JP5435125B2 - 移動体衝撃吸収装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体衝撃吸収装置に係り、特に、航空機などの移動体に装備される移動体衝撃吸収装置に関する。

航空機などの移動体が障害物に衝突した際、衝突による衝撃を吸収する衝撃吸収装置がある。このような衝撃吸収装置として、従来、たとえば特許文献１に開示された航空機の耐衝撃構造が知られている。この航空機の耐衝撃構造は、航空機の機体の底部に設けられた相互に交差する方向に延びる第１床下ビームと第２床下ビームとを備えている。また、これらのビームの交差部に繊維強化複合材料からなる衝撃吸収体が設けられており、第１および第２ビームが衝撃吸収体によって結合されている。

また、上記特許文献１に開示された航空機の耐衝撃構造では、第１床下ビームおよび第２床下ビーム交差部は、クラッシュ時に圧縮荷重が集中する部位となっている。このため、第１床下ビームおよび第２床下ビームの交差部における構造連続性を確保することができ、より効果的にクラッシュ時の圧縮荷重のエネルギを潰れ吸収することができるというものである。

特開２００６−３４１６５１号公報

しかし、上記特許文献１に開示された航空機の衝撃吸収体においては、航空機が衝突した際、第１床下ビームおよび第２床下ビームを通じて衝突荷重が第１床下ビームと第２床下ビームとの交差部に集中する。このため、航空機の底部における第１床下ビームや第２床下ビームが配置されていない位置においては、十分な衝撃吸収性能を発揮することができなかった。したがって、航空機などの移動体におけるあらゆる衝突態様に対して、衝撃吸収性能をさらに高められる可能性があるものであった。

そこで、本発明の課題は、移動体が障害物等に衝突する際、多様な衝突態様に対して、高い衝撃吸収性能を発揮することができる移動体衝撃吸収装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る移動体衝撃吸収装置は、構造部材が設けられた移動体に装備され、移動体に対して障害物が衝突した際における衝撃力を構造部材に吸収させる移動体衝撃吸収装置であって、閉空間構造体に流体が封入された流体構造部材を備え、流体構造部材が、移動体の衝撃吸収位置に配置されており、流体構造部材が、構造部材に連結された支持部材によって支持されており、流体構造部材は、衝撃吸収位置における移動体の外側位置に配置される荷重入力部と、荷重入力部よりも移動体における内側方向に配置される荷重伝達部とを備え、荷重入力部および荷重伝達部は、互いに流体通路を介して連通しており、荷重入力部は、荷重伝達部との間で離間して形成されていることを特徴とする。

本発明に係る移動体衝撃吸収装置においては、流体構造部材が、移動体における衝撃吸収位置に配置されており、流体構造部材が、構造部材に連結された支持部材によって支持されている。このため、移動体における衝撃吸収位置に配置された流体構造部材に障害物等が衝突した場合、流体構造部材における流体が閉空間構造体の内側で移動し、パスカルの原理に則って、閉空間構造体の境界面に対してほぼ垂直かつ均等な圧力となって伝播する。したがって、移動体が障害物等に衝突する際、多様な衝突態様に対して、高い衝撃吸収性能を発揮することができる。
更に、移動体の外側位置に配置される荷重入力部と、荷重入力部よりも移動体における内側方向に配置される荷重伝達部とを備えることにより、障害物等との衝突によって入力した移動体の外側の荷重を移動体の内部における所定の位置、たとえば高強度部材などに好適に伝達することができる。したがって、入力荷重を高強度部材に好適に伝達することができるので、衝撃吸収性能をさらに高いものとすることができる。

一形態では、前記流体構造部材が、前記移動体の外側における衝撃吸収位置であって、前記障害物が直接衝突する位置に設けられていてもよい。別の一形態では、流体構造部材には、前記流体として潤滑材が封入されていてもよい。別の一形態では、前記移動体が航空機であってもよい。別の一形態では、前記流体構造部材における前方部分は、航空機が水平の状態のときに、後方に行くにしたがって下降するように傾斜しており、前記流体構造部材における後方部分は、航空機が水平の状態のときに、水平となるようにされていてもよい。別の一形態では、前記流体構造部材が、航空機の底部に配置されていてもよい。別の一形態では、前記流体構造部材が、車両の前部に配置されていてもよい。

