直升飞机飞行员座椅中的减振装置

摘要

本发明涉及一种减振装置，振动是由于飞机的叶片运动在直升飞机的驾驶员座椅中产生的。这样的装置是以重量轻和成本低的气动系统为基础，它抵消驾驶员经受的振动，因为它抑制座椅结构的运动使振动被气动球吸收并不再传送到驾驶员的身体。另外，该装置包括连接在安全机构和固定支座的支持结构，将它设置在气动被纹管之上和在安全机构上面垂直移动，引导衰减和隔离由飞机旋翼产生的振动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种装置用于减轻由于这种飞机叶片的运动在飞行员座椅上产生的振动。在飞行时，座椅、驾驶杆、总距操纵杆、脚踏板和控制机械把振动直接传送给飞行员的身体，他感受到无休止的振动，这可能给飞行安全造成危险，并随着时间之后造成飞行员的健康问题，特别是脊柱和背部，这要求在身体治疗过程中花费大量的金钱而在某些情况下造成飞行人员的提前退休。

为了减轻与直升飞机飞行员直接接触的各种元件或组件所产生的振动的目的，本发明提供一种装置，它是根据重量轻成本低的一种气动系统，补偿飞行员受到的振动，所有时间它抑制底板或座椅的运动使振动被气动球吸收不再传送给飞行员的身体。

背景技术

一般认为直升飞机有各种各样振源产生的大量振动，从在飞行时由于空气动力的效应，如气动弹性力学和航空力学的不稳定性起源的简单振动，到由马达和旋翼所产生的更大范围的振动。当分析直升飞机的特性时可以观察到在起飞和着陆时振动的强度更大。

由振动产生的作用分为两类：由空气动力原因产生的作用和机械原因产生的作用。所有这些作用造成不同类型的影响，如空勤人员的舒适和效率问题，设备的动态部件和结构的疲劳问题或者电子仪器的精度和效率水平问题。

直升飞机主旋翼产生的振动在3到12Hz（赫兹）的范围内和该频率取决于叶片的数目。这个范围大大低于由尾桨所产生的振动，尾桨诱发的振动在20到25Hz之间。产生的振动以低频振动的形式传送通过飞机机身并对直升飞机的控制、子系统的操作和空勤人员的舒适度有不利的影响，在双叶旋翼的飞机中，如UH-1H直升飞机影响最为严重。

可把振动定义为固体质点围绕它们平衡点的振荡运动。技术上几乎不可能建造一种机器它将能量从一个地方移动到另一个地方而没有某种类型的振动伴随的效果。运动部件越大，产生振动的可能性就越大，通常还伴随着噪音。

振动对人身体的影响取决于幅度和持续时间。由于对人身体可能有不利影响的关系，低频振动（1-100Hz范围）对空勤人员最为有害。当研究振动的特性时重要的是考虑到4个方面：大小、频率、方向和持续时间。

所以，在直升飞机飞行时存在的较大问题之一是主旋翼和尾桨产生的振动，它们直接传送给飞行人员，特别是驾驶员和副驾驶员，所有时间这些空勤人员的座椅都直接连接在上述旋翼的梁上，它们是飞机机架的一部分。在这种情况下，飞行员每次驾驶直升飞机，叶片的运动将被直接传送到他的座椅因而传给他的身体，这导致将来严重的健康问题。

由于这种情况，专门从事航空航天医学研究的医疗中心对飞行员的健康和身体的整体状况进行了连续的跟踪研究，把重点放在直升飞机飞行员,因为他们在更大程度上经受暴露在有害的振动中。在这组人群中观察到的主要结果是通常发现反映在腰椎的问题占63%，随着连续暴露在飞机产生的振动中产生更高比例的加重病例，甚至造成不可逆的伤害。除了影响飞行员的腰部之外，振动还影响视觉的敏锐性、马达的功能和定位，在飞机操作中产生风险。

