KR20220065754A - 부상 완화, 복구 가능, 그리고 격리된 소형의 바닥 시스템의 관련 응용 - Google Patents

부상 완화, 복구 가능, 그리고 격리된 소형의 바닥 시스템의 관련 응용 Download PDF

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KR20220065754A
KR20220065754A KR1020227003564A KR20227003564A KR20220065754A KR 20220065754 A KR20220065754 A KR 20220065754A KR 1020227003564 A KR1020227003564 A KR 1020227003564A KR 20227003564 A KR20227003564 A KR 20227003564A KR 20220065754 A KR20220065754 A KR 20220065754A
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KR1020227003564A
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케빈 루돌프 크비아트코프스키
앤드류 나단 스즈키
크리스토퍼 제임스 왓슨
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프랫 앤 밀러 엔지니어링 앤드 페브리케이션, 인코포레이티드
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Abstract

에너지 흡수 스트럿은 내부 실린더와 결합된 제1 단부, 및 내부 실린더 내에서 연장되는 중공 로드와 연결된 제2 단부를 가진다. 피스톤은 내부 실린더의 내경에 대해 밀봉된 외부 표면을 갖고 피스톤에 의해 경계를 이루는 압축 챔버 및 리바운드 챔버를 형성하는 로드에 의해 이송되며, 로드는 압축 챔버와 리바운드 챔버 사이를 연통하는 내부 통로를 가진다. 환형 로드 통로에 대한 폐쇄 위치와 로드 통로를 개방하고 압축 챔버와 리바운드 챔버 사이에서 유압 유체의 흐름을 허용하는 개방 위치 사이에서 로드 상에서 축방향으로 아동 가능하도록 로드에 의해 이송되는 관성 질량체가 제공된다. 스프링이 관성 질량체에 작용하여 관성 질량체를 폐쇄 위치 측으로 가압한다. 에너지 흡수 스트럿은 군용 차량의 폭발 완화 시스템 또는 두 구조체 사이의 충격 격리를 제공하기 위한 기타 응용 분야에 사용될 수 있다.

Description

부상 완화, 복구 가능, 그리고 격리된 소형의 바닥 시스템의 관련 응용
관련 출원에 대한 상호 참조
본 PCT 국제출원은 2019년 9월 6일자 출원되었고 그 내용 전체가 참조로 여기에 포함된 미국 특허 출원 제16/562,653호에 대한 35 U.S.C.§119 규정에 따른 우선권의 이익을 주장한다.
정부 라이선스 권리
본 발명은 계약 번호 W56HZV-17-C-0013에 따라 국방부에서 제공한 미국 정부 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대한 특정 권리를 보유한다.
발명의 분야
본 발명은 다수의 잠재적인 응용을 위한 에너지 흡수 장치에 관한 것이다. 하나의 응용에서, 이 장치는 하부 폭발 사건에서 차량 탑승자의 부상을 줄이기 위한 군용 차량에 사용될 수 있다.
병력 수송 차량으로 사용되는 특정 군용 차량은 폭발성 공격, 예컨대, 급조 폭발 장치(IED)가 매설된 위치를 차량이 횡단시 차량 아래에서 폭발되는 IED에 의한 폭발성 공격에 노출될 수 있다. 군용 차량 제조사는 적대적인 전투 환경에서 작전을 수행하는 군인에게 제공되는 보호를 강화하고자 한다. 폭발에 대한 반응으로 차량 내에 착석된 인원의 부상은 다양한 요인으로부터 발생한다. 폭발 부상 완화를 위한 하나의 영역은 인원 시트 구조체에 착석한 탑승자에게 작용하는 가속력을 제어하는 것에 의한 것이다. 하나의 설계 구성에서, 시트 구조체가 차량의 차체에 장착되고 에너지 흡수 요소가 차체와 시트 사이에 배치되어 차량 하부 폭발로 인해 차량과 시트 사이에서 전달되는 가속력을 제어한다. 다른 부상 완화 단계는 차량 하부 폭발에 대응하여 탑승자의 하지를 지지하는 차량 바닥 구조체의 가속을 제어하는 것에 있다.
본 발명은 다수의 응용에 사용될 수 있는 에너지 흡수 스트럿 요소(strut element)에 관한 것이다. 차량 하부에서의 폭발 장치의 폭발로 인해 탑승자의 하지에 작용하는 가속력을 댐핑하기 위해 차량 차체와 바닥 구조체 사이에 작용하는 하나의 응용이 위에서 언급되고 있다.