また、別の側面に係る移動体衝撃吸収装置は、構造部材が設けられた移動体に装備され、移動体に対して障害物が衝突した際における衝撃力を構造部材に吸収させる移動体衝撃吸収装置であって、閉空間構造体に流体が封入された流体構造部材を備え、流体構造部材が、移動体の外側における衝撃吸収位置に配置されており、流体構造部材が、構造部材に連結された支持部材によって支持され、移動体が航空機であり、流体構造部材における前方部分は、航空機が水平の状態のときに、後方に行くにしたがって下降するように傾斜しており、流体構造部材における後方部分は、航空機が水平の状態のときに、水平となるようにされていることを特徴とする。

本発明に係る移動体衝撃吸収装置によれば、移動体が障害物等に衝突する際、多様な衝突態様に対して、高い衝撃吸収性能を発揮することができる。

図１は、第１の実施形態に係る移動体衝撃吸収装置を備える航空機の要部側断面図である。 図２は、第１の実施形態におけるブラダー内における潤滑剤の流れを説明する図である。 図３は、第２の実施形態に係る移動体衝撃吸収装置を備える車両の要部平断面図である。 図４は、第２の実施形態におけるブラダー内における潤滑剤の流れを説明する図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る移動体衝撃吸収装置を備える航空機の要部側断面図である。図１に示すように、移動体衝撃吸収装置１は、航空機Ｍ１に設けられている。航空機Ｍ１は、本発明の構造部材である高強度フレーム２を備えており、高強度フレーム２の上面側に操縦席３が設けられている。移動体衝撃吸収装置１は、本発明の衝撃吸収位置となる高強度フレーム２における操縦席３が設けられた位置の裏面側に設けられている。

移動体衝撃吸収装置１は、閉空間構造体に流体が封入された流体構造部材であるブラダー１０を備えている。ブラダー１０は、第１封入部材１１および第２封入部材１２を備えている。封入部材１１，１２は、いずれも弾性を有する袋体であり、封入部材１１，１２には、いずれも潤滑剤が封入されている。これらの第１封入部材１１および第２封入部材１２は、離間して形成されている。

ブラダー１０は、障害物との衝突によって生じた荷重を吸収し、高強度フレーム２に伝達する。ブラダー１０における第１封入部材１１は本発明の荷重入力部として機能しているとともに、第２封入部材１２は本発明の荷重伝達部として機能している。また、ブラダー１０における前方部分は、航空機Ｍ１が水平の状態で、後方に行くにしたがって下降する傾斜を備えている。一方、ブラダー１０における後方部分は、航空機Ｍ１が水平の状態のときに略水平となるようにされている。

さらに、ブラダー１０における第１封入部材１１と第２封入部材１２との間には、本発明の衝撃吸収部材である第１衝撃吸収材（Energy Absorption材、以下「ＥＡ材」という）層１３が介在されて設けられており、第２封入部材１２と高強度フレーム２との間には、第２ＥＡ材層１４が介在されて設けられている。第１ＥＡ材層１３および第２ＥＡ材層１４は、いずれもたとえば弾性体によって形成されており、航空機Ｍ１の衝突時における衝撃を吸収する。

また、第１ＥＡ材層１３は、航空機Ｍ１の前方に位置する前方部材１３Ａ、後方に位置する後方部材１３Ｂおよび前方部材１３Ａと後方部材１３Ｂとの間に位置する中央部材１３Ｃによって構成されている。また、第２ＥＡ材層１４も同様に、前方部材１４Ａ、後方部材１４Ｂ、および中央部材１４Ｃによって構成されている。第２ＥＡ材層１４は、ブラダー１０における第２封入部材１２を介して高強度フレーム２に連結されており、本発明の支持部材としても機能している。

第１ＥＡ材層１３における前方部材１３Ａおよび後方部材１３Ｂには、複数の流体通路１５が形成されている。第１封入部材１１と第２封入部材１２とは、これらの流体通路１５を介して互いに連通している。第１封入部材１１および第２封入部材１２にそれぞれ封入された潤滑剤は、流体通路１５を介して互いに流出入可能とされている。第１封入部材１１および第２封入部材１２の内部は、パスカルの原理に基づく流体圧力の伝播が生じる閉空間となっている。

次に、本実施形態に係る移動体衝撃吸収装置の作用について説明する。本実施形態に係る移動体衝撃吸収装置１は、航空機Ｍ１における高強度フレーム２の底面に設けられている。ここで、図２に示すように、運転席３にパイロットＨが着座し、航空機Ｍ１が岩などの障害物Ｘに衝突した際に、障害物Ｘが移動体衝撃吸収装置１におけるブラダー１０に対して、局所斜め方向から衝突した場合を想定する。

