KR20070042919A - 가속 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가속 효과로부터 인체를 보호하는 장치에 관한 것이다. 가속 효과는 비행시 방향 변경 중에 고성능 항공기에서 발행하는 효과를 포함한다. 커프스(1)는 액체 매체에 의해 수축될 수 있으며, 유체 정역학적으로 가압된다. 액체 칼럼은 연성 튜브(2)와 상부에 배치된 저장장치에 의해 형성된다. 세 개의 커프스(1)가 제공된다. 두 개는 넓적다리를 감싸고 하나는 착용자의 허리를 감싼다. 커프스(1)는 하의 슈트(4)에 포함된다. 허리 주위를 감싸는 커프스(1)는 예를 들면, 버클에 의해 개방될 수 있다. 버클은 입고 벋기 위한 목적으로 사용되는 지퍼(6) 상부에 위치한다. 수축가능한 내부 주변 장치를 포함하는 몸에 꼭 맞는 커프스(1)는 (Gz 가속력이 발생한 경우에) 임계 Gz 가속력으로부터 하부 신체 영역을 차단한다. 따라서, 하부 신체 부위로 피가 흐르는 것을 막는다. 결과적으로 머리 레벨에서 혈압이 떨어지는 속도를 줄일 수 있다. 이는 산소 예비를 위한 것이며, 이로써 힘(Gz)에 의해 야기되는 의식 불명을 방지할 수 있다. 커프스(10)는 압축 공기로 작동할 수도 있다.

Description

가속 방지 장치{Acceleration Protection Device}

본 발명은, 청구범위 제 1 항에 따라 비행중인 고성능 항공기에 발생할 수 있는 가속 효과에 대해 신체를 보호할 수 있는 장치에 관한 것이다.

이러한 장치, 특히 보호 슈트(suit)는 종래 기술로 알려져 있다. 결과적으로 이들 장치는 즉각적이고 국부적인 Z 축 상의 하부 방향 가속력 (이른바 +G₂ 가속력)에 대해 인체를 보호한다. 현대식 고성능 항공기에서, +9 G₂에 이르는 극단적인 가속이 장기간에 걸쳐 높은 초기 속도로 발생할 수 있다. 잘 알려진 보호 슈트는 다음과 같은 원리에 따라 동작한다. 즉, 착용자의 신체 주위의 외부 압력이나, 꼭 맞는 슈트의 섬유 내 팽창력이 증가한다. 양쪽의 경우에, 하부 신체 영역의 혈관에 더 높은 내부 압력이 발생하도록 한다. 이는 다리 혈액의 울혈(pooling)을 감소시키고 머리 내 혈압이 위험하게 떨어지는 것을 방지한다. 이는 'G-록(G-LOC)'(G₂ 힘에 의해 강제 유도된 의식 상실)- G₂ 가속력에 의한 높은 G₂ 하중(load) 상태에서 일어나는 착용자의 의식 불명-의 위험을 현저히 줄인다. 또한, G-록은 보호되지 않는 신체 내부보다 현저히 높은 G₂ 가속력에서 발생한다. 이러한 보호 슈트는 기체 역학적이나 유체 정역학적인 원리에 따라 동작한다. 유체 정역학적인 보호 슈트에 대한 하나의 예가 유럽특허 제0983190호(WO 99/54200)에 개시된다.

이러한 슈트 모두에 공통된 하나의 특징은, 동작 원리에 따라 착용자 신체의 넓은 영역을 덮는다는 것이다. 압력을 발생하기 위한 버블이 물과 증기 타이트(tight)이기 때문에, 제한된 숨쉬기 운동과 열 축적으로 인해 슈트의 착용감이 떨어진다. 또한, 비행시 및 지상 모두에서의 동작 원리에 근거하여 꼭 들어맞는 슈트라는 사실은 슈트 착용자의 운동 자유를 심하게 제한한다.

본 발명의 목적은 고성능 항공기에서 방향 변환 도중에 (먼저 즉각적이고 국부적인 Z-축으로) 비행시 직면하는 가속력에의 노출에 대비하는 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다. 이러한 장치는 종래 기술에 비해 착용감이 향상되며 간단히 설계된다. 즉각적이고 국부적인 Z-축은 신체의 몸통으로부터 머리를 향해 착용자의 척주(spinal column)에 평행하게 뻗은 축을 표시하며, 장치 착용자의 절대 위치와 관계없다.

도 1은 가속 방지 장치의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다.

도 2는 가속 방지 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.

도 3은 도 2에서 사용된 바와 같은 유체 커프스를 나타내는 도면이다.

a 등각 투영도

b 세로 방향 단면도, 비활성 상태

c 상면도, 비활성 상태

d 세로 방향 단면도, 가압 상태

e 상면도, 가압 상태

도 4는 유체 커프스의 제 2 실시예를 나타내는 등각 투영도이다.

도 5는 유체 커프스의 제 3 실시예를 나타내는 등각 투영도이다.

도 6은 도 3으로부터의 유체 커프스의 세로 방향 단면도이다.

a 비활성 상태

b 활성 상태

도 7은 유체 커프스의 제 4 실시예를 나타내는 등각 투영도이다.

