JP4478594B2 - 回転翼航空機の着地衝撃吸収装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転翼航空機の着地衝撃吸収装置に関する。

従来より、回転翼航空機の着地衝撃（着地時における衝撃エネルギ）を吸収するための技術として、オレオ（油圧）緩衝支柱が組み込まれた車輪式降着装置等が採用されている。かかる降着装置は脚部で着地衝撃を吸収するものであるが、現在においては、空気抵抗の低減を目的とした引き込み式主脚の採用が増加するとともに、軽量化を目的としたスキッド式降着装置の採用が増加する傾向にある。そして、脚部や胴体構造で着地衝撃は緩和するだけでなく、さらに着地衝撃を吸収するための技術の開発が進められている。

例えば、航空機の胴体に対して前後方向に移動可能に床板を配置し、胴体の構成材と床板とをシアピンで接続するとともに、胴体の構成材と床板との間にバネを介装した床板取付構造が提案されている（特許文献１参照。）。かかる構造においては、航空機に大きな衝撃が加えられた場合にシアピンが折損し、床板がバネに抗して前方に移動するため、着地衝撃を吸収することが可能となる。

また、回転翼航空機の胴体は、自動車や鉄道車両と比較して、ストローク量（衝撃を受けたときに変形が許容される寸法）を大きくとることができないため、機体全重量の落下エネルギを胴体の塑性変形のみで吸収することはきわめて困難である。このため、大きいストローク量を要しない高エネルギ吸収材（例えば特許文献２及び特許文献３参照）を、図４（ａ）に示したような回転翼航空機の床下構造１００に搭載することも考えられる。
特開平６−２９８１８６号公報 特開平７−６８６７９号公報 特開平７−２９０６１８号公報

しかし、前記特許文献１に記載の床板取付構造においては、胴体の構成材と床板との間に介装されたバネに大きなエネルギが蓄えられるため、そのバネの反動で搭乗者に大きな負荷が加えられる場合がある。

一方、回転翼航空機の床下構造１００は、図４（ｂ）に示したビーム部１１０や図４（ｃ）に示した交差部１２０を有しているが、機体剛性を維持する目的で、これらビーム１１０や交差部１２０が高い剛性を有するように構成されている。従って、前記特許文献２や前記特許文献３に記載の高エネルギ吸収材を単に床下構造１００の内部に配置しただけでは、着地衝撃を吸収することができない。また、前記高エネルギ吸収材を床下構造１００に搭載しようとすると大掛かりな改修が必要となり、手間や費用を要するという問題がある。

また、前記高エネルギ吸収材は大きな衝撃エネルギを吸収するものであるため、仮に、回転翼航空機の床下構造１００に前記高エネルギ吸収材を搭載した場合には、搭乗者に与える衝撃荷重（加速度）が大きくなり、搭乗者への負担が増大することが懸念される。

本発明の課題は、回転翼航空機の着陸時における衝撃エネルギを効果的に吸収するとともに、搭乗者に与える衝撃荷重を格段に低減することができる着地衝撃吸収装置を提供することである。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転翼航空機の座席に座る搭乗者を着地衝撃から保護する着地衝撃吸収装置であって、前記座席の下方に配置され前記座席が取り付けられた座席下方部分と他の部分とを有し、前記座席下方部分が前記他の部分に対して分離するように構成された床板と、前記床板の前記座席下方部分と前記床板の前記他の部分とを連結する一方、所定の上下方向の着地衝撃が加えられた場合に前記座席下方部分を前記他の部分から分離させ降下させる床降下手段と、セル軸が上下方向に延在するように配置された板状のハニカムコアを有し降下した前記座席下方部分を下方から支持して上下方向に加わる着地衝撃を吸収する衝撃吸収手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、座席下方部分が分離するように構成された床板を備え、所定の着地衝撃が加えられた場合に床降下手段で座席下方部分（及び座席）を床板の他の部分から分離させ降下させることができるので、着地時の衝撃エネルギを、座席下方部分を分離・降下させるためのエネルギに変換して消費することができる。そして、降下した座席下方部分を衝撃吸収手段で下方から支持することができる。衝撃吸収手段は、セル軸が上下方向に延材するように配置されたハニカムコアを有しており、このハニカムコアの塑性変形により、着地衝撃を吸収することができる。また、ハニカムコアは、ほぼ一定の平均圧壊荷重のもとで塑性変形を繰り返しながら衝撃エネルギを吸収するため、衝撃荷重のピーク値を抑制することができるので、搭乗者に与える衝撃荷重を格段に低減することができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、衝撃吸収手段は板状のハニカムコアを有しているため、座席下方部分を「面」で支持することができるので、座席下方部分の降下方向の前方や側方へのシフトを許容することができる。また、床板の座席下方部分を分離させ、床板の他の部分に座席下方部分を連結し、座席下方部分の下方に衝撃吸収手段を配置するだけで容易に着地衝撃吸収装置を構成することができるので、回転翼航空機の下部構造を大幅に変更する必要がない。この結果、装置構成のための手間や費用を節減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転翼航空機の着地衝撃吸収装置において、前記床降下手段は、前記座席下方部分と前記他の部分とを連結する一方、所定の着地衝撃荷重が加えられた場合に破断するシアピンであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、着地衝撃のエネルギを、シアピンを破断させるエネルギに転換して消費することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転翼航空機の着地衝撃吸収装置において、前記衝撃吸収手段は、剛性の異なる複数の前記ハニカムコアが板を介して上下に積層されてなることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、衝撃吸収手段は、剛性の異なる複数のハニカムコアが板を介して上下に積層されたものであるので、着地衝撃が加えられた場合に、低剛性のハニカムコアから順次圧壊させて着地衝撃を効果的に吸収することができる。また、衝撃吸収手段は、剛性の異なる複数のハニカムコアを組み合わせることにより、着地衝撃が加えられた場合における衝撃荷重のピーク値を効果的に抑制することができるので、搭乗者に与える衝撃荷重をさらに低減することができる。また、低剛性のハニカムコアを採用することにより、比較的小さい着地衝撃にも対応することができる。

