Dispositivo reductor de vibraciones en la silla de los pilotos de helicopteros.

La presente invención se refiere a un dispositivo para reducir las vibraciones que se producen en la silla de los pilotos de helicópteros debido al movimiento de las aspas de dicha aeronave.

Dicho dispositivo se basa en un sistema neumático de bajo peso y costo, que contrarresta las vibraciones sufridas por el piloto, toda vez que neutraliza el movimiento de la estructura de la silla haciendo que la vibración sea absorbida por un balón neumático y no sea transmitida al cuerpo del piloto. Adicionalmente, el dispositivo cuenta con una estructura de soporte acoplada a un mecanismo de seguridad y anclaje, la cual descansa sobre el fuelle neumático y se desplaza verticalmente sobre las guías del mecanismo de seguridad amortiguando y aislando las vibraciones producidas por los rotores de la aeronave.

Dispositivo reductor de vibraciones en la silla de los pilotos de helicópteros CAMPO TECNOLOGICO

La presente invención se refiere a un dispositivo para reducir las vibraciones que se producen en la silla de los pilotos de helicópteros debido al movimiento de las aspas de dicha aeronave. Durante el vuelo, las sillas, el cíclico, el colectivo, los pedales y los mecanismos de control trasmiten las vibraciones directamente al cuerpo del piloto, el cual experimenta un sinfín de sensaciones que pueden llegar a poner en riesgo la seguridad del vuelo, y que posteriormente con el tiempo, ocasionan problemas de salud en los pilotos, especialmente de columna y espalda, lo que demanda la inversión de grandes cantidades de dinero en tratamientos físicos y en algunos casos el retiro temprano del personal de vuelo.

Con el fin de reducir las vibraciones producidas por los diferentes elementos o componentes que entran en contacto directo con el piloto del helicóptero, la presente invención suministra un dispositivo que se basa en un sistema neumático de bajo peso y costo, que contrarresta las vibraciones sufridas por el piloto, toda vez que neutraliza el movimiento del chasis o de la silla haciendo que la vibración sea absorbida por un balón neumático y no sea transmitida al cuerpo del piloto.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Los helicópteros cuentan con un número considerable de vibraciones generadas por diversas fuentes, que van desde vibraciones simples originadas por efecto de fuerzas aerodinámicas durante el vuelo, como lo son las inestabilidades aeroelásticas y aeromecánicas, hasta las de mayor rango generadas por el motor y el rotor. Al analizar el comportamiento del helicóptero, se puede observar que la intensidad de las vibraciones se hace mayor durante el despegue y el aterrizaje.

Los efectos causados por la vibración se subdividen en dos categorías: efectos producidos por causas aerodinámicas y efectos producidos por causas mecánicas. Todos estos efectos traen consigo repercusiones en distintas clases, como son el confort y eficiencia de la tripulación, la fatiga de componentes dinámicos y de la estructura del aparato o la exactitud y grado de eficiencia del equipo electrónico.

El rotor principal del helicóptero produce vibraciones en rangos de 3 a 12 Hz y la frecuencia depende del número de palas. Este rango es mucho menor al producido por el rotor de cola, el cual induce vibraciones entre 2 y 25 Hz. Las vibraciones producidas viajan por el fuselaje de la aeronave en forma de vibraciones de baja frecuencia y afectan adversamente a los controles del helicóptero, al subsistema de operaciones y al confort de la tripulación, sobre todo en aeronaves con rotores bipalas, como el del helicóptero UH-1H.

Las vibraciones se pueden definir como los movimientos oscilatorios de las partículas de los cuerpos sólidos alrededor de su punto de equilibrio. Tecnológicamente es casi imposible construir una máquina que mueva energía de un lugar a otro sin que la operación esté acompañada de vibraciones de alguna clase. Cuanto más grandes son las partes móviles, más posibilidades hay de que se produzcan vibraciones que generalmente van acompañadas de ruido.

El efecto de la vibración en el cuerpo humano depende de la amplitud y la duración. Debido a la relación de posibles efectos adversos sobre el cuerpo humano, las vibraciones de baja frecuencia (rangos 1-1 Hz) resultan las más perjudiciales para la tripulación. Al estudiar el comportamiento de las vibraciones es importante tener en cuenta cuatro aspectos: la magnitud, la frecuencia, la dirección y la duración.

