KR20080066064A - 항공기용 충돌 완충 시스템 - Google Patents

Abstract

항공기용 충돌 완충 시스템은, 항공기에 의해 구비되고 항공기의 외부에 대체로 인접하여 팽창할 수 있는 에어백을 포함한다. 이 에어백은 그 내부의 가스를 방출하기 위한 적어도 하나의 배기구를 구비한다. 제1 가스 공급원이 에어백의 내부와 유체 연통하여, 제1 가스 공급원에 의해 생성된 가스로 에어백을 팽창시킨다. 배기 밸브는 각 배기구를 통한 가스의 흐름을 제어하도록 마련된 것으로서, 가스가 에어백의 내부로부터 해당 배기구를 통과할 수 있게 하는 개방 상태와, 가스가 에어백의 내부에 유지되게 하는 폐쇄 상태 사이에서 선택적으로 설정될 수 있다. 제2 가스 공급원이 적어도 하나의 배기구를 통해 가스를 배기시킨 후에 에어백을 적어도 부분적으로 재팽창시키도록 마련된다.

항공기, 헬리콥터, 충돌 완충, 지면, 물, 부양 장치

Description

항공기용 충돌 완충 시스템{CRASH ATTENUATION SYSTEM FOR AIRCRAFT}

본 발명은 일반적으로 충돌 완충 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 항공기에 사용되는 충돌 완충 시스템에 관한 것이다.

현재, 자동차 산업에서는 탑승자의 부상을 완화하기 위해 사용 공간 내에 내부 에어백이 사용되고 있다. 마찬가지로, 탈출 모듈과 같은 항공기 및 우주선이 지면 또는 물에 닿게 될 때의 감속 하중을 완화시키기 위해 외부 에어백이 사용되어 왔다. 그 일례로는 NASA의 Mars Rovers와 General Dynamics/Grumman사의 F-111의 승무원 모듈이 있다.

충돌 중에, 에어백 내의 가스는, 탑승자가 후방으로 가속될 수 있게 하는 가스의 가압 및 그 후의 재팽창을 방지하도록 배기되어야 한다. 이와 같은 작용은 통상 리바운드로 알려져 있다. 게다가, 가스는 에어백의 손상을 야기할 수 있는 과압을 방지하도록 배기될 수도 있다. 배기는 예를 들면 별도의 배기구를 통하거나, 에어백의 표피의 적어도 일부분을 형성하는 다공성 맴브레인을 통해 이루어질 수 있다. 몇몇 형태의 에어백은 또한 충돌이 물에서 발생하는 경우 부양 장치(flotation device)에 이용될 수도 있다.

항공기용 부양 시스템 분야에서 큰 발전이 이루어졌지만, 여전히 많은 단점 들이 존재한다.

충돌 후에 물에서 자동적으로 재팽창하여 에어백을 항공기용 부양 장치로서 사용할 수 있게 하는 항공기용 에어백형 충돌 완충 시스템이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 충돌 후에 물에서 자동적으로 재팽창하여 에어백을 항공기용 부양 장치로서 사용할 수 있게 하는 항공기용 에어백형 충돌 완충 시스템을 제공하는 데에 있다.

항공기용 충돌 완충 시스템은, 항공기에 의해 구비되어 항공기의 외부에 대체로 인접하여 팽창할 수 있는 에어백을 포함한다. 이 에어백은 에어백의 내부로부터 가스를 방출하기 위한 적어도 하나의 배기구를 구비한다. 이러한 에어백의 내부와는 제1 가스 발생기가 유체 연통하고 있어, 이 제1 가스 발생기가 작동하는 경우에 생성되는 가스로 에어백을 팽창시킨다. 각 배기구를 통한 가스의 흐름을 제어하도록 배기 밸브가 마련되며, 각 배기 밸브는 가스가 에어백의 내부로부터 해당 배기구를 통과할 수 있게 하는 개방 상태와, 에어백의 내부에 가스가 유지되게 하는 폐쇄 상태 사이에서 선택적으로 설정된다. 적어도 하나의 배기구를 통해 가스가 배기된 후에 에어백을 적어도 부분적으로 다시 팽창시키도록 제2 가스 발생기가 마련된다.