도 8은 피스톤 b 활성 상태 실린더 배열을 작동기로 포함하는 유체 커프스의 제 5 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 9는 선형 작동기를 이용하여 축소된 커프스의 제 6 실시예를 나타내는 도면이다.

도 10은 커프스의 제 7 실시예를 나타내는 상면도이다.

도 11은 커프스의 제 8 실시예를 나타내는 단면도이다.

a 비활성 상태

b 활성 상태

도 12는 본 발명에 따른 작동 커프스를 위한 제어 및 조절 시스템을 나타내는 도면이다.

도 13은 상부 팔 높이에서 유체 정역학적인 압력이 강화된 가속 방지 장치의 제 3 실시예를 나타내는 도면이다.

도 14는 제 3 실시예의 기능적 원리를 나타내는 도면이다.

도 15는 커프스의 제 9 실시예를 나타내는 단면도이다.

a 비활성 상태

b 활성 상태

도 1은 본 발명에 따라 가속 방지 또는 안티-G 장치의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다. 여기서, 다양한 가능성을 도시하기 위해, 도 1에 도시된 착용자의 일 측면에는 한 팔과 하나 다리 하부 상의 보호 장치를 추가로 장착된다. 종래 기술에 따르면, 기술적 장치를 통해 아래쪽 신체 영역에서 내부 압력이 증가하는 것이 일반적이다. 대조적으로, 본 발명의 사상은 수축할 수 있는 내부 가장자리 길이(circumference)를 가지는 꼭 맞는 커프스(1)를 이용하여, 임계의 G₂ 가속력이 작용하는 경우에, 커프스(1) 아래의 신체 영역을 묶는다. 이에 따라 하부에 놓인 신체 부분으로 혈액이 넘치게 흘러가는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 산소 공급에 결정적인 압력과 이에 따라 G-록(G-LOC)을 방지하는 데 결정적인 압력이 머리 레벨에서 급격히 떨어지지 않도록 할 수 있다. 정맥의 혈액이 다리로 역류하는 것을 방지하며, 충분히 죄어진 커프스(1)가 묶인 영역 내에서 동맥의 혈액이 유입되거나 유출되지 않도록 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 커프스(1)는 허리 영역에 배치되며, (또는) 가능한 머리로부터 멀리 떨어져 양쪽 다리의 윗부분 상에 배치된다. 골발 뼈에 발생하는 장애 없이 원하는 묶음 효과가 작용하도록, 허리 영역의 커프스(1)가 골반 상부에 위치하여야 한다. 도 1은 안티-G(anti-G) 커프스(1)의 다른 위치를 나타낸다. 예를 들어, 상부 팔과 가능한 멀지 떨어져 있는 목, 팔꿈지 상부 또는 하부, 그리고 무릎 상부 또는 하부가 안티-G 커프스의 위치가 될 수 있다. 신체 및 이에 따른 체액 칼럼(column)은 가속력의 방향으로 커프스(1)에 의해 분할된다. 여기서, 커프스(1)는 가속력의 방향에 대해 수직인 평면에 배열된다. G₂-하중 조건하에서 묶는 동작이 혈액 칼럼을 작은 부분으로 나눈다. 그 결과 유체 정역학적인 식(1)에 따라 G₂-하중 조건하에서 최대 혈압이 감소한다. 왜냐하면, 최대 가능 칼럼 높이가 감소하기 때문이다.

ρ×g×h=p (1)

여기서, 다음의 값들이 인가된다.

ρ는 액체의 지정 밀도[kgm^-3]이고, g는 가속도[ms^-2] 이며, h는 액체 칼럼의 높이[m]이고, p는 액체 칼럼 내의 압력[Pa]이다.