상기의 응용을 갖는 임의의 장치의 경우, 신뢰성, 비용 및 재사용성은 중요한 고려 사항이다. 적대적인 지역에서의 차량 작전은 짧은 시간 내에 연속적인 폭발이나 가속 이벤트를 초래할 수 있다. 예를 들어, IED 폭발 후, 차량은 지상으로 복귀하는 것과 같은 추가적인 동적 조건에 노출될 수 있다. 이상적으로, 이들 에너지 흡수 시스템은 제어 입력이 필요하지 않다는 점에서 수동적이며 재사용이 가능하며 예를 들어, 폭발 특성과, 탑승자 질량 및 개인 장비 하중과 같은 탑승자 특성과 같은 다양한 입력 파라미터에서 작동할 수 있다.
다양한 에너지 흡수 시스템이 상기 응용에 대한 후보가 될 수 있다. 본 발명에 따르면, 선형 스트로크 변위에 걸쳐 일정한 가속도를 내도록 자동으로 조절되는 에너지 흡수(EA) 장치가 제공된다. 이것은 위에서 설명된 응용에서 차량 바닥 응답이 시스템 질량과 무관하도록 하며, 이는 다시 탑승자 질량 및 장비 하중의 변화뿐만 아니라 폭발 특성에 대한 적응성을 제공한다. 본 발명에 따른 에너지 흡수 장치에 대한 추가적인 잠재적 응용은 한정되는 것은 아니지만, 부상 완화 폭발 시트, 선박, 항공기 또는 회전익기 충돌 또는 오프로드 사용을 위한 충격 흡수 시트, 예컨대, 차량 또는 공중 낙하시의 화물 취급, 및 예컨대 오프로드 차량의 서스펜션 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가변 댐핑 및 스프링 레이트(spring rate) 특성을 제공하는 내부 부품을 갖는 에너지 흡수 스트럿이 제공된다. 하나의 중요한 특징은 동적 입력에 반응하고 입력 가속도의 함수로서 스트럿 내 유압 유체의 흐름을 조절하도록 왕복하는 내부 관성 반응 밸브 부재를 제공한다는 것이다.
도 1은 착석한 한 쌍의 탑승자를 보여주는 대표적인 군용 차량의 내부의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 가상도(2A) 및 종단면도(2B)로 도시된 정지 상태(resting state)의 스트럿 유닛을 도시한다.
도 3a는 확대된 상태의 스트럿 유닛을 가상도로 나타내고, 도 3b는 압축된 상태의 스트럿을 종단면도로 나타낸다.
도 4a는 스트럿의 추가 구성요소를 도시하는 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 확대 절단도이다.
도 4c는 피스톤의 특징의 개략도이다.
도 4d는 도 4b에 도시된 특정 구성요소의 확대도로서 댐핑 조정에 관한 그래프를 도시한다.
도 4e는 도 4b의 단면의 확대도이다.
도 4f는 다른 형태의 댐핑 조정을 보여주는 도 4b의 단면의 다른 확대도이다.
도 5 내지 도 10은 동적 작동의 다양한 단계에서의 스트럿을 도시한다.
도 11은 연장된 상태의 스트럿에 예시된 유체 유동 경로를 갖는 스트럿의 단면도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스트럿 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 흡수 장치의 하나의 잠재적인 응용의 일반적인 예시를 제공한다. 도 1은 병력 수송 차량 형태의 대표적인 군용 차량의 좌석 배치를 보여준다. 이 경우, 한 쌍의 탑승자(10)가 서로 건너서 오프셋되게 착석한 것으로 도시되어 있다. 여기에서 탑승자(10)는 하이브리드 III ATD(Hybrid III Anthropomorphic Test Devices)로 표시된다. 이러한 ATD는 알려진 인간 충격 내성 특성을 기반으로 한 높은 수준의 생체 충실도로 계기화되어 제공된다. 시스템은 다양한 탑승자 특성을 수용해야 하므로, 탑승자(10) 중 하나는 95번째 백분위수 남성 보병으로 식별되고 다른 하나는 5번째 백분위수 여성 보병으로 식별된다. 두 탑승자(10)는 시트 어셈블리(12)에 위치된다. 차량의 차체는 도시되지 않았지만 시트 어셈블리(12)의 등받이는 하나의 차량 설계에서 탑승자의 상반신, 골반, 척추 및 머리에 작용하는 가속력을 제어하는 데 도움이 되는 에너지 흡수 장치(14)에 의해 차체에 장착된다. 또한, 탑승자의 하지를 지지하는 바닥 구조체(16)도 예시되어 있다. 이 경우, 바닥 구조체(16)의 장착 지점과 차량 차체 사이에서 연장되는 일련의 에너지 흡수 스트럿(18)이 제공된다.
