一种可替代航空座椅安全带动态冲击试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于飞机部件强度动态试验技术领域，具体涉及航空可替代座椅安全带动态冲击试验装置及方法。

背景技术

安全带是飞机座椅系统的重要组成部分，对保证乘客的安全有着重要意义。在坠撞条件下，座椅安全带对乘员起到了关键的约束和保护作用。无论是在国际上还是我国航空工业系统中，都制定了安全带最低性能要求。“最低”不是性能本身较低，而是确保乘员人身安全起码的要求。装在飞机上的安全带，必须通过民用航空适航部门的审查。经适航审查合格，发给适航证，才能装上飞机使用。

安全带是飞机应急着陆或发生碰撞时对乘员进行约束，以及避免碰撞时乘员与座椅或飞机其他结构等发生二次碰撞，或避免碰撞时冲出座椅导致死伤的关键安全装置。安全带是用尼龙或聚酯等合成纤维编制并经过热处理而成，主要由安全释放装置、织带和座椅连接部分组成。经过长期而频繁的使用，安全带的力学性能会发生退化，性能退化后承受冲击载荷能力下降，一般来说安全带的使用寿命约为3-5年，寿命到期后要求更换。

对于座椅系统，适航管理规定要求如果主传力路径上的结构件进行了重新设计或工艺调整，必须重新开展动力试验验证座椅系统的动态性能。FAA在25-64修正案中为座椅乘员提供了更高的安全性水平，该修正案的重点是考虑在§25.562(b)条所规定的动态条件下的座椅及其安全带性能；使用其它的安全带来替换符合§25.562的座椅的安全带，通常都需要使用实际的座椅进行新的动态试验，且需要使用原来安装安全带的新座椅，除非更换用的安全带为原厂、原工艺的产品。但是我国航空公司使用的绝大部分座椅均为进口产品，基本上无法满足以上要求。因此大部分时候只能成批重新更换国外安全带或座椅，经济成本极高也很耗时。航空座椅安全带制造技术国内早已成熟，国内有大量厂家从事该类产品研制，无法将产品大量推广的原因在于缺乏一种简单可行的验证方法，以证明国内配套生产的安全带满足适航条例的要求。

发明内容

本发明的目的：提供一种考核航空可替代座椅安全带动态特性的试验装置及方法，该方法利用刚性座椅模拟实际的弹性座椅，简化试验条件，配合提出的试验判据，可满足中国民用航空航空总局运输类飞机适航标准(CCAR 25)第25.562(b)条所规定的动态条件下的座椅及其安全带性能。

本发明，通过使用刚性座椅装置来代替实际座椅进行动态试验来证明安全带的符合性，将会显著地降低替换安全带的相关验证的资金和时间成本。

本发明的技术方案：一方面，提供一种可替代航空座椅安全带动态冲击试验装置，所述试验装置包括与控制系统连接的冲击试验台1，冲击试验台1用于在冲击试验过程中进行冲击加速度运动；冲击试验台1上安装有刚性座椅2和脚踏7，刚性座椅2的座椅靠背前后可调节、脚踏的高度可调节，调节后的刚性座椅用于替代已取证的旅客座椅；

所述刚性座椅为双联座椅，刚性座椅2上并排设置有两个试验用假人8，其中一个试验用假人通过已取证的座椅安全带4安装到刚性座椅2上，另一个试验用假人通过用于替换的座椅安全带3安装到刚性座椅2上；