본 발명은, (1) 충돌 하중을 완화시키는 팽창형 충돌 완충 시스템과 충돌 후 부양 시스템이 조합되고, (2) 점유 공간 외부에 대기 중으로 배기하는 별도의 배기 노즐을 갖는 비다공성 에어백 직물을 사용하며, (3) 배기 노즐은 지상 중량-무게 중심(ground weight-center of gravity; GW-CG) 변화, 충돌 속도, 충돌 표면의 컴플라이언스(compliance) 및 충돌 고도로 인한 가변성을 최소화하도록 능동 제어 밸브일 수 있으며, (4) 물에 닿을 때에 자동적으로 폐쇄되는 자동 밸브를 배기 밸브로서 사용한다는 이점을 제공한다.

본 발명의 특징 및 이점을 비롯하여 본 발명을 보다 완벽하게 이해할 수 있도록, 첨부 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 충돌 완충 시스템을 포함하고 있는 항공기의 사시도이며,

도 2는 도 1의 충돌 완충 시스템의 에어백 부분의 확대 사시도이고,

도 3은 개방 상태로 있는 밸브를 도시하고 있는 도 2의 에어백의 밸브 부분의 단면도이며,

도 4는 폐쇄 상태로 있는 밸브를 도시하고 있는 도 2의 에어백의 밸브 부분의 단면도이고,

도 5는 지상에 충돌하기 전의 도 1의 헬리콥터의 일부분의 측면도이며,

도 6은 지상에 충돌한 후의 도 1의 헬리콥터의 일부분의 측면도이고,

도 7은 물에 충돌하기 전의 도 1의 헬리콥터의 일부분의 측면도이며,

도 8은 물에 충돌한 후의 도 1의 헬리콥터의 일부분의 측면도이고,

도 9는 물에 충돌한 다음 에어백이 재팽창한 후의 도 1의 헬리콥터의 일부분의 측면도이다.

본 발명은 항공기용 팽창형 충돌 완충 시스템을 제공한다. 이 시스템은 충돌하기 전에 팽창하고 충돌 중에는 배기될 뿐만 아니라, 충돌 후에는 부양 장치로서 사용하도록 재팽창할 수 있는 능력을 갖고 있는 에어백을 포함한다. 본 발명은 모든 형태의 항공기, 예를 들면 헬리콥터, 고정 날개형 항공기 및 기타 항공기에 사용될 수 있으며, 특히 회전 날개형 항공기(rotorcraft)에 사용될 수 있다. 본 발명의 시스템은 배기 밸브의 자동 제어 및 충돌 후의 재팽창을 제공함으로써 종래 기술에 비해 개선된다. 본 발명의 시스템은 큰 질량의 구성 요소(엔진 및/또는 변속기 등)들을 지지하기 위해 필요한 기체 구조(airframe structure)에서의 하중을 실제로 감소시켜 경량의 기체 구조의 제조를 가능하게 하여, 충돌 완충 시스템으로 인한 추가적인 중량을 상쇄시킬 수 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 충돌 완충 시스템을 포함하고 있는 헬리콥터(11)가 도시되어 있다. 이 헬리콥터(11)는 동체(13) 및 테일 부움(tail boom)(15)을 포함하고 있다. 로터(17)가 헬리콥터(11)의 비행을 위한 양력 및 추진력을 제공한다. 동체(13)의 앞쪽 부분의 조종석(19)에 조종사가 앉아 있고, 지면과 같은 단단한 표면에 헬리콥터(11)를 지지하도록 동체(13)의 하부로부터 랜딩 스키드(landing skid)(21)가 연장하고 있다.

로터(17) 또는 이 로터(17)를 위한 구동 시스템에 문제가 있게 되면, 바람직한 것보다 높은 속도로 고도가 떨어질 수 있다. 그 속도가 지면 또는 물과 충돌시에 과도하게 높은 값으로 되는 경우, 헬리콥터(11)의 탑승자는 부상당하고 그 헬리 콥터(11)는 헬리콥터(11)에 가해지는 감속력에 의해 심각하게 손상될 수 있다. 이러한 힘을 감소시키기 위해, 동체(13) 아래에는 팽창형 비다공성 에어백(23, 25)이 설치된다. 도면에 도시하진 않았지만, 에어백(23, 25)은 팽창되지 않은 상태로 보관되었다가 충돌 완충 제어 시스템(아래에서 설명함)의 제어를 받아 팽창하게 된다.