차량 하부 폭발 사건에서, 차량 차체는 상향으로 가속되고, 바닥 구조체(16)와 탑승자의 하지에 작용하는 힘을 제어하기 위해, 에너지 흡수 스트럿(18)은 아래 더 상세히 설명되는 방식으로 연장된다. 이 연장은 탑승자의 하지에 작용하는 가속력을 인간의 허용 한계 내로 줄이기 위한 수단으로 제공된다. 본 발명은 특히 바닥 구조체 및 전술한 응용을 지지하도록 적용된 에너지 흡수(EA) 스트럿(18)이다. 그러나, EA 스트럿(18)의 잠재적인 응용은 훨씬 더 광범위하고, 상기 장치는 동적 입력 특성의 범위에 걸쳐 응답할 수 있는 수동 장치(즉, 무전원)를 사용하여 에너지 흡수 기능이 요구되는 잠재적 응용을 가진다. 설명된 실시예에서, EA 스트럿(18)은 정상적으로는 압축된 상태에 있다. 폭발 사고가 발생한 경우, EA 스트럿(18)은 연장되어 에너지 흡수 변위를 제공한다. 다른 응용에서, 이 구성은 정상적으로 장치가 붕괴되는 동안 발생하는 에너지 흡수에 의해 연장된 또는 완전히 연장된 상태에서 시작하는 장치로 반전될 수 있다. 스트럿(18)의 특정 내부 부품은 여기에 설명된 실시예의 가르침을 고려하여 당업자에게 명백한 문제로 수정될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 정지 상태에 있는 본 발명에 따른 EA 스트럿(18)을 도시한다. 도 2a는 충격 캡(20), 상부 슬리브 베어링(22), 외부 슬리브(24), 리턴 스프링(26), 하부 슬리브 베어링(28), 로드 단부 어댑터(rod end adapter)(30) 및 로드 단부(rod end)(32)를 포함하는 EA 스트럿(18)의 주요 구성요소 중 일부를 보여준다. 도 3a는 연장된 상태의 스트럿(18)을 보여준다.
도 4a 및 도 4b는 EA 스트럿(18)의 추가적인 내부 구성요소를 도시한다. 샤프트(34)는 로드 단부(32)로부터 상향 연장되고 유닛 내에서 동심으로 연장된다. 샤프트(34)는 하부 샤프트(35) 및 상부 샤프트(37)를 포함하는 2개의 섹션으로 분할된다. 충격 바디(54)는 유압 유체로 채워진다(도 5에도 도시됨). 플로팅 피스톤(39)의 사용을 통해 플로팅 피스톤과 유압 유체에 작용하는 원하는 압력을 유지하는 피스톤 위의 가스 공간에 의해 유압 유체 용적부에 압력이 인가되어 유압 유체 용적부 내에 기포의 형성을 제한한다.
다음은 스트럿의 스트로크 이동에 따라 샤프트(34)와 함께 이동하는 구성요소에 대한 설명이다. 하단부에서, 하부 샤프트(35)가 로드 단부 어댑터(30)에 부착되며, 이 어댑터는 다시 외부 원통형 리턴 슬리브(24)에 부착된다. 피스톤 어셈블리(33)가 하부 샤프트(34)에 고정된다. 피스톤(36)의 외경은 원통형 충격 바디(54)의 내부 표면에 대해 밀봉된다.
도 4c는 피스톤(36)의 특정 특징부에 대한 개략적이고 단순화된 예시를 제공한다(도 4c는 다른 도면에 도시된 것과 동일한 구성요소를 도시하지 않음). 피스톤(36)은 상부 챔버(50)와 하부 챔버(52)를 분리한다(도 6에도 도시됨). 이들 챔버는 EA 유닛(18)의 연장 및 후퇴가 발생함에 따라 챔버(50, 52) 사이를 왕복하는 유압 유체로 채워진다. 피스톤(36)은 피스톤(36) 상부 측의 리바운드 심 스택(rebound shim stack)(44) 및 피스톤 하부 단부의 압축 심 스택(46)을 포함하는 접시형(또는 다른 유형) 스프링 와셔의 대향하는 심 스택 쌍과 연통하는 내부 유동 통로를 제공한다. 제1의 일련의 통로(41)가 충격 바디(54)의 하부 공간(52)과 연통하고 리바운드 심 스택(44)의 밀봉 요소에 의해 차단된 피스톤의 상부 표면과 연통하도록 비스듬하거나 경사진 방향으로 배향된다. 이러한 방식으로, 리바운드 심 스택(44)은 본질적으로 체크 밸브로서 작용하여 피스톤(36) 아래에 양의 값의 순 압력이 존재하는 압력 차이가 특정 임계값을 초과하는 경우에만 유압 유체 흐름을 허용한다. 유사한 방식으로, 경사진 통로(43)는 충격 바디(54)의 상부 부분(50)을, 밀봉 부재를 또한 구비하고 리바운드 심 스택(44)과 유사한 방식이지만 반대 유동 방향으로 체크 밸브 역할을 하는 압축 심 스택(46)과 연통시킨다. 통로(41, 43)의 경사진 배향은 반대측 밀봉 요소의 외경을 제거하면서 관련된 밸브 요소에 의한 통로의 폐쇄를 가능하게 한다. 따라서, 리바운드 심 스택(44) 및 압축 심 스택(46)은 양 방향으로 작동하는 압력 편향 체크 밸브로서 작용하고 아래에서 논의되는 동적 고려 사항을 기초로 상이한 임계 차압 개방 지점을 가진다.