本発明によれば、座席下方部分が分離するように構成した床板と、所定の着地衝撃が加えられた場合に座席下方部分を分離・降下させる床降下手段と、を設け、降下した座席下方部分をハニカムコアを有する衝撃吸収手段で下方から支持することができるので、着地衝撃を効果的に吸収することができるとともに、搭乗者に与える衝撃荷重を格段に低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。

まず、図１を用いて、本実施の形態に係る着地衝撃吸収装置の構成について説明する。本実施の形態に係る着地衝撃吸収装置は、図１に示すように、座席下方部分１１が分離する床板１０と、座席下方部分１１と床板１０の他の部分１２とを連結するシアピン２０と、座席下方部分１１の下方に配置された衝撃吸収手段３０と、を備えて構成されている。

床板１０の座席下方部分１１は、図１（ａ）に示すように、回転翼航空機１の座席２の下方に配置され座席２が取り付けられた床板１０の一部であり、床板１０の他の部分１２に対して分離するように構成されている。座席下方部分１１は、所定の着地衝撃が加えられていない状態においてはシアピン２０によって床板１０の他の部分１２に固定されている。座席下方部分１１の面積や平面形状は、回転翼航空機１の胴体の大きさ、座席数、座席の位置等に応じて適宜決定することができる。

シアピン２０は、図１（ａ）に示すように、座席下方部分１１と床板１０の他の部分１２とを連結する一方、所定の着地衝撃荷重が加えられた場合に破断して座席下方部分１１の分離・降下を許容するものであり、本発明における床降下手段である。シアピン２０は、所定の着地衝撃荷重が加えられていない場合に座席下方部分１１や座席２（搭乗者３を含む）の重量を支持するような強度を有する一方、所定の着地衝撃荷重が加えられた場合に破断するような強度を有する金属材料で製作される。

本実施の形態においては、着地衝撃により標準体重の例えば４倍の荷重Ｆ（＝４．７ｋＮ）が加えられた場合に破断するようにシアピン２０の強度を設定している。破断荷重Ｆは以下の式によって算出した。
Ｆ＝ｍａ＝１２０×３９．２≒４．７（ｋＮ）
ｍ：９０（ｋｇ）（搭乗者重量）＋３０（ｋｇ）（座席重量）＝１２０（ｋｇ）
ａ：４Ｇ＝４×９．８（ｍ／ｓ²）＝３９．２（ｍ／ｓ²）

衝撃吸収手段３０は、図１（ｂ）に示すように、セル軸が上下方向に延在するように配置された剛性の異なる３つの板状のハニカムコア（第１ハニカムコア３１〜第３ハニカムコア３３）を、中間板３４を介して上下に積層して構成したものであり、座席下方部分１１を下方から支持して着地衝撃を吸収する。本実施の形態においては、図１（ａ）に示すように、床板１０に固定された状態にある座席下方部分１１の下面と回転翼航空機１の胴体の下部４との間に形成される空間の高さと、衝撃吸収手段３０の高さと、を略同一に設定している。

衝撃吸収手段３０を構成する第１ハニカムコア３１はセル密度が最も高く、最も高い剛性を有するものであり、第３ハニカムコア３３はセル密度が最も低く、最も低い剛性を有するものである。また、第２ハニカムコア３２はセル密度が中程度（第１ハニカムコア３１のセル密度より低く第３ハニカムコア３３のセル密度より高い値）とされ、中程度の剛性を有している。中間板３４は、各ハニカムコアに加えられる着地衝撃を「面」で支持して分散させるように機能するものであり、各ハニカムコアよりも高い剛性を有する材料（例えば金属材料や繊維強化複合材料）で構成される。

