[發明專利]一種直升機適墜座椅的動態設計方法

有效

• 申請號: 201611084636.4
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106777579B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 薛美萍;喻國瑞;孔波;王海云;王梅;徐龍起;趙蓉;吳世豪;江秋鑫
• 申請（專利權）人: 中國直升機設計研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本發明提供了一種直升機適墜座椅的動態設計方法，包括獲得墜毀過程中座椅的典型外部沖擊載荷，以典型外部沖擊載荷、人員典型質量、身體典型剛度作為設計輸入，建立系統動力學方程，根據翻卷管吸能器的線彈性剛度，將系統動力學方程變化為分段響應形式，得到離散微分方程組，根據離散微分方程組計算得出人體腰椎在墜毀沖擊過程中出現的動態峰值載荷，根據人體腰椎在墜毀沖擊過程中出現的動態峰值載荷修訂翻卷管參數與座椅剛度。本發明通過對直升機墜毀沖擊過程進行力學建模，從系統動態響應的視角形成適合抗墜毀座椅設計的動態力學模型，通過系統動態響應結果展開抗墜毀設計，能客觀分析出各影響因素對人體腰椎動態載荷的影響，降低設計周期。

技術領域

本發明屬于直升機救生與機上設備系統領域，具體涉及一種直升機適墜座椅的動態設計方法。

背景技術

國內直升機適墜座椅的傳統設計主要是根據人體在墜毀過程中的可承受載荷設計翻卷管吸能裝置的翻卷力：

F_翻卷＝F_{人體可承受}/λ₁

其中：λ₁——動響應系數，根據大量試驗經驗獲得。

國內現有設計方法是一種半經驗的準靜態設計，其設計過程必須通過大量實驗獲得動響應系數，將人體可承受的動態慣性載荷轉化為座椅翻卷管穩定的翻卷力。整個設計過程中人體剛度、座椅結構剛度、以及各種阻尼在墜毀過程中的對人體響應載荷的影響全部由動響應系數決定，座椅各部分(主結構、吸能裝置、束帶裝置)的設計無關聯性，故現有設計方法無法體現座椅結構剛度、以及各種阻尼對人體響應載荷的影響。由于傳統的設計歸根結底是一種靜態的設計方法，很難體現系統的動態特性，且響應系數由試驗給出，設計成本很高。

例如，專利號為CN 103249643A的中國發明專利中提到了一種航空座椅椅盆與椅管的連接固定裝置，其特征在于：在椅盆與椅管間增加一連接裝置裝置，連接裝置采用半圓形卡箍結構，其一端固定在椅盆的底面，另一端與椅管進行裝配的裝配端設有缺口；所述的連接裝置采用彈性材料制成，連接裝置分為兩組，每組均為若干個，每一組的中軸線均在同一條直線上，兩組連接裝置之間的距離等于椅管之間的距離。

再如，專利號為CN201729274U的中國實用新型專利中提到了一種減震彈射座椅，在椅背和椅座上設有橡膠壓縮塊。該實用新型的主要優點是飛行員在遇到彈射等突發情況時，減少受傷的概率。另外在飛行員駕駛戰斗機做正向的大過載時也會減少飛行員的痛苦。在正常駕駛飛機時，飛行員也會感到更加舒適。

再如，專利號為CN201313634的中國實用新型專利提到了一種整體吸能航空座椅，該實用新型采用整體式的椅腿，即前椅腿和后椅腿互相聯系，在飛機墜地過程中，支撐桿可將飛機墜地產生的能量傳遞給斜桿，使斜桿變形，從而有效地吸收沖擊能量，達到保護乘員的目的。

發明內容

為了體現系統的動態特性，本發明提供了一種直升機適墜座椅的動態設計方法，包括：

第一步、獲得墜毀過程中座椅的典型外部沖擊載荷；

第二步、以典型外部沖擊載荷、人員典型質量、身體典型剛度作為設計輸入，建立系統動力學方程；

第三步、根據翻卷管吸能器的線彈性剛度，將系統動力學方程變化為分段響應形式，得到離散微分方程組；

第四步、根據離散微分方程組計算得出人體腰椎在墜毀沖擊過程中出現的動態峰值載荷；

第五步、根據人體腰椎在墜毀沖擊過程中出現的動態峰值載荷修訂翻卷管參數與座椅剛度，設計出具體座椅結構。

優選的是，對設計出的座椅結構進一步包括強度校核。

上述方案中優選的是，所述第五步包括迭代算法進行最優求解。