一种准零刚度飞机座椅隔振装置

技术领域

本发明涉及航空机械技术领域，具体为一种准零刚度飞机座椅隔振装置。

背景技术

近年来，随着制造技术水平的快速发展，乘客乘坐飞机的舒适感受得到了广泛关注，国内外对飞机客舱环境舒适度设计也进行了深入研究。飞机在机场跑道上滑行时，由于路面不平整的影响会在飞机运行过程中引起一系列的振动，这些振动的特性主要以低频为主。这种低频振动将严重影响飞机在运行过程中的稳定性，从而影响乘客的乘坐舒适度。因此，飞机座椅应能隔离这些低频振动来提高乘客的乘坐舒适性。

目前飞机上的座椅主要通过飞机客舱地板上的滑轨直接刚性地安装在飞机客舱地板上，当飞机在机场路面上滑跑时，因受到路面不平度的影响飞机客舱将会发生振动，振动将通过座椅滑轨以及与滑轨相连的刚性连接件直接传递至飞机座椅上，从而传递至乘客影响乘客的乘坐舒适性。传统飞机座椅减振方法主要是通过飞机座椅结构的刚性以及在刚性结构上吸附一些阻尼材料等线性隔振方式进行减振。

但是上述技术在实际使用时，由于线性隔振装置起作用的条件为频率比大于2，频率比为外界环境振动频率与系统固有频率的比值，当外界环境振动频率的值较低时，需要降低系统的固有频率来使线性隔振装置起作用，一般通过增大系统质量以及减小系统刚度来降低系统的固有频率，通常为了保持系统的稳定性，质量往往不会被改变，而较小的线性刚度，会导致较小的承载能力，大多数工程不允许这种情况发生，因此线性隔振方式在低频范围隔振无效，然而低频振动往往对人体的舒适度体验有着较为严重的影响，从而影响乘客的乘坐舒适度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准零刚度飞机座椅隔振装置，以解决线性隔振方式在低频范围隔振无效，然而低频振动往往对人体的舒适度体验有着较为严重的影响，从而影响乘客的乘坐舒适度的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括：

座椅底板和机舱地板；

用于连接座椅底板和机舱地板的连接机构；

设置在座椅底板和机舱地板之间的正刚度机构，所述正刚度机构用于为座椅底板和机舱地板之间的相对移动提供弹性缓冲，所述正刚度机构包括在垂直方向产生弹性缓冲的第一弹性件；

设置在座椅底板和机舱地板之间的负刚度机构，所述负刚度机构用于为座椅底板和机舱地板之间的相对移动提供弹性缓冲，所述负刚度机构包括在水平方向产生弹性缓冲的第二弹性件，且第二弹性件配合第一弹性件可以使飞机座椅具有高静态刚度低动态刚度特性。

优选的，所述座椅底板固定设置在飞机座椅的底部，所述机舱地板位于座椅底板的正下方。

优选的，所述连接机构包括座椅滑轨，所述座椅滑轨固定设置在机舱地板的顶部，所述座椅滑轨的顶部固定设有下支柱，且下支柱的顶部活动设有上支柱，所述上支柱固定设置在座椅底板的底部，所述上支柱、下支柱和座椅滑轨的数量均分别为两个，且两个上支柱关于机舱地板中点的竖直轴线为对称轴对称设置。

优选的，所述正刚度机构包括升降导杆，所述升降导杆的两端均分别固定设置在座椅底板和机舱地板相对面的一端，所述第一弹性件包括竖直弹簧，且竖直弹簧活动套接在升降导杆的表面。

优选的，所述升降导杆的顶部固定连接有上固定座，且上固定座固定设置在座椅底板的底部，所述升降导杆的底部固定连接有下固定座，且下固定座固定设置在机舱地板的顶部。

优选的，所述负刚度机构包括四个上连杆和四个下连杆，两个所述上连杆分别铰接在上支柱底部的两端，且两个下连杆分别铰接在下支柱顶部的两端，竖直相邻所述上连杆和下连杆相对面的一端均铰接有铰链轴，所述第二弹性件包括水平弹簧，所述水平弹簧的两端分别固定在两个铰链轴的表面，所述水平弹簧的数量为两个，两个所述水平弹簧与铰链轴垂直设置。