用同样的方式，在旋翼飞机的世界和在航空航天医学领域内，对直升飞机的振动和对飞行员身体造成的影响的研究已经给予特别的兴趣。航空航天医学把他们的努力集中在提高飞行员在飞行中保持良好姿势重要性的认识上和对由振动造成病痛的空勤人员保持每日更新他们的数据库。同时，在设计和技术开发的另一个层面，已经把努力集中在寻求使发动机操纵盘产生的最大振动最小化的各项措施并已经改良飞机的设计以便提供更舒适的飞行。

按照Colegio Oficial de Pilotos de la Aviacion Comercial (COPAC) (民用航空驾驶员的官办学校)，奥地利军队的研究主要集中在直升飞机座椅，考虑到国际标准化组织的特征数据，ISO 2631，指导对整个身体暴露在振动中对人体影响的评价。例如，已经证明，在海岸区非常有用的型号“Bell 212”飞机在用100节速度飞行时在座椅下地板的振动达到12Hz。

当对实际飞行中的飞机和座椅板上传感器进行分析时，观察到座椅增加振动幅度峰值，意味着，座椅对座椅上的飞行员有明显的负面影响。为了校正它，奥地利军队减小“Bell 212”的最大飞行速度到90节。对每架直升飞机，飞行员座椅的振动频率都是不同的并与旋翼的叶片数目有关，如对双叶直升飞机象UH-1H的估计值是12Hz。

在“飞行员”杂志上出版的一项研究中，丹麦声学学院在1986年9月进行一项职业上全身暴露在振动中的生理影响的研究，用“Bell 212”和“AS332 Super Puma”的10位飞行员，后者是特性与UH-1H比较相近的中等尺寸的直升飞机，每天飞行的持续时间在3到6小时之间，得到的结果是，用按照ISO 2631的负荷过滤器测量到的直升飞机的振动非常接近于有叶片转动频率的纯正弦暴露，在Bell 212飞机情况下这频率是11Hz，它使飞行员产生身体不舒服。

同样，在对美国海军802位飞行员进行的检查中，72.8%的人在直升机飞行中一次或多次感受到背部不舒服。按照在上述研究中得到的数据，振动产生大量的各种各样的症状，因为数据表示在经受背痛之前应该存在最小的暴露到飞行持续时间中。结果，它确定在开发新的飞机座椅设计时有两个基本因素应该考虑和这两个因素与直升飞机飞行员中大多数背痛的案例有直接关系，它们是在飞行中飞行员的姿势和暴露在由座椅、驾驶杆和脚踏板传送的振动中。

因此，有必要考虑能减轻由直升飞机主旋翼和尾桨产生的振动，而无需修改飞机这两个主要部件任何一个的装置或系统。

在这种情况下，在目前的技术条件下，有各种类型的减振系统用于安装在直升飞机驾驶员的座椅中。在欧洲专利EP 1392987中找到其中一个，它称为振动吸收装置用于减轻直升飞机中的振动和包括将机械能转换成电能的装置。这装置被安装在连接在飞机结构的底板上和它的减振效应是根据使用在至少一根弹簧中悬挂磁性电路，其中将所有的装置安装在直升飞机的主旋翼中。

按照前述文献描述的发明的应用中存在的主要缺点之一是，将减振系统安装在飞机的外面，特别是在主旋翼中，这使这种装置的安装和维修成本提高。还有，由于飞机需要包括外部装置，它影响到叶片的性能从而产生风险。

在另一方面，欧洲专利EP 1659309报告一种减振设备用于减轻由直升飞机旋翼运动产生的振动，其中这样的设备包括在减振室内运动液压流体的活塞，它通过这种流体的压力抵抗该活塞的运动，它提供作用与活塞运动相反的减振力减轻或抵消由飞机旋翼产生的振动。

上述文件中描述的发明其主要的缺点是振动吸收系统的复杂性，它必需包括直升飞机不适合使用的液压流体，使得包含这样的流体的该室可能遭受冲击引起破裂让流体流出从而诱发直升飞机旋翼的各种问题。

考虑到上述的信息，很清楚在现有技术条件下需要设计和实施一种装置以便减轻由直升飞机旋翼产生的并通过飞行员座椅直接传送给他的振动，其中这样的装置不会影响飞行的机械，不会影响飞行员的舒适，它是很容易安装和维修和还是不贵的、可移动的，以及可以安装在任何类型的直升飞机中,和适合任何飞行员，不管他的体重和身体素质。

