zone ( 6 ). The course of the delay results from the residual energy of the impulse, whereby the deformation force drops to zero.

Die erfindungsgemäße Anordnung eines Verformungselementes (4) innerhalb einer Struk tur, vorzugsweise eines Flugzeugsitzgestelles, ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Das Verformungselement (4) weist über seine Längsausdehnung eine Weichzone (5) und zwei Hartzonen (6) mit unterschiedlichen Festigkeitsverhalten auf. Das unterschiedliche Festig keitsverhalten bewirkt damit zonal ein unterschiedliches Verformungsverhalten. Hervor gerufen wird es durch eine Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften durch thermische Beanspruchung. Das unterschiedliche Festigkeitsverhalten kann z. B. bei einem unbehan delten (kaltverfestigten) Rohr aus Al-Knetlegierung erreicht werden, das in der Weichzone (5) weichgeglüht wird. Die Hartzonen (6) ergeben sich aus der Festigkeit des unbehandel ten Teiles. The arrangement according to the invention of a deformation element ( 4 ) within a structure, preferably an aircraft seat frame, is shown schematically in FIG. 4. The deformation element ( 4 ) has a soft zone ( 5 ) and two hard zones ( 6 ) with different strength behavior over its longitudinal extent. The different strength behavior causes zonal different deformation behavior. It is caused by the material properties being influenced by thermal stress. The different strength behavior can e.g. B. can be achieved with an unhandan delten (work hardened) tube made of wrought aluminum alloy, which is soft annealed in the soft zone ( 5 ). The hard zones ( 6 ) result from the strength of the untreated part.

Dieses Verformungselement (4) ist als Diagonalstrebe im Gestell eines Fluggastsitzes realisierbar.This deformation element ( 4 ) can be realized as a diagonal strut in the frame of an air passenger seat.

Die Hartzone (6) hat im Kraft-Weg-Diagramm eine Charakteristik eines unbehandelten (kaltverfestigten) Rohres, ersichtlich in Fig. 5 im Verlauf 7. Die Verformungskraft hat einen stark schwankenden Verlauf und besitzt einen hohen Spitzenwert. Für die Weichzo ne (5), bei der die Verformung einsetzen soll, ist eine solche Charakteristik nicht brauch bar. Durch Weichglühen ist dieser Effekt stark abgemildert, wie es im Verlauf 8 ersicht lich ist. Es erfolgt ein linearer Anstieg der Verformungskraft im weichgeglühten Teil des Rohres bis zum Erreichen der Fließgrenze. Mit der Erschöpfung des Fließweges im weichen Teil setzt sich der Fließvorgang im unbehandelten Teil fort. Die Schwankungen im Kraftverlauf werden durch die Art der Faltenbildung verursacht.The hard zone ( 6 ) has a characteristic of an untreated (strain-hardened) pipe in the force-displacement diagram, as can be seen in FIG. 5 in the course of 7 . The deformation force has a strongly fluctuating course and has a high peak value. Such a characteristic is not usable for the soft zone ( 5 ) in which the deformation is to start. This effect is greatly mitigated by soft annealing, as is evident in the course of 8 . The deformation force in the soft annealed part of the tube increases linearly until the yield point is reached. With the exhaustion of the flow path in the soft part, the flow process continues in the untreated part. The fluctuations in the force curve are caused by the type of wrinkling.

Durch Überlagern ist ein Ausgleich dieser Schwankungen erreichbar, wenn mindestens zwei Verformungselemente in geeigneter Weise zusammenwirken. In der Fig. 6 ist der ausgeglichene Schwankungsverlauf im Kraft-Weg-Diagramm dargestellt. Die Verformung setzt wegversetzt um dl in beiden Elementen in der Weichzone (5) ein. Aus Fig. 7 ist eine mögliche praktische Ausgestaltung zu entnehmen.These fluctuations can be compensated for by overlaying if at least two deformation elements interact in a suitable manner. FIG. 6 shows the balanced fluctuation curve in the force-displacement diagram. The deformation begins offset by dl in both elements in the soft zone ( 5 ). From Fig. 7, a possible practical embodiment can be seen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß statt einer komplizierten Vorrichtung zur Aufnahme von Stoßbelastungen ein Bauteil aus einheitli chem Material mit den Eigenschaften eines Dämpfungsgliedes versehen ist.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that instead of one complicated device for absorbing shock loads a component from uniform chem material is provided with the properties of an attenuator.

