一种刚柔耦合的载人空降联合缓冲装置
阅读说明：本技术 一种刚柔耦合的载人空降联合缓冲装置 (Rigid-flexible coupled manned airborne combined buffer device ) 是由 刘鑫 李天睿 胡林 周振华 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种刚柔耦合的载人空降联合缓冲装置,该装置由内缓冲气囊、多气室气囊、内球壳和外球壳采用由内而外逐层包裹乘员舱的方式进行布置；内、外球壳通过各自的缓冲槽与弹簧相互配合实现连接；内缓冲气囊、多气室气囊与内、外球壳上均存在用于乘员透气的装置；内、外球壳均由两个半球状的半壳组成,并通过两个半球壳上的卡槽与卡键组成的卡合结构进行装配；本发明通过内、外球壳缓冲槽相连接的方式可以限制下落过程中内、外球壳的相对转动,且通过这种逐层包裹的方式,能实现对乘员的多级缓冲,且球形的设计和气囊入口的充气闭合还实现了对乘员全方位的缓冲保护,从而降低了空降装置对着陆落时的姿态要求,增强了适应恶劣天气的能力。(The invention discloses a rigid-flexible coupling manned airborne combined buffering device which is arranged by an inner buffering air bag, a multi-air-chamber air bag, an inner spherical shell and an outer spherical shell in a manner of wrapping passenger cabins layer by layer from inside to outside; the inner spherical shell and the outer spherical shell are mutually matched and connected with each other through respective buffer slots and springs; the inner buffer air bag, the multi-air chamber air bag, the inner spherical shell and the outer spherical shell are all provided with devices for ventilating passengers; the inner spherical shell and the outer spherical shell are both composed of two hemispherical half shells and are assembled through a clamping structure composed of clamping grooves and clamping keys on the two hemispherical shells; the invention can limit the relative rotation of the inner spherical shell and the outer spherical shell in the falling process by connecting the inner spherical shell buffer groove and the outer spherical shell buffer groove, can realize multi-stage buffering for passengers by the layer-by-layer wrapping mode, and realizes omnibearing buffer protection for the passengers by the spherical design and the inflation closing of the air bag inlet, thereby reducing the posture requirement of the air-drop device for landing and enhancing the capability of adapting to severe weather.)