도 4b는 EA 댐퍼(18)의 상부 부분에 있는 구성요소의 확대를 제공한다. 앞서 언급한 바와 같이, 피스톤(36)은 아래에 설명된 다른 특징과 함께 EA 유닛(18)의 스트로크 동작 중에 챔버(50, 52) 사이에서 제어 가능한 유압 유체 흐름을 제공한다. 상부 및 하부 챔버(50 및 52) 사이의 유압 유체 유동(심 스택(44 및 46)에 의해 제공되는 압력 제한 유동에 추가하여)을 위한 경로는 상부 밸브 어셈블리(56)에 의해 제어된다. 하부 샤프트(34)는 그 길이를 따라 내부 통로가 있는 중공형이고, 하부 챔버(52)에 노출된 구멍(45)을 가진다. 상부 샤프트(37)는 상부 챔버(50) 내로 유압 유체의 유동 경로를 제공하기 위해 폐쇄 또는 개방될 수 있는 일련의 반경 방향 구멍(58)을 특징으로 한다. 이러한 밸브 거동은 샤프트(34)를 둘러싸는 환형 슬리브 형태인 관성 질량체(60)의 존재 및 이동에 의해 제공된다. 관성 질량체(60)의 축방향 위치는 샤프트(34)에 고정되는 밸브 어셈블리 시트(62), 댐핑 강도 슬리브(64), 댐핑 시작 스페이서(66), 댐핑 슬리브(68) 및 관성 질량 스프링(70)을 포함하는 일련의 요소에 의해 제어된다. 관성 질량 스프링(70)은 관성 질량체(60)에 상향력을 가하여 관성 질량체를 구멍(58)을 덮는 위치로 가압하여 하부 챔버(52)로부터 상부 챔버(50)로의 유압 유체의 흐름을 제한한다. 질량체(60)의 상부 위치는 샤프트 캡(72)에 의해 설정된다. 스프링(70) 및 댐핑 요소(64, 66 및 68)는 후술되는 동적 이벤트에 응답하여 관성 질량체(60)의 운동을 제어하도록 제공된다.
도 4b 및 도 4d-4f를 계속해서 구체적으로 참조하여, 관성 질량체(60)의 운동에 영향을 미치는 밸브 어셈블리(56)의 구성요소의 작동을 추가로 설명한다. EA 장치(18)의 거동을 조정하기 위해, 관성 질량체(60)의 운동은 정밀한 방식으로 제어될 필요가 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상부 샤프트(37)를 따른 관성 질량체(60)의 위치, 특히 구멍(58)에 의해 제공된 유체 유동 경로에 대한 관성 질량체의 위치는 구멍을 통한 유체 흐름을 제어한다. 질량체(60)와 구멍(58) 사이의 중첩 정도는 유압 유체의 유동 저항을 변경시킨다. 본 발명의 응용을 위해, 단순히 관성 질량 스프링(70)에 의해 제공되는 가압만을 의존하면, 원하는 동적 응답 조정이 제공되지 않을 수 있다. 관성 질량체(60)의 이동이 없더라도 관성 질량체(60)의 내경과 상부 샤프트(37)의 외경 사이의 작은 환형 간극을 통해 약간의 유체 누출이 있다. 관성 질량체(60)가 댐핑 슬리브(68) 내로 하향 변위됨에 따라, 밸브 어셈블리(56) 내부에 밀폐된 부피의 유압 유체가 형성된다. 관성 질량체(60)가 하향 변위될 때, 관성 질량체(60)의 외경과 댐핑 슬리브(68)의 내부 보어 사이에 환형 공간이 형성되어 밸브 어셈블리(56)의 내부 용적 내에 유압 유체의 배출을 위한 하나의 누출 경로를 제공한다. 관성 질량체(60)가 동적 이벤트에 응답하여 댐핑 슬리브(68) 내로 더 하향 변위됨에 따라, 환형 챔버 내의 유압 유체는 증가된 압력을 받게 된다. 이 제한된 유압 유체의 추가 제어된 배출은 밸브 어셈블리 시트(62)를 통한 반경방향 구멍(76)에 의해 제공된다.