优选的，所述竖直弹簧位于座椅底板和机舱地板中部位置，且两个水平弹簧分别位于竖直弹簧的两端。

优选的，所述上连杆和下连杆大小相等，且上连杆和下连杆对称设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明具有高静态刚度低动态刚度特性，当飞机座椅处于低频振动环境中时，高的静态刚度能够为飞机座椅提供足够的支撑力，以保证飞机运行过程中飞机座椅的稳定性，低的动态刚度使系统具有更小的等效固有频率，能够实现对低频振动的隔离。

2、本发明的座椅系统在不同载重情况下平衡位置处动态刚度始终保持为零，从而使座椅系统在平衡位置附近振动时动态刚度更加趋近于零，拥有更小的等效固有频率，能够拓宽隔振频带，同时，本发明设计应用场景主要是飞机座椅的隔振，与普通座椅减震要求相比本发明设计需满足飞机座椅适坠性要求，同时还需要满足非常紧凑的安装空间的要求，本隔振装置具有结构简单、可靠性高、易于制造和实施等优点，通过较为简单的弹簧组合设置在实现高静低动的前提下，可满足飞机座椅的适坠性以及空间安装等要求。

附图说明

图1为本发明一种准零刚度飞机座椅隔振装置整体结构示意图；

图2为本发明一种准零刚度飞机座椅隔振装置整体结构正视图；

图3为本发明一种准零刚度飞机座椅隔振装置整体结构侧视图；

图4为本发明一种准零刚度飞机座椅隔振装置整体结构俯视图。

图中：1、上支柱；2、上连杆；3、下连杆；4、水平弹簧；5、下支柱；6、座椅滑轨；7、上固定座；8、竖直弹簧；9、下固定座；10、铰链轴；11、升降导杆；12、座椅底板；13、机舱地板。

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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：包括：

座椅底板12和机舱地板13、用于连接座椅底板12和机舱地板13的连接机构、设置在座椅底板12和机舱地板13之间的正刚度机构，正刚度机构用于为座椅底板12和机舱地板13之间的相对移动提供弹性缓冲，正刚度机构包括在垂直方向产生弹性缓冲的第一弹性件以及设置在座椅底板12和机舱地板13之间的负刚度机构，负刚度机构用于为座椅底板12和机舱地板13之间的相对移动提供弹性缓冲，负刚度机构包括在水平方向产生弹性缓冲的第二弹性件，且第二弹性件配合第一弹性件可以使飞机座椅具有高静态刚度低动态刚度特性。

连接机构部分包括两个座椅滑轨6、两个下支柱5和两个上支柱1，下支柱5用于连接座椅滑轨6与负刚度机构部分；上支柱1用于连接负刚度机构部分与座椅底板12，其中分别将两个座椅滑轨6通过紧固螺栓平行安装在机舱地板13的两端，座椅滑轨6上方有数个螺纹孔，且等间距分布，下支柱5底部有数个与座椅滑轨6相对应的螺纹孔，通过紧固螺栓按等距分布将两个下支柱5安装于座椅滑轨6上，最后分别将两个上支柱1通过螺钉平行安装在座椅底板12的底部，同时使得上支柱1在下支柱5的正上方，从而让飞机座椅能够固定在机舱地板13上，正刚度机构部分包括升降导杆11、上固定座7和下固定座9，其中第一弹性件包括竖直弹簧8，上固定座7与下固定座9均设置有圆周对称分布的螺纹孔，将上固定座7通过螺钉固定安装在座椅底板12的底部，同时将下固定座9通过螺钉固定安装在机舱地板13对应上固定座7位置的顶部，之后将升降导杆11纵向穿设在下固定座9和上固定座7之间，提供导向作用，最后将竖直弹簧8套在升降导杆11上，通过竖直弹簧8压缩与拉伸产生弹簧力，实现飞机座椅的弹性支撑，负刚度机构部分包括四个上连杆2、四个下连杆3以及两个铰链轴10，其中第二弹性件包括两个水平弹簧4，上连杆2与下连杆3大小形状以及材料均相同且两端均开有圆孔，上连杆2与下连杆3均通过铆接的方式与上支柱1和下支柱5进行连接，将上连杆2一端与上支柱1铰接，另一端的圆孔套在铰链轴10上，然后将下连杆3一端与下支柱5铰接，另一端圆孔套在铰链轴10上，接着将水平弹簧4的两端挂在铰链轴10上，两个水平弹簧4与铰链轴10垂直设置，竖直弹簧8位于座椅底板12和机舱地板13中部位置，且两个水平弹簧4分别位于竖直弹簧8的两端，上连杆2和下连杆3大小相等，且上连杆2和下连杆3对称设置，利用连杆结构将水平弹簧4压缩与拉伸产生的弹簧力传递至竖直方向，为整个装置提供负刚度抵消竖直弹簧8产生的正刚度，以降低整个装置的动态刚度。

