IT201900018731A1

IT201900018731A1 - Sistema di airbag di tipo auto-adattativo per velivolo

Info

Publication number: IT201900018731A1
Application number: IT102019000018731A
Authority: IT
Inventors: Antonio Piccolo; Gaetana Mastroianni; Umberto Papa; Emanuele Bottone
Original assignee: Leonardo Spa
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-04-14
Also published as: ES2978535T3; EP3808660B1; EP3808660A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“SISTEMA DI AIRBAG DI TIPO AUTO-ADATTATIVO PER VELIVOLO”

Campo della tecnica

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di airbag di tipo auto-adattativo per velivolo.

Sfondo dell’invenzione

In casi di emergenza/avaria i velivoli possono essere costretti ad effettuare atterraggi senza carrelli (emergency landing) o anche ammaraggi (ditching) quando non è possibile raggiungere una pista idonea. Tali operazioni sono sempre molto rischiose e si concludono con successo solo se il pilota e l’equipaggio riescono ad applicare in pieno le procedure previste dal manuale di volo in queste circostanze di emergenza.

In particolare, nei casi di ditching, i manuali di volo prevedono, fra l’altro, che l’impatto tra la superficie d’acqua e la fusoliera del velivolo debba essere realizzato secondo un angolo obiettivo di inclinazione rispetto all’orizzontale (angolo di pitch) al fine di realizzare il miglior comportamento dinamico di impatto, minimizzare i carichi incassati dalla struttura ed evitare la distruzione del velivolo.

Nelle condizioni di ditching la potenza dei motori è di solito molto ridotta o nulla e l’attuazione delle superfici di controllo primarie (elevatori, alettoni) e secondarie (flaps, rudder) spesso è realizzata con sorgenti di energia ausiliarie, come batterie tampone, di durata e potenza limitata. Conseguentemente la controllabilità del velivolo è problematica è può risultare assai difficile al pilota realizzare l’impatto con l’acqua con il valore dell’angolo di pitch previsto a manuale.

Nei casi di emergency landing, uno o entrambi i carrelli principali (Main landing Gear, MLG) e/o il carrello secondario (in genere, il Nose Landing Gear, NLG) non sono disponibili per avaria del sistema meccanico / idraulico di attuazione, e cioè non fuoriescono completamente dall’alloggiamento della fusoliera, oppure non rimangono bloccati nella posizione estesa per avaria al sistema di blocco.

Per aumentare la sicurezza del velivolo nelle sopra descritte condizioni di emergenza, sono stati proposti in campo aeronautico ed aerospaziale dei sistemi di airbag atti ad attivarsi prima dell’impatto del velivolo in modo tale da ridurre i carichi di impatto.

Descrizione dell’arte nota

Il brevetto US8418957 descrive un sistema di attenuazione degli incidenti per un aeromobile, in cui un airbag trasportato dall'aeromobile è gonfiabile all’esterno dell'aeromobile. L'airbag ha almeno una presa d'aria per l’immissione di gas dall'interno dell'airbag. Una fonte di gas è in comunicazione con l'interno dell'airbag per gonfiare l'airbag con il gas generato dalla fonte di gas.

La domanda di brevetto US20070284863 descrive un modulo di airbag con generazione di gas integrata che non richiede un gonfiatore discreto o un filtro discreto.

Il brevetto US 100997786 descrive un sistema airbag per veicoli aerei senza equipaggio (UAV) atto a proteggere l’aereo da impatti. L'airbag può circondare almeno parzialmente l'UAV, consentendo l’operatività almeno parziale dell’UAV anche in seguito ad un impatto. In alcune forme di realizzazione, l'airbag può essere gonfiato appena prima che l’aereo senza equipaggio entri in contatto con un altro oggetto volante.

La principale limitazione che presentano i sistemi di airbag di tipo noto è l’assenza di una capacità auto adattativa che consenta di modificare la struttura dell’airbag in funzione delle condizioni operative, in particolare in base all’angolo di pitch.

Lo scopo della presente invenzione è quello di prevedere un sistema di airbag per velivolo che risolva i problemi dell’arte nota.

