JP2009514740A - 航空機用の衝突緩和システム - Google Patents

Abstract

【課題】水面との衝突後に自動的に再膨張し、航空機の浮揚装置として使用可能な、航空機用のエアバッグ衝突緩和システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る航空機用の衝突緩和システムは、航空機に搭載され、前記航空機の外部に概ね隣接して膨張可能に構成され、かつ、その内部から気体を放出するための少なくとも１つのベント２９を有するエアバッグ２３と、本発明に係るシステムは、前記エアバッグの内部と流体的に連通され、前記エアバッグを膨張させるべく前記エアバッグ気体を供給するための第１の気体源３９と、前記ベントを通る気体の流れを制御するためのベントバルブと、前記少なくとも１つのベントから気体を放出した後に、前記エアバッグを少なくとも部分的に再膨張させるべく前記エアバッグに気体を供給するための第２の気体源４１とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は一般に衝突緩和システムに関し、より詳細には航空機に使用するための衝突緩和システムに関する。

近年、自動車産業では、乗員の負傷を軽減するために、乗員空間内で内部エアバッグが使用されている。同様に、地面又は水面に衝突したときの飛行機や宇宙船（例えば脱出モジュール）への減速負荷を緩和するために、外部エアバッグが使用されている。例としては、ＮＡＳＡの火星探索車や、ジェネラル・ダイナミクス／グラマン社のＦ−１１１の乗員モジュールが挙げられる。

衝突中は、気体加圧及び続いて起こる乗員を後方へ加速する再膨張を防止するために、エアバッグ内の気体は放出されなければならない。この効果は、リバウンド（rebound）として一般に知られている。さらに、エアバッグの不具合をもたらす過度の加圧を防止するために、気体は放出される。放出は、例えば、離間した複数のベントを介して、又はエアバッグの表皮の少なくとも一部を形成する多孔性膜を介して行われる。また、ある種のエアバッグは、水面に衝突した場合の浮揚装置として使用される。

航空機の浮揚システムの分野は飛躍的に発展したが、多くの問題点が依然として存在している。

水面との衝突後に自動的に再膨張し、航空機の浮揚装置として使用可能な、航空機用のエアバッグ衝突緩和システムが求められている。

そこで、本発明の目的は、水面との衝突後に自動的に再膨張し、航空機の浮揚装置として使用可能な、航空機用のエアバッグ衝突緩和システムを提供することにある。

本発明に係る航空機用の衝突緩和システムは、航空機に搭載され、前記航空機の外部に概ね隣接して膨張可能に構成されたエアバッグを備える。前記エアバッグは、エアバッグの内部から気体を放出するための少なくとも１つのベントを有する。また、本発明に係るシステムは、前記エアバッグの内部と流体的に連通され、前記エアバッグを膨張させるべく前記エアバッグ気体を供給するための第１の気体源を備える。また、本発明に係るシステムは、前記ベントを通る気体の流れを制御するためのベントバルブを備える。各ベントバルブは、エアバッグの内部の気体が対応する前記ベントを通過することができる開状態と、前記エアバッグの内部に気体が保留される閉状態との間で選択的に設定できるように構成されている。また、本発明に係るシステムは、前記少なくとも１つのベントから気体を放出した後に、前記エアバッグを少なくとも部分的に再膨張させるべく前記エアバッグに気体を供給するための第２の気体源を備える。

本発明は、以下のような特徴を有する。
（１）衝突負荷を緩和させるための膨張可能な衝突緩和システムと、衝突後の浮揚システムとが組み合わされた。
（２）無孔性の繊維からなり、乗員空間の外側周囲に気体を放出する互いに離間した複数の放出ノズルを有するエアバッグを使用する。
（３）前記放出ノズルは、接地重量−重心（ground weight-center of gravity：ＧＷ−ＣＧ）の変化、衝突速度、衝突表面コンプライアンス、及び衝突姿勢などに起因するばらつきを最小化するために、能動的に制御されるバルブであり得る。