附图说明

通过各附图可用更好的方式理解本发明，图中表示组成要保护的直升飞机飞行员的座椅中减振系统的每个元件。还有，各图表示构成这样的系统的每个元件的指定参考数字。

图1表示连接在飞机座椅支持的本发明减振装置的总图。

图2表示连接在飞机座椅支持的本发明减振装置的前视图。

图3表示飞行员座椅没有减振装置时的总图。

图4表示该减振装置的气动设计图。

图5表示直升飞机、旋翼传动装置结构和对飞行员座椅振动的总示意图。

图6表示按照标准ISO 2631-1978飞行员可以承受的最大飞行时间的推荐数据图。

图7表示本发明装置的座椅适配机构的同心圆筒体细节图。

图8a表示从波纹管到直升飞机座椅的支持结构的顶视图。

图8b表示图8a的支持结构的前视图。

图9表示将座椅固定在飞机地板上的本发明装置的安全机构和固定支座的总图。

图10表示安全机构和固定支座和从波纹管到座椅的支持结构在这样的机构没有起动时的细节图。

图11表示安全机构和固定支座和从波纹管到座椅的支持结构在这样的机构已经起动时的细节图。

图12表示飞机座舱有实施的减振装置但没有驾驶员和副驾驶员座椅的后透视图。

图13表示飞机座舱有包括驾驶员和副驾驶员座椅的减振装置的后透视图。

具体实施方式

本发明减振装置的目标是使直升飞机飞行员的座椅与这个飞机的地板隔离，其目的是使移动座椅的轨道停止行为象它们是直升飞机地板的一部分。当将座椅从地板抬起时，需要对这样的轨道进行重新设计，从而使这些轨道能配合减振机械，该减振机械不会限制座椅的水平运动和影响飞机的指令机构，特别是总距操纵杆，发现它非常接近该座椅的底板结构。

直升飞机驾驶员座椅中的减振装置包括如下元件或部件：

· 位于直升飞机座椅结构下面的气动波纹管（1），它的作用为座椅的减振系统把座椅抬起在飞机的地板之上，其目的是抵消由直升飞机旋翼产生的振动。

· 止回阀（2），它确保波纹管（1）的空气不回流，保证维持波纹管的压力和使直升飞机的振动减轻和不会传送给飞行员的座椅。

· 电磁阀（3）。

· 压力调节阀（4）。

· 通过止回阀（2）和压力调节阀（4）向波纹管（1）供应空气的泵或压缩机（5）。通过压力调节阀（4）控制这个泵或压缩机（5），其目的是按照飞行员的体重和身体条件向波纹管（1）供应足够数量的空气以便抬起座椅。

· 座椅（6）的配合机构，能将减振装置安装在飞行员座椅的下部，特别使座椅连接到轨道（602）。

· 固定机构（7）和固定支座，它隔离座椅从而当波纹管（1）中突然失去空气压力时使座椅不会直接放置在飞机地板上，从而避免由于这样的失压造成的冲击通过座椅直接传到飞行员的脊柱。

在本发明的一个模式中，减振装置有最大高度10cm，这个距离是从机舱地板到座椅的最小高度。该装置还必须保持最小的力为1583.77N（牛顿），它等价于由飞行员和座椅的重量所加的力。

减振装置的工作压力不大于0.8Mpa（兆帕斯术），这是波纹管（1）承受的最大压力。为了将波纹管（1）连接到止回阀（2），有必要使用聚氨酯软管进行气压连接，它能抗1.2MPa的压力。这些软管有不同的外直径和由很轻的合成材料制成和必须很柔软以便能形成曲线而不会影响空气的流动，所以很容易安装在飞机内部。为了达到这些条件，工作的管子外径在4-8mm之间，优选为6mm，它是波纹管（1）的入口管直径。