밸브 어셈블리(56)의 다수의 구성요소는 시스템의 조정을 가능하게 하기 위해 제공된다. 먼저, 위에서 언급한 바와 같이, 관성 질량체(60)와 댐핑 슬리브(68)에 의해 형성된 반경방향 간극은 유압 유체의 배출을 위한 제어된 누출 경로를 제공한다. 도 4e 및 도 4f에 도시된 바와 같이, 관성 질량체(60)가 밸브 어셈블리(56)의 내부 공동으로 들어가기 시작하는 임계값이 존재한다. 댐핑 슬리브(68)가 댐핑 강도 슬리브(64)에 끼워질 때 댐핑 슬리브(68)의 높이를 조정함으로써 이러한 상호 작용의 지점을 제어할 수 있다. 관성 질량 스프링(70)의 예압을 조정하기 위해 심(shim)(미도시)이 제공될 수 있다. 다른 조정 특징부가 도 4f에 가장 잘 도시되어 있으며, 도 4f는 이는 질량체와 댐핑 슬리브(68) 사이의 누출 간극이 관성 질량체가 밸브 어셈블리(56)로 진입하는 정도에 따라 달라지도록 관성 질량체(60)의 하부 스커트 부분이 약간 원추형의 외부 구성을 가질 수 있음을 보여준다. 도 4e를 참조하면, 다른 튜닝 기능이 일련의 반경방향 구멍(78)을 갖고 밸브 어셈블리 시트(62)와 성곽 방식으로 끼워지는 별도의 댐핑 강도 슬리브 부재(64)에 의해 제공된다. 밸브 어셈블리 시트(62)에 대한 댐핑 강도 슬리브(64)의 인덱싱된 위치를 변경함으로써, 부분적으로 또는 완전히 중첩되는 반경방향 구멍(76, 78)을 통한 가변 개방 영역이 제공된다. 도 4d의 그래프는 구멍을 통한 유효 유체 누출 유동 면적을 변경하는 효과를 갖는 시트(62)에 대한 슬리브(64)의 클록 각도(clocking angle) 또는 상대 위치에 관한 것이다.
여기에 설명된 본 발명의 실시예는 개발 시스템에 필요한 넓은 범위에 걸쳐 시스템을 조정하는 능력을 제공한다. 이러한 조정 능력은 위에 설명되어 있다. 그러나, 특정 응용을 위해 설계된 EA 장치(18)에서, 이들 조정 능력은 고정 밸브 관계를 갖는 시스템을 위해 생략될 수 있다. 예를 들어, 슬리브(64, 68)의 2-부품 어셈블리는 스프링(70)에 대해 미리 설정된 예압을 갖는 단일 구성요소를 위해 회피될 수 있다. 이러한 대안적인 실시예에서, 밸브 어셈블리 시트 구멍(76)은 테스트 및 개발 활동을 기초로 고정된 유동 면적을 가질 수 있다.
충격 바디(54)를 포함하는 일련의 추가 구성요소가 충격 캡(20)에 고정된다. 선형 부싱(22, 28)은 충격 바디(54)와 리턴 슬리브(24)가 서로에 대해 병진운동하도록 한다.
상부 슬리브 베어링(22)은 리턴 슬리브(24)에 고정되고, 베어링으로서 작용하여 리턴 슬리브(42)의 스트로크를 허용하고, 하부 단부에서 하부 슬리브 베어링(28)에 의해 지지되는 리턴 스프링(26)을 위한 정지부로서 추가로 작용한다. 따라서, 스프링(26)은 장치에 예압을 제공하며, 이 경우 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 장치를 접힌 상태가 되도록 가압한다.
도 5 내지 도 11은 EA 장치(14)가 폭발 이벤트 또는 다른 힘 입력에 응답하여 연장되어 전체 스트로크 연장된 상태에 도달한 다음 나중에 정지-접힌 상태로 복귀하는 동적 이벤트에서의 EA 스트럿(18)을 통한 단면도를 제공한다. 이들 도면에서의 음영은 상대적인 측면에서 상이한 상태의 다양한 챔버의 유체 압력을 보여준다. 도 5-11은 EA 장치(14)의 상대적으로 움직이는 2개의 유닛, 즉 충격 캡(20)으로 움직이는 유닛과 로드 단부(32)에 고정된 유닛 사이의 상대 속도를 지정하는 속도 벡터 "V"를 지정한다. 벡터 V는 기준 프레임으로부터 표현되는 데, 여기서 로드 단부(32)는 고정되어 있고 V는 로드 단부(32) 및 로드 단부와 함께 이동하는 구성요소에 대한 충격 캡(20)(및 함께 이동하는 구성요소)의 속도를 나타낸다. V>0의 크기는 연장 동적 조건을 지정하고, V<0은 압축 동적 조건을 지정한다. 도 5는 정상적인 도로 상태(V=0, EA 장치가 연장되지 않음)인 상태 #1에 해당한다. 이 경우에, 질량체(60)는 폐쇄 위치에 있고 EA 스트럿(18) 내의 챔버는 장치 전체에 걸쳐 평형의 균일한 압력에 있다.