本発明は、航空機用の膨張式の衝突緩和システムを提供する。このシステムは、衝突前に膨張させて衝突中は空気を放出する、かつ、衝突後の浮揚装置として使用するために再膨張させる能力を有するエアバッグを備える。本発明は、例えば、ヘリコプター、固定翼航空機及び他の航空機などの全ての型の航空機に使用することができ、特に、回転翼機に使用することができる。本発明のシステムは、空気放出バルブの自動制御、及び衝突後の再膨張を提供することによって、従来技術を改善する。本発明のシステムは、質量が大きい部品（例えば、エンジン及び／又はトランスミッション）を支持するのに必要な機体構造体の負荷を実際に減少させることができる。よって、前記衝突緩和システムを追加した分の重量を相殺することができる、より軽量な機体構造体の創出を可能にする。

図１は、本発明に基づく衝突緩和システムを組み込んだヘリコプター１１を示す。ヘリコプター１１は、胴体部１３と尾部１５を含む。ローター１７は、ヘリコプター１１が飛行するための揚力と推進力を提供する。パイロットは、胴体部１３の前方部分のコックピット１９に座る。ヘリコプター１１を地面などの硬い面の上で支持するために、着陸用そり２１が胴体部１３の下部から延びている。

ローター１７、又はローター１７の駆動システムに障害が発生すると、望ましい速度よりも速い速度での高所から下降を必然的に伴う。もし、地面又は水面に衝突する際の速度が大きすぎると、ヘリコプター１１に加わる減速力によって、ヘリコプター１１の乗員が負傷したり、ヘリコプター１１がひどく損傷したりする怖れがある。前記減速力を減少させるために、膨張式の無孔性エアバッグ２３，２５が、胴体部１３の下部に設置される。図示していないが、エアバッグ２３，２５は、膨張していない状態で格納されており、衝突緩和制御システム（後述する）の制御下で膨張させられる。

図２は、無孔性の袋体２７と、互いに離間した複数のベント２９とを有するエアバッグ２３の拡大図である。図２ではエアバッグ２３を示しているが、エアバッグ２３，２５は一般に同一形状を有していることに留意されたい。ベント２９は、袋体２７の内部と連通しており、エアバッグ２３内の気体を放出することを可能にする。この実施形態では、ベント２９は、外気に開いている。しかし、ベント２９は、例えばエアバッグや圧縮空気タンク（図示せず）などの閉じた容積体（closed volume）と連通させることができる。

図３及び図４を参照して、各ベント２９は、ベント２９を通過する気体の流れを制御するためのベントバルブ３１を有している。ベント２９及びベントバルブ３１は共に、エアバッグ２３から流出される気体を通すためのベント通路３３を形成する。各ベントバルブ３１は、ベント３１の周囲から気体が漏れるのを防止すべく袋体２７に密閉的に取り付けられ、放出される気体が通路３３を流れるようにする。ベントプレート３５は、開位置と閉位置との間で移動できるように構成されている。図３は、気体が袋体２７から通路３３へ流れ出ることが可能な開位置にある（若しくは開状態の）ベントプレート３５を示す。図４は、気体が袋体２７から通路３３へ流れ出ることができない閉位置にある（若しくは閉状態の）ベントプレート３５を示す。図３及び図４では摺動バルブを示しているが、ベントバルブ３１として他の適切な種類のバルブを使用し得ることは、当業者であれば理解できよう。ベントバルブ３１の制御は、例えば電気粘性流体を使用した手法などの、様々な手段によって達成し得る。

図５〜９は、胴体部１３の下方に設置されたエアバッグ２３と、本発明に基づく衝突緩和システムのさらなる構成要素を示す。エアバッグ２３，２５に関連する構成要素の動作を制御するためのコンピュータベースの制御システム３７が、胴体部１３内に設置されている。各エアバッグ２３，２５は、接続されたエアバッグ２３，２５を最初に膨張させるための第１の気体源（例えば、気体発生器３９）と、衝突後にエアバッグ２３，２５を再膨張させるための第２の気体源（圧縮気体タンク４１）とを備える。エアバッグ２３，２５を膨張させるための気体を提供する各気体源としては、例えば、気体を化学的に発生させる装置や圧縮空気などの様々な種類を用いることができる。さらに、本発明のシステムは、好ましくは、降下速度及び／又は地上接近速度を検出するための少なくとも１つのセンサ４３を備える。エアバッグ２３，２５はまた、好ましくは、胴体部１３に設置された、水面への衝突を検出するためのセンサ４５を有する水検出システムを備える。気体発生器３９、圧縮気体タンク４１、ベントバルブ３１、及びセンサ４３，４５は、データ及び／又は電力ケーブル４７を介して制御システム３７に接続され、制御システム３７が前記取り付けられた構成要素と通信、モニタ及び制御することを可能にする。さらに、制御システム３７は、パイロットが前記衝突緩和システムの動作を制御することを可能にするために、飛行コンピュータ又は他のシステムに接続され得る。例えば、航空機が安全に着陸した際に本発明のシステムを解除する手段を、パイロットに与えることもできる。