Durch entsprechende Gestaltung können geeignete Teile der Struktur z. B. eines Flugzeug sitzes mit den Eigenschaften eines Dämpfungsgliedes versehen werden. Dadurch ist eine Einsparung an Gewicht, an Kosten und an Raumbedarf und eine Verbesserung der Funk tionssicherheit gegeben.By appropriate design, suitable parts of the structure can, for. B. an airplane seat with the properties of an attenuator. This is one Saving weight, costs and space and improving radio given certainty.

Eine einfache Anpassung der Dämpfungs- und Kraftaufnahmeeigenschaften nur durch Veränderung von Durchmesser, Länge und Wandstärke des Verformungselementes ist möglich. A simple adjustment of the damping and force absorption properties only through Change in diameter, length and wall thickness of the deformation element is possible.

Der Einsatz eines Verformungselementes ist überall im Maschinen- und Fahrzeugbau anwendbar, um Belastungsspitzen durch plastische Verformung aufzunehmen.The use of a deformation element is everywhere in machine and vehicle construction applicable to absorb stress peaks due to plastic deformation.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in der Beeinflussung des Werk stoffverhaltens nicht nur durch thermische, sondern auch mechanische Behandlung. So ist eine Änderung des Rekristallisationsverhaltens im Verformungselement auch durch Ein bringen geometrischer Formen (z. B. Sicken, Bördeln, Rollen) möglich.A further advantageous embodiment of the invention lies in influencing the work behavior not only through thermal, but also mechanical treatment. So is a change in the recrystallization behavior in the deformation element also by on bring geometric shapes (e.g. beads, flanging, rolls) possible.

Neben der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung als Strebe innerhalb einer Struktur, ist eine weitere vorteilhafte Ausführung der zusätzliche Einbau eines Verfor mungselementes (4) an geeigneter Stelle innerhalb einer bestehenden Struktur. Damit können vorhandene Strukturen, insbesondere Einbauten in einem Flugzeug, nachträglich mit Dämpfungseigenschaften versehen werden.In addition to the described embodiment of the invention as a strut within a structure, a further advantageous embodiment is the additional installation of a deformation element ( 4 ) at a suitable location within an existing structure. In this way, existing structures, in particular internals in an aircraft, can be provided with damping properties subsequently.

Claims

1. Deformation element for damping shock loads

for installations in an aircraft, in particular aircraft seats,
- made of plastically deformable material,
characterized in that
- The element ( 4 ) consists of uniform material and is provided with at least one soft zone ( 5 ) and at least one hard zone ( 6 ) with differing strength behavior in one component.

2. Deformation element according to claim 1, characterized in that

- The element ( 4 ) zonal different deformation behavior by heat treatment.

3. Deformation element according to claim 1, characterized in that

- The element ( 4 ) zonal different deformation behavior by introducing geometric shapes.

4. Deformation element according to one of claims 2 and 3, characterized in that

- The course of the deformation force in the element ( 4 ) by suitable choice of the length, the wall thickness and the diameter of the soft zone ( 5 ) and the hard zone ( 6 ) and the deformation conditions (thermal or mechanical) can be predetermined or adapted.

5. Deformation element according to claim 4, characterized in that

- A suitable part of a structure, such as a strut of an aircraft seat frame, is provided with the properties of this element ( 4 ).

6. Deformation element according to claim 4, characterized in that

- The element ( 4 ) can be used as an additional attenuator within a structure.

7. Deformation element according to one of claims 5 and 6, characterized in that

- By connecting several elements ( 4 ), the course of the deformation force can be linearized.

8. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized in that

- The element ( 4 ) preferably consists of a tube made of wrought aluminum alloy.