Riassunto dell’invenzione

Lo scopo sopra detto è realizzato dalla presente invenzione che si riferisce ad un sistema di airbag di tipo auto-adattativo per velivolo del tipo descritto nella rivendicazione 1.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà illustrata con riferimento ai disegni allegati che ne rappresentano una forma di limitazione non limitative in cui:

• La figura 1 illustra in modo schematico un sistema di airbag di tipo auto-adattativo per velivolo realizzato secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione: e

• Le Figure 2, 3 e 4 illustrano il funzionamento del sistema di airbag della figura 1;

• La figura 5 illustra in modo schematico un sistema di airbag di tipo auto-adattativo per velivolo realizzato secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione:

• Le Figure 6, 7 e 8 illustrano il funzionamento del sistema di airbag della figura 5;

• La figura 9 illustra un dettaglio del sistema di airbag secondo la presente invenzione: e

• La figura 10 illustra la logica di attivazione del sistema di airbag secondo la presente invenzione.

Descrizione dettagliata dell’invenzione.

Nella figura 1 il numero 1 indica un sistema di airbag di tipo auto-adattativo per velivolo (illustrato schematicamente) comprendente un primo gruppo airbag 3 portato dalla fusoliera 4 del velivolo ed atto ad estendersi, quando gonfiato in seguito ad attivazione, da un lato inferiore 4a della fusoliera del velivolo ed almeno un secondo gruppo airbag 5 portato anche esso dalla fusoliera 4 del velivolo ed atto ad estendersi, quando gonfiato in seguito ad attivazione, anche esso dal lato inferiore 4a della fusoliera 4 del velivolo.

Il primo ed il secondo gruppo airbag 3, 5 sono distanziati tra di loro sulla fusoliera del velivolo 4.

Con maggiore dettaglio nell’esempio delle figure 1-5 il primo gruppo airbag 3 di tipo anteriore (FWD) presenta distanza D1 minore dalla porzione di estremità anteriore 7 del velivolo rispetto alla distanza D2 che il secondo gruppo airbag 5 di tipo posteriore (AFT) presenta da detta porzione di estremità anteriore 7. In questa forma di realizzazione i gruppi airbag 3 e 5 sono allineati lungo una direzione longitudinale del velivolo e vengono utilizzati per ridurre i carichi applicati alla fusoliera 4 in caso di atterraggio di emergenza del velivolo su una superficie d’acqua. Tali aspetti saranno chiariti in seguito.

Con maggiore dettaglio nell’esempio delle figure 5-8, il primo gruppo airbag 3 ed il secondo gruppo airbag 5 sono disposti su lati opposti della fusoliera 4 in prossimità dell’alloggiamento dei carrelli principali 10a, 10b (illustrati schematicamente) laterali destro e sinistro e sono disposti da parte opposta rispetto all’asse longitudinale del velivolo per ridurre i carichi conseguenti ad un impatto della fusoliera del velivolo con il suolo in condizione di avaria di uno o entrambi i carrelli 10a,10b.

Secondo la presente invenzione ciascun primo e secondo gruppo airbag 3, 5 è configurato per essere attivato parzialmente o completamente per realizzare alternativamente una prima disposizione in cui il corpo dell’airbag si estende per una prima lunghezza H1 dalla fusoliera 4 del velivolo ed una seconda disposizione in cui il corpo dell’airbag si estende per una seconda lunghezza H2 superiore alla prima lunghezza H1 dalla fusoliera 4 del velivolo.

Nell’esempio illustrato (si veda la figura 9) il primo/il secondo gruppo airbag 3, 5 comprende un primo involucro gonfiabile 12 configurato per assumere, in uso quando gonfiato, forma toroidale attorno ad un asse 13 ed un secondo involucro gonfiabile 14 portato dal primo involucro 12 e configurato per assumere, in uso quando gonfiato, forma cilindrica attorno all’asse 13 con una porzione allungata 16 estendentesi assialmente attraverso la apertura centrale del primo involucro toroidale 12 gonfiabile.