도 1에 따라 커프스(1)는 서로 개별적이고 독립적으로 착용될 수 있다. 그러나, 커프스(1)를 하나의 옷 안에(예, 속옷이나 겉옷 내에) 집어넣는 것이 더 실용적이다. 결과적으로, 안티-G 커프스(1)는 미리 조여질 수 있고, 항상 정확하게 배치될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 하나의 허리를 둘러싸는 커프스(1)를 다리 윗부분 주의의 두 개의 커프스(1)와 연결할 수 있다. 이는 예를 들면 스포츠 등산을 위한 안전 벨트와 유사한 조합을 만들어낸다. 커프스(1)는 벨트나 밴드를 사용 하여 서로 연결되며, 이로써 원하는 위치에 걸린다. 또한, 한 벌의 반바지와 같이 벗어 내릴 수 있다. 이러한 커프스(1)가 현재 존재하는 의복에 삽입되거나, 의복의 상부나 하부에서 가능한 편안하게 착용될 수 있는 방법은 이 분야의 당업자에게 자명하다. 따라서, 다양한 위치 구현 예에 대하여는 더 이상 자세히 다루지 않는다. 이 명세서에서 중요한 것은 커프스(1)가 정확하고 완벽한 조임 효과를 약화시킬 정도로 흘러내리지 않도록 하는 것이며, 원하는 위치에서 묶는 작용을 하는 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 가속 방지 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다. 이 실시예에서 유체 수단으로 제한되는 커프스(1)는, G₂-하중이 증가함에 따라 커프스(1)를 활성화하기 위한 액체 칼럼에 의해 발생되는 압력이 올라가는 동안에 유체 정역학적인 압력하에 위치한다. 액체 칼럼이 연성 호스(2)와 그 상부에 위치한 액체 저장기에 의해 형성된다. 연성 호스는 가로 및 세로 방향으로 반드시 확장할 수 있어야 하는 것은 아니다. 최대 액체 칼럼 높이(h)는 액체 저장기(3)를 어깨 높이에 위치시킴으로써 정해진다. 이는 대략 50미터의 액체 컬럼 높이를 만든다. 더 적은 압력이 커프스(1)을 조이는 데 충분한 경우에, 액체 저장기(3)는 더 낮은 곳(예, 가슴 부위)에 배치될 수 있다. 더 높은 압력이 필요한 경우에, 조종실 상의 착용자의 머리 옆이나 위에 액체 저장기(3)를 고정하고 이를 연결구로 커프스(1)와 연결함으로써, 액체 칼럼이 어깨 레벨 위로 연장될 수 있다. 액체 컬럼 높이(h)를 변화시키는 것에 더하여, 다른 액체를 선택하여 특정 밀도(ρ)와 액체의 점성을 조절할 수 있다. ρ, G₂(일반적인 중력 가속도인 약 9.81ms^-2), h의 곱(product)은 액 체 컬럼 내의 압력(p)에 의존하는 선형 G₂를 상승시킨다. 이는 커프스를 조이기 위한 하나 이상의 유체 활성화기를 동작시키는 데 이용할 수 있다. 물을 사용하는 경우에 50미터의 액체 컬럼에서, +1 Gz는 약 49hPa의 압력(p) 형성하고, 반면에 +10 Gz는 약 490hPa을 발생한다. 이는 생리학적으로 매운 높은 266Pha (200mmHg)의 심장 수축 혈압과 비교될 수 있으며, 커프스(1)는 높은 G₂ 하중에서 반작용을 하게된다. 신체 내 혈액 순환 또한 유체 정역학과 관련된 액체 칼럼이므로, 유체 활성화기 내의 유체 정역학적 압력이 이하에서 설명될 수단을 써 추가로 상승시키지 않는다면, 혈액의 밀도와 혈관을 묶기 위한 그리고 혈압을 보상하기 위한 안티-G 장치 내에의 액체 밀도 사이에 차이(difference)가 필요하다. 세 개의 커프스(1)가 존재한다. 이들 중 둘은 윗부분 다리를 감싸는 반면, 나머지는 착용자의 허리 주위를 감싼다. 하나의 가능한 예로써, 커프스(1)는 팔이 없고 다리가 짧은 속옷 조합(4)(예, 면이나 합성 섬유로 만들어짐) 내에 삽입된다. 허리 주위의 커프스(1)는 버클과 지퍼(6)를 사용하여 입고 벗도록 개방될 수 있다. 커프스 폭은 그리고 이에 다른 커프스(1)의 원형의 장력(circulating tension)은 조절 장치(예, 벨크로 잠금 장치나 벨트 버클 조합)를 사용하여 착용자의 신체 구조 및 크기에 따라 재단될 수 있다. 커프스(1)가 지정된 +Gz 하중에서 혈액 흐름을 차단하도록 하기 위해, 커프스는 ρ와 h에 따른 원형의 장력을 가져야 하며, 마찬가지로 +1 Gz에서 착용자의 혈압에 따른 원형의 장력을 가져야 한다. 예를 들어, 이러한 장력이 커프스(1)에 포함된 압력 센서(16)를 통해 측정될 수 있다. 또한, 한 번 최적화된 설정을 회복 할 수 있도록 하는 방식으로 커프스 원주(가장자리 둘레)에 대한 조절 장치를 설정할 수 있으며, 단지 테이블에 근거하여 신체 질량이나 혈압을 조절할 수도 있다. 커프스(1) 내에 삽입된 장력 센서(16)는 커프스(1)(예, 확장 측정용 스트립(expansion measuring strip))의 최적 길이를 설정하는 데 도움이 될 수 있으며, 이로부터 측정된 값은 외부 출력 장치에 의해 출력된다. 예를 들어, 지정된 기본 장력이 발생하면 초록색으로 변하는 LED 디스플레이나 다이오드도 고안가능하도.

일 실시예에서, 커프스(1)는 그 자체로 유체 압력(muscles)을 가지도록 설계될 수 있다. 허리 영역에 있는 커프스(1)가 두 개로 분리될 채로, 어깨 영역에 있는 두 개의 액체 저장기(3)를 포함하는 비탄성 호스 상부에, 그리고 윗부분 다리 영역 내에 커프스(1)를 포함하는 또 다른 두 개의 호스(2) 아래에 연결될 수 있다. 액체 칼럼(h)의 유체 정역학적인 활성 높이가 현저히 감소하지 않게, 액체 저장소(3) 내의 액체가, 커프스(1) 및 호스(2)내의 압력 증가에 따른 액체 부피의 감소를 보상하는 데 이용된다.