この場合、ブラダー１０では、障害物Ｘとの衝突に伴って、第１封入部材１１における衝突した部分が局所的に変形する。第１封入部材１１が局所的に変形したとき、第１封入部材１１内の潤滑剤Ｓは、第１封入部材１１内で流通するとともに、流体通路１５を介して第２封入部材１２にも流通する。

このとき、第１封入部材１１の内側では、パスカルの原理に則り、潤滑剤Ｓが第１封入部材１１の境界面に対してほぼ垂直かつ均等な圧力となって伝播する。また、流体通路１５を通じて第２封入部材１２に流入した潤滑剤Ｓについても、第２封入部材１２の境界面に対してほぼ垂直かつ均等圧な荷重となって伝播する。

第１封入部材１１の内側で伝播する荷重は、第１ＥＡ材層１３に対して垂直かつ均等に作用する。また、第２封入部材１２の内側で伝播する荷重は、第２ＥＡ材層１４に対して垂直かつ均等に作用することとなる。このため、第１ＥＡ材層１３および第２ＥＡ材層１４においては、効率的な荷重境界条件で破壊が起こるので、ブラダー１０に対して局所的に衝突が生じた場合であっても、全体として効果的に衝撃吸収を行うことができる。

また、図２に示す例では、ブラダー１０の前方の局所斜め方向から障害物Ｘが衝突する場合を想定しているが、ブラダー１０のどの位置に衝突したとしても、パスカルの原理に則って封入部材１１，１２の境界面に対してほぼ垂直かつ均等圧な荷重となって伝播される。したがって、航空機Ｍ１が障害物Ｘに衝突する際、多様な衝突態様に対して、高い衝撃吸収性能を発揮することができる。

さらに、ブラダー１０の前方部分は、後方にいくにしたがって下降する傾斜を備えている。このような傾斜が形成されていることにより、衝突時に生じる斜め方向の荷重成分のうち、垂直成分は流体圧力となり、平行成分はブラダー１０の変形や表面滑りなどでいなすことができる。

また、障害物Ｘとの衝突により、ブラダー１０における袋体が破損する場合には、袋体に含まれる潤滑剤が流出する。このような場合には、袋体から潤滑剤が流出することとなるので、ブラダー１０を地面やＥＡ材層１３，１４に対して流体潤滑させることができる。さらに、ＥＡ材層１３，１４の破壊が生じない場合でも、高強度フレーム２に対して荷重が均等かつ垂直に掛かることとなる。このため、高強度フレーム２における入力荷重に対する強度負担を軽減することができる。したがって、高強度フレーム２の重量を軽減することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態に係る移動体衝撃吸収装置を備える車両の要部平断面図である。図３に示すように、本実施形態に係る移動体衝撃吸収装置４は、車両Ｍ２に設けられている。車両Ｍ２は、骨格部材５を備えている。骨格部材５は、前方に配置された幅方向に延在する横フレーム２１と、横フレーム２１の両端にそれぞれ接続され、前後方向に延在する縦フレーム２２，２３とを備えている。これらの横フレーム２１および縦フレーム２２，２３は、いずれも高強度フレームによって構成されている。

また、本発明の衝撃吸収位置である骨格部材５における横フレーム２１の先端には、移動体衝撃吸収装置４が設けられている。移動体衝撃吸収装置４は、本発明の支持部材であるブラダー３０を備えている。ブラダー３０は、本発明の支持部材であるブラダーホルダ３１を備えており、ブラダーホルダ３１には、第１封入部材３２、第２封入部材３３、および第３封入部材３４が保持されている。

これら第１封入部材３２、第２封入部材３３、および第３封入部材３４は、上記第１の実施形態と同様、潤滑剤が封入された弾性を有する袋体を備えている。また、第１封入部材３２は、本発明の荷重入力部となり、第２封入部材３３および第３封入部材３４は、本発明の荷重伝達部となる。

ブラダーホルダ３１は、骨格部材５における横フレーム２１の前方に配設されている。ブラダーホルダ３１の先端部には、第１封入部材３２が取り付けられている。第１封入部材３２は、車両Ｍ２の最先端に配置され、横方向に延在する形で形成されている。この第１封入部材３２の車両幅方向の長さは、骨格部材５における横フレーム２１の車両幅方向長さと略同一とされている。

ブラダーホルダ３１における右後側であって、骨格部材５における右縦フレーム２２の前方におよびブラダーホルダ３１における左後側であって、骨格部材５における左縦フレーム２３の前方には、それぞれ凹部が形成されている。これらの凹部に、第２封入部材３３および第３封入部材３４がそれぞれ収容されている。