Il primo involucro gonfiabile 12 è collegato con almeno una sorgente di gas 20 di tipo pirotecnico o di qualunque altro tipo che ne garantisca una equivalente espansione rapida atta a realizzare la appropriata pressione sulle pareti dell’involucro 12 stesso, situata in apposito alloggiamento dedicato (kit) montato tutto o in parte all’esterno della fusoliera 4 e la estremità libera della porzione allungata 16 è collegata con una sorgente di gas 22 con le stesse caratteristiche sopra descritte per la sorgente 20. Entrambe le sorgenti di gas 20,22 sono attivabili da una unità elettronica di controllo 30. Qualora venga attivata solamente la prima sorgente di gas 20 si realizza il dispiegamento del solo primo involucro 12 che presenta dimensioni assiali prossime ad H1 e qualora vengano attivate entrambe le sorgenti di gas 20 e 22 si ottiene il dispiegamento di entrambi gli involucri 12 e 14 che presentano, nel loro insieme, dimensioni assiali complessive H2. Entrambi gli involucri 12 e 14 sono provvisti di rispettive valvole 32, 33 che si aprono quando la pressione all’interno dell’involucro 12, 14 supera un valore di soglia.

La distanza longitudinale L tra il primo gruppo airbag 3 ed il secondo gruppo airbag 5 viene definita in funzione della correzione massima ΔθMAX dell’angolo di pitch all’impatto in base alla relazione:

ΔθMAX = arctang (t2/L)

dove L e’ appunto la distanza longitudinale e t2 la dimensione assiale del secondo involucro 14 gonfiato.

Come sarà dettagliato, in seguito l’unità elettronica 30 è atta a rilevare parametri del velivolo prima dell’impatto con la superficie d’acqua o il suolo per realizzare l’attivazione parziale / totale di ciascun primo / secondo gruppo airbag 3, 5 e ridurre i carichi di impatto.

Il funzionamento della centralina elettronica 30 è descritto nel flow chart di figura 10.

In seguito alla attivazione del sistema (blocco 100) l’operatore può scegliere (anche attraverso un selettore manuale) l’attivazione del sistema airbag 1 in una modalità di atterraggio di emergenza in acqua (blocco 110, Ditching Mode) ed una modalità di atterraggio sul suolo con uno o entrambi i carrelli principali in avaria (blocco 120, Crash Mode).

Nel primo caso, il blocco 110 è seguito da un blocco 130 che procede alla lettura, mediante la strumentazione di bordo (altimetro) della quota Hoe del velivolo. Qualora la quota Hoe sia superiore ad un valore di attivazione Hoe-lim si rimane in loop (il blocco 140 è seguito dal blocco 130) altrimenti il blocco 140 è seguito da un blocco 150 che provvede alla lettura dell’angolo di pitch del velivolo. Anche tale dato è disponibile dalla strumentazione di bordo.

In base ai dati rilevati nel blocco 150, la unità elettronica 30 è atta a comandare:

o la attivazione totale del primo gruppo airbag 3 e del secondo gruppo airbag 5 qualora l’angolo di pitch misurato sia pari o molto prossimo secondo una prescritta tolleranza ad un angolo di pitch target previsto nei manuali di volo per ridurre i carichi di impatto (blocco 160, figura 2): ad esempio, la circostanza sopra descritta si realizza quando l’angolo di pitch misurato (in gradi sessagesimali) risulta contemporaneamente maggiore o uguale all’angolo di pitch di target (in gradi sessagesimali) decrementato di 1 grado sessagesimale (tolleranza prescritta) e minore o uguale all’angolo di pitch di target (in gradi sessagesimali) incrementato di 1 grado sessagesimale (tolleranza prescritta);

o la attivazione totale del primo gruppo airbag 3 e l’attivazione parziale del secondo gruppo airbag 5 qualora l’angolo di pitch misurato sia superiore oltre una prescritta tolleranza all’angolo di pitch target (blocco 170, figura 3): ad esempio, la circostanza sopra descritta si realizza quando l’angolo di pitch misurato (in gradi sessagesimali) risulta maggiore dell’angolo di pitch di target (in gradi sessagesimali) incrementato di 1 grado sessagesimale (tolleranza prescritta);