도 3a, b, c는 제 2 실시예에 사용되는 종류의 커프스(1)를 나타내는 도면이다. 커프스(1)는 액체로 채워진 호스 형태의 백(7)으로 구성된다. 이러한 백은 액체로 채워질 수 있으며, 하나 이상의 밸브(8)를 통해 초과 가압될 수 있다. 백(7)은 제한된 신축성을 가지는 연성 물질(예, 아라미드-강화 플라스틱)으로 만들어지며, 세로 방향으로 여러 개의 전달 챔버(9)로 나뉜다. 챔버는, 가로 방향으로 백(7)의 벽들 사이에서 선형이며 포지티브가 아닌(non-positive) 연결부(10)(예,봉합된 타트(dart)나 용접된 솔기(seam))에 의해 형성된다. 그러나, 솔기가 백(7)의 전체 폭을 가로지르는 것이 아니므로, 액체가 하나의 챔버(9)에서 인접한 챔버(9)로 흐른다. 결과적으로, 동일한 액체 압력이 커프스의 모든 챔버(9) 내에 전달된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 연결부(10)는 라인 상에 위치한 복수의 점 모양이나 선형의 연결 포인트로 구성될 수 있다.

도 3a는 원으로 닫힌 커프스(1)의 제 1 실시예를 나타내는 등각 투영도이다. 도 3b와 3d는 개방된, 세로 방향으로 늘어난 커프스의 세로 방향 단면을 나타내는 반면에, 도 3c와 3e는 상면도이다. 커프스(1)가 도 3d와 3e 상에서 압축되었기 때문에, 이들은 수축된 길이를 나타낸다. 압축된 경우에 챔버가 원 모양이라고 가정하면, 이론적인 최대 수축 길이는 빈 커프스(1)를 확장시킨 길이의 2/π ~ 64% 이다.

여기서, D는 지름이고, U는 원주이다.

물론, 상기한 함수로 커프스(1)를 설계하는 다른 다양한 방법을 고안해내는 것은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 예를 들어, 액체로 채워진 버블(이는 백(7)과는 대조적으로 연성일 수 있음)이 액체로 채워지지 않은 챔버(9) 내에 배치된 후에, 챔버(9)를 텍스타일 호스를 함께 꿰매어 제조할 수도 있다.

전체 커프스(1)를 가로지르는 대신에, 묶음 효과를 얻기 위해, 내부 원주(가장자리 길이)를 수축하거나 일정한 외부 지름에서 커프(1)의 내부 지름을 오그러뜨림으로써 압력이 작용하도록 할 수 있다. 예를 들어, 비연성 물질로 제조된 커프 스(1)에 의해 이러한 효과가 획득된다. 여기서, 비연성 물질의 내부에는 압축될 수 있는 연성 압력 챔버(예, 호스)가 함께 포함된다.

유압 대신에, 유체 활성화기를 가지는 커프스(1)가 압축가능한 유체(예, 압축 공기)로 동작할 수 있다. 압축 공기로 동작하는 G-슈트(G-suit)는 기술의 상태를 나타낸다. 많은 항공기가 G₂ 센서와 제어/조절 전자장치뿐 아니라 압축기와 더 높은 G2 하중 상태에서 압축 공기를 제공하여 압축 공기 G-슈트를 동작시기기 위한 압력 관을 장착한다. 제어 특성을 소프트웨어에 적용하여 현재 사용되는, 압축 공기를 사용하여 안티-G 커프스(1)를 동작시키는 시스템을 사용할 수 있도록 하는 것이 가능하다. 커프스(1)를 압축 공기를 직접 공급받으며, 액체 저장기(3)가 생략된다.

도 4, 5는 연결부(10)의 추가 실시예를 나타낸다. 챔버(9) 간의 압력을 보상하는 선영 연결부(10)에 필요한 통로가, 도 4에 도시된 바와 같이 양측에 번갈아 배열될 수 있다.

도 5는 커프스(1) 상의 연결부(10)를 구성하기 위한 일부 추가 가능 예를 나타낸다. 유체 압력(muscle)에 따른 커프스(1)의 함수를 만족하는 한, 하나의 라인 상에 위치한 복수의 점 모양의 연결부로 구성되는 하나의 연결부(10)로부터 하나 이상의 통로를 포함하며 연속적인 하나의 선형 연결부(10)까지의 모든 중간 단계들이 본 발명에 따라 고안가능하다.

도 6a 및 도 6b는 신체 부분 주위에 배치될 때, 도 3에 도시된 커프스(1)가 동작하는 방법을 나타낸다. 도 6a는 커프스(1) 가압되지 않는 경우를 나타내며, 도 6b는 가압된 경우를 나타낸다. 단면에 도시된 부분은 신체 부분, 혈관(11),이며 이는 도 6b 상에서 수축된 커프스(1)로 압축된다. 이로써, 혈액 순환을 막는 것을 지연한다.

