用于外部碰撞衰减气囊的恒定面积排气口

摘要

外部碰撞衰减气囊包括可充气囊袋，其在飞机外部可充气，以使得可充气囊袋在充气时大致位于飞机和碰撞表面之间。气囊包括配置成在预定破裂压力下破裂的排气口，排气口设置在可充气囊袋的侧面部分。气囊还包括邻近于排气口设置的排气口支架，排气口支架配置成防止变形并且由此维持排气口的排气面积的有效性。

说明书

技术领域

本申请的系统涉及交通工具的外部安全气囊。尤其是，本申请的系统涉 及用于飞机的外部气囊的恒定面积排气口。

背景技术

传统的气囊制造成具有多种形状和尺寸。传统的气囊具有弹性的排气 口，其在碰撞衰减过程中易于塌缩。尽管气囊系统的发展已经取得了显著的 改进，仍然存在许多缺点。

附图说明

被认为是本申请特有的新颖性特征在所附的权利要求中提出。然而，系 统本身及其优选的应用方式，以及进一步的目标和优点将在参考下面的详细 说明并结合附图而获得最好的理解，其中参考标记数字最左侧的标记数字表 示各个参考标记数字首次出现的附图，其中：

图1为装备有根据本申请的优选实施例的外部气囊组件的旋翼飞机的透 视图；

图2为图1所示的飞机的程式化立体图；

图3为处于压缩中的外部气囊的示意图；

图4为根据本申请的优选实施例的外部气囊组件的透视图；

图5为图4的外部气囊组件的侧视图；

图6为图5的排气口组件的详细视图；

图7为图6的排气口组件的部分详细视图；

图8为根据本申请的优选实施例的排气口支架的详细视图；

图9为根据本申请的替代实施例的排气口支架的详细视图；

图10为根据本申请的替代实施例的排气口支架的详细视图；并且

图11为根据本申请的替代实施例的排气口支架的详细视图。

尽管本申请的系统和方法易受各种修改和替代形式的影响，其具体的实 施方式通过图中的例子被示出并且在这里进行详细的描述。然而应当理解的 是这里对具体实施方式的描述并不是为了将本发明限定到公开的特定实施 方式，而恰好相反，本发明如所附的权利要求所限定的旨在覆盖落在本申请 的精神和范围内的全部修改，等同，以及替代的方案。

具体实施方式

本申请的系统和方法的说明性实施方式将在下面进行说明。可以意识到 的是在任何实际实施方式的发展中，为了实现开发者的具体目标，将作出多 种具体实施决定，例如服从组件相关和商业相关的约束条件，其将从一种实 施方式变化到另一种。更多的，可以意识到这种发展效果可能是复杂和耗时 的，但是仍然是享有本公开的益处的本领域普通技术人员所必须经历的常规 程序。

在说明书中，如在附图中描绘的，参考标记用于标示各种组件之间的空 间关系以及组件的各种方位的空间指向。然而，如本领域技术人员在完整地 阅读了本申请之后能够认识到的，这里描述的装置，元件，设备，等等可以 设置成任何期望的指向。由此，诸如“内侧”，“外侧”，“上方”，“下 方”，“上部”，“下部”或者其它类似的用于描述各种组件之间的空间关 系或者用于描述这些组件的方位的空间指向的术语的使用应当理解为描述 组件之间的相对关系或这些组件的方位的空间指向，因为这里描述的装置可 以指向任何期望的方向。

图1示出根据本申请的包含有碰撞衰减系统的旋翼飞机101。旋翼飞机 101包括机身107和尾梁109。旋翼系统103为旋翼飞机101的飞行提供提 升和推进力。飞行员坐在位于机身107的前方部分的座舱113中。起落装置 111从机身107的下部延伸用于将旋翼飞机101支撑在硬的表面上，例如地 面。至少一个气囊组件105设置成接近于机身107的下部。每个气囊组件105 可以从外部安装，如图1所示。可替代地，每个气囊组件105可以采用有形 的盖从内部安装以使得气囊可以展开到飞机101的外部。应该意识到即使起 落装置111被描述为滑动齿轮，本申请的系统可以应用在具有其它类型的起 落装置（例如伸缩起落架）的旋翼飞机中。

