Результат интеллектуальной деятельности: КРЕСЛО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА И КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ, ОБОРУДОВАННЫЙ ЭТИМ КРЕСЛОМ

Изобретение относится к креслу, предназначенному для установки в космическом аппарате, и к космическому аппарату, оборудованному таким креслом.

Изобретением поставлена задача снижения влияния перегрузок на находящихся в креслах людей. Эта проблема существует, в частности, в области космических полетов, причем как для ракетных космических аппаратов, так и для космических самолетов (способных совершать полеты за пределами атмосферы, например, на высоте примерно 100 км). Во время взлета или спуска перегрузка может достигать от 5 до 10 g в течение нескольких десятков секунд. Если для профессиональных пилотов, которые до настоящего времени были единственными, кто участвовал в космических полетах, комфорт практически на имеет значения, то с учетом возможности полетов обычных пассажиров и даже туристов появилась необходимость в усовершенствовании известных конструкций, либо для повышения комфорта в существующих условиях полетов, либо для обеспечения полетов при более высоких перегрузках, чем существующие сегодня, либо для обеспечения большего запаса надежности с учетом непредвиденных обстоятельств, таких как аварийные ситуации.

Это и является основной задачей настоящего изобретения. Второй задачей является разработка оригинальной компоновки кабины и расположения кресел в космическом аппарате, в частности, в космического самолете, то есть летательном аппарате, имеющем вид классического самолета, но выполненного с возможностью полетов в пограничных слоях атмосферы или даже выше. Для обеспечения необходимых ускорений такой космический самолет может быть оборудован, например, ракетным двигателем.

Хорошо известно, что человек легче переносит перегрузки, действующие в направлении «грудь-спина», чем в направлении «голова-ноги», поскольку в первом случае при одинаковом значении перегрузки позвоночник оказывается менее нагруженным. Кроме того, согнутое положение тела является более предпочтительным, чем положение тела, выпрямленного в неблагоприятном направлении. Известны конструкции кресел, учитывающие эти обстоятельства с целью лучшего противодействия перегрузкам путем изменения формы или положения обычных кресел. В документе US 2304781 предложено ориентировать тело перпендикулярно к направлению действия перегрузки, а кресло выполнено с возможностью трансформации из вертикального сидячего положения, используемого в обычных обстоятельствах, в полностью вытянутое лежачее положение, используемое при сильных перегрузках. Согнутое положение было предложено в документе US 4301983. Согласно решению, предложенному в документе US 5064146, пилот в кресле занимает неизменное положение, среднее между вытянутым и согнутым, но наклон кресла меняется таким образом, чтобы придать телу наиболее благоприятное направление.

В документах US 4243024, US 2006/0237586 и US 2006/0145021 раскрыты другие решения для улучшения комфорта полета с учетом перегрузок или вибраций, либо при помощи противоперегрузочного костюма, либо за счет специальных конструкций кресел.

Однако все известные решения, предусматривающие изменение формы или ориентации кресел, относятся к атмосферным самолетам и предназначены для их пилотов. Эти решения не применялись для космических аппаратов: космические корабли вертикального взлета содержат неподвижные кушетки, в которых пилоты находятся в лежачем положении во время действия сильных перегрузок.

Кресла с регулируемым наклоном были предложены для других транспортных средств, например, для автомобилей. Здесь тоже ставится задача повышения комфорта или уровня безопасности пассажира в особых условиях вождения или в аварийной ситуации. Например, в документе ES 1063217 U описано кресло, которое подвешивают на кузове транспортного средства при помощи кардана, одна ось вращения которого является поперечной (в левом-правом направлении кузова), а другая ось вращения направлена в сторону передней части транспортного средства. Вращение вокруг первой из этих осей применяется для коррекции наклона водителя, когда автомобиль движется на подъеме или спуске, а вращение вокруг второй из этих осей предназначено для компенсации сил инерции при повороте транспортного средства или для сохранения вертикального положения, когда транспортное средство движется вдоль наклонной плоскости. Таким образом, первое вращение не преследует основной цели обеспечения положения водителя таким образом, чтобы действующая на него перегрузка имела направление «грудь-спина», а второе вращение вокруг оси, перпендикулярной к позвоночнику, тем более не обеспечивает такого эффекта.

