一种压力自适应性梯度变化的抗荷服
阅读说明：本技术 一种压力自适应性梯度变化的抗荷服 (Anti-load clothes with pressure adaptive gradient change ) 是由 马红磊 任逸 李富柱 肖艳华 祝郁 王健全 刘炳坤 费锦学 国耀宇 孙浩 付文文 于 2020-11-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种压力自适应性梯度变化的抗荷服,包括腹囊、大腿囊、小腿囊、加速度感应换向单元、控制器,腹囊能够与外部加压气体相连通,第一压力比例阀设置于腹囊与外部加压气体之间,腹囊、大腿囊和小腿囊顺次相连通,腹囊与大腿囊之间设置第二压力比例阀,大腿囊与小腿囊之间设置第三压力比例阀,小腿囊连接有出气口,出气口能够与外部加压气体相连通。本发明利用加速度传感器感应加速度的性质及大小,根据加速度控制气压输入的流量和方向,一方面使使用者无需在低过载时承受高水平压力,提高了身体对于过载的耐受时间；另一方面针对不同的过载方向可以自动选择相应的加压方向,提高了人体对于过载的耐受性。(The invention discloses pressure adaptive gradient-changing anti-load clothes which comprise an abdominal sac, a thigh sac, a shank sac, an acceleration sensing reversing unit and a controller, wherein the abdominal sac can be communicated with external pressurized gas, a first pressure proportional valve is arranged between the abdominal sac and the external pressurized gas, the abdominal sac, the thigh sac and the shank sac are sequentially communicated, a second pressure proportional valve is arranged between the abdominal sac and the thigh sac, a third pressure proportional valve is arranged between the thigh sac and the shank sac, the shank sac is connected with a gas outlet, and the gas outlet can be communicated with the external pressurized gas. According to the invention, the nature and magnitude of the acceleration are sensed by the acceleration sensor, and the flow and direction of air pressure input are controlled according to the acceleration, so that on one hand, a user does not need to bear high-level pressure during low overload, and the tolerance time of the body to overload is prolonged; on the other hand, corresponding pressurizing directions can be automatically selected according to different overload directions, so that the tolerance of the human body to overload is improved.)
技术领域
本发明涉及航空防护装备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种压力自适应性梯度变化的抗荷服。
背景技术
在航空航天飞行过程中，飞行人员会遇到各种各样特殊的力学环境，在这种环境下作用于人体的载荷对乘员的安全性影响极大。为了保证乘员在飞行过程中健康和安全，对于防护装备的研制就显得格外重要。