도 2에는 비다공성 블레더(27) 및 복수의 별도의 배기구(29)를 갖는 에어백(23)의 확대도가 도시되어 있다. 도면에서 에어백(23)을 도시하고 있지만, 에어백(23, 25)은 대체로 동일한 구성을 갖는다는 점을 유의해할 것이다. 배기구(29)는 블레더(27)의 내부와 연통하여, 에어백(23) 내의 가스가 배기될 수 있게 한다. 도시한 실시예에서 배기구(29)가 주위 공기로 개방되어 있지만, 그 배기구는 다른 에어백 또는 축압기(도시 생략)와 같은 폐쇄 공간에 연결될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 각각의 배기구(29)는 배기구(29)를 통한 가스의 흐름을 제어하기 위한 배기 밸브(31)를 구비한다. 배기구(29)와 배기 밸브(31)는 함께 에어백(23) 밖으로 흐르는 가스를 안내하는 배기 통로(33)를 형성한다. 각 배기 밸브(31)는 블레더(27)에 밀봉되게 장착되어, 배기구(31) 주위에서의 가스의 누설을 방지하고, 배기되는 가스가 통로(33)를 통해 흐르게 한다. 배기 플레이트(35)가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수 있도록 되어있다. 도 3에서는, 블레더(27)의 내부로부터 통로(33)를 통해 가스가 흐를 수 있게 하는 개방 위치, 즉 개방 상태에 있는 배기 플레이트(35)를 도시하고 있다. 도 4에서는 블레더(27)에서부터 통로(33) 안으로 가스가 흐르는 것이 방지되어 있는 폐쇄 위치, 즉 폐쇄 상태에 있는 배기 플레이트(35)를 도시하고 있다. 슬라이드 밸브로서 도시하고 있지만, 배기 밸브(31)는 다른 적절한 형태의 밸브가 대안적으로 사용될 수 있다는 점을 당업자라면 이해할 것이다. 배기 밸브(31)의 제어는 예를 들면 전기 유변 수단을 비롯한 다수의 임의의 수단을 통해 이루어질 수 있다.

도 5 내지 도 9에는 동체(13)의 하부에 장착된 에어백(23) 및 본 발명에 따른 충돌 완충 시스템의 추가적인 구성 요소를 도시하고 있다. 동체(13) 내에 장착되는 도시한 컴퓨터계 제어 시스템(27)이 에어백(23, 25)과 관련된 구성 요소들의 작동을 제어하도록 마련된다. 각 에어백(23, 25)은 해당 에어백(23, 25)을 처음에 팽창시키기 위한 가스 발생기(39)와 같은 제1 가스 공급원과, 에어백(23, 25)을 충돌 후에 재팽창시키기 위한 압축 가스 탱크(41)와 같은 제2 가스 공급원을 구비한다. 각각의 가스 공급원은 에어백(23, 25)을 팽창시키기 위한 가스를 제공하는 가스 발생용 화학 장치 또는 압축 공기와 같은 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 게다가, 본 발명의 시스템은 바람직하게는 하강 속도 및/또는 지면에 대한 근접도를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서(43)를 구비한다. 에어백(23, 25)은 또한 바람직하게는 물 검출 시스템을 구비하며, 이 시스템은 물에 대한 충돌을 검출하도록 동체(13)에 장착되는 센서(45)를 구비할 수 있다. 가스 발생기(39), 압축 가스 탱크(41), 배기 밸브(31), 및 센서(43, 45)는 데이터 및/또는 전력 케이블(47)을 통해 제어 시스템(37)에 연결되어, 제어 시스템(37)이 그러한 부속 구성 요소와 통신하여 그 작동을 모니터 및 제어할 수 있게 된다. 또한, 제어 시스템(37)은 조종사가 충돌 완충 시스템의 작동을 제어할 수 있도록 비행 컴퓨터 또는 기타 시스템에 접속될 수 있다. 예를 들면, 조종사에게는 항공기가 안전하게 착륙하는 경우 본 발명의 시스템을 작동하지 않게 하는 수단이 제공될 수 있다.