В документе DE 4337019 А описана кабина автомобиля, поворачивающаяся вокруг поперечной оси таким образом, чтобы оптимизировать наклон водителя во время удара. Это известное вращающееся автомобильное кресло соответствует решениям для самолетов с учетом того, что в аварийной ситуации оно обеспечивает такое положение водителя, при котором на его тело действует перегрузка в направлении «грудь-спина». Однако большинство систем с вращающимися креслами для автомобилей нельзя непосредственно применить для космических аппаратов, так как они спроектированы для нормальных условий вождения, в которых перегрузки являются слишком слабыми, чтобы угрожать здоровью пассажиров; кроме того, наклоны кресел, прежде всего, касаются водителя, и управление ими должно обеспечивать сохранение возможности управления автомобилем, что требует наличия электрических и механических систем, инерции которых следует избегать в космических аппаратах, подверженных большим и быстрым изменениям направления ускорения при высоком его значении.

Были сделаны попытки усовершенствования известных конструкций кресел, в частности, с целью их применения к космическим аппаратам и для пассажиров, которых больше заботит комфорт и даже удовольствие от полета и которые не участвуют в управлении космическим аппаратом. При этом учитывалась также необходимость экономичной компоновки кабины космического аппарата, чтобы между находящимися в креслах пассажирами не оставалось слишком больших пространств, поэтому пришлось отказаться от конструкций, в которых кресло позволяло менять положение пассажира между вытянутым, сидячим или лежачим положением и согнутым положением по причине снижения комфорта из-за такого изменения положения. Отказались также и от классических конструкций, в которых кресло может поворачиваться вокруг поперечной оси, чтобы менять наклон пассажира: даже если это решение является эффективным для снижения наиболее опасной перегрузки вдоль тела пассажира, оно требует наличия большого пространства между соседними креслами и является дискомфортным для пассажиров, которые визуально ощущают изменение их наклона в космическом аппарате.

Таким образом, в качестве приемлемого решения было взято жесткое кресло, которое может поворачиваться вокруг по существу продольной оси в направлении высоты сидящего или лежащего в нем пассажира, а не вокруг поперечной оси, как в некоторых известных конструкциях. Это решение является оригинальным, так как оно не требует ни изменения положения тела, ни изменения наклона пассажира в кабине, по меньшей мере, в самых простых вариантах осуществления изобретения; вместе с тем, оно позволяет размещать тело пассажира в благоприятном направлении в характерных обстоятельствах полетов космических самолетов.

Таким образом, поставленная задача решена в кресле, предназначенном для установки в космическом аппарате и содержащем жесткий корпус, простирающийся от ног до головы пассажира кресла, в котором согласно изобретению имеется по меньшей мере одна часть оси для захода в опорную конструкцию, при этом указанная часть оси ориентирована по существу параллельно продольному направлению пассажира и соединена с корпусом при помощи соединительного элемента, направленного так, чтобы пассажир находился, по меньшей мере, в основном, между корпусом и линией, проходящей по указанной части оси.

Опорная конструкция может содержать подвижный ползун на направляющей, жестко установленной в космическом аппарате, при этом ползун удерживается на дорожке. Такое дополнительное устройство сохраняет возможность изменения наклона пассажира в кабине аналогично уже известным решениям и возможность двойного поворота кресла, что еще лучше располагает пассажира перпендикулярно к направлению действия перегрузки.

Как правило, выбирают кресло с формой корпуса, облегающей тело пассажира, с боковым бортиком по всему контуру или на большей части контура, чтобы лучше его удерживать, защищая его при этом за счет обивки, которой, как правило, оснащают кресло. Обычно кресло может свободно поворачиваться, чтобы следовать непредвиденным перегрузкам, и, следовательно, не содержит приводов поворота; вместе с тем оно может содержать амортизатор для придания плавности его движениям, но этот амортизатор включается в работу только в неподвижном положении космического аппарата для облегчения посадки и высадки пассажиров.

Другим объектом настоящего изобретения является космический аппарат, в частности космический самолет, в кабине которого имеется по меньшей мере одно кресло, описанное выше.

Предпочтительно в таком космическом аппарате линейное направление части оси по существу перпендикулярно к продольному направлению космического аппарата, что позволяет создать улучшенную компоновку, при которой кресла располагаются наиболее благоприятно (перпендикулярно к направлению перегрузки) в нормальных условиях полета. Кроме того, пассажиры могут находиться близко друг к другу и, как правило, обращены к стенке кабины и к иллюминаторам, которые позволяют им любоваться полетом. Таким образом, соблюдаются требования оптимального заполнения кабины и обеспечения комфорта пассажиров, которые подвергаются менее ощутимым движениям, чем изменения наклона, и могут более комфортно наблюдать за видом снаружи космического аппарата.