Así las cosas, unos de los mayores problemas que se presentan con el manejo de helicópteros es que tanto el rotor principal como el rotor de cola, generan vibraciones que son transmitidas directamente al personal de vuelo, especialmente pilotos y copilotos, toda vez que las sillas de estos tripulantes se encuentran unidas directamente a las vigas de los mencionados rotores, las cuales son parte del chasis de la aeronave. En este sentido, cada vez que el piloto maneja el helicóptero, el movimiento de las aspas se va a transmitir directamente a su silla y por ende a su cuerpo, lo cual conlleva a serios problemas de salud a futuro.

Debido a este tipo de situación, los centros médicos especializados en medicina aeroespacial realizan un seguimiento continuo a la salud e integridad física de los pilotos, haciendo énfasis en los pilotos de helicóptero, quienes se ven sometidos, en mayor medida, a la exposición de vibraciones perjudiciales. Las principales consecuencias observadas en este grupo de personas se encuentran generalmente reflejadas en problemas

lumbares en un 63% y de ellos un alto porcentaje de casos se agravan con la exposición continua a las vibraciones producidas por la aeronave, causando incluso daños irreversibles. Además de influir en la zona lumbar del piloto, las vibraciones afectan también la agudeza visual, la motricidad y la orientación, creando riesgos durante la operación de la aeronave.

Del mismo modo, en el mundo de la aviación con rotor y en el campo de la medicina aeroespacial, se ha dado un especial interés al estudio de las vibraciones del helicóptero y a los efectos que éstas causan sobre el cuerpo de los pilotos. La medicina aeroespacial enfoca sus esfuerzos en lograr concientizar a los pilotos de la importancia de mantener una buena postura durante el vuelo y en mantener actualizadas a diario las bases de datos de los tripulantes que sufren dolencias causadas por las vibraciones. Mientras en otro nivel, el del diseño y el desarrollo de tecnología, los esfuerzos se han enfocado a medidas que buscan minimizar al máximo las vibraciones producidas por el yugo del motor y se han reformado los diseños de las aeronaves para proporcionar vuelos más placenteros.

Según el Colegio Oficial de Pilotos de la Aviación Comercial (COPAC), una investigación del Ejército Austríaco se centró principalmente en los asientos del helicóptero, teniendo en cuenta los parámetros de la Organización Internacional para la Estandarización, ISO 2631, guía para la evaluación de la exposición humana de la vibración total del cuerpo. Se comprobó, por ejemplo, que el modelo Bell 212, muy habitual en las zonas de costa, las vibraciones en el piso debajo del asiento llegan a los 12 Hz volando a 1 nudos.

Al entrar a hacer el análisis de la aeronave en vuelo real y de los transductores en el panel del asiento, se observó que el asiento aumentó el pico de la amplitud de la vibración, es decir, el asiento tiene un claro efecto negativo sobre el piloto que lo ocupa. Para corregirlo, el Ejército Austríaco redujo la velocidad máxima de vuelo del Bell 212 a 9 nudos. Para cada helicóptero, las frecuencias de vibración en la silla del piloto son diferentes y están relacionadas con el número de palas del rotor, por ejemplo, el valor estimado para un helicóptero bipala como el UH-1H, es de 12 Hz.

En un estudio publicado en la revista Aviador, el Instituto Acústico Danés realizó en septiembre de 1986 un estudio sobre los efectos fisiológicos de la exposición profesional a las vibraciones de cuerpo completo, con 1 pilotos de Bell 212 y AS332 Súper Puma que son helicópteros medianos de rasgos cercanamente comparables con los UH- 1H; en vuelos cuya duración diaria es de entre 3 y 6 horas, dio como resultado que la vibración del helicóptero, medida con un filtro de carga de acuerdo con ISO 2631, es muy cercana a una exposición pura sinusoidal con la frecuencia de giro de las palas, en el caso del Bell 212 esto es 11 Hz, lo cual produce molestias corporales en los pilotos".

De igual forma, en una inspección realizada entre 82 pilotos de la Armada norteamericana (US Navy), 72,8% experimentaron uno o más episodios de molestias de espalda mientras volaban helicópteros. De acuerdo a los datos obtenidos en los estudios mencionados anteriormente las vibraciones producen una gran variedad de síntomas, ya que se ve que los datos muestran que debe existir una exposición mínima a la duración del vuelo antes de que se experimente dolor de espalda. Como resultado, se determina que existen dos factores fundamentales para tener en cuenta a la hora de desarrollar el diseño de las nuevas sillas para aeronaves y que estos dos factores están directamente implicados en la mayoría de los casos de dolor de espalda en pilotos de helicóptero, los cuales son la postura del piloto en vuelo y la exposición a las vibraciones transmitidas por la silla, el cíclico y los pedales.