図５〜図９は、前記衝突緩和システムの動作を示す。図５及び図６は、地面のような硬い面に衝突する際の使用を示し、図７及び図８は、水面に衝突する場合の使用を示す。図５〜図９では、エアバッグ２３のみを示しているが、エアバッグ２５の動作はエアバッグ２３の動作と同一である。

動作中に、センサ４３によって、ある高度範囲での地面の接近速度が早過ぎることなどにより近い将来の衝突が検出されると、制御システム３７は第１の気体発生器３９をトリガーして、エアバッグ２３，２５が衝突面（地面又は水）と接触するときに完全に膨張することができるように、適切な時期にエアバッグ２３，２５を膨張させる。

図５は、地面４９への近い将来の衝突を示す。第１の気体発生器３９は既にトリガーされており、エアバッグ２３の袋体２７は、地面４９と接触する直前に膨張させられる。図６は衝突時のエアバッグ２３の効果を示す。袋体２７内の気体がベント２９を通して放出されて前記気体の圧力を消散させることによって、衝突による胴体部１３への構造的負荷を最小限にする。気体がベント２９を通して放出されるように、ベントバルブ３１（上述した）は、制御システム３７から命令されて、閉鎖状態から少なくとも部分的に開放された状態に切り替えられる。衝突時にベントバルブ３１を開く量は、例えば航空機の降下速度及び重量などの選択された因子に基づいて、制御システム３７によって決定される。

図７は、水面５１への近い将来の衝突を示す。第１の気体発生器３９は既にトリガーされており、エアバッグ２３の袋体２７は、水面５１と接触する直前に膨張させられる。図８は衝突時のエアバッグ２３の効果を示す。袋体２７内の気体がベント２９を通して放出されて前記気体の圧力を消散させることによって、衝突による胴体部１３への構造的負荷を最小限にする。気体がベント２９を通して放出されるように、ベントバルブ３１（上述した）は、制御システム３７によって命令されて、閉鎖状態から少なくとも部分的開放された状態に切り替えられる。水検出センサ４５が水を検出した場合は、制御システム３７は、ベントバルブ３１に対して閉鎖するように命令し、その後、圧縮気体タンク４１に対して、エアバッグ２３を少なくとも部分的に再膨張させるべく、気体を袋体２７内に放出するように命令する。このことにより、エアバッグ２３，２５が、衝突時に第１の気体発生器３９から提供された気体の大部分又は全てを放出し、かつ、衝突後にヘリコプター１１に浮力を提供する浮揚装置として作用することを可能にする。圧縮気体の使用により、航空機のさらなる浸水を防止することにとって重要な、より速い再膨張を可能にする。

エアバッグ２３，２５を航空機の真下の中央部分に配置すると、水面で不安定となり、航空機のトップヘビーにより水面で傾く又は転覆するおそれがあることに留意されたい。そのため、さらなる浮力装置（例えば、エアバッグ）をエアバッグ２３，２５から離間して配置することにより、航空機の転覆を防止する。例えば、機体の外側に張り出すエアバッグを、ヘリコプター１１の着陸用そり２１に配置する。

以上、本発明を特定の実施例について説明したが、これは本発明の概念を何ら限定するものではない。当業者であれば、本明細書に開示した態様から様々に変形、変更して実施することができる。