В частности, в такой конфигурации кресел, когда они обеспечивают двойное вращение, направляющие, по которым перемещаются со скольжением опорные ползуны частей осей кресел, могут содержать в основном вертикальный задний участок в кабине, в основном горизонтальный нижний участок в кабине и, в случае необходимости, наклонный передний участок в кабине, сопряженный с нижним участком. этом случае можно изменять направление положения пассажира в кабине из преимущественно вертикального положения в преимущественно горизонтальное положение.

В частном и предпочтительном варианте выполнения направление части оси образует небольшой угол с поперечными плоскостями сечения космического аппарата, при этом космический аппарат содержит несколько указанных кресел, расположенных друг за другом в кабине в продольном направлении космического аппарата в один ряд. Кресла расположены своими половинами симметрично относительно продольной вертикальной плоскости симметрии кабины. Таким образом, одновременно обеспечивается легкий доступ к креслам при сохранении сбалансированного распределения масс в кабине космического аппарата и лучшее использование объема. Этот небольшой угол может быть меньше 25°. Предпочтительно он имеет значение, близкое к 15°.

В другом частном и предпочтительном варианте выполнения наклон кресел относительно горизонтали составляет примерно от 25° до 40° и может быть приблизительно равен 35°.

Изобретения более подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показано кресло в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.2A, 2B, 2C и 2D показан другой вариант выполнения кресла в соответствии с настоящим изобретением, виды в различных положениях;

на фиг.3 показаны кресла в соответствии с настоящим изобретением, установленные в кабине космического самолета, вид в перспективе;

на фиг.4 и 5 показана кабина космического самолета, оборудованная креслами согласно варианту, изображенному на фиг.1, два вида в разрезе.

на фиг.6 показан возможный вариант выполнения конструкции.

На фиг.1 показано кресло в соответствии с настоящим изобретением. Оно содержит единый жесткий корпус 1, поддерживающий все тело пассажира и включающий в себя подголовник 2, спинку 3, сидение 4, позволяющее пассажиру занимать сидячее положение, опору 5 для ног, подножку 6 на дне корпуса, а также и бортик 7 по всему периметру корпуса и подлокотники 8. Корпус 1, включая бортик 7, выполнен с набивкой, обеспечивающей поглощение сил при ускорении и комфорт пассажира, который остается на месте даже при действии поперечных перегрузок. Кресло содержит также пару частей 9 и 10 оси, первая из которых находится над головой, а вторая - под ногами. Вторая часть 10 оси соединена непосредственно с корпусом 1, в частности, с бортиком 7 под подножкой 6, а первая - с бортиком 7 на подголовнике 2 через эксцентриковый кронштейн 11, направленный вперед от головы пассажира и корпуса 1 и предназначенный для смещения вперед осевой линии 12, проходящей через части 9 и 10 оси, относительно большей части тела пассажира за исключением ног, за счет чего центр тяжести комплекса, образованного креслом и его пассажиром, смещается относительно осевой линии 12. Части 9 и 10 оси установлены с возможностью свободного или почти свободного вращения в конструкции космического аппарата.

На фиг.2A, 2B, 2C и 2D показан один из вариантов выполнения кресла. Части 9 и 10 оси кресла, показанного на фиг.1, могут быть установлены на направляющих, жестко закрепленных на космическом аппарате, при этом части оси установлены в центре ползунов, которые в данном случае представляют собой верхнюю траверсу 13 и нижнюю траверсу 14. Указанные траверсы расположены поперечно по отношению к креслам и параллельно между собой, при этом их концы перемещаются со скольжением по соответствующим элементам 15 и 16 направляющей. Каждый из указанных элементов 15 и 16 в данном случае содержит по существу вертикальный задний участок 17, наклоненный назад относительно пассажира, по существу горизонтальный нижний участок 18 и наклонный передний участок 19, который может быть по существу вертикальным, но наклоненным вперед относительно пассажира. Задний участок 17 может быть выполнен отдельно от других участков, которые, наоборот, сопрягаются, продолжая друг друга.