气动波纹管（1）是简单的圆形减振机械，它的尺寸按照要减振系统的所需规格而变化。这种类型的波纹管（1）有重量在800和1000克之间。优选地为900克，和有两个优选地用镀锌的钢制成的固定表面，上表面（101）和下表面（102）和连接止回阀（2）的空气入口（103），这样避免流体流向相反的方向，保证气动波纹管（1）不会由于加力而失压。

优选地，止回阀（2）是可开启的止回阀（2），使之有可能通过调节消除堵塞，保证该装置可以逐渐适应每个飞行员的身体条件。这些阀通常工作的管径是8mm，它要求1/4英寸的快速接头，使该阀配合所需的管子。

止回阀（2）通常在它的入口有流量以便能让空气进入到波纹管（1），但在释放压力的时刻其目的是使系统逐渐减压到较小的压力，它必须有仅用于释放的流量。这需要使用飞行员电磁作用阀（3），通过弹簧的作用回复，通常3/2闭合，它适合止回阀（2）上气动指令的功能。

可以使用电磁阀或机械驱动阀（3），对流过系统的空气流量进行控制，它有较高的可靠性并能为飞机中所需其他类型的应用接着进行自动化。这些电磁阀（3）可用24V供电，这是直升飞机可供的电压，它们发生的信号通过简单的起动器输入该装置并很容易操作。所以需要通过止回阀（2）的作用来控制空气流动的方向，其目的是保证波纹管系统（1）稳定在所需的压力。

图4表示阀（3）怎样与阀（2）和波纹管（1）互相作用。可以观察到，每个电磁阀（3）控制空气输入到波纹管（1）和用这样的方式安装使得一个阀（3）控制释放而另一个控制供气。当起动供气电磁阀（3）时它让空气到达止回阀（2），但没有高到它的释放值，这使波纹管（1）达到在所需压力下的平衡获得系统的稳定。当执行飞行时，该系统不会影响飞机的任何指令控制并且它的安装很简单。遇到需要再次将波纹管（1）逐渐降压到较低压力时，仅起动控制止回阀（2）释放的阀（3），通过它将空气从波纹管（1）释放到大气。

通过泵或压缩机（5）给系统供气，泵或压缩机是可移动的和处理的压力高至2.07Mpa。为了达到气动系统的稳定，通常使用储气筒，将它装在压缩机内，它负责补偿压力振荡并用作存储，要求该存储能补偿压缩空气消耗峰值，当需要有足够的压缩空气供给起动器以便执行快速循环的工作时能供给足够的空气，如将波纹管（1）用在减振系统中。

当波纹管（1）工作在0.8Mpa压力下时，这是它们操作允许的最大压力，它们有最大容积0.8L（升）优选地使用5L的储气筒供气给系统而无需使用压缩机（5），当压缩机（5）出故障时用该储气筒可作为自备气源。

另一方面，输入到波纹管（1）的空气流量必须由电动压力调节阀（4）控制，从而获得按照需要增加或减少进入波纹管（1）的空气流量。减振装置有一种机械能逐渐减少到阀的空气输入压力，用压力计可以观察。

为了保证气动减振系统的工作，在飞行员座椅中安装波纹管（1）要求修改支持它的轨道，这通过座椅的匹配机构（6）来实现。在图8a和8b中表示这样的匹配机构（6）和它有4个圆的圆筒（601）作为导架，其高度在2.5和3.5cm之间，优选地是2.9cm。这些圆筒是用与座椅相同的材料制成并直接连接在支持飞行员座椅的轨道（602）中，保证它在水平轴线上运动。如在图10中观察到的那样，这些圆筒（601）允许座椅在固定机构和固定支座（7）上在垂直轴线上自由运动，但限制在任何其他轴线上的运动并有故障锁（7）保证在可能冲撞的情况下座椅的稳定。轨道（602）依靠4个圆筒（601）构成的结构保持稳定，4个圆筒（601）与设置形成X形并通过中心平台（607）连接的4根连杆（606）连接，波纹管（1）通过与螺栓工作的2个穿孔（608）连接到中心平台而同样不会影响止回阀（2）的连接。这样，波纹管（1）刚好位于高出轨道的汇聚点的中心，当波纹管在它的最大伸长时，将座椅与地板分离约1.8cm。