도 6은 충격 캡(20)이 로드 단부(32)에 대해 상향으로 이동되어 실린더를 연장시키는 장치에 폭발 이벤트 또는 힘 입력이 작용하기 시작하는 바로 그 순간인 상태 #2에 대응한다. 로드 단부(32)에 대한 충격 캡(20)의 이동은 장치에서 압축되는 유압 유체에 의해 저항을 받는다. 이 경우, 충격 캡(20)이 상향으로 당겨지면서(V 위쪽으로) 피스톤(36)이 충격 바디(54)에 대해 하향으로 당겨지고, 압력이 하부 챔버(52)에 형성된다. 이 압력은 샤프트(34)의 내경 및 반경방향 구멍(58)을 통해 또는 압력 차이가 리바운드 심 스택(44)에 의해 제공되는 피스톤(36)에 작용하는 가압력을 극복하는 임계점에 도달하여 피스톤을 가로질러 누출을 제공하는 경우, 2개의 주요 유동 경로 중 하나 또는 둘 모두에 의해 하부 챔버(52)로부터 상부 챔버(50)로의 유체 유동에 의해 제어된다. 이러한 방식으로, 하부 챔버(52)의 최대 압력이 제어될 수 있고 장치의 에너지 흡수 스트로크가 발생할 수 있다. 상태 #2(도 6)에서, 질량체(60)는 전체 기준 프레임에서 위쪽으로 변위되지만 샤프트(34)에 대해 아래쪽으로 변위된다. 질량체(60)는 장치를 가로지르는 에너지 흡수력으로 인해 로드가 격리된 구조체와 함께 위쪽으로 가속될 때 초기에 정지해 있다. 질량체(60)를 지지하는 스프링(70)은 (이동하는 로드와 정지 징량체 사이의 상대 운동으로 인해) 압축되어 질량체를 가속한다.
도 7은 차량이 상향으로 가속된 상태 #2로부터 시간이 경과한 상태에 대응하는 상태 #3을 보여준다. 이 경우, 관성 질량체(60)는 스프링(70)에 의해 가해지는 가압과 댐핑 슬리브(68) 내의 유압력에 의해 부과된 제한에 대항하여 하향 위치로 스트로크하여 반경방향 구멍(58)을 노출시킨다. 이 상태에서, 피스톤(36)에 작용하는 리바운드 심 스택(44)은 극한의 압력 차이를 완화하기 위해 예압이 초과되면 작동될 수 있다. 더 높은 압력(예압 이상)에서 심 스택(44)은 작동 중에 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 변할 것이다.
도 8은 관련된 차량이 감속을 시작하는 상태 #4에 대응한다. 이 상태에서, EA 장치(18)의 상당한 스트로킹이 존재한다. 여기서, 질량체(60)는 폐쇄하기 시작하고, 스트로크 속도가 느려짐에 따라 하부 챔버(52)의 압력이 떨어지기 시작한다.
도 9는 차량 바닥이 차량 속도(V=0)에 도달하는 상태 #5에 대응한다. 이 경우, 질량체(60)는 폐쇄되고, 장치의 스트로크가 최대이다.
도 10은 "자유낙하" 기간에 비해 매우 짧은 초기 폭발 및 충격 및 지상 복귀 이외의 대부분의 이벤트에 대해 중력("자유낙하")으로 감속하는 차량에 대응하는 상태 #6을 나타낸다. 이 상태는 바닥이 차량 속도에 도달한 후에 발생한다. 여기에서 리턴 스프링(26)에 저장된 에너지가 방출되고 EA 장치(18)는 그 정지된 접힘 상태로 복귀하기 시작한다. 이 상태에서, 질량체(60)는 폐쇄되고, 압축 심 스택(46)에 의해 가해지는 가벼운 하중으로 인해 피스톤(36)을 가로질러 유체가 유동한다.
도 11은 장치(18) 내의 유압 유체의 유동 경로를 도시하는 다른 도면이다. 앞서 설명된 2개의 주요 유체 경로가 예시되어 있다. 하나의 유동 경로는 심 스택(44, 46)에 의해 조절되는 피스톤(36)을 가로질러 있고, 다른 유동 경로는 관성 질량체(60)가 정지 위치에 대해 아래쪽으로 스트로크되는 경우 반경방향 구멍(58)을 통해 샤프트(34)의 내부를 통한 것이다.
본 발명에 따른 EA 스트럿(18)의 다른 특징은 굽힘 하중에 반응할 때 높은 모멘트 저항 및 강도를 제공할 수 있는 능력이다. 도 1을 다시 참조하면, 관련 차량에 설치된 위치에서 EA 스트럿(18)은 수직 축에 대해 기울어진 배향으로 위치된다는 점에 유의해야 한다. 동적 이벤트에서, EA 스트럿(18)을 통해 작용하는 하중은 장치의 종축과 완전히 정렬되지 않으므로 장치 자체의 관성 및 이러한 배향으로 인해 동적 굽힘 하중이 부과된다. 충격 바디(54)에 작용하는 상부 슬리브 베어링(22)을 포함하는 피스톤 및 실린더 배열 및 구속은 이러한 능력을 제공하는 것을 돕는다.