도 7은 하나 커다란 챔버(9) 만을 포함하는 유체 커프스(1)를 나타낸다. 이러한 커프스(1)는 복수의 작은 챔버(9) 보다 큰 원형 장력을 발생한다. 복수의 작은 챔버(9)는 그 내부에 포함된 압력 유체의 동일 압력에서 상대적으로 작은 지름을 가진다.

도 8은 커프스(1)의 제 5 실시예를 나타낸다. 이 실시예는 종래 기술에 따라 선형 작동기(12)의 동작 예를 나타낸다. 피스톤(13)과 실린더(14)를 포함하며 유압이나 기체역학적으로 동작하는 작동기가 예로 도시된다. 피스톤(13)과 실린더(14)의 단면이 도시된다. 장력 인가 소자(15)는 실린더(14)에서 움직이는 피스톤(13)에 의한 압력에 노출되는 상태에서 커프스(1)를 조이는 데 사용된다. 커프스(1)가 작동기(12)(예, 전자 작동기)를 사용하여 커프스(1)를 수축하는(줄이는) 다양한 방법은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 도 2와 유사하게, 이러한 커프스(1)가 유압에 의해 작동될 수 있다. 본 발명에 따른 커프스(1)는 수축 가능한 섬유(예, 엘렉트로리스트릭티브(electrorestrictive) 물질)을 사용하여 제조할 수도 있다.

도 9는 커프스(1)의 제 6 실시예를 나타내는 측면도이다. 여기서, 작동기(12)는 선형 작동기(예, 전자 모터에 의해 구동되는 작동기) 일 수 있다.

도 10은 커프스(1)의 수축 미케니즘의 다른 가능성 있는 역학적 설계에 대한 예시로써, 커프스의 제 7 실시예를 나타낸다. 도 10에 도시된 실시예에서, 커프스(1)는 신발끈과 유사하게 케이블을 당기는 방법으로 수축된다. 커프스(1)에 장력 센서(16)(예, 확장 측정용 스트립)가 고정된다. 이러한 장력 센서(16)는 본 발명에 따라 모든 커프스(1)에 삽입될 수 있으므로, 커프스(1)의 상태나 장력이 전자적으로 제어/조절 가능한 가속 방지 장치에 의해 획득 및 측정될 수 있다. 또한, 상승하는 G₂ 하중에 따라 하는 혈액 순환이 원하는 만큼 제약될 수 있다. 추가로, 상기 장치가 착용자의 신체에 채워졌을 때, 상술한 장력 센서(16)가 커프스(1)의 장력을 알맞게 하는 데 사용될 수 있다. 적합한 기능을 위해, 커프스(1)가 기본 상태(예, 중력 가속도 1G)에서 특정한 기본 장력을 형성하여야 한다. 커프스(1)가 너무 느슨한 경우에, 이는 묶음 효과가 너무 늦게 발휘되거나 전혀 효과를 나타내지 않는다. 반면에, 너무 꼭 맞는 경우에, 커프스의 묶음 효과가 너무 일찍 나타나거나, 기본 상태(즉, 1G)에서 혈액 순환이 잘 이루어지지 않는다. 기본 장력을 설정하기 위해서, 장력 센서(16)는 간단한 기계적인 힘 변화기로 구성된다. 이는 디스플레이 및 눈금을 포함한다.

도 11a, b는 커프스의 제 8 실시예를 나타내는 단면도이다. 이 실시예는 앞에 설명한 예들과는 다른 원리에 따라 동작한다. 묶인 신체 부분에서의 내부 압력은 커프스(1)를 함께 당김으로써 형성되는 것이 아니며, 연성 호스와 같은 세로 방향의 연결부(26)를 사용하여 비연성 밴드(24)의 내부에 부착된 압력 챔버(25) 내 압력을 증가시킴으로써 형성된다. 도 11a는 납작하게 눌린 압력 챔버(25)를 가지며 묶음 효과를 보이지 않는 커프스(1)를 도시하고, 도 11b는 가압된 챔버(25) 포함하고 이에 따라 내부 원주가 단축된 커프스(1)를 도시한다.