两个座椅安全带上均安装有测力传感器9，用于测量冲击试验过程座椅安全带的负载；数据采集系统10与测力传感器9数据连接，用于采集测量数据；

刚性座椅2的左右两侧设置有高速摄像装置11，用于获取试验用假人8的头部轨迹。

可选地，通过搭接扣将已取证的座椅安全带4、用于替换的座椅安全带3安装到刚性座椅上。

可选地，定义所述已取证的座椅安全带4、用于替换的座椅安全带3的搭接扣处为约束定位点，测力传感器分别安装在两个座椅安全带的约束定位点处。

可选地，所述试验装置还包括试验台架6，试验台架6固定在冲击试验台1上，刚性座椅2和脚踏7安装在试验台架6上。

可选地，刚性座椅2的座椅靠背通过螺栓与座椅底座连接，调节螺栓，所述刚性座椅2的座椅靠背的前后位置可调节。

可选地，脚踏7通过螺栓安装于试验台架6，脚踏7相对试验台架的高度可调节；试验用假人的头部设置有MARK标。

另一方面，提供一种可替代航空座椅安全带动态冲击试验方法，利用如上所述的试验装置，所述试验方法包括：

对试验用假人预处理，使得试验用假人的所有关节摩擦力调节到1g；

采用软棒法测量刚性座椅的SRP点，通过调节刚性座椅2靠背和脚踏7，使刚性座椅的SRP点与实际旅客座椅的SRP点坐标值在误差范围内；

调节已取证的座椅安全带4、用于替换的座椅安全带3的预紧力，使两个座椅安全带的预紧力差异在10N以内；

控制系统控制冲击试验台，使冲击试验台按照预设的冲击加速度波形完成冲击加速度运动；

高速摄像装置11获取两个试验用假人的头部轨迹；测力传感器实时采集两个安全带上的约束载荷。

进一步地，所述方法还包括，对动态冲击试验进行判断，试验合格判据为：

冲击试验台具备在试验过程中加速和减速快速转换能力，符合FAA咨询通告AC25-562-1B的要求；

冲击试验台的加速度波形符合FAA咨询通告AC25-562-1B的要求。

进一步地，所述方法还包括，对拟用于替换的座椅安全带和已取证的座椅安全带的性能进行比较，合格判据为：

两个试验用假人的头部的最大行程点的差异在±2.54厘米之内；

已取证的座椅安全带4和用于替换的座椅安全带3的约束载荷的峰值差异在±6％之内；

已取证的座椅安全带4和用于替换的座椅安全带3无结构失效。

本发明的技术效果：

a)利用刚性座椅模拟实际的弹性座椅，简化了试验条件，配合提出的试验判据，可极大地降低航空座椅座椅安全带的验证成本，也降低了航空公司采购座椅安全带的成本，有利于促进国内航空座椅安全带行业的发展；

b)在刚性座椅装置上安装已取证的和拟用于替换的安全带。刚性座椅在动态试验滑车上并排安装，以确保每个座椅所遭受的冲击条件是相同的；

c)安装测力传感器或拉力计的测量装置，可以精确测定约束定位点的约束载荷；

d)试验中使用的座椅装置的约束定位点、约束定位点位置、座椅安全带、试验用假人(ATD)的姿态以及座椅参考点(SRP)可以代表已取证的座椅；

e)刚性座椅装置配备有用于放置ATD脚部的踏板，通过调节ATD可使其脚部相对位置与其坐在已取证的座椅中时相同。

附图说明

图1为本发明的试验流程示意图；

图2为航空可替代座椅安全带试验装置安装示意图；

图3为航空可替代座椅安全带试验装置装配图；

附图标记说明：1—冲击试验台，2—刚性座椅，3—用于替换的座椅安全带，4—已取证的座椅安全带，5—座椅垫，6—试验台架，7—脚踏，8—试验用假人，9—测力传感器，10—数据采集系统，11—高速摄像装置，12—MARK标。

具体实施方式

实施例1

本实施例，提供一种可替代座椅安全带动态冲击试验装置，图2为航空可替代座椅安全带试验装置安装示意图、图3为航空可替代座椅安全带试验装置装配图，结合图2和图3所示，本发明可替代座椅安全带动态适航试验装置包括：冲击试验台1、刚性座椅2、用于替换的座椅安全带3、已取证的座椅安全带4、座椅垫5、试验台架6、脚踏7、试验用假人8、测力传感器9、数据采集系统10、高速摄像装置11、MARK标12。