도 12는 본 발명에 따른 EA 스트럿 장치(118)의 제2 실시예의 단면도를 제공한다. EA 스트럿(118)은 특정 구성요소의 배열이 그 레이아웃에서 변경되었다는 점을 제외하고는 이전에 설명된 스트럿(18)의 구성과 기능면에서 유사하다. 유사한 구성 또는 기능을 갖는 요소는 이전에 사용된 참조 번호에 100이 추가된 것으로 식별된다. 이 구성에서, 충격 캡(120)은 외부 바디 또는 리턴 슬리브(124)와 일체화된다. 로드 단부(132)는 충격 바디(154)에 직접 결합된다. 선택적인 리턴 스프링(126)이 원통형 충격 바디(154)와 리턴 슬리브(124) 사이의 환형 공간에 제공된다. 이 실시예에서, 환형 공간은 폐쇄되고 유압 유체로 채워진 리바운드 챔버(100)(상부 챔버(50)에 의해 제공되는 것과 기능이 유사함)의 일부로서 작용한다. 압축 챔버(102)는 이전 실시예의 하부 챔버(52)와 기능면에서 유사하다. 이 실시예에서, 샤프트(134)는 캔틸레버(cantilever) 지지되고 압축 챔버(102) 내로 하향 연장된다. 관성 밸브 어셈블리(156) 및 관성 질량체(160)는 압축 챔버(102)에 현수된다. 피스톤(136)은 리바운드 스택(144) 및 압축 스택(146)(이 실시예에서 코일 스프링으로 도시됨)을 포함한다. EA 스트럿(118)은 챔버(100 및 102)의 동심 접힘 또는 중첩을 제공함으로써 선형 길이 면에서 보다 컴팩트한 유닛을 제공한다. 다른 측면에서, EA 스트럿(118)은 관성 질량체(160)의 이동 및 리바운드 스택(144) 및 압축 스택(146)에 의해 제공되는 압력 릴리프에 의해 조절되는 챔버(100 및 102) 사이의 유압 유체의 흐름으로 이전 실시예와 같이 작동한다.
상기 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하지만, 본 발명은 첨부된 청구범위의 적절한 범위 및 공정한 의미를 벗어나지 않고 수정, 변형 및 변경될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 스트럿의 제1 단부와 제2 단부에 부착된 2개의 구성요소 사이의 에너지를 흡수하도록 구성된 에너지 흡수 스트럿으로서:
    내부 실린더와 결합된 상기 제1 단부;
    상기 내부 실린더 내에서 연장되는 중공 로드와 연결된 상기 제2 단부;
    상기 로드에 의해 이송되는 피스톤 - 상기 로드는 상기 내부 실린더의 내경에 대해 밀봉되는 외부 표면을 가지고 상기 피스톤에 의해 경계를 이루는 압축 챔버 및 리바운드 챔버를 형성하고, 상기 로드는 상기 압축 챔버 및 상기 리바운드 챔버와 연통하는 내부 통로를 가짐 -;
    상기 로드의 환형 로드 통로에 대한 폐쇄 위치와 상기 환형 로드 통로를 개방하고 상기 압축 챔버와 상기 리바운드 챔버 사이에서 상기 로드를 통한 유압 유체의 흐름을 허용하는 개방 위치 사이에서 상기 로드 상에서 축방향으로 이동 가능하도록 상기 로드에 의해 이송되는 관성 질량체를 포함하는 밸브 어셈블리; 및
    상기 관성 질량체에 작용하여 상기 관성 질량체를 상기 폐쇄 위치 측으로 가압하는 스프링
    을 포함하는, 에너지 흡수 스트럿.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브 어셈블리는 상기 관성 질량체가 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 이동할 때 상기 관성 질량체를 수용하는 개구를 갖는 댐핑 슬리브를 더 포함하고, 상기 댐핑 슬리브는 유압 유체로 채워진 환형 내부 챔버와 상기 내부 챔버로부터 상기 유압 유체를 배출하는 구멍을 형성하고, 상기 관성 질량체는 상기 댐핑 슬리브로 이동하여 상기 내부 챔버 내의 상기 유압 유체에 압력을 가하여 상기 유압 유체가 상기 구멍을 통해 배출되도록 가압하며, 상기 스프링 및 상기 댐핑 슬리브는 상기 폐쇄 위치와 상기 개방 위치 사이에서 상기 로드를 따른 상기 관성 질량체의 움직임을 제어하도록 결합된, 에너지 흡수 스트럿.