用这样的方式按限定的倾斜角建立X形的结构，使得当发现波纹管（1）在它的最大伸出位置时座椅从地板提升约1cm高度。这种提升能让座椅长久地保持与地板分离，减少令人讨厌的振动。

圆筒（601）必须允许座椅最大的垂直移动，后来将由波纹管（1）控制该移动但必须保证当飞机偏航或改变它的重心时，圆筒（601）不会与导架锁定，避免垂直位移。为了保证这种运动，插入一如柔性轮毂的系统，它由两个圆筒组成，内筒（603）和外筒（604）有相同的长度但不同的直径，同心定位并使它们的终端齐平。这些圆筒（603、604）通过第3个橡胶弹性圆筒（605）相互连接，这允许内筒（603）在3个轴线上可略为移动，用这种方式避免该系统与导架锁定。

外圆筒（604）在它的内侧包含能在任何方向轻微变形的弹性体圆筒（605）。由这些与圆筒（601）一致的圆筒，连接到容纳波纹管的结构，如在图8a和8b中所示该结构由组成X形的4根铝连杆（606）组成。

当波纹管（1）的压力降低时，它的相对高度也降低并造成轨道略为接近地板直到它到达它的最低高度，该高度在4和6cm之间，优选地为5cm。当到达这个高度时起动安全机构（7），当到达最小高度时安全机构负责把座椅重新固定在飞机的地板上。

安全机构(7)基本上包括4个组件它们是：轨道导架圆筒（705），它把其他的元件都存储在它的内部；锁的支持圆筒（706），它把销钉（701）保持在销钉位置中确保如果需要销钉可随时触发；销钉（701）和导架圆筒的盖（703）。轨道导架圆筒（705）用与轨道相同的材料制成并负责使座椅不会承受很大的纵向位移。通过4根螺栓将这个导架圆筒（705）连接在飞机机舱的地板上，螺栓将整个结构固定到直升飞机。

必须将圆筒（706）放入到导架圆筒（705）的内部，圆筒（706）的主要作用是将销钉（701）保持在指定的位置以便它正确地操作，由于这个原因它必须有在35和40mm之间的高度，优选地为38mm。当将销钉（701）插入到导架圆筒（705）内时这个销钉与它出口的开孔（704）完全相合。该锁分为两部分，销钉（701）和它的壳体（703），壳体也是圆筒（705、706）的盖。在图7中可以看到壳体（703）和它负责保证销钉（701）总是在准备触发的状态并将销钉的运动限制在只有一个方向上。壳体（703）在它的后部有小的垂直壁，它用作保持销钉（701）的微型板的支持点，从而它保证销钉的弹簧（702）工作象压缩螺旋弹簧带有静态的能量。这个壁允许弹簧（702）有最大行程在12和18mm之间，优选地为15mm，该数值等于通过拉出销钉（701）起动锁时的值。

安全机构（7）是以销钉（701）和弹簧（702）为基础的简单机械，如使用在门板上的那种，将它设置在飞行员座椅结构的每个轨道导架圆筒（705、706）内。在图9、10、11中可以看到这种机械的安装，图中可以看到安全机构（7）保证当轨道（602）下降到临界高度，即低于销钉（701）所在的高度时，销钉通过孔（704）突出并弹出锁住圆筒（601）的垂直运动和与它一起的座椅的垂直运动。可以重新起动安全机构（7），人工将销钉（701）拉回到导架圆筒（705、706）内，用它释放圆筒（601）在轨道（705）上进行移动。

在图12和13中表示位于驾驶员和副驾驶员座椅下所有减振装置部件的最后安装，用这种方式配置各个元件使它们不会影响飞机的各个固定部件，如驾驶杆（11）、总距操纵杆（12）和仪表板（13）。通过将减振装置的这些部件安装在飞机的特定点上，与当代技术中现有的系统比较，证明它的装配很简单，占用的空间很小，和这个装置使飞机的总重量减轻。

在本发明的替代方案中，可用不同于空气的流体充满波纹管（1），它们可以是另一种气体或液态物质。