试验台架6固定在冲击试验台1上，刚性座椅2和脚踏7固定在试验台架6上。刚性座椅2为双联座椅，分别通过搭接扣将已取证的座椅安全带4和用于替换的座椅安全带3安装到刚性座椅上；通过粘扣将座椅垫5安装到刚性座椅上。

两个试验用假人8并排坐在座椅垫上5，其中一个通过已取证的座椅安全带4与刚性座椅2固定，另一个通过用于替换的座椅安全带3与刚性座椅2固定。

在已取证的座椅安全带4和用于替换的座椅安全带3上安装测力传感器9，测力传感器9通过数据线与数据采集系统10连接。定义所述已取证的座椅安全带4、用于替换的座椅安全带3的搭接扣处为约束定位点，测力传感器分别安装在两个座椅安全带的约束定位点处。

本实施例，冲击试验台与控制系统连接，在台架试验过程中，控制系统控制冲击试验台工作，冲击试验台1用于在冲击试验过程中进行冲击加速度运动；冲击试验台内的驱动装置施加载荷，使冲击试验台1产生预设的冲击加速度波形。利用冲击试验台内的加速度计，测量冲击过程中加速度过载的变化。

刚性座椅和脚踏，通过试验台架与冲击试验台连接，双联座椅在冲击试验台上并排安装，确保每个座椅所遭受的冲击条件是相同的，通过对座椅靠背和脚踏两个方向的调节，可改变座椅参考点SRP，使调节后的刚性座椅代表已取证的旅客座椅，满足不同规格座椅的需要。

本实施例，试验用假人：性能指标相同的两个试验用假人穿合身的棉布紧身短袖衬衫，长及小腿中部的裤子及45号的鞋，乘坐在两个座位中间尽可能对称的位置，并在头部相同部位分别粘贴MARK标，用高速摄像测量假人头部位移；

本实施例，动态冲击试验，通过设置冲击试验台的控制系统来实现FAA咨询通告AC25-562-1B规定的加速度波形；冲击载荷通过冲击试验台1传递到刚性座椅2、座椅安全带34和试验用假人8，控制点在冲击试验台上。高速摄像装置11全程监测试验用假人8头部运动轨迹。

本发明设计的双联座椅在动态试验滑车上并排安装，可以确保每个座椅所遭受的冲击条件是相同的；本发明采用的光测法，通过分析高速摄像拍摄得到的假人头部运动图像，不仅可观察得到头部运动轨迹，还可精确测量头部标记位置的位移。

实施例2

图1为本发明的试验流程示意图，结合图1所示，应用实施例1所述的可替代座椅安全带动态适航试验装置开展动态冲击试验，具体包括以下步骤：

步骤1：首先，完成试验用假人8的标定与预处理，并将其所有关节摩擦力调节到规定值。然后，通过螺栓将试验台架6固定于冲击试验台1上，再将试验台架6和刚性座椅2、脚踏7连接，保证冲击过程中装置不出现松动和滑移。

本实施例，试验用仿真假人预处理过程为，在19℃～25℃和相对湿度为10％～70％的条件下保存至少4小时，假人的所有关节摩擦力调节到1g，即肢体连接点的摩擦力调节到肢体水平伸出时，能够自由落体。试验用假人8穿合身的棉布紧身短袖衬衫，长及小腿中部的裤子及45号的鞋。

步骤2：座椅安全带状态检查，检查用于替换的座椅安全带的制造符合性，，具体包括检查安全带的制造合格参数和安装参数，确认座椅安全带满足试验要求。

步骤3：SRP点测量，采用软棒法测量刚性座椅SRP点。

本实施例，将两套相同的座椅垫5安装在刚性座椅2上，采用软棒法测量刚性座椅2SRP点，通过调节刚性座椅2靠背和脚踏7，使其与实际座椅坐标值在误差范围内，并固定好座椅靠背和脚踏7。