Начиная от положения покоя, показанного на фиг.2A, эта конструкция обеспечивает повороты кресла, как показано на фиг.2B, изменение наклона кресла, как показано на фиг.2C, или и то, и другое, как показано на фиг.2D. Таким образом, пассажир может переходить из преимущественно вертикального положения или скорее вертикального, чем горизонтального, с направлением головы вверх, в положение, повернутое в одну или другую сторону и в положения, более или менее опрокинутые назад до преимущественно горизонтальных положений, за счет передних участков 19 элементов 15 и 16 направляющей, позволяющих приподнимать ноги пассажира. При этом сами усилия, возникающие при перегрузках, перемещают пассажира в наиболее благоприятное положение в направлении, перпендикулярном или наиболее возможно перпендикулярном к этим перегрузкам, благодаря тому, что положение центра тяжести кресла и его пассажира смещается от линейного направления 12 назад, и элементы 15 и 16 наклоняются относительно вертикали в направлениях, противоположных (удаляясь друг от друга вверх) на передних 19 и задних участках 17 и по существу горизонтальных на средних участках 18, таким образом, чтобы силы перегрузки, направленные в плоскости элементов 15 и 16 направляющей, сохраняли свои составляющие, заставляющие перемещаться кресло со скольжением вдоль направляющей.

На фиг.3 показана возможная компоновка космического самолета, содержащего кресла в соответствии с настоящим изобретением, обозначенные позицией 20. Четыре кресла 20 установлены в кабине 21 самолета, ограниченной фюзеляжем по существу цилиндрической формы, в котором осевая линия 12 частей оси по существу перпендикулярна к продольному направлению 23 самолета. Следует отметить, что два из кресел 20 обращены к одной боковой стороне фюзеляжа, а два других - к противоположной стороне. Точно так же два из кресел 20 прислонены спинками к одной из боковых сторон фюзеляжа, а два других - к противоположной стороне. Это абсолютно симметричное расположение кресел 20 относительно продольной вертикальной плоскости симметрии кабины 21 обеспечивает сохранение сбалансированности масс в кабине 21.

В данном случае показаны кресла, выполненные согласно варианту, представленному на фиг.2. Задние участки 17 элементов 15 и 16 направляющей опираются на фюзеляж 22, нижние участки 18 - на пол 24 кабины 21, а передние участки 19 - на противоположные стороны фюзеляжа 22 или, как показано в данном случае, могут быть установлены на расстоянии от них, чтобы оставить большее свободное пространство для подножек кресел 20.

Фиг.3 иллюстрирует преимущества изобретения. Большинство сильных перегрузок, возникающих во время космического полета, действуют в продольной вертикальной плоскости симметрии аппарата, но с большой вариативностью направления сил, действующих на пассажиров и направленных в заднюю сторону аппарата в случае простого повышения скорости или наклонно, если изменение скорости сочетается с движением бокового крена или с изменением высоты полета, которое придает перегрузке вертикальную составляющую. Однако поворот кресла вокруг частей 9 и 10 оси позволяет следовать изменениям направления сил в продольной вертикальной плоскости симметрии, если линейное направление 12 кресла является в основном перпендикулярным к продольной вертикальной плоскости симметрии или, по меньшей мере, пересекает ее под большим углом; и поворотный механизм, перемещающийся скольжением на элементах 15 и 16 направляющей, позволяет больше наклонять кресло, за счет чего пассажир располагается перпендикулярно к этим силам в продольной вертикальной плоскости симметрии. Хотя для кресла, показанного на фиг.1 (которое можно использовать в варианте, показанном на фиг.3), невозможно никакое изменение наклона, его пассажир подвергается только слабой перегрузке в продольном направлении своего тела даже при внезапном ускорении, и кресло поворачивается вокруг осевой линии 12 таким образом, что перегрузка в поперечном направлении (влево - вправо) исчезает. Таким образом, основная перегрузка ощущается в направлении «грудь-спина». Это еще больше заметно в кресле двойного вращения, показанном на фиг.2.

Следует отметить, что согласно компоновке, при которой пассажиры в основном обращены к одной стороне фюзеляжа 22, они находятся перед иллюминаторами 25, что позволяет им наблюдать за полетом в наиболее благоприятных условиях.