技术领域
本发明涉及载人空降安全防护领域，具体涉及一种刚柔耦合的载人空降联合缓冲装置。
背景技术
载人空降即向目的地空降所需人员，在军事和抗震救灾等方面有重大的实用意义。由于空降人员在着陆瞬间将承受到地面巨大的冲击载荷，为了确保空降人员安全着陆，必须采用防护缓冲装置来减少冲击载荷对人员的伤害。
在实际的载人空降着陆过程中，现有的载人空降装置存在以下问题：
1.现有的载人空降装置多采用大面积的降落伞将乘员减速使其安全降落至地面。如公开号为CN200410016661.X，名称为“载人军用装备空降装置和重物空投装置”的专利。但这类空降装置对空降乘员及其携带设备的总重有极高的要求，不宜携带大规模或大量的装备与其同时降落。而且总是存在空降乘员和其空投设备直接触地或的问题，对乘员和设备造成极大的伤害和破坏，而且无法保证着陆地点的准确度，尤其无法适应恶劣天气及复杂着陆地形时的空降。
2.为克服空降人员触地缓冲的问题，少部分现有技术在空降装置上设计缓冲装置以及在乘员周身设置全覆盖的缓冲防护气囊，同样的，缓冲防护气囊在触地时容易被地面尖锐物体刺破导致气囊泄气或气囊内部压力过大导致气囊爆破，这将对空降乘员的安全带来致命性的威胁。如公开号为CN201710136570.7，名称为“一种多功能充气气囊”的专利。而且其他部分载人空降装置外形为球形结构，在降落的过程中无法克服其装置旋转所产生的离心力问题，这将对空降乘员带来内部冲击。
3.现有的载人空降缓冲装置中，如公开号为CN201310345945.2，名称为“一种高空降落装置”的专利，其大部分采用气囊缓冲装置，且大部分为结构单一的单气室气囊缓冲装置，无其他缓冲装置，导致有效缓冲行程有限，因此不能对空降人员起到很好的缓冲效果。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出同时解决上述多种问题的刚柔耦合的载人空降联合缓冲装置。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种刚柔耦合的载人空降联合缓冲装置，包括乘员舱、内缓冲气囊、多气室缓冲气囊、内球壳和外球壳，所述内缓冲气囊、多气室缓冲气囊、内球壳和外球壳采用由内而外逐层包裹乘员舱的方式进行布置；所述内缓冲气囊包括上环状多孔气囊和下多孔缓冲气囊；所述多气室缓冲气囊包括顶部气室、上部外气室、上部内气室、下部外气室和下部内气室构成；所述多气室缓冲气囊为多层、多气室的球形结构；所述多气室缓冲气囊中设有乘员入口气囊；所述内球壳由两个半球状的卡槽内半壳与卡键内半壳组成，包裹住多气室缓冲气囊；所述外球壳由两个半球状的卡槽外半壳与卡键外半壳组成，包裹住内球壳；所述内球壳上设有内球壳透气槽；所述外球壳上设有外球壳透气槽；所述内球壳的外表面上设有内球壳缓冲槽；所述外球壳的内表面上设有外球壳缓冲槽；所述内球壳缓冲槽的中间设有内球壳缓冲槽阻块；所述外球壳缓冲槽的两端各设有外球壳缓冲槽阻块；所述内球壳缓冲槽与外球壳缓冲槽相互配合并组成两段分离的缓冲槽；所述两段分离的缓冲槽内各安装有缓冲弹簧；所述缓冲弹簧用于限制内球壳与外球壳之间的相对转动；所述上环状多孔气囊和下多孔缓冲气囊各设有贯穿的乘员透气孔；所述多气室缓冲气囊中设有乘员透气管；所述乘员透气孔、乘员透气管、内球壳透气槽与外球壳透气槽相互配合，用于给乘员舱透气。
优选的，所述上环状多孔气囊和下多孔缓冲气囊的表面均设有内缓冲气囊充气阀与内缓冲气囊排气阀。
优选的，所述多气室缓冲气囊由顶部气室、上部外气室、上部内气室、下部外气室和下部内气室构成，每个气室上均设有气室充气阀与气室排气阀。
优选的，所述乘员入口气囊包括乘员入口气囊固定气室和乘员入口气囊活动气室；所述乘员入口气囊活动气室未充气时处于打开状态，乘员可通过乘员入口气囊进入乘员舱；所述乘员入口气囊活动气室充气完成时，乘员入口气囊活动气室处于闭合状态。