航天器在发射、着陆或变速转弯等情况下，会产生较大的加速度，导致飞行员身体血液分布不均。比如飞机加速上升时，血液会往下肢转移，导致飞行员脑部供氧不足，严重可能会造成黑视、意识丧失等情况，引发严重的飞行事故。同样，飞机在降落时，血液灌输到上肢及脑部，也存在事故风险。
目前国内外针对加速度过载情况比较常见的防护措施是使用抗荷服装备，当飞行器出现比较大的加速度时，与抗荷服相连接的供氧装置启动，通过对抗荷服充气加压，使其作用部位周边的血管阻力升高，从而阻止血液在身体中转移集中。
传统的抗荷服在充气过程中始终是从上到下的进气顺序，对于血液由上而下转移的情况下可产生较好的阻滞效果。但是当飞行器着陆或减速时，血液由下往上转移，此时如果下肢部位气囊没有及时达到足够的压力，仍然会导致血液在身体的局部集中，引起飞行员的不良反应。此外，传统抗荷服中各气囊通过管路直接相通，各气囊中的压力相同，但是由于人体腹部对于压力的耐受性较低，飞行员会产生腹痛的症状。
查阅资料显示，国内已有一种腹部分压技术，包括分压装置以及泄压阀门，分别装设在腹囊进气口与出气口处，当侧管内压力达到一定值时，分压装置关闭使腹囊停止进气，泄压阀门开启并出气；当囊内与侧管内压力达到一定比值时，泄压阀门关闭，从而减轻腹压。
但是，上述现有技术仍存在问题：(1)压力比为定值，对于不同体型的飞行员适配度不够高；(2)下肢气囊内压仍为侧管内压力；(3)仍未解决对于不同方向加速度保护乘员的问题。
因此，如何改变现有技术中，抗荷服无法在不同方向加速度环境下对飞行员提供有效保护以及舒适性不佳的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种压力自适应性梯度变化的抗荷服，以解决上述现有技术存在的问题，使抗荷服能够对使用者身体提供有效保护，并提升使用者的舒适性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种压力自适应性梯度变化的抗荷服，包括腹囊、大腿囊、小腿囊、加速度感应换向单元、控制器，所述腹囊能够套装于使用者的腹部，所述大腿囊能够套装于使用者的大腿部，所述小腿囊能够套装于使用者的小腿部，所述腹囊、所述大腿囊和所述小腿囊均具有能够容纳加压气体的囊腔，所述大腿囊和所述小腿囊的数量均为两个；所述加速度感应换向单元包括加速度传感器、第一压力比例阀，所述腹囊能够与外部加压气体相连通，所述第一压力比例阀设置于所述腹囊与外部加压气体之间，所述加速度感应器设置于所述腹囊上，所述腹囊、所述大腿囊和所述小腿囊顺次相连通，所述腹囊与所述大腿囊之间设置第二压力比例阀，所述大腿囊与所述小腿囊之间设置第三压力比例阀，所述小腿囊连接有出气口，所述出气口能够与外部加压气体相连通，所述腹囊、所述大腿囊和所述小腿囊内均设置压力传感器，所述加速度传感器、所述第一压力比例阀、所述第二压力比例阀、所述第三压力比例阀、所述出气口、所述压力传感器均与所述控制器相连。
优选地，所述腹囊与所述大腿囊之间设置导管，所述导管包括相连通的主管和两根分支管，所述主管与所述腹囊相连通，所述分支管与所述大腿囊相连通且一一对应，所述第二压力比例阀设置于所述主管上。
优选地，所述大腿囊通过连通管与所述小腿囊相连通，所述第三压力比例阀设置于所述连通管上，所述连通管、所述第三压力比例阀的数量均为两个并与所述小腿囊一一对应。
优选地，所述小腿囊连接有侧管，所述出气口设置于所述侧管远离所述小腿囊的一端；所述腹囊通过进气管与外部加压气体相连通，所述进气管与所述侧管连接有电磁换向阀。
优选地，所述导管和所述连通管位于所述大腿囊的同一侧，所述侧管位于所述小腿囊远离另一所述小腿囊的一侧。
优选地，所述腹囊、所述大腿囊和所述小腿囊均包括多个所述囊腔，多个所述囊腔相连通，所述囊腔外连接有编织布料结构层，所述压力传感器设置于所述囊腔远离所述编织布料结构层的一侧，所述加速度传感器设置于所述编织布料结构层远离所述囊腔的一侧。
优选地，所述腹囊、所述大腿囊和所述小腿囊均包括两组所述囊腔，每一组所述囊腔的数量为两个且相对设置，四个所述囊腔围成环状。
优选地，所述编织布料结构层设置开口，所述开口处设置快速接头。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服，包括腹囊、大腿囊、小腿囊、加速度感应换向单元、控制器，腹囊能够套装于使用者的腹部，大腿囊能够套装于使用者的大腿部，小腿囊能够套装于使用者的小腿部，腹囊、大腿囊和小腿囊均具有能够容纳加压气体的囊腔，大腿囊和小腿囊的数量均为两个；加速度感应换向单元包括加速度传感器、第一压力比例阀，腹囊能够与外部加压气体相连通，第一压力比例阀设置于腹囊与外部加压气体之间，加速度感应器设置于腹囊上，腹囊、大腿囊和小腿囊顺次相连通，腹囊与大腿囊之间设置第二压力比例阀，大腿囊与小腿囊之间设置第三压力比例阀，小腿囊连接有出气口，出气口能够与外部加压气体相连通，腹囊、大腿囊和小腿囊内均设置压力传感器，加速度传感器、第一压力比例阀、第二压力比例阀、第三压力比例阀、出气口、压力传感器均与控制器相连。