На фиг.4 и 5 показан другой возможный вариант компоновки, когда кресла 26 установлены по существу так же, как и в предыдущем варианте, но выполнены согласно варианту, показанному на фиг.1, обеспечивающему простой поворот. В этом случае угол 27 наклона осевой линии 12 частей оси является фиксированным, и его определяют в зависимости от характера полетов, чтобы свести к минимуму действующие на пассажиров перегрузки. Хороших результатов можно достичь при значении этого угла 27 наклона относительно горизонтали, примерно равном 35°, намного уменьшая нагрузки в продольном направлении тела, действующие на позвоночник, обеспечивая при этом комфортное положение во время полета без перегрузки. Меньшие углы наклона относительно горизонтали могут еще больше снизить продольные нагрузки, учитывая, что перегрузки в основном возникают в продольной вертикальной плоскости симметрии космического аппарата, однако в данном случае комфорт пассажиров при взлете и в обычном полете меньше, и кресло занимает больше поперечного пространства, что мешает компоновке, поэтому предпочтительным является более значительный угол 27. При этом угол 28, образованный между осевой линией 12 и поперечным сечениям фюзеляжа 22 или перпендикуляром к продольному направлению 23, должен быть меньше, чтобы обеспечить необходимую стойкость к перегрузкам, но не должен быть равен нулю, чтобы создавать впечатление большего объема и чтобы улучшить доступ к различным креслам. Этот угол может составлять примерно 20° и в любых случаях находится в пределах от 15° до 25°. Таким образом, выбор этих двух углов является компромиссом между двумя противоречивыми требованиями. Приведенные здесь значения не являются обязательными, более предпочтительными могут оказаться другие значения для других вариантов назначения.

Необходимо подчеркнуть, что если обычное расположение кресел самолетов соответствует расположению в переднем направлении (угол 28 равен 90°), и что если поперечные направления (угол 28 равен нулю) могут применяться, например, в наземных транспортных средствах, то достаточно малые, но не равные нулю углы 28, представляются новыми в космических аппаратах, в частности, в космических самолетах.

Корпус 1 кресла может иметь любую обшивку, обеспечивающую комфорт и поглощение толчков, например, кожу, пеноматериал или и то, и другое. Он содержит также ремни безопасности, лямки или другие подобные устройства для пристегивания пассажиров.

Еще большую стойкость к перегрузкам можно обеспечить за счет податливости опор частей 9 и 10 оси как при их жестком креплении на космическом аппарате, так и при их выполнении в виде подвижных ползунов, например, траверс 13 и 14, что способствует поглощению энергии за счет деформации. Такую идею можно применить, прежде всего, для амортизации значительных внезапных толчков, и, как вариант, можно предусмотреть ослабленные точки в опорах, например, уменьшенные сечения, которые будут в этом случае подвергаться постоянным деформациям.

Этот вариант показан на фиг.6, где траверса 13 содержит пару сужений 31 по обе стороны от места соединения с частью 9 оси. На фиг.6 показаны также ролики 32 и 33, соединенные с траверсой 13 и установленные с возможностью перемещения в полых элементах 15 и 16 направляющей. Возможны также другие варианты, например, с упругими амортизаторами. При этом траверса 14 может иметь такую же конструкцию.

Как было указано выше, ориентация кресла вокруг одной или двух осей вращения происходит автоматически за счет сил перегрузки, при этом от приводных механизмов можно отказаться по причине их веса и инерции, которые могут быть избыточными. Вместе с тем, можно добавить механизм блокировки, который позволяет удерживать кресло в положении покоя и который пассажир может разблокировать, как только он садится в кресло и пристегивается. Добавляют также тормоз (или амортизатор) для ограничения скорости и амплитуды движений и предупреждения случайных движений, слишком резких, чрезмерных или производимых слишком слабыми силами. В частности, следует избегать сильного вращения кресла. Такие тормоза могут быть установлены между частями 9 и 10 оси или между роликами 32 и 33 и элементами 15 и 16 направляющей для создания трения.

В одном из вариантов выполнения тормоз для легкого торможения содержит камеру, заполненную маслом, и лопатки, жестко связанные с одной из частей оси и перемешивающие масло при вращении этой части оси, обеспечивая амортизацию за счет сил вязкости. В варианте выполнения для более сильного торможения тормоз содержит колодки, прижимаемые к части оси пружиной и создающие на ней трение. Третьим возможным вариантом является использование гидравлического силового цилиндра, соединенного с частью оси через рычаг, шарнирно связанный с поршнем цилиндра, который перемещается в масле, но имеет положения упора. Можно также выбрать комплексные системы или отключаемые тормоза для создания разных торможений в зависимости от обстоятельств, имеющих особенное значение при высоких скоростях вращения, при возникновении турбулентности или в других чрезвычайных ситуациях. Кроме того, гидравлические тормоза обеспечивают плавность торможения. Поскольку все упомянутые тормоза известны специалистам, их описание опущено.

Пассажир может также находиться в вытянутом положении в кресле, которое в этом случае не содержит части 4. Эксцентриковый кронштейн можно заменить другим элементом соединения соответствующей части 9 оси с корпусом 1, например, в виде изогнутого продолжения корпуса 1.