도 12는 커프스(1)를 동작시키고 제어하며 조절하기 위한 전자적으로 제어되는 가속 방지 장치를 나타내는 도면이다. 전자 제어 및 조절 장치는 신체에 착용될 컴포넌트나 조종석에 장착된 모듈로 설계될 수 있다. Gz-센서(17)는 Z 방향의 현재 가속 데이터를 가지는 프로그램 가능한 컴퓨터를 제공한다. 컴퓨터(18)는 커프스(1)의 장력 상태 및/또는 추가 비행 상태 데이터(예, 제어 스틱 설정, 가속 페달 설정 및 비행 속도)에 관한 장력 센서(16)로부터의 데이터를 측정하는 단계를 추가로 제공할 수 있다. 이러한 비행 상태 데이터는 나아가 상승하는 Gz-가속 피크를 예상하는 데 사용될 수 있다. 이로써, 안티-G 커프스(1)의 즉각적인 보호 효과가 발생한다. 컴퓨터는 외부 컴퓨터를 연결하는 데 사용되는 인터페이스(19)를 가진다. 예를 들어, 이는 새로운 또는 수정된 프로그램이나 데이터 테이블을 로드할 수 있도록 하는 한편, 가속 방지 장치에 대한 동작 파라미터와 외부 로그(log) 및 레코드 측정을 로드할 수 있도록 한다. 예를 들어, 데이터 전송이 기본 시스템에 의해 개시된다. 작동기(12)의 형태에 따라, 가속 방지 장치는 추가 컴포넌트(가령, 압축기, 압력 탱크, 압력 라인, 유압을 이용한 유체 분배 유닛)을 포함한다. 이러한 장치들을 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 유추할 수 있으므로, 다양한 가능 예에 대한 구체적인 사항은 더 이상 자세히 설명하지 않는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 유체 정역학적으로 동작 및 제어되는 커프스의 중 요한 이점 중 하나는 가속 방지 장치가 외부 에너지 없이 자체적으로 동작하며, 제어 및 조절 장치 없이 동작한다. 이에 따라 가속 방지 장치가 유지 비용이 적게 들고 파손에 강하며, 변경이나 조정 없이 모든 종류의 항공기에 사용될 수 있다.

도 13 및 14는 본 발명에 따른 가속 방지 장치의 제 3 실시예를 나타낸다. 어깨와 팔의 윗부분 사이의 높이 차가 작기 때문에, 작은 유체 정역학적이 정역학적인 압력만이 발생하므로, 상부 팔 상의 커프스(1) 내 유체 정역학적인 압력(p_u)를 강화할 필요가 있다. 예를 들어, 허리 부분나 다리 윗부분 영역 내 배치된 이중 동작 유압 피스톤 실린더 장치(21)로 그리고 특정 밀도(ρ1, ρ2)를 가지는 두 개의 변화하는 압축 용액(22, 23)을 사용하여 이러한 강화 동작을 할 수 있다. 어깨 부분의 액체 저장기(3)는 더 무거운 액체(22)로 채워지며, 이는 피스톤 실린더 장치(21)에 유체 정역학적인 압력(p_d)을 발생한다. 상부 팔 영역의 더 가벼운 제 2 액체(23)는 호스(2)와 커프스(1)는 유체 정역학적인 압력을 자기 유도 유체 정역학적 효과를 통해 가능한 줄지않게 상부 팔 상에 위치하는 커프스(1)로 유체 정역학적인 압력을 전달하는 일차적 역할을 수행한다. 가능한 가장 낮은 특정 밀도를 가진 압축할 수 없는 액체가 이상적이다. 액체의 특정 밀도가 실제 높이(h1, h2)에 따라 변화한다. 결과적으로 상부 팔과 하부 다리 레벨 양쪽 모두에서 혈관을 죄는 데 필요한 압력을 얻을 수 있다. 다음의 계산 예는 이 원리를 표현하기 위한 것이다. 무거운 액체(22)는 글리세린(ρ1=1,260kgm^-3)이고, 가벼운 액체(23)는 물(ρ2 = 1,000kgm^-3)이다. 다음의 식이 적용된다.

ρ1gh1 = ρ2gh2 + Pu (3)

상기 식에서, Pu에 대해 식을 다음과 같이 얻을 수 있다.

Pu = g(ρ1h1 - ρ2gh2) (4)

액체 칼럼 레벨에 대해 다음과 같이 가정한다.

h1 = 0.5m 이고, h2 = 0.25m

이에 의해 Gz = +1G에서 Pu ~ 37hPa이 되고, 상부 팔 상의 커프스는 Gz = +10G 에서 Pu ~ 373hPa(강화되지 않은 상태에서 Pu ~ 309hPa 인데 반해)로 가압된다. 동시에 압력 pd ~ 618hPa이 피스톤-실린더 장치(24)의 레벨에서 측정된다. 이러한 계산 예가 전적으로 정적인 접근법에 근거한다. g 의 변화를 무시하는 조건에서, 가속 보호 장치의 동적 및 조절 특성에 영향을 미치는 라인(2)과 피스톤 실린더 장치(21)에서 모든 마찰이 손실된다. 예를 들어, 피스톤 실린터 장치(21)는 컨테이너 내의 액체로 채워진, 연성 얇은 막(피막)으로 대체될 수 있다. 이러한 피막은 다른 밀도를 가지는 액체(22, 23)를 서로 분리하며, 두 액체(22, 23) 사이에 압력 균형을 이루도록 한다.

유체 정역학적으로 동작하는 커프스(1)의 압력을 증가시키는 또 다른 방법은, 서로 다른 활성 피스톤 표면을 가지는 이중 동작 피스톤 실린더 장치(21)를 제공하는 것을 포함한다. 이는 두 개의 활성 피스톤 표면 사이의 비율에 비례하게 압력을 증가시킨다. 예를 들면, 유체 작동기의 일 측에 위치한 활성 피스톤 표면이 대립 활성 피스톤 표면의 절반 크기이면, 압력이 두 배가 된다.