次に、図２及び図３を用いて、衝撃吸収手段３０の衝撃吸収性能を従来の機体構造の衝撃吸収性能と比較して説明する。

従来の回転翼航空機の機体構造（例えば図４に示した床下構造１００を有する機体構造）は、高い剛性を有しているため、衝撃エネルギが加えられると図２（ｂ）に示すように一時的にきわめて高い衝撃荷重（ピーク値Ｐ₀）が発生し、そのエネルギ吸収量Ｅ₀（図２（ｂ）のメッシュ部分の面積）は比較的小さい。従って、従来の機体構造を採用すると、着地衝撃を充分に吸収することができず、なおかつ、搭乗者に過大な衝撃荷重を与えてしまうこととなる。

これに対し、本実施の形態に係る着地衝撃吸収手段の衝撃吸収手段３０を構成するハニカムコアは、セル軸方向に衝撃エネルギが加えられると図２（ａ）に示すように比較的低いピーク値Ｐ₁（構造として耐え得る衝撃荷重）が発生した後略一定の平均圧壊荷重の下で塑性変形を繰り返しながら衝撃エネルギを吸収することができ、そのエネルギ吸収量Ｅ₁（図２（ａ）のメッシュ部分の面積）は大きい。従って、本実施の形態に係る着地衝撃吸収手段の衝撃吸収手段３０を採用すると、着地衝撃を充分に吸収することができるとともに、搭乗者に与える衝撃荷重を低減することができる。

また、本実施の形態に係る着地衝撃吸収装置の衝撃吸収手段３０は、剛性の異なる３種類のハニカムコア（第１ハニカムコア３１〜第３ハニカムコア３３）を積層して構成したものであるため、衝撃エネルギが加えられると、図３に示すようにまず低剛性の第３ハニカムコア３３が塑性変形して衝撃エネルギを吸収する。次いで、図３に示すように中程度の剛性を有する第２ハニカムコア３２が塑性変形して衝撃エネルギを吸収し、最終的に高剛性の第１ハニカムコア３１が塑性変形して衝撃エネルギを吸収する。

なお、回転翼航空機１の落着時に胴体や床板１０に作用する垂直方向加速度を「５０Ｇ」程度に抑えると、座席２に設けられたクッション材等の緩衝設備により、搭乗者３に作用する垂直方向加速度が、人体が許容できる値以下に抑えられることが知られている。このため、本実施の形態においては、図３に示すように、発生する最大衝撃荷重（第１ハニカムコア３１で発生する衝撃荷重のピーク値）Ｐ_MAXが「６０ｋＮ」以下になるように衝撃吸収手段３０を構成することにより、床板１０に作用する垂直方向加速度「５０Ｇ」を緩衝することとした。最大衝撃荷重Ｐ_MAX（６０ｋＮ）は以下の式によって算出した。
Ｐ_MAX＝ｍａ＝１２０×４９０≒６０（ｋＮ）
ｍ：９０（ｋｇ）（搭乗者重量）＋３０（ｋｇ）（座席重量）＝１２０（ｋｇ）
ａ：５０Ｇ＝５０×９．８（ｍ／ｓ²）＝４９０（ｍ／ｓ²）

また、回転翼航空機１の落着事故における垂直落下速度が約４２ｆ／ｓ（１２．８ｍ／ｓ）の場合においては、現在の衝撃緩衝能力でもその着地衝撃から搭乗者３を保護することができることが知られている。このときの運動エネルギは約１０ｋＪであるので、本実施の形態においては、エネルギ吸収量Ｅが「１０ｋＪ」以上になるように衝撃吸収手段３０を構成することにより、垂直落下速度４２ｆ／ｓで落着した際の衝撃エネルギを衝撃吸収手段３０で吸収することができるようにした。

以上説明した実施の形態に係る着地衝撃吸収装置においては、所定の着地衝撃が加えられた場合にシアピン２０が破断して、座席下方部分１１（及び座席２）を床板１０の他の部分１２から分離させ降下させることができるので、着地時の衝撃エネルギを、座席下方部分１１を分離・降下させるためのエネルギに変換して消費することができる。そして、降下した座席下方部分１１を衝撃吸収手段３０で下方から支持することができる。衝撃吸収手段３０は、セル軸が上下方向になるように配置されたハニカムコア（第１ハニカムコア３１〜第３ハニカムコア３３）を有しており、これらハニカムコアの塑性変形により着地衝撃を吸収する。また、各ハニカムコアは、中間板３４によりほぼ一定の平均圧壊荷重のもとで塑性変形を繰り返しながら衝撃エネルギを吸収するため、衝撃荷重のピーク値を抑制することができる。