o la attivazione parziale del primo gruppo airbag 3 e l’attivazione totale del secondo gruppo airbag 5 qualora l’angolo di pitch misurato sia inferiore oltre una prescritta tolleranza all’angolo di pitch di target (blocco 180, figura 4): ad esempio, la circostanza sopra descritta si realizza quando l’angolo di pitch misurato (in gradi sessagesimali) risulta minore dell’angolo di pitch di target (in gradi sessagesimali) decrementato di 1 grado sessagesimale (tolleranza prescritta). Le operazioni sopra descritte concorrono a modificare, nell’impatto con la superfice d’acqua, il primo punto del velivolo (cioè il primo o secondo gruppo airbag 3, 5) che va a contatto con l’acqua correggendo – almeno parzialmente –l’angolo di pitch all’impatto per renderlo il più possibile prossimo a quello target.

Il blocco 120 è seguito da un blocco 190 che procede alla lettura, mediante la strumentazione di bordo (altimetro) della quota Hoe del velivolo. Qualora la quota Hoe sia superiore ad un valore di attivazione Hoe-lim si rimane in loop (il blocco 200 è seguito dal blocco 190) altrimenti il blocco 200 è seguito da un blocco 210 che provvede alla lettura dello stato funzionate / avaria dei carrelli principali del velivolo. Anche tale dato è disponibile dalla strumentazione di bordo.

o Qualora entrambi i carrelli principali siano in stato di non estensione o di estensione non bloccata viene comandata l’attivazione completa del primo e del secondo gruppo airbag 3, 5 (blocco 220, figura 7):

o qualora il carrello principale destro 10a sia in stato di non estensione o di estensione non bloccata viene comandata l’attivazione del gruppo airbag 3 disposto in prossimità dell’alloggiamento di tale carrello (blocco 230, figura 6): e

o qualora il carrello principale sinistro 10b sia in stato di non estensione o di estensione non bloccata viene comandata l’attivazione del gruppo airbag 5 disposto in prossimità dell’alloggiamento di tale carrello (blocco 240, figura 8).

In questo modo, la unità elettronica 30 comanda l’attivazione del primo e/o del secondo gruppo airbag 3,5 in corrispondenza del carrello o dei carrelli in stato di avaria

Le operazioni sopra descritte concorrono ad attenuare gli effetti del crash per assenza parziale o totale del carrello con l’attivazione di gruppi airbag 3, 5 su uno o entrambi i lati della fusoliera.

Il sistema descritto può essere installato facilmente su un veicolo esistente senza modificare in modo sostanziale il design della fusoliera. Il sistema può quindi essere configurato come uno specifico kit di miglioramento velivolo consentendo di proporre il sistema come un retrofit su velivoli già in esercizio.