第２封入部材３３および第３封入部材３４は、骨格部材５における横フレーム２１に前方に隣接する形で設けられている。このうち、第２封入部材３３は、車両Ｍ２の右側端部であって骨格部材５における右縦フレーム２２の前方位置に配置されている。また、第３封入部材３４は車両Ｍ２の左側端部であって骨格部材５における左縦フレーム２３の前方位置に配置されている。第２封入部材３３および第３封入部材３４は、互いに同等の大きさとされており、第１封入部材３２よりも小さい大きさとされている。

また、ブラダーホルダ３１には、第１流体通路３５および第２流体通路３６が形成されている。第１流体通路３５は、第１封入部材３２と第２封入部材３３とを連通しており、第２流体通路３６は第１封入部材３２と第３封入部材３４とを連通している。第１封入部材３２、第２封入部材３３、および第３封入部材３４にそれぞれ封入された潤滑剤は、流体通路３５，３６を介して互いに流出入可能とされている。第１封入部材３２、第２封入部材３３、および第３封入部材３４の内部は、パスカルの原理に基づく流体圧力の伝播が生じる閉空間となっている。

次に、本実施形態に係る移動体衝撃吸収装置の作用について説明する。本実施形態に係る移動体衝撃吸収装置４は、車両Ｍ２における骨格部材５の先端部に設けられている。ここで、図４に示すように、車両Ｍ２が標識やポールなどの障害物Ｘに衝突した際に、障害物Ｘが移動体衝撃吸収装置４におけるブラダー３０に対して、局所的に衝突した場合を想定する。

この場合、ブラダー３０では、障害物Ｘとの衝突に伴って、第１封入部材３２における衝突した部分が局所的に変形する。第１封入部材３２が局所的に変形したとき、第１封入部材３２内の潤滑剤Ｓは、第１封入部材３２内で流通するとともに、第１流体通路３５を介して第２封入部材３３に流通し、さらには第２流体通路３６を介して第３封入部材３４にも流通している。

このとき、第１封入部材３２の内側では、パスカルの原理に則り、潤滑剤Ｓが第１封入部材３２の境界面に対してほぼ垂直かつ均等な圧力となって伝播する。また、第１流体通路３５を通じて第２封入部材３３に流入した潤滑剤Ｓおよび第２流体通路３６を通じて第３封入部材３４に流入した潤滑剤Ｓについても、第２封入部材３３および第３封入部材３４の境界面に対してほぼ垂直かつ均等圧な荷重となって伝播する。

第２封入部材３３の内側で伝播する荷重は、骨格部材５における右縦フレーム２２に対して垂直かつ均等に作用する荷重Ｆとなる。同様に、第３封入部材３４の内側で伝播する荷重は、左縦フレーム２３に対して垂直かつ均等に作用する荷重Ｆとなる。このため、右縦フレーム２２および左縦フレーム２３に対して効果的に荷重を伝播することができる。その結果、衝突によって生じた荷重を高強度フレームからなる右縦フレーム２２および左縦フレーム２３で効率的に受け持つことができる。したがって、ブラダー３０に対して局所的に衝突が生じた場合であっても、全体として効果的に衝撃吸収を行うことができる。

また、図４に示す例では、ブラダー３０の前方から障害物Ｘが衝突する場合を想定しているが、ブラダー３０のどの位置に衝突したとしても、パスカルの原理に則って封入部材３２，３３，３４の境界面に対してほぼ垂直かつ均等圧な荷重となって伝播される。したがって、右縦フレーム２２および左縦フレーム２３に対する荷重入力モードが一定となるので、車両Ｍ２が障害物Ｘに衝突する際、多様な衝突態様に対して、高い衝撃吸収性能を発揮することができる。

また、障害物Ｘがブラダー３０に対して斜め方向から衝突する場合などには、斜め方向の荷重成分が生じることとなる。このときの斜め方向の荷重成分のうち、垂直成分は流体圧力となり、平行成分はブラダー３０の変形や表面滑りなどでいなすことができる。また、障害物Ｘとの衝突により、ブラダー３０における袋体が破損する場合には、袋体に含まれる潤滑剤が流出する。このような場合には、袋体から潤滑剤が流出することとなるので、ブラダー３０を地面や障害物Ｘに対して流体潤滑させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、ブラダー１０，３０における袋体に潤滑剤Ｓを封入しているが、他の液体であってもよいし、気体であってもよい。また、上記第１の実施形態においては、ＥＡ材層１３，１４を形成しているが、ＥＡ材層を形成しない態様とすることもできる。