使用本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服时，加速度传感器感应到使用者处于正向过载加速度环境中时，控制器控制第一压力比例阀的开启程度，加压气体按照一定流量进入腹囊中，当腹囊中压力达到预设值时，控制器控制第二压力比例阀开启，并控制气压流量，使加压气体进入两个大腿囊中，当大腿囊中的压力达到预设值时，控制器控制第三压力比例阀开启，气压进入小腿囊中，当加速度环境消失时，抗荷服能够利用出气口完成排气；当使用者处于反向过载加速度环境中时，控制器控制加压气体按照一定流量进入小腿囊，当小腿囊中压力达到预设值时，第三压力比例阀打开，气压进入大腿囊中，同样地，当大腿囊中压力达到预设值时，第二比例阀打开，气压进入腹囊中，当加速度环境消失后，利用出气口完成排气。本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服，利用加速度传感器感应加速度的性质及大小，根据加速度控制气压输入的流量和方向，一方面使使用者无需在低过载时承受高水平压力，提高了身体对于过载的耐受时间；另一方面针对不同的过载方向可以自动选择相应的加压方向，提高了人体对于过载的耐受性；另外，本发明能够根据上级气囊中的压力来自动控制气压的通断，使各气囊中压力维持在合适的大小，在各气囊中形成了压力梯度，使身体不同的部位承受其合适的压力大小，提高了使用者的舒适性，进而提高人机结合的效能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服的结构示意图；
图2为本发明的压力自适应性梯度变化的工作原理图；
图3为本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服的腹囊的剖切结构示意图；
图4为本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服的大腿囊的剖切结构示意图；
其中，1为腹囊，2为大腿囊，3为小腿囊，4为加速度感应换向单元，5为控制器，6为加速度传感器，7为第一压力比例阀，8为第二压力比例阀，9为第三压力比例阀，10为出气口，11为导管，12为连通管，13为侧管，14为进气管，15为囊腔，16为编织布料结构层，17为快速接头，18为压力传感器，19为电磁换向阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种压力自适应性梯度变化的抗荷服，以解决上述现有技术存在的问题，使抗荷服能够对使用者身体提供有效保护，并提升使用者的舒适性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-4，其中，图1为本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服的结构示意图，图2为本发明的压力自适应性梯度变化的工作原理图，图3为本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服的腹囊的剖切结构示意图，图4为本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服的大腿囊的剖切结构示意图。
本发明提供一种压力自适应性梯度变化的抗荷服，包括腹囊1、大腿囊2、小腿囊3、加速度感应换向单元4、控制器5，腹囊1能够套装于使用者的腹部，大腿囊2能够套装于使用者的大腿部，小腿囊3能够套装于使用者的小腿部，腹囊1、大腿囊2和小腿囊3均具有能够容纳加压气体的囊腔15，大腿囊2和小腿囊3的数量均为两个；加速度感应换向单元4包括加速度传感器6、第一压力比例阀7，腹囊1能够与外部加压气体相连通，第一压力比例阀7设置于腹囊1与外部加压气体之间，加速度感应器设置于腹囊1上，腹囊1、大腿囊2和小腿囊3顺次相连通，腹囊1与大腿囊2之间设置第二压力比例阀8，大腿囊2与小腿囊3之间设置第三压力比例阀9，小腿囊3连接有出气口10，出气口10能够与外部加压气体相连通，腹囊1、大腿囊2和小腿囊3内均设置压力传感器18，加速度传感器6、第一压力比例阀7、第二压力比例阀8、第三压力比例阀9、出气口10、压力传感器18均与控制器5相连。