また、以上説明した実施の形態に係る着地衝撃吸収装置においては、剛性の異なる複数のハニカムコア（第１ハニカムコア３１〜第３ハニカムコア３３）を中間板３４を介して上下に積層して衝撃吸収手段３０を構成しているので、着地衝撃が加えられた場合に、低剛性の第３ハニカムコア３３から順次圧壊させて着地衝撃を効果的に吸収することができる。また、着地衝撃が加えられた場合に初期破壊し易いため、衝撃荷重のピーク値を効果的に抑制することができるので、搭乗者３に与える衝撃荷重を格段に低減することができる。また、低剛性の第３ハニカムコア３３により、比較的小さい着地衝撃にも対応することができる。

また、以上説明した実施の形態に係る着地衝撃吸収装置においては、衝撃吸収手段３０が板状のハニカムコア（第１ハニカムコア３１〜第３ハニカムコア３３）及び中間板３４から構成されているため、座席下方部分１１を「面」で支持することができるので、座席下方部分１１の降下方向の前方や側方へのシフトを許容することができる。

また、以上説明した実施の形態に係る着地衝撃吸収装置においては、床板１０の座席下方部分１１を分離させ、床板１０の他の部分１２に座席下方部分１１を連結し、座席下方部分１１の下方に衝撃吸収手段３０を配置するだけで容易に着地衝撃吸収装置を構成することができるので、回転翼航空機１の下部構造を大幅に変更する必要がない。この結果、着地衝撃吸収装置構成のための手間や費用を節減することができる。

なお、以上の実施の形態においては、床降下手段として「シアピン２０」を採用した例を示したが、座席下方部分１１と床板１０の他の部分１２とを連結する一方、所定の着地衝撃が加えられた場合に座席下方部分１１を分離させ降下させるような構成であれば、いかなる構成を採用してもよい。

また、以上の実施の形態においては、剛性の異なる３種類のハニカムコアを積層して衝撃吸収手段３０を構成した例を示したが、ハニカムコアの積層数はこれに限られるものではない。また、以上の実施の形態においては、図１（ｂ）に示すように、高剛性の第１ハニカムコア３１を上方に配置するとともに低剛性の第３ハニカムコア３３を下方に配置し、これらの間に中程度の剛性を有する第２ハニカムコア３２を配置した例を示したが、これらハニカムコアの上下方向における位置は特に限定されるものではない。

（ａ）は本発明の実施の形態に係る着地衝撃吸収装置の全体構成を説明するための説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示した着地衝撃吸収装置の衝撃吸収手段の拡大図である。 （ａ）はハニカムコアの荷重−変位線図であり、（ｂ）は従来の機体構造の荷重−変位線図である。 本発明の実施の形態に係る着地衝撃吸収装置の衝撃吸収手段の荷重−変位線図である。 （ａ）は従来の回転翼航空機の床下構造を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ部分（ビーム部）の拡大図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ部分（交差部）の拡大図である。

符号の説明

１ 回転翼航空機
２ 座席
３ 搭乗者
１０ 床板
１１ （床板の）座席下方部分
１２ （床板の）他の部分
２０ シアピン（床降下手段）
３０ 衝撃吸収手段
３１ 第１ハニカムコア（高剛性のハニカムコア）
３２ 第２ハニカムコア
３３ 第３ハニカムコア（低剛性のハニカムコア）
３４ 中間板

Claims (3)

1. 回転翼航空機の座席に座る搭乗者を着地衝撃から保護する着地衝撃吸収装置であって、
   前記座席の下方に配置され前記座席が取り付けられた座席下方部分と他の部分とを有し、前記座席下方部分が前記他の部分に対して分離するように構成された床板と、
   前記床板の前記座席下方部分と前記床板の前記他の部分とを連結する一方、所定の上下方向の着地衝撃が加えられた場合に前記座席下方部分を前記他の部分から分離させ降下させる床降下手段と、
   セル軸が上下方向に延在するように配置された板状のハニカムコアを有し降下した前記座席下方部分を下方から支持して上下方向に加わる着地衝撃を吸収する衝撃吸収手段と、
   を備えることを特徴とする回転翼航空機の着地衝撃吸収装置。
2. 前記床降下手段は、
   前記座席下方部分と前記他の部分とを連結する一方、所定の着地衝撃荷重が加えられた場合に破断するシアピンであることを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機の着地衝撃吸収装置。
3. 前記衝撃吸収手段は、
   剛性の異なる複数の前記ハニカムコアが板を介して上下に積層されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転翼航空機の着地衝撃吸収装置。

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