さらには、上記第２の実施形態においては、ＥＡ材層を形成してないが、ブラダーホルダ３１と骨格部材５との間、あるいはブラダーホルダ３１における封入部材３２，３３，３４の保持部にＥＡ材を介在させる態様とすることもできる。ここで、ＥＡ材を介在させる場合に、ＥＡ材を複数層に形成することもできる。

また、上記第１の実施形態においては、高強度フレーム２に対して荷重を伝播し、第２の実施形態においては骨格部材５に対して荷重を伝播している。これに対して、航空機の機体や車両の車体における高強度フレームや骨格部材の他の部位に対して荷重を伝播する態様とすることもできる。ここで、機体や車体に荷重を伝播する際、機体や車体の一箇所のみならず、複数箇所に荷重を伝播する態様とすることもできる。

さらには、設計的に荷重を流したいモードにあわせることにより、ブラダー構成を種々形成することができる。また、局所荷重のみとすることなく、各種分布荷重においてもモードを一定することができる。

本発明は、移動体衝撃吸収装置に係り、特に、航空機などの移動体に装備される移動体衝撃吸収装置に利用することができる。

１…移動体衝撃吸収装置、２…高強度フレーム、３…操縦席、４…移動体衝撃吸収装置、５…骨格部材、１０…ブラダー、１１…第１封入部材、１２…第２封入部材、１３…第１ＥＡ材層、１４…第２ＥＡ材層、１５…流体通路、２１…横フレーム、２２…右縦フレーム、２３…左縦フレーム、３０…ブラダー、３１…ブラダーホルダ、３２…第１封入部材、３３…第２封入部材、３４…第３封入部材、３５…第１流体通路、３６…第２流体通路、Ｆ…荷重、Ｈ…パイロット、Ｍ１…航空機、Ｍ２…車両、Ｓ…潤滑剤、Ｘ…障害物。

Claims (8)

1. 構造部材が設けられた移動体に装備され、前記移動体に対して障害物が衝突した際における衝撃力を前記構造部材に吸収させる移動体衝撃吸収装置であって、
   閉空間構造体に流体が封入された流体構造部材を備え、
   前記流体構造部材が、前記移動体の衝撃吸収位置に配置されており、
   前記流体構造部材が、前記構造部材に連結された支持部材によって支持されており、
   前記流体構造部材は、前記衝撃吸収位置における前記移動体の外側位置に配置される荷重入力部と、前記荷重入力部よりも前記移動体における内側方向に配置される荷重伝達部とを備え、前記荷重入力部および前記荷重伝達部は、互いに流体通路を介して連通しており、
   前記荷重入力部は、前記荷重伝達部との間で離間して形成されていることを特徴とする移動体衝撃吸収装置。
2. 前記流体構造部材が、前記移動体の外側における衝撃吸収位置であって、前記障害物が直接衝突する位置に設けられている、請求項１に記載の移動体衝撃吸収装置。
3. 流体構造部材には、前記流体として潤滑材が封入されている、請求項１又は２に記載の移動体衝撃吸収装置。
4. 前記移動体が航空機である、請求項１〜３の何れか一項に記載の移動体衝撃吸収装置。
5. 前記流体構造部材における前方部分は、航空機が水平の状態のときに、後方に行くにしたがって下降するように傾斜しており、前記流体構造部材における後方部分は、航空機が水平の状態のときに、水平となるようにされている、請求項４に記載の移動体衝撃吸収装置。
6. 前記流体構造部材が、航空機の底部に配置されている、請求項４又は５に記載の移動体衝撃吸収装置。
7. 前記流体構造部材が、車両の前部に配置されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の移動体衝撃吸収装置。
8. 構造部材が設けられた移動体に装備され、前記移動体に対して障害物が衝突した際における衝撃力を前記構造部材に吸収させる移動体衝撃吸収装置であって、
   閉空間構造体に流体が封入された流体構造部材を備え、
   前記流体構造部材が、前記移動体の外側における衝撃吸収位置に配置されており、
   前記流体構造部材が、前記構造部材に連結された支持部材によって支持され、
   前記移動体が航空機であり、
   前記流体構造部材における前方部分は、航空機が水平の状態のときに、後方に行くにしたがって下降するように傾斜しており、前記流体構造部材における後方部分は、航空機が水平の状態のときに、水平となるようにされていることを特徴とする移動体衝撃吸収装置。

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