기체 역학적으로 동작하는 커프스(1)에서, 컴포넌트(7)에 부분적으로 구멍을 형성하여 환기 효과를 신체에 접하는 덮여있는 바디 부분의 일 측에 작용한다. 신체에 의해 배출된 액체는 영구히 증발되며, 공기 흐름에 의해 전송될 수 있다. 이는 장치의 착용감을 향상시키고 커프스 영역에서의 젖은 땀에 의한 얼룩 형성을 방지한다. 커프스는 공기로 채워진 물질로 만들어지며 이에 따라 능동적으로 통풍되지 않는다.

도 15a 및 도 15b는 커프스(1)의 제 9 실시예를 나타내는 도면이다. 도 15a는 비활성 상태에서 신체 일부를 감싸는 커프스(1)의 단면을 나타내는 반면, 도 15b는 활성 상태에서 동일한 부분을 나타내다. 커프스(1)는 특정 지점에서 감싸진 신체 일부(부분) 상에 국부적 압력을 작용하기 위한 수단(하나 이상의 가압 유닛(27)을 가진다.

이 실시예는 표면에 인접한 중요한 혈관(11)을 포함하는 신체의 일부에 유용하다. 예를 들어, 목 주의에 배치된 커프스(1)의 경우에 기도를 완전히 죄지 않으면서 혈관(11)을 압축할 수 있다.

예를 들어 신체와 접하는 커프스의 일 측면 상에, 혈관(11)(예, 동맥)을 일정하기 조이기 위해, 가압 유닛이 고정된다. 이러한 가압 유닛(27)은 단단하고 본질적으로 변형되지 않는 물질로 만들어질 수 있으며, 마찬가지로 연성 물질로 만들어 질 수 있다. 커프스(1)가 조여짐에 따라, 의료용 압축 밴드와 마찬가지로 가압 유닛(27)이 하부 혈관(11)에 압력을 가하며, 혈관(11)을 통해 흐르는 혈액의 흐름 을 방지 또는 금지한다. 예시적인 목적으로, 도 15는 커프스(1) 내에 이러한 가압 유닛(27)에 대한 세 가지 다른 설계 예를 나타낸다. 혈액 흐름 억제 효과를 최적화하기 위한 방식으로 착용자의 신체 구조에 맞게 가압 유닛(27)이 설계되고 재단될 수 있다. 도 15에 도시된 모양에 국한되는 것은 아니다.

커프스(1)의 길이가 변하지 않으며, 능동적으로 표면 형상을 변화시킴으로써 가압 유닛(27)이 신체에 대해 어느 정도 압력을 가하도록 할 수 있다. 접촉 압력에 대한 이러한 변화는 기계적으로 및 유체 공학적으로 개시될 수 있다. 예를 들어, 접촉 압력이 가압 유닛(27) 내에 집적된 작동기를 사용하여 기계적으로 개시될 수 있다. 여기서, 작동기는 가압 유닛(27)의 확장성을 증가시켜, 신체에 대한 가압 유닛(27)을 누른다. 전체적으로 또는 부분적으로 가압 유닛(27)을 연성 물질로 만들어진 가압 구멍(28)으로 가압 유닛(27)을 설계함으로써, 접촉 압력이 유체 공학적으로 증가할 수 있다. 예를 들면, 여기서, 이러한 구멍(28)의 부피와 이에 따른 전체 가압 유닛(27)의 부피가 가압시에 증가하고, 결과적으로 가압 유닛(27)이 신체 부분에 대해 국부적으로 압력을 받는다.

상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

Claims (28)

1. 커프스에 의해 둘러싸이는 신체 일부의 내부 압력을 국부적으로 증가시키기 위한 수단을 포함하는 하나 이상의 커프스(1)를 포함하되,

   상기 커프스의 내부 가장자리 길이는 1G를 초과하는 가속력에 의해 감소되고,

   여기서 상기 커프스(1)는 상기 상승하는 가속력에 대해 수직인 평면에 위치한 신체 일부 주위에 배치되며, 이로써 상기 상승하는 가속력의 방향으로 상기 신체를 복수의 부분들로 분할하고,

   국부적으로 상승한 내부 압력에서 상기 신체 부분이 조여질 때, 하나의 부분으로부터 인접한 부분으로 상기 커프스(1)에 의해 정의된 레벨로 체액의 흐름을 제한적으로 및 완전히 막는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   일정한 외부 가장자리 길이에서, 상기 내부에 대해 상기 커프스(1)의 단면을 두껍게 함으로써, 상기 신체 부분에 접촉하는 상기 커프스(1)의 내부 가장자리 길이를 수축할 수 있는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
3. 상기 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 커프스(1)를 압축함으로써 상기 신체 일부에 접하는 상기 커프스(1)의 상기 내부 가장자리 길이를 수축하는 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   가속력 발생시에 상기 커프스에 의해 둘러싸인 상기 신체 부분의 상기 내부 압력을 국부적으로 증가시키는 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
5. 상기 제 3 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   작동기 구동 단축 미케니즘을 이용하여 상기 커프스(1)를 압축하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 신체 일부에 접하는 상기 커프스(1)의 상기 내부 가장자리 길이는 유압 유체에 의한 유체 구동 작동기를 사용하여 수축되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 신체 일부에 접하는 상기 커프스(1)의 상기 내부 가장자리 길이는 전기 작동기를 이용하여 수축되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 커프스(1)의 일부 및 전부가 액체로 채워진 호스형 백(7)으로 설계되며,