도 5 내지 도 9는 충돌 완충 시스템의 작동을 예시하는 것으로서, 도 5 및 도 6에서는 지면과 같은 단단한 표면에 충돌하는 중에 사용하는 것을 도시하고 도 7 내지 도 9에서는 물에 충돌하는 동안에 사용하는 것을 도시하고 있다. 단지 에어백(23)만을 도시하고 있지만, 에어백(25)의 작동은 에어백(23)과 동일하다.

작동시에, 센서(43)가 예를 들면 특정 고도 범위에서 지면의 과도한 접근 속도에 의해 충돌이 임박하였을 감지한 경우, 제어 시스템(37)은 에어백(23, 25)이 충돌 표면(지면 또는 물)에 막 접촉하려 할 때에 완전히 팽창될 수 있게 하기에 적절한 시간에 제1 가스 발생기(39)를 작동시켜 에어백(23, 25)을 팽창시킨다.

도 5에서는 지면(49)에 대해 임박한 충돌을 도시하고 있다. 이미 제1 가스 발생기(39)는 작동되었으며, 에어백(23)의 블레더(27)는 지면과 접촉하기 바로 전에 팽창된다. 도 6에서는 충돌 중에 에어백(23)에 대한 영향을 도시하고 있는데, 블레더(27) 내의 가스는 충돌로 인한 동체(12)에서의 구조적 하중이 최소화되게 가스 압력을 방산(放散)하도록 배기구(29)를 통해 배기된다. 가스가 배기구(29)를 통해 빠져나갈 수 있도록 하기 위해, 배기 밸브(31)(앞서 설명하였음)는 폐쇄 상태에서 적어도 부분적으로 개방된 상태로 전환하도록 제어 시스템(37)에 의해 명령이 내려진다. 충돌시에 배기 밸브(31)가 개방되는 정도는 선택된 인자에 기초하여 제어 시스템(37)에 의해 결정될 것이며, 그러한 인자로는, 예를 들면 하강 속도 및 항공기 중량이 있다.

도 7에서는 물(51)에 대해 임박한 충돌을 도시하고 있다. 제1 가스 발생기(30)는 이미 작동되었으며, 에어백(23)의 블레더(27)는 물(51)과 접촉하기 바로 전에 팽창된다. 도 8에서는 충돌 중에 에어백(23)에 대한 영향을 도시하고 있는데, 블레더(27) 내의 가스는 충돌로 인한 동체(13)에서의 구조적 하중을 최소화하도록 가스 압력을 방산하도록 배기구(29)를 통해 배기된다. 가스가 배기구(29)를 통해 빠져나갈 수 있도록 하기 위해, 배기 밸브(31)(앞서 설명하였음)는 폐쇄 상태에서 적어도 부분적으로 개방된 상태로 전환하도록 제어 시스템(37)에 의해 명령이 내려진다. 물 검출 센서(45)가 물을 검출한 경우, 제어 시스템(37)은 배기 밸브(31)에 폐쇄하도록 명령을 내리고, 이어서 압축 가스 탱크(41)에 블레더(27) 안으로 가스를 방출하게 명령을 내려, 에어백(23)이 적어도 부분적으로 재팽창하게 한다. 이는 제1 가스 발생기(39)에 의해 제공된 가스의 대부분 또는 전부가 충돌 중에 방출될 수 있게 하는 한편, 충돌 후에 부양 장치로서도 기능하게 하여, 헬리콥터(11)에 부양성을 제공한다. 압축 가스의 이용은 재팽창이 보다 빨리 이루어질 수 있게 하는데, 이는 항공기가 더 이상 가라앉는 것을 방지한다는 점에서 중요하다.

에어백(23, 25)이 항공기 바로 아래의 중앙 위치에서 전개하게 되면, 물에서 불안정하게 될 수 있고, 이 때에 항공기는 위쪽이 무거울 수 있어, 물에서 기울거나 뒤집힐 수 있음을 유념해야 한다. 에어백과 같은 추가적인 부양 장치가 에어백(23, 25)으로부터 간격을 두고 배치됨으로써 항공기가 뒤집히는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 현외 에어백(outrigger airbag)이 헬리콥터(11)의 랜딩 스키 드(21) 상에서 전개될 수 있다.