优选的，所述乘员入口气囊固定气室上设有固定气室充气阀和活动气室排气阀；所述乘员入口气囊活动气室上设有活动气室充气阀和活动气室排气阀。
优选的，所述两个半球状的卡槽内半壳与卡键内半壳的端面分别设有能够相互进行卡合的内球壳卡槽与内球壳卡键。
优选的，所述卡槽外半壳与卡键外半壳的端面分别设有能够相互进行卡合的外球壳卡槽与外球壳卡键。
优选的，所述缓冲弹簧的一端固定在外球壳缓冲槽阻块上，另一端固定在内球壳缓冲槽阻块上。
优选的，所述缓冲弹簧的压缩行程、拉伸行程与内球壳缓冲槽外球壳缓冲槽的转动轨迹重合。
本发明的有益效果是：
1.针对背景技术提出的第1点，本发明采用乘员舱、内缓冲气囊、多气室缓冲气囊、内球壳和外球壳逐层包裹乘员的设计，保证了乘员受到全方位的缓冲保护，从而降低了空降装置着陆姿态的要求，同时，直接利用自身的吸能缓冲，提高了空降装置在着陆点着陆的准确度，增强了在恶劣天气空降的能力。而且，乘员入口气囊活动气室处于排气状态下可让乘员进入到内缓冲气囊的乘员舱中，乘员入口气囊活动气室处于充气状态下可直接将内缓冲气囊整体闭合以此提升整体的缓冲能力，保证了乘员受到全方位的缓冲保护，降低了空降装置着陆姿态的要求。
2.针对背景技术提出的第2点，本发明采用了如下设计：乘员舱位于内缓冲气囊之中，内缓冲气囊布置于多气室缓冲气囊之中，多气室缓冲气囊布置于内球壳之中，内球壳布置于外球壳之中。在空降装置在降落过程中，球型缓冲装置在空中发生旋转产生离心力，内、外球壳之间产生相对转动，内、外球壳缓冲槽中的缓冲弹簧受到内、外球壳相对转动的作用力时，通过压缩和拉伸来抵消内、外球壳之间的相对转动，从而减轻空降装置在下落过程中产生的离心力，使其对空降乘员造成的影响降到最低。通过外球壳、内球壳、多气室缓冲气囊以及内缓冲气囊的逐级吸能过程，不会使装置内的缓冲气囊内部压力剧增，从而避免发生气囊爆破。同时，内置缓冲气囊的方式也避免了缓冲气囊受到损坏泄气，不会使缓冲气囊失去缓冲效果。
3.针对背景技术提出的第3点，本发明采用一种刚柔耦合的载人空降联合缓冲装置来解决该问题。在空降装置在着陆时，外球壳首先发生变形，实现一级缓冲；随后内球壳后受到载荷发生变形，实现二级缓冲；然后多气室缓冲气囊被压缩，其中上部外气室和下部内气室先受到冲击，通过气室排气阀向外排气泄压，实现三级缓冲；其次多气室缓冲气囊的上部内气室和下部外气室受到冲击，通过气室排气阀向上部外气室和下部内气室排气泄压，实现四级缓冲；最后，上部内气室和下部外气室受到冲击后通过内缓冲气囊排气阀向多气室缓冲气囊的上环状多孔气囊和下多孔缓冲气囊进行排气泄压以及通过透气管向外排气泄压，实现五级缓冲；多气室缓冲气囊和内缓冲气囊中的上部外气室、上部内气室、下部外气室、下部内气室、上环状多孔气囊和下多孔缓冲气囊进行先后完成三次排气泄压后，多气室缓冲气囊已经完成再次充气，以应对装置降落后第二次冲击；通过内缓冲气囊、多气室缓冲气囊、内球壳和外球壳由内而外逐层包裹空降物资的方式，能够逐级吸收冲击能量，从而保证空降装置内物资的安全性。
注：上述设计不分先后，每一条都使得本发明相对现有技术具有区别和显著的进步。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明刚柔耦合的载人空降联合缓冲装置的整体剖视图；
图2是本发明中多气室缓冲气囊的剖视图；
图3是本发明中与多气室缓冲气囊的整体视剖视图；
图4是本发明中内球壳的结构示意图；
图5是本发明中内球壳的侧视图；
图6是本发明中外球壳的整体剖视图；
图7是本发明中外球壳滑槽结构和透气槽放大图；
图8是本发明中乘员入口气囊打开状态时的剖视图；
图9是本发明中乘员入口气囊关闭状态时的剖视图；
图10是本发明中内、外球壳未发生相对转动的示意图；
图11是本发明中内、外球壳发生相对转动的示意图；
图12是本发明中缓冲弹簧与内、外球壳缓冲槽的装配示意图；
图13是本发明中内、外球壳的卡合结构的放大图。
图中，附图标记如下：