  3. 제2항에 있어서, 상기 관성 질량체는 상기 내부 챔버의 입구 개구에 형성된 플랜지에 의해 수용되는 테이퍼형 외부 스커트를 가지고, 상기 관성 질량체가 상기 내부 챔버 내로 삽입되는 정도에 따라 가변 치수를 갖도록 상기 테이퍼형 외부 스커트와 상기 플랜지 사이에 형성된 간극을 더 포함하고, 상기 간극은 상기 관성 질량체가 상기 내부 챔버로 이동할 때 상기 내부 챔버로부터의 상기 유압 유체의 누출 경로를 제공하는, 에너지 흡수 스트럿.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폐쇄 위치와 상기 개방 위치 사이에서 상기 로드를 통한 상기 유압 유체의 흐름을 위한 유동 영역의 범위를 제공하는 관성 질량체 및 로드 통로를 더 포함하는, 에너지 흡수 스트럿.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피스톤은 상기 압축 챔버와 상기 리바운드 챔버 사이에 제1 피스톤 통로를 가지며, 밀봉 요소를 가지는 제1 스프링 스택을 더 포함하고, 상기 제1 스프링 스택은 상기 피스톤의 양단의 압력차와 상기 제1 스프링 스택에 의해 제공되는 예압을 기초로 개방 및 폐쇄 이동을 허용하며, 상기 개방은 상기 밸브 어셈블리를 가로지르는 상기 유압 유체의 흐름과 무관하게 상기 유압 유체가 상기 압축 챔버로부터 상기 리바운드 챔버로 흐를 수 있게 하는, 에너지 흡수 스트럿.
  6. 제5항에 있어서, 상기 피스톤은 상기 압축 챔버와 상기 리바운드 챔버 사이에 제2 피스톤 통로를 가지며, 밀봉 요소를 가지는 제2 스프링 스택을 더 포함하고, 상기 제2 스프링 스택은 상기 피스톤의 양단의 압력차와 상기 제2 스프링 스택에 의해 제공되는 예압을 기초로 개방 및 폐쇄 이동을 허용하며, 상기 개방은 상기 유압 유체가 상기 리바운드 챔버로부터 상기 압축 챔버로 흐를 수 있게 하는, 에너지 흡수 스트럿.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스트럿을 접힌 상태로 가압하도록 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 작용하는 리턴 스프링을 더 포함하는, 에너지 흡수 스트럿.
  8. 제1항에 있어서, 차량용 폭발 완화 시스템의 일부로서 사용되고, 상기 제1 단부는 차량 바닥에 결합되고 상기 제2 단부는 차량의 차체와 결합되는, 에너지 흡수 스트럿.
  9. 제1항에 있어서, 항공기, 선박 또는 육상 차량을 포함하는 차량용 폭발 또는 충격 완화 시스템의 일부로서 사용되며, 상기 제1 단부는 차량의 제1 지점에 결합되고, 상기 제2 단부는 차량의 제2 지점에 결합되는, 에너지 흡수 스트럿.
  10. 제8항에 있어서, 상기 차량 바닥과 상기 차체에 부착된 복수의 에너지 흡수 스트럿을 더 포함하고, 차량에 작용하는 폭발로 인해 차량 차체가 상향으로 변위되는 경우, 상기 에너지 흡수 스트럿이 연장되어 상기 차량 바닥으로 전달되는 폭발 효과의 차단을 제공하는, 에너지 흡수 스트럿.
  11. 제1항에 있어서, 상기 압축 챔버와 상기 리바운드 챔버가 상기 피스톤에 의해 분리된 동일선상 배향으로 정렬되는 것을 더 포함하는, 에너지 흡수 스트럿.
  12. 제11항에 있어서, 상기 피스톤이 상기 리바운드 챔버를 형성하는 상부 챔버 및 상기 압축 챔버를 형성하는 하부 챔버를 획정하고, 상기 밸브 어셈블리가 상기 리바운드 챔버 내에 위치되는 것을 더 포함하는, 에너지 흡수 스트럿.
  13. 제1항에 있어서, 상기 스트럿은 충격 바디와 리턴 슬리브를 가지며, 상기 충격 바디와 상기 리턴 슬리브는 상기 압축 챔버를 형성하는 상기 충격 바디의 내부와 함께 상기 리바운드 챔버의 적어도 일부를 형성하는 환형 공간을 획정하도록 동축 및 축방향으로 중첩되는 것을 더 포함하는, 에너지 흡수 스트럿.
  14. 제13항에 있어서, 상기 관성 질량체는 상기 압축 챔버 내에서 상기 로드에 의해 지지되는 것을 더 포함하는, 에너지 흡수 스트럿.
  15. 제13항에 있어서, 상기 환형 공간 내에 위치된 리턴 스프링을 더 포함하는, 에너지 흡수 스트럿.
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