步骤4：座椅安全带和测力传感器安装，通过搭接扣将已取证的座椅安全带和拟用于替换的座椅安全带安装到刚性座椅上，在座椅安全带上安装测力传感器。

步骤5：试验用假人安装。

本实施例，起吊，称重并分别放置两个试验用假人8在刚性座椅2两个座位中间尽可能对称的位置，在两个试验用假人8头部相同部位分别粘贴MARK标12，用以高速摄像装置11测量假人头部位移。

本实施例，在已取证的座椅安全带4和用于替换的座椅安全带3上安装测力传感器9，拉紧已取证的座椅安全带4和用于替换的座椅安全带3，保证两根手指很紧地插入试验用假人8的腰部与座椅安全带3、4之间，且数据采集系统10采集得到的已取证的座椅安全带4和用于替换的座椅安全带3上预紧力差异应在10N以内。

步骤6：冲击试验台的电测系统调试，系统通电联调，检查电测系统触发可靠性，系统调零。

步骤7：光测设备的布置，在台车试验区座椅两侧各布置一台高速摄像装置11，可以为高速摄像机；调节好摄像机的镜头，使高速摄像机可以完整地捕捉全部冲击过程，调整镜头使主光轴垂直冲击试验台1滑轨。调试实验波形，并通过预冲实验，校对冲击波形，调试数据采集系统10。本实施例，在台车试验区座椅两侧约7米位置各布置一台高速摄像机。

步骤8：正式试验，首先将冲击试验台1)拉回到发射位置，将冲击试验台的气源压力充到超过预计的气缸发射压力5兆帕或0.5倍，待充气完毕后按下发射按钮进行发射，发射后控制系统自动缩回撞杆，并显示结果。

步骤9：试验后检查及记录。

具体地，基于如上所述的可替代航空座椅安全带动态冲击试验装置，在要求的冲击试验条件下开展冲击试验，试验条件见表1，分别测试两套假人的头部运动轨迹和座椅安全带定位点的约束载荷。

表1试验条件

开展完成实验后，对试验结果进行判断，试验合格判据为：

1.试验加载设备和试验台必须满足FAA咨询通告AC25-562-1B的要求，具备在试验过程中加速和减速快速转换的能力；

2.试验中的试验台加载加速度波形必须满足FAA咨询通告AC25-562-1B的要求。

对拟用于替换的安全带和已取证的安全带的性能进行比较，合格判据为：

1.二者相比，作用于约束定位点的约束载荷的峰值的差异应在±6％之内；

2.二者相比，ATD头部的最大行程点的差异应在±1英寸(2.54厘米)之内；

3.对ATD的头部轨迹从初始位置到最大行程点进行评估。二者之间的头部路径应当没有显著的差异；

4.在试验过程中，拟用于替换的和已取证的安全带不允许出现结构失效(如织带的撕裂或割裂、金属件的结构破坏)。在冲击过程中，上躯干约束系带必须保持在ATD的肩部，骨盆约束安全带必须保持在ATD的骨盆处。

本发明提出的应用刚性座椅模拟实际的弹性座椅试验验证方法，基于该方法可验证航空座椅安全带满足中国民用航空航空总局运输类飞机适航标准(CCAR 25)第25.562(c)(2)条要求，并给出合格判据，可显著地降低替换安全带的相关验证的资金和时间成本；

本发明设计的刚性座椅作为动态冲击试验中座椅安全带的支持条件，试验用假人脚踏通过调节螺柱与水平冲击台台面连接，可上下移动；刚性座椅椅背与骨盆通过长条孔连接，可前后移动；通过两个方向的调节可改变座椅参考点(SRP)，代表已取证的旅客座椅，满足不同规格座椅的需要，使试验装置具有通用性。