本発明に基づく衝突緩和システムを備えた航空機の斜視図である。 図１に示した衝突緩和システムのエアバッグ部分の拡大斜視図である。 図２に示したエアバッグのバルブ部分の断面図であり、バルブの開状態を示している。 図２に示したエアバッグのバルブ部分の断面図であり、バルブの閉状態を示している。 地面に衝突する前の、図１に示したヘリコプターの側面図である。 地面に衝突した後の、図１に示したヘリコプターの側面図である。 水面に衝突する前の、図１に示したヘリコプターの側面図である。 水面に衝突した後の、図１に示したヘリコプターの側面図である。 水面に衝突した後にエアバッグを再膨張させた際の、図１に示したヘリコプターの側面図である。

Claims (10)

1. 航空機用の衝突緩和システムであって、
   航空機に搭載され、前記航空機の外部に概ね隣接して膨張可能に構成され、かつ、その内部から気体を放出するための少なくとも１つのベントを有するエアバッグと、
   前記エアバッグの内部と流体的に連通され、前記エアバッグを膨張させるべく前記エアバッグ気体を供給するための第１の気体源と、
   エアバッグの内部の気体が対応する前記ベントを通過することができる開状態と、前記エアバッグの内部に気体が保留される閉状態との間で選択的に設定できるように構成された、前記ベントを通る気体の流れを制御するためのベントバルブと、
   前記エアバッグの内部と流体的に連通され、前記少なくとも１つのベントから気体を放出した後に、前記エアバッグを少なくとも部分的に再膨張させるべく前記エアバッグに気体を供給するための第２の気体源と
   を備えるシステム。
2. 請求項１に記載の衝突緩和システムであって、
   前記第１の気体源が気体発生器であることを特徴とするシステム。
3. 請求項１に記載の衝突緩和システムであって、
   前記第２の気体源が圧縮気体を含むことを特徴とするシステム。
4. 請求項１に記載の衝突緩和システムであって、
   水の存在を検出するための水検出システムをさらに備えることを特徴とするシステム。
5. 請求項１に記載の衝突緩和システムであって、
   水の存在を検出するための水検出システムをさらに備え、
   前記水検出システムが水を検出したときに、前記各ベントバルブを閉状態に切り替えた上で、前記第２の気体源が使用して前記エアバッグを少なくとも部分的に再膨張させるようにしたことを特徴とするシステム。
6. 航空機用の衝突緩和システムであって、
   航空機に搭載され、前記航空機の外部に概ね隣接して膨張可能に構成され、かつ、その内部から気体を放出するための少なくとも１つのベントを有するエアバッグと、
   前記エアバッグの内部と流体的に連通され、前記エアバッグを膨張させるべく前記エアバッグ気体を供給するための第１の気体源と、
   エアバッグの内部の気体が対応する前記ベントを通過することができる開状態と、前記エアバッグの内部に気体が保留される閉状態との間で選択的に設定できるように構成された、前記ベントを通る気体の流れを制御するためのベントバルブと、
   水の存在を検出するための水検出システムと
   を備えるシステム。
7. 請求項６に記載の衝突緩和システムであって、
   前記第１の気体源が気体発生器であることを特徴とするシステム。
8. 請求項６に記載の衝突緩和システムであって、
   前記エアバッグの内部と流体的に連通され、前記少なくとも１つのベントから気体を放出した後に、前記エアバッグを少なくとも部分的に再膨張させるべく前記エアバッグに気体を供給するための第２の気体源とをさらに備えることを特徴とするシステム。
9. 請求項６に記載の衝突緩和システムであって、
   前記エアバッグの内部と流体的に連通され、前記少なくとも１つのベントから気体を放出した後に、前記エアバッグを少なくとも部分的に再膨張させるべく前記エアバッグに気体を供給するための第２の気体源をさらに備え、
   前記第２の気体源が圧縮気体を含むことを特徴とするシステム。
10. 請求項６に記載の衝突緩和システムであって、
    前記エアバッグの内部と流体的に連通され、前記少なくとも１つのベントから気体を放出した後に、前記エアバッグを少なくとも部分的に再膨張させるべく前記エアバッグに気体を供給するための第２の気体源をさらに備え、
    前記水検出システムが水を検出したときに、前記各ベントバルブを閉状態に切り替えた上で、前記第２の気体源が使用して前記エアバッグを少なくとも部分的に再膨張させるようにしたことを特徴とするシステム。

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