旋翼系统103，驱动系统，或其它任何飞行关键部件的故障可能迫使飞 机从处于比期望值更高的速度的高度下降。如果旋翼飞机以过高的速度碰撞 撞击表面，旋翼飞机101的使用者可能由于突然的减速力而严重受伤。进而， 这种碰撞可能使旋翼飞机101由于施加在旋翼飞机101上的减速力而严重损 坏。为了减小这些力，碰撞衰减系统包括至少一个气囊组件105。每个气囊 组件105包括在碰撞前进行充气的可充气的气囊囊袋121。每个气囊在碰撞 过程中排气用于能量衰减，部分地防止不期望的反弹/二次碰撞以及避免发生 翻滚和倾翻。在图1中，每个气囊组件105被示出处于未充气的收起状态。 旋翼飞机101优选地包括成两排排列的六个气囊组件105，每排具有三个气 囊组件。然而，应该意识到每个气囊组件105的数量，尺寸，以及其它特征 可以根据特定的飞机而变化。每个气囊组件105在碰撞衰减过程中吸收和耗 散特定数量的动能；如此，气囊组件105的结构和数量至少部分地由飞机的 质量驱动。本系统能够用在多种不同类型的飞机上，例如，直升机，固定翼 飞机，以及其它飞机，并且尤其是旋翼飞机。

现在参照图2，气囊组件105被示出与旋翼飞机101示意性地结合。每 个气囊组件105被示出完全充气并且安装到机身107的下部。图2还示意性 示出根据本申请的碰撞衰减系统的其它部件。被示出安装在机身107内部的 计算机控制系统115控制与每个气囊组件105相关联的部件的运行。气体调 节器119与每个气囊组件105可操作关联，用于控制一个或多个为每个气囊 囊袋充气的气体发生器。此外，碰撞衰减系统具有传感器系统117，用于探 测碰撞条件，例如下降速度和/或接近地面。传感器系统117还具有水探测系 统（未示出），其可以具有安装在机身107上用于探测迫近的水中碰撞的传 感器。气体调节器119、每个气囊组件105的各部件，以及传感器系统117 与控制系统115相通讯，允许控制系统115与监视器通讯，并且控制这些附 加部件的运行。此外，控制系统115可以与飞行计算机或其它系统相通讯， 使飞行员能够控制碰撞衰减系统的操作。例如，飞行员可以装配有撤销，解 除，或装备碰撞衰减系统的装置。

图2所示的传感器系统117为了方便起见作为一个分立元件。然而，应 该注意到传感器系统117的实际实施形式可以包括位于旋翼飞机101的各个 位置处的多个部件。传感器系统117例如可以包括，用于探测俯仰和滚动姿 态，俯仰和滚动速度，空气速度，高度，下降速度，碰撞表面的流体，以及 碰撞表面的倾斜的传感器。

对于每个气囊组件105来说所期望的是，在碰撞过程中尽可能有效地衰 减能量。由于每个气囊组件105被飞机所承载，每个气囊组件105理想地在 提供最大化的能量衰减的同时为飞机增加的重量最小化。此外，不必要的沉 重气囊组件105提高了支撑重量所需要的机身结构，并且降低了旋翼飞机101 的有效载荷能力。再者，有效的外部气囊比效率较低的气囊具有更低的剖面， 由此在收起位置和充气位置都可以减小气动阻力。

本申请包括特定的气囊排气系统，其能够比其它排气系统提供更好的能 量衰减，以及翻滚和倾翻稳定性。更具体地，在碰撞着陆的过程中从气囊内 部排放加压气体是提供最佳的能量衰减和飞机稳定性中重要的一部分。而 且，正确的排气降低了在排气口塌缩时可能发生的高峰值加速度，这将在碰 撞衰减过程中导致堵塞并且降低排气口自身的效率。

参照图3，气囊301被描绘用于例示可塌缩气囊排气口303。特定的气 囊形状，例如圆柱形气囊301，易于围绕气囊在圆周方向上施加压力。在碰 撞过程中，飞机表面305和地面表面307快速地压缩气囊301致使气囊301 沿着方向311进行压缩。在气囊301的压缩过程中，压力增加直到排气口303 达到破裂压力。排气口303配置成释放压缩气体以耗散能量。然而，排气口 303的开口产生前面提到的圆周压力，并且导致圆周变形309。变形309致 使在气囊301沿着方向311压缩的过程中排气口303趋于塌缩。排气口303 的塌缩阻止了所期望的加压气体的释放，由此导致在碰撞过程中影响飞机的 减速。高峰值加速度导致在碰撞过程中的生存性更小。如此，对排气口303 来说，期望其保持在打开位置。更具体地，希望开口303的面积在气囊301 的压缩过程中保持不变，由此在发生碰撞的情况下提供可预见并且有效的能 量衰减。