   상기 백(7)은 밸브(8)를 가지고,

   상기 커프스의 상기 내부 및 외부의 가로방향 연결부(10)에 의해 세로 방향으로 상기 백(7)이 복수의 압력 전달 챔버(9)로 나뉘며,

   상기 백(7)이 가압되어 상기 커프스(1)의 상기 가장자리 길이가 수축될 때, 상기 챔버(9)가 세로 방향의 유체 압력으로 작용하고,

   상기 챔버(9)는 상기 내부로 상기 커프스(1)를 두껍게 하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 커프스(1)는 커프스 길이의 전체 및 부분이 호스형 비연성 피막으로 설계되며,

   상기 커프스(1)의 상기 내부 및 외부의 가로 방향 연결부(10)에 의해 세로 방향으로 상기 피막이 포켓으로 분할되고,

   상기 백(7)은 상기 포켓 내에 포함되며,

   상기 압력 전달 백(7)이 밸브(8)에 의해 가압되고,

   상기 백(7)이 가압될 때, 상기 세로 방향으로 상기 포겟이 유체 압력을 작용 하여 상기 커프스(1)의 상기 가장자기 길이를 수축하고 상기 내부로 상기 커프스(1)를 두껍게 하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
10. 제 6 항 내지 제 9항에 중 어느 한 항에 있어서,

    공기가 상기 유압 유체로 사용되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
11. 제 6 항 내지 제 9항에 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 액체가 상기 유압 유체로 사용되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 유압 유체는 액체 칼럼을 형성하고, 가속시에 유체 정역학적인 압력 하에 배치되며,

    상기 유체 작동기는 상기 커프스(1)를 압축하기 위해 상기 액체 칼럼의 하부 끝단에서의 상기 압력 상승에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 커프스(1)를 압축하기 위한 유체 작동기와 유압 유체 칼럼이 제공되며,

    상기 가속 방향으로 배치된 호스(2)가 상기 액체 칼럼을 포함하고, 밸브(8)에 의해 상기 유체 작동기와 상기 하부 끝단에서 연결되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
14. 제 12 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    하나 이상의 액체 저장기(3)가 상기 액체 칼럼의 상기 상부 끝단에 존재하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    유제 작동기를 동작시키기 위한 상기 유체 압력이 서로 다른 활성 피스톤 표면을 가지는 이중 피스톤에 의해 증폭되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    더 가벼운 제 2 유체에 의해 제 1 유체의 상기 유압이 작동기에 연결되며,

    연성 피막 또는 이중 피스톤/실린터 장치 중 어느 하나에 의해 상기 유체가 서로 섞이지 않는 상태에서, 상기 압력이 상기 제 1 및 제 2 유체 간에 보상되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 커프스(1)의 수축을 제어 및 조절하고 상기 순간 가속을 측정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 순간 가속 비율 변화를 측정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 커프스(1)는 의복 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 커프스(1)는 사람에 의해 개폐되도록 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 커프스(1)는 상기 커프스의 가장자리 길이와 장력이 사람에 의해 변경되도록 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 커프스가 가속에 비례하여 압축되도록 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 커프스가 신체 부분 주위에 배치될 때, 상기 커프스(1)에 대한 최적 장력을 디스플레이하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 사람의 의해 조절된 상기 커프스(1)의 특정 장력을 재현하기 위해 상기 커프스(1)에 배치된 거리 표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 커프스(1)가 신체 부분 주위에 배치될 때 상기 커프스(1)의 장력을 측정 및 디스플레이하기 위한 장력 센서 및 장력 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 커프스(1)는 하나 이상의 가압 유닛(27)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
27. 하나 이상의 비연성 커프스(1)를 포함하되,

    신체에 접하는 상기 커프스(1)의 일 측은 하나 이상의 가압 유닛(27)을 포함하고,

    1G를 초과하는 가속력이 주어진 상태에서, 상기 가압 유닛(27)의 기하학적 확장을 변화시킴으로써, 혈관(11)을 압축하며,

    상기 커프스(1)가 상승하는 가속력에 수직인 평면에 위치한 신체 부분 주위에 배치되며, 이로써 상기 신체가 상기 상승하는 가속력의 방향으로 복수의 부분들로 분할되고,

    상기 신체 부분이 조여질 때, 하나의 부분으로부터 인접한 부분으로 상기 커프스(1)에 의해 정의된 레벨로 체액의 흐름을 제한적으로 및 완전히 막는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.
28. 제 26 항에 있어서,

    상기 가압 유닛(27)의 적어도 일부가 압력 유체에 의해 가압되는 구멍(28)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가속 효과에 대한 인체 보호 장치.

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