使用本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服时，加速度传感器6感应到使用者处于正向过载加速度环境中时，控制器5控制第一压力比例阀7的开启程度，加压气体按照一定流量进入腹囊1中，当腹囊1中压力达到预设值时，控制器5控制第二压力比例阀8开启，并控制气压流量，使加压气体进入两个大腿囊2中，当大腿囊2中的压力达到预设值时，控制器5控制第三压力比例阀9开启，气压进入小腿囊3中，当加速度环境消失时，抗荷服能够利用出气口10完成排气；当使用者处于反向过载加速度环境中时，控制器5控制加压气体按照一定流量进入小腿囊3，当小腿囊3中压力达到预设值时，第三压力比例阀9打开，气压进入大腿囊2中，同样地，当大腿囊2中压力达到预设值时，第二比例阀打开，气压进入腹囊1中，当加速度环境消失后，利用出气口10完成排气。本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服，利用加速度传感器6感应加速度的性质及大小，根据加速度控制气压输入的流量和方向，一方面使使用者无需在低过载时承受高水平压力，提高了身体对于过载的耐受时间；另一方面针对不同的过载方向可以自动选择相应的加压方向，提高了人体对于过载的耐受性；另外，本发明能够根据上级气囊中的压力来自动控制气压的通断，使各气囊中压力维持在合适的大小，在各气囊中形成了压力梯度，使身体不同的部位承受其合适的压力大小，提高了使用者的舒适性，进而提高人机结合的效能。
其中，腹囊1与大腿囊2之间设置导管11，导管11包括相连通的主管和两根分支管，主管与腹囊1相连通，分支管与大腿囊2相连通且一一对应，第二压力比例阀8设置于主管上，腹囊1通过导管11与两个大腿囊2相连通，导管11包括主管和两个分支管，使得腹囊1能够同时与两个大腿囊2相连通，在向大腿囊2内通入加压气体时，能够更加均匀地同时向两个大腿囊2加压，提高使用者舒适度。
同样地，大腿囊2通过连通管12与小腿囊3相连通，第三压力比例阀9设置于连通管12上，连通管12、第三压力比例阀9的数量均为两个并与小腿囊3一一对应，利用连通管12，同一侧的大腿囊2和小腿囊3相连通，尽可能地缩短压力流通路径，方便加压气体流通，提高加压效率，另外，方便管路布设和使用者穿戴。
具体地，小腿囊3连接有侧管13，出气口10设置于侧管13远离小腿囊3的一端；腹囊1通过进气管14与外部加压气体相连通，进气管14与侧管13连接有电磁换向阀19，电磁换向阀19属于加速度感应换向单元4的一部分，且电磁换向阀19同样与控制器5相连，电磁换向阀19能够控制加压气体的进气和排气，当处于反向过载加速度环境中时，出气口10和侧管13同样能够进气，以使抗荷服达到改变加压方向的目的，对使用者提供有效保护。
在本具体实施方式中，导管11和连通管12位于大腿囊2的同一侧，使用者穿戴时可将导管11和连通管12置于身体后侧，减少管路对使用者的影响，侧管13位于小腿囊3远离另一小腿囊3的一侧，减少对使用者正常动作的影响。
更具体地，腹囊1、大腿囊2和小腿囊3均包括多个囊腔15，设置多个囊腔15，使得腹囊1、大腿囊2和小腿囊3与使用者身体更加贴合，增强保护效果，多个囊腔15相连通，囊腔15外连接有编织布料结构层16，提高抗荷服结构整体性，提高舒适度，方便穿脱，压力传感器18设置于囊腔15远离编织布料结构层16的一侧，保证压力传感器18感应精度，加速度传感器6设置于编织布料结构层16远离囊腔15的一侧。
在本具体实施方式中，腹囊1、大腿囊2和小腿囊3均包括两组囊腔15，每一组囊腔15的数量为两个且相对设置，四个囊腔15围成环状，设置多个囊腔15，使得囊腔15与使用者之间的贴合度更高，提高舒适度的同时，使抗荷服能够适应各种身型的使用者，提高抗荷服的适应性。
除此之外，编织布料结构层16设置开口，开口处设置快速接头17，方便穿脱，穿戴好后，闭合快速接头17，提高使用便捷性，在使用时，控制器5可固定于座椅上，减轻使用者负担，方便操作。
本发明的压力自适应性梯度变化的抗荷服，当飞行器处于过载情况下，加速度传感器6能够感知到加速度的性质以及大小情况，并将该加速度信号输入至控制器5中，控制器5将加速度信号转换为相应的电信号分别输出至各个压力比例阀以及电磁换向阀19中，从而可以控制气源输入气压的大小以及气压输入的方向，使各气囊中获得压力。当气压进入各气囊的囊腔15内，位于各气囊上的压力传感器18可感知该气囊中压力的大小，当压力达到预设值时，该压力传感器18将压力信号输入至控制器5中，控制器5将压力信号转换为电信号，控制下一级的压力比例阀打开，此时气压流入下一级气囊中，依次逐级类推，使各气囊中的气压值维持在预设值。本发明通过压力传感器18感知上级气囊中的压力大小来控制气流的通断以及流量大小，从而实现由上而下(或由下而上)梯度控制各部位气囊的压力，相对减轻使用者身体各部位的负担。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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