现在参照图4，示出气囊组件105。气囊组件105被描绘成具有双圆柱 结构。圆柱形状气囊为外部气囊有效的形状，因为圆柱形能够促进沿着垂直 圆柱的中心纵向轴线的压缩，其通常垂直于飞机。这种圆柱形状通过为飞机 提供近似于直线减速度而提供一种有效的能量衰减形状。气囊组件105为双 圆柱结构，因为这种形状为飞机底部提供最佳的覆盖，同时还能获得圆柱形 气囊的效率。然而，应该意识到气囊组件105可以是任意的形状。

仍然参照图4，气囊组件105包括气囊囊袋121，其由相对无孔的弹性 材料制作而成。在优选的实施例中，气囊囊袋121由包括弹性材料，例如凯 夫拉（Kevlar）和/或维克特拉（Vectran）的织物形成。气囊组件105包括配 置成将气囊囊袋121连接在机身107下方的基板127。更具地体，基板127 连接到气囊囊袋121的顶面部分129。基板127优选地为刚性结构，其还作 用为至少部分地限定顶面部分129。横向面板基本上将气囊囊袋121分隔成 两个圆柱形部分，第一圆柱形部分125a和第二圆柱形部分125b。

现在参照图5和6，对气囊组件105进行进一步的详细描述。气囊组件 105包括至少一个排气口组件123。如图1所示，在运行中，每个气囊组件 105以未充气状态存储于旋翼飞机101的机身107下方。当探测到紧急碰撞 情况时，每个气囊囊袋121在碰撞前被完全充气。在优选的实施例中，气囊 囊袋121被充气到某一初始压力。在优选的实施例中，每个排气口组件123 配置成在某一压力下在排气口破裂部分605破裂，由此在碰撞循环中从气囊 囊袋121内部释放气体。应该意识到也可以使用替代的破裂压力。气囊囊袋 121的压缩是在旋翼飞机101和碰撞表面之间实现的，碰撞表面例如是硬的 表面，软土，水，仅举几例。

排气口组件123包括用于在气囊囊袋121的压缩过程中维持排气开口 803的面积不变的排气口支架601。更具体地，排气口支架601通过阻止排 气开口603由于圆周应力发生变形，而将排气开口603的开口面积保持不变。 排气口支架601优选地为刚性材料，例如复合材料，塑料，以及金属，仅举 几例。排气口支架601可以以多种方式连接到气囊囊袋121。例如，图7示 出将排气口支架601连接到气囊囊袋121的典型结构。气囊囊袋121的材料 被建造成使支撑部分607设置成穿过排气口支架601的内部，接着折叠排气 口支撑，并且连接到气囊囊袋121。如图7所示，排气口支架601的六边形 形状提供六个支撑部分607，每个支撑部分与排气口支架601的每个边缘对 齐。此外，多个缝合部分609用于将每个支撑部分607连接到气囊囊袋121， 由此限定排气口支架601。应该意识到排气口支架601可以以多种方式和结 构连接到气囊囊袋。此外，图8详细示出排气口支架601。

图9-11示出排气口支架601的替代实施形式。例如，排气口支架901 为环形形状。排气口支架1001为环孔形状。应该意识到排气口支架可以是 多种形状，同时还可以提供足够的刚性，以保持排气开口603使其避免塌缩。

图11示出排气口支架601的另一个替代实施形式。排气口1001包括上 部和下部，它们在每个侧面上通过铰链1003连接。如图1所示，铰链1003 允许排气口支架1001在气囊组件105封装处于未充气状态时发生塌缩。一 旦气囊充气，每个铰链1003允许排气口支架1001的上部和下部打开。此外， 每个铰链1003包括锁闭机构以使得排气口支架1001锁闭在打开状态，使得 其不能返回到折叠位置。

本申请的气囊组件具有显著的优点，包括提供具有排气口支架的排气口 组件，排气口支架在气囊囊袋压缩的过程中保持排气口面积不变。

上面公开的具体实施例仅仅是示意性的，本申请可以以对享有这里的教 导的利益的本领域技术人员来说现已建的不同但是等效的方式进行修改和 实施。此外，除了下面在权利要求中描述的，这里示出的结构或设计的细节 并不是限制性的。因此显而易见的是上面描述的具体实施例可以被改变和修 改并且全部的修改都被认为位于本申请的范围和精神之内。相应地，这里寻 求的保护在下面的权利要求中提出。显而易见的是描述和示出的系统具有显 著的优点。尽管本申请的系统以有限数量的形式被示出，其并不限于这些形 式，而是可修改的具有各种改变和修改而不会脱离本申请的精神。