1、乘员舱2、内缓冲气囊3、多气室缓冲气囊4、内球壳5、外球壳6、上环状多孔气囊7、下多孔缓冲气囊8、乘员入口气囊9、卡槽内半壳10、卡键内半壳11、卡槽外半壳12、卡键外半壳13、内球壳透气槽14、外球壳透气槽15、内球壳缓冲槽16、外球壳缓冲槽17、内球壳缓冲槽阻块18、外球壳缓冲槽阻块19、缓冲弹簧20、乘员透气孔21、乘员透气管22、内缓冲气囊充气阀23、内缓冲气囊排气阀24、顶部气室25、气室充气阀26、气室排气阀27、乘员入口气囊固定气室28、乘员入口气囊活动气室29、固定气室充气阀30、固定气室排气阀31、活动气室充气阀32、和活动气室排气阀33、内球壳卡槽34、内球壳卡键35、外球壳卡槽36、外球壳卡键37、上部外气室38、上部内气室39、下部外气室40、下部内气室
具体实施方式
如图所示：一种刚柔耦合的载人空降联合缓冲装置，包括乘员舱1、内缓冲气囊2、多气室缓冲气囊3、内球壳4和外球壳5；所述内缓冲气囊2、多气室缓冲气囊3、内球壳4和外球壳5采用由内而外逐层包裹空降乘员的方式进行布置；所述内缓冲气囊2包括上环状多孔气囊6和下多孔缓冲气囊7；所述多气室缓冲气囊包括顶部气室24、上部外气室37、上部内气室38、下部外气室39和下部内气室构成40；所述多气室缓冲气囊3为多层、多气室的球形结构；所述多气室缓冲气囊3中设有乘员入口气囊8；所述内球壳4由两个半球状的卡槽内半壳9与卡键内半壳10组成，包裹住多气室缓冲气囊3；所述外球壳5由两个半球状的卡槽外半壳11与卡键外半壳12组成，包裹住内球壳4；所述内球壳4上设有内球壳透气槽13；所述外球壳5上设有外球壳透气槽14；所述内球壳4的内半壳外表面上设有内球壳缓冲槽15；所述外球壳5的内表面上设有外球壳缓冲槽16；所述内球壳缓冲槽15中间设有内球壳缓冲槽阻块17；所述外球壳缓冲槽两端各设有外球壳缓冲槽阻块18；所述内球壳缓冲槽13与外球壳缓冲槽14相互配合并组成两段分离的缓冲槽；所述两段分离的缓冲槽内各安装有缓冲弹簧19；所述缓冲弹簧19用于限制内球壳4与外球壳5之间的相对转动；所述上环状多孔气囊6和下多孔缓冲气囊7上各设有贯穿的乘员透气孔20；所述多气室缓冲气囊3中设有乘员透气管21；所述乘员透气孔20、乘员透气管21、内球壳透气槽13与外球壳透气槽14相互配合，用于给乘员舱1透气。
如图所示：所述上环状多孔气囊6为环形多孔状气囊，环状气囊内壁等间距设有乘员透气孔20；所述上环状多孔气囊6和下多孔缓冲气囊7的表面均设有内缓冲气囊充气阀22与内缓冲气囊排气阀23；所述乘员透气孔20与贯穿内缓冲气囊2和多气室缓冲气囊3的乘员透气管21；所述多气室缓冲气囊3由顶部气室24、上部外气室37、上部内气室38、下部外气室39和下部内气室40构成，每个气室24上均设有气室充气阀25与气室排气阀26；所述乘员入口气囊8包括乘员入口气囊固定气室27和乘员入口气囊活动气室28；所述乘员入口气囊活动气室28未充气时处于打开状态，乘员可通过乘员入口气囊8进入乘员舱1；所述乘员入口气囊活动气室28充气完成时，乘员入口气囊活动气室28处于闭合状态；所述乘员入口气囊固定气室27上设有固定气室充气阀29和活动气室排气阀30；所述乘员入口气囊活动气室28上设有活动气室充气阀31和活动气室排气阀32。
如图所示：所述缓冲弹簧19的一端固定在外球壳缓冲槽阻块18上，另一端固定在内球壳缓冲槽阻块17上；所述缓冲弹簧19的压缩行程、拉伸行程与内球壳缓冲槽15外球壳缓冲槽16的转动轨迹重合。
如图所示：所述两个半球状的卡槽内半壳9与卡键内半壳10的端面分别设有能够相互进行卡合的内球壳卡槽33与内球壳卡键34；所述卡槽外半壳11与卡键外半壳12的端面分别设有能够相互进行卡合的外球壳卡槽35与外球壳卡键36。
本发明通过内缓冲气囊、多气室缓冲气囊、内球壳、缓冲弹簧、内、外球壳缓冲槽和外球壳构成的载人空降联合缓冲装置不但防止空降人员在着陆时受到严重伤害而危机到乘员的生命安全，同时，缓冲气囊内置可以避免缓冲气囊损坏泄气，以及经过内、外球壳、多气室缓冲气囊以及内缓冲气囊的逐级缓冲过程后，能避免缓冲气囊内部压力剧增，从而能防止缓冲气囊爆破，可以更好的起到缓冲效果；同时，球形的缓冲装置还能适应多样化的空降地形和天气情况，从而在确保空降人员生命健康安全的同时增强空降装置的适用性。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
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