实施例二

参阅图1－图4，当飞机座椅负载人体质量且飞机还未运行时，竖直弹簧8和水平弹簧4的初始状态分别为压缩和拉伸，通过铰链轴10与水平弹簧4连接的上连杆2和下连杆3受力下压，与水平面成一定角度，从而为竖直方向提供负刚度，在初始状态下由上连杆2和下连杆3提供的负刚度与竖直弹簧8提供的正刚度大小相等，此时飞机座椅隔振系统处于平衡位置处，系统刚度为零。不同体重的乘客乘坐座椅装置，由于座椅装置负载不同质量，使得上连杆2和下连杆3与水平面的初始夹角不同，通过上连杆2和下连杆3的传力特性，水平弹簧4在竖直方向提供的负刚度始终与竖直弹簧8在竖直方向提供的正刚度相等，使座椅系统在不同载重情况下平衡位置处刚度始终保持为零。

实施例三

参阅图1－图4，当飞机在机场跑道上滑行时，由于路面不平整的影响会引起一系列的低频振动，当振动由起落架系统传递至机舱地板13处时，下固定座9处的机舱地板13将振动通过下固定座9传递至升降导杆11，套置在升降导杆11上的竖直弹簧8随着升降导杆11的上下移动实现压缩和拉伸。竖直弹簧8压缩和拉伸产生弹簧力为竖直方向提高的系统静态刚度，实现飞机座椅的弹性支撑，以保证飞机在运行过程中飞机座椅的稳定性。同时，机舱地板13将振动传递至座椅滑轨6处时，下支柱5下的座椅滑轨6再将振动通过下支柱5传递至下连杆3上，下连杆3绕下支柱5转动通过铰链轴10使上连杆2绕上上支柱1转动，铰链轴10随着上连杆2和下连杆3的转动引起水平弹簧4的压缩和拉伸，水平弹簧4压缩和拉伸产生的弹簧力经上连杆2和下连杆3传递至竖直方向，与竖直弹簧8产生的弹簧力方向相反，从而抵消竖直弹簧8产生的正刚度，降低隔振系统整体的动态刚度，使飞机座椅隔振装置具有高静态刚度低动态刚度特性。

特别强调的，本发明具有高静态刚度低动态刚度特性，当飞机座椅处于低频振动环境中时，高的静态刚度能够为飞机座椅提供足够的支撑力，以保证飞机运行过程中飞机座椅的稳定性；低的动态刚度使系统具有更小的等效固有频率，能够实现对低频振动的隔离。且座椅系统在不同载重情况下平衡位置处动态刚度始终保持为零，从而使座椅系统在平衡位置附近振动时动态刚度更加趋近于零，拥有更小的等效固有频率，能够拓宽隔振频带。同时，需要注意的是，本发明设计应用场景主要是飞机座椅的隔振，与普通座椅减震要求相比本发明设计需满足飞机座椅适坠性要求，同时还需要满足非常紧凑的安装空间的要求，本隔振装置具有结构简单、可靠性高、易于制造和实施等优点，通过较为简单的弹簧组合设置在实现高静低动的前提下，可满足飞机座椅的适坠性以及空间安装等要求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。