Claims

RIVENDICAZIONI 1.- Sistema di airbag per velivolo di tipo autoadattativo comprendente un primo gruppo airbag (3) portato dalla fusoliera (4) del velivolo ed atto ad estendersi, quando gonfiato in seguito ad attivazione, da un lato inferiore (4a) della fusoliera (4) del velivolo ed almeno un secondo gruppo airbag (5) portato dalla fusoliera (4) ed atto ad estendersi, quando gonfiato in seguito ad attivazione, dal lato inferiore (4a) della fusoliera (4) del velivolo, il primo ed il secondo gruppo airbag (3,5) essendo distanziati tra di loro sulla fusoliera (4) del velivolo, caratterizzato dal fatto che ciascun primo e secondo gruppo airbag (3,5) è configurato per essere attivato parzialmente o completamente per realizzare alternativamente una prima disposizione in cui il corpo dell’airbag si estende per una prima lunghezza (H1) dalla fusoliera del velivolo ed una seconda disposizione in cui il corpo dell’airbag si estende per una seconda lunghezza (H2) superiore alla prima lunghezza (H1) dalla fusoliera del velivolo; il sistema di airbag è provvisto di una unità elettronica (30) atta a rilevare parametri di volo del detto velivolo prima dell’impatto per realizzare l’attivazione parziale / totale di ciascun primo / secondo gruppo airbag (3,5) e ridurre i carichi di impatto. 2.- Sistema di airbag secondo la rivendicazione 1, in cui il primo gruppo airbag (3) ed il secondo gruppo airbag (5) sono disposti spaziati tra di loro lungo la fusoliera (4) e sono atti a ridurre i carichi conseguenti ad un impatto in acqua della fusoliera del velivolo; la detta unità elettronica essendo atta a rilevare l’angolo di pitch previsto del velivolo all’impatto con la superficie d’acqua ed essendo configurato per confrontare l’angolo di pitch rilevato con un angolo di pitch target previsto dai manuali di volo per ridurre i carichi di impatto: detta unita elettronica (30) essendo atta a comandare, in base ai risultati del confronto, l’attivazione parziale o totale del detto primo e del detto secondo gruppo airbag (3,5). 3.- Sistema di airbag secondo la rivendicazione 2, in cui detta unita elettronica (30) è configurata a comandare: la attivazione totale (160) del detto primo gruppo airbag (3) e del detto secondo gruppo airbag (5) qualora l’angolo di pitch rilevato sia pari o molto prossimo secondo una prescritta tolleranza all’angolo di pitch target; la attivazione totale (170) del detto primo gruppo airbag (3) e l’attivazione parziale del detto secondo gruppo airbag (5) qualora l’angolo di pitch rilevato sia superiore oltre una prescritta tolleranza all’angolo di pitch target; e la attivazione parziale (180) del detto primo gruppo airbag (3) e l’attivazione totale del detto secondo gruppo airbag (5) qualora l’angolo di pitch rilevato sia inferiore oltre una prescritta tolleranza all’angolo di pitch target. 4.- Sistema di airbag secondo la rivendicazione 3, in cui il detto primo gruppo airbag (3) di tipo anteriore presenta distanza (D1) minore dalla porzione di estremità anteriore (7) del velivolo rispetto alla distanza (D2) che il secondo gruppo airbag (3) di tipo posteriore presenta da detta porzione di estremità anteriore (7). 5.- Sistema di airbag secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui la detta unità elettronica (30) è configurata per rilevare la quota del velivolo (130) per abilitare (140) l’attivazione parziale o totale del primo e del secondo (3,5) gruppo airbag quando la quota è inferiore di un valore limite di attivazione. 6.- Sistema di airbag secondo la rivendicazione 1, in cui il primo gruppo airbag (3) ed il secondo gruppo airbag (5) sono disposti su lati opposti della fusoliera (4) e sono atti a ridurre i carichi conseguenti ad un impatto della fusoliera del velivolo con il suolo in condizione di avaria di uno o entrambi i carrelli (10a,10b); la detta unità elettronica essendo atta a rilevare uno stato di avaria dei carrelli per comandare l’attivazione del detto primo e/o del detto secondo gruppo airbag in corrispondenza del lato o di entrambi i lati della fusoliera dove il carrello principale è in stato di avaria. 7.- Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun primo e secondo gruppo airbag (3,5) comprende un primo involucro gonfiabile (12) configurato per assumere, in uso, forma toroidale attorno ad un asse (13) ed un secondo involucro gonfiabile (14) portato dal primo involucro (12) e configurato per assumere, in uso, forma cilindrica attorno all’asse (13) con una porzione allungata (16) estendentesi assialmente attraverso la apertura centrale del primo involucro toroidale (12) gonfiabile. 8.- Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui il primo involucro gonfiabile (12) è collegato con almeno una prima sorgente di gas (20) e la estremità libera della porzione allungata (16) è collegata con almeno una seconda sorgente di gas (22); entrambe le sorgenti di gas (20,22) sono attivabili dalla detta unità elettronica di controllo (30); qualora venga attivata solamente la prima sorgente di gas (20) si realizza l’attivazione parziale del detto gruppo airbag con il dispiegamento del solo primo involucro e qualora vengano attivate entrambe le sorgenti di gas (20 e 22) si realizza l’attivazione totale del detto gruppo airbag con il dispiegamento di entrambi gli involucri (12 e 14).