Por lo tanto, se hace necesario contar con un dispositivo o sistema que permita reducir las vibraciones que se generan por el rotor principal y el rotor de cola de un helicóptero, sin necesidad de modificar ninguno de estos... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo reductor de vibraciones para las sillas de los pilotos de helicópteros, comprendiendo:

un fuelle neumático (1) ubicado bajo la estructura de la silla del helicóptero, el cual corresponde al sistema de amortiguación de dicha silla y la eleva sobre el piso de la aeronave;

una válvula anti-retorno (2) que permite que el aire del fuelle (1) no se devuelva y asegura que la presión de éste se mantenga;

una electroválvula o válvula solenoide (3), que controla la dirección del fluido en la válvula anti-retorno (2);

una válvula reguladora de presión (4) que controla la presión de aire que suministra la bomba o compresor (5);

una bomba o compresor (5) para suministrar aire al fuelle (1) a través de la válvula reguladora de presión (4) y la válvula anti-retorno (2);

un mecanismo de adaptación a la silla (6) que permite que el dispositivo reductor de vibraciones pueda ser adaptado a la parte inferior de la silla del piloto mediante un par de rieles (62), donde el mecanismo de adaptación (6) cuenta con cuatro cilindros redondos (61) conectados a dos rieles (62) estabilizados mediante la estructura formada, los cilindros (61) unidos a cuatro varillas (66) ubicadas en forma de X y unidas mediante una plataforma central (67), la cual a su vez comprende dos perforaciones (68) para la fijación del fuelle (1); y

cuatro mecanismos de seguridad y anclaje (7) al piso que evita que la silla toque el suelo de la aeronave en caso de una pérdida repentina de la presión de aire en el fuelle (1), dicho mecanismo (7) se ancla al suelo y se conecta a cada uno de los extremos del mecanismo de adaptación (6).

2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fuelle neumático (1) es un sistema de amortiguación simple redondo cuyo tamaño varía según las especificaciones necesarias del sistema a amortiguar, este fuelle (1) se ubica en la parte inferior de la silla y cuenta con dos superficies de fijación, una superior (11) y una Inferior (12) y una entrada de aire (13), la cual se conecta con la válvula (2).

3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo de adaptación (6) está diseñado como un sistema de buje flexible, el cual está compuesto por dos cilindros, uno interior (63) y uno exterior

(64) del mismo largo pero de diferentes diámetros, ubicados de manera concéntrica y con sus extremos coincidentes, este par de cilindros (63, 64) se unen entre sí por medio de un tercer cilindro de caucho elástico

(65) que permite que el cilindro interior (63) tenga grados leves de movilidad en los tres ejes.

4. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo de seguridad (7) consta de un pasador (71), un resorte (72), una corredera o tapa (73) y una apertura (74), donde dicho pasador (71) con el resorte (72) se ubican dentro de cada uno de los cilindros guías (75, 76) de los rieles.

5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque en el interior del cilindro guía (75) se ubica el cilindro (76) que mantiene el pasador (71) en la posición requerida para su paso a través de la abertura (74) en caso de una pérdida de presión de aire en el fuelle (1) y posee una altura entre 35 y 4 mm, preferiblemente 38 mm.

6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el cilindro guía (75) aloja en su interior el resto de los elementos, se fabrica en el mismo material de los rieles y se sujeta al suelo de la cabina de la aeronave por medio de pernos que fijan toda la estructura al helicóptero.

7. El dispositivo de conformidad con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los cilindros redondos (61) tienen una altura entre 2,5 y 3,5 cm, preferiblemente 2,9 cm y se acoplan a la guía (75) evitando la expansión del resorte (72) y con la salida del fijador (71) por la abertura (74).

8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las conexiones entre los fuelles (1) y las válvulas anti-retorno (2) se realiza por medio de unas mangueras que resisten hasta 1.2 MPa de presión, las cuales tienen un diámetro exterior de 4 a 8 mm, preferiblemente 6 mm y manejan espesores de hasta de 2 mm.

9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la válvula anti-retorno (2) es una válvula desbloqueadle.

1. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las electroválvulas (3) son actuadas por solenoides piloto, con retorno por la acción de un resorte, 3/2 normalmente cerradas y cumplen la función del

mando neumático.

11. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la bomba o compresor (5) es portátil, maneja presiones hasta de 2.7 MPa y cuenta con un acumulador, el cual se encarga de compensar las oscilaciones de la presión y sirve como depósito para alimentar los fuelles (1) que funcionan ejecutando ciclos rápidos.

12. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el

dispositivo reductor de vibraciones tiene una altura máxima de 1 cm y soporta una fuerza mínima de 1583.77 N.