본 발명을 적어도 하나의 예시적인 실시예를 참조하여 설명하였지만, 그 설명은 한정적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 예시적인 실시예의 다양한 수정 및 조합뿐만 아니라, 본 발명의 기타 실시예가 상세한 설명을 참조할 때에 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (10)

1. 항공기용 충돌 완충 시스템으로서,

   상기 항공기에 의해 구비되고 항공기의 외부에 대체로 인접하여 팽창할 수 있는 한편, 내부의 가스를 방출하기 위한 적어도 하나의 배기구를 구비하는 에어백과,

   상기 에어백의 내부와 유체 연통하여 에어백을 팽창시킬 가스를 제공하는 제1 가스 공급원과,

   각 배기구를 통한 가스의 흐름을 제어하도록, 가스가 에어백의 내부로부터 해당 배기구를 통과할 수 있게 하는 개방 상태와, 가스가 에어백의 내부에 유지되게 하는 폐쇄 상태 사이에서 선택적으로 설정될 수 있는 배기 밸브와,

   상기 에어백의 내부와 유체 연통하여, 적어도 하나의 배기구를 통해 가스를 배기시킨 후에 에어백을 적어도 부분적으로 재팽창시킬 가스를 제공하는 제2 가스 공급원

   을 포함하는 항공기용 충돌 완충 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 가스 공급원은 가스 발생기인 것인 항공기용 충돌 완충 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 가스 공급원은 압축 가스를 포함하는 것인 항공기 용 충돌 완충 시스템.
4. 제1항에 있어서, 물의 존재를 검출하는 물 검출 시스템을 더 포함하는 것인 항공기용 충돌 완충 시스템.
5. 제1항에 있어서, 물의 존재를 검출하는 물 검출 시스템을 더 포함하며, 이 물 검출 시스템이 물을 검출한 경우에 각 배기 밸브는 폐쇄 상태로 전환되고, 상기 제2 가스 공급원이 에어백을 적어도 부분적으로 재팽창시키는 데에 사용되는 것인 항공기용 충돌 완충 시스템.
6. 항공기용 충돌 완충 시스템으로서,

   상기 항공기에 의해 구비되고 항공기의 외부에 대체로 인접하여 팽창할 수 있는 한편, 내부의 가스를 방출하기 위한 적어도 하나의 배기구를 구비하는 에어백과,

   상기 에어백의 내부와 유체 연통하여 에어백을 팽창시킬 가스를 제공하는 제1 가스 공급원과,

   각 배기구를 통한 가스의 흐름을 제어하도록, 가스가 에어백의 내부로부터 해당 배기구를 통과할 수 있게 하는 개방 상태와, 가스가 에어백의 내부에 유지되게 하는 폐쇄 상태 사이에서 선택적으로 설정될 수 있는 배기 밸브와,

   물의 존재를 검출하는 물 검출 시스템

   을 포함하는 항공기용 충돌 완충 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 가스 공급원은 가스 발생기인 것인 항공기용 충돌 완충 시스템.
8. 제6항에 있어서, 상기 에어백의 내부와 유체 연통하여, 적어도 하나의 배기구를 통해 가스를 배기시킨 후에 에어백을 적어도 부분적으로 재팽창시킬 가스를 제공하는 제2 가스 공급원을 더 포함하는 것인 항공기용 충돌 완충 시스템.
9. 제6항에 있어서, 상기 에어백의 내부와 유체 연통하여, 적어도 하나의 배기구를 통해 가스를 배기시킨 후에 에어백을 적어도 부분적으로 재팽창시킬 가스를 제공하는 제2 가스 공급원을 더 포함하며, 이 제2 가스 공급원은 압축 가스를 포함하는 것인 항공기용 충돌 완충 시스템.
10. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 배기구를 통해 가스를 배기시킨 후에 에어백을 적어도 부분적으로 재팽창시킬 가스를 제공하는 제2 가스 공급원을 더 포함하며, 상기 물 검출 시스템이 물을 검출한 경우에 각 배기 밸브는 폐쇄 상태로 전환되고, 상기 제2 가스 공급원이 에어백을 적어도 부분적으로 재팽창시키는 데에 사용되는 것인 항공기용 충돌 완충 시스템.

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