用于交通工具拦阻系统的宏观图案化材料和结构的制作方法

用于交通工具拦阻系统的宏观图案化材料和结构的制作方法
【专利摘要】本公开的实施例总体涉及宏观图案化材料及其关于交通工具拦阻系统的使用方法。特定实施例提供可以用于拦阻交通工具的3?D折叠材料、蜂窝、格子状结构以及其他周期多孔材料结构。可以被设计为具有允许材料在来自交通工具的压力下以可预计方式可靠压碎的特性。为了提供期望特性，材料可以被形成为各种形状并以各种方式组合。
【专利说明】
用于交通工具拦阻系统的宏观图案化材料和结构
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年3月3日提交的标题为"The use of Macro-patterned materials structures for vehicle arresting systems" 的美国第61/947,194号临时申 请的权益，此处以引用的方式将上述申请的全部内容并入。
技术领域
[0003] 本公开的实施例总体涉及宏观图案化材料及其关于交通工具拦阻系统的它们的 使用方法。特定实施例提供可以用于拦阻交通工具的3-D折叠材料、蜂窝、格子状结构以及 其他周期多孔材料结构。材料可以被设计为具有允许材料在来自交通工具的压力下以可预 计方式可靠压碎的特性。为了提供期望特性，材料可以被形成为各种形状并以各种方式组 合。
【背景技术】
[0004] 飞机可能且确实超过跑道的端部，这提高对乘客的伤害以及飞机的摧毁或对飞机 的严重损害的可能性。这种超限已在失败的起飞期间或在降落时发生，飞机以多达80节的 速度行进。为了使超限的危害最小化，联邦航空管理局(FAA)通常需要超过跑道端部的、长 度为一千英尺的安全区域。虽然现在该安全区域已处于FAA标准中，但遍布全国的许多跑道 在采用该标准之前建造。这些跑道可能被定位为使得水、道路或其他障碍防止经济地符合 一千英尺超限要求。
[0005] 为了减轻超限情况的严重后果，若干材料(包括超出跑道的现有土表面)已对于它 们使飞机减速的能力进行了评估。然而，土表面不是用于拦阻移动交通工具（即，飞机)的最 佳解决方案，主要是因为它们的性质不可预知。
[0006]已开发的另一个系统是提供了一种交通工具拦阻系统或其他可压缩系统，该交通 工具拦阻系统或其他可压缩系统包括置于跑道的端部处的、在行进离开跑道端部的飞机轮 的压力下将可预计且可靠压碎(或以其他方式变形）的材料或障碍物。由可压缩低强度材料 提供的阻力使飞机减速并使飞机停止在超限区域的范围内。交通工具拦阻系统的具体示例 称为工程材料拦阻系统(EMAS)，并且现在是日期2005年9月30日的FAA咨询通告150/5220-22B"Engineered Materials Arresting Systems(EMAS)for Aircraft Overturns" 中所述 的美国机场设计标准的一部分。EMAS和跑道安全区域规划由FAA制度5200.8和5200.9来指 导。
[0007] 可压缩(或可变形）交通工具拦阻系统还可以例如为了使除了飞机之外的交通工 具或对象减速的目的而置于道路或人行道(或别处）上或中。它们可以用于安全地停止汽 车、火车、卡车、摩托车、拖拉机、轻便摩托车、自行车、船或可以加速且倾斜失去控制由此需 要被安全停止的任何其他交通工具。
[0008] 已考虑用于拦阻交通工具(具体地关于拦阻飞机）的一些具体材料包括酚醛泡沫、 多孔水泥、泡沫玻璃以及多孔化学结合磷酸盐陶瓷(CBPC)。这些材料可以被形成为跑道端 部处的拦阻器区域中的浅床。当交通工具进入拦阻器区域时，交通工具的轮子将陷入材料 中，该材料被设计为产生拖曳负载的增加。
[0009]然而，可以改进到目前为止已开发的材料中的一些。例如，酚醛泡沫可能不利的在 于它具有"回弹"特性，这导致压缩之后一些能量的返回。多孔混凝土具有可能随着时间的 过去而变化且可能由于它的可变原料的固有特性以及随后的水合过程而在生产中难以保 持的密度和压缩强度特性。泡沫玻璃可能难以控制均匀性。由此，期望开发用于交通工具拦 阻床的改进材料。

【发明内容】

[0010]由此，这里所述的本发明的实施例提供用于使用宏观图案化材料或结构设计交通 工具拦阻系统的系统和方法，该宏观图案化材料或结构可以被设计为具有允许材料在来自 交通工具的压力下以可预计方式可靠压碎的特性。为了提供期望特性，材料可以被形成为 各种形状并以各种方式组合。
【附图说明】
[0011] 图1示出了宏观图案化材料的一个实施例的顶部透视图，具体为铝合金片上的人 字形图案的3-D折叠结构。
[0012] 图2示出了作为不同铝合金材料上的人字形图案中的3-D折叠结构的宏观图案化 材料的一个实施例的顶部透视图。
[0013] 图3示出了宏观图案化材料的另一个实施例的顶部透视图。
[0014] 图4示出了可以用于形成材料片上的折痕或图案的机器的一个实施例的侧面透视 图。
[0015] 图5A示出了由多个宏观图案化材料结构形成的块。
[0016]图5B示出了由多个宏观图案化材料结构形成的块制成的板。
[0017]图6示出了由多个宏观图案化材料结构形成的块。
[0018] 图7A-图7H示出了本公开范围内的替代结构形状。
[0019] 图8示出了蜂窝图案的一个实施例。
[0020] 图9示出了外侧板在蜂窝芯两侧上的蜂窝图案的示意图。
[0021] 图10示出了蜂窝夹板的一个实施例。
[0022] 图11示出了具有刻痕外侧板的蜂窝夹板的一个实施例。
[0023] 图12A和图12B示出了飞机轮接触具有变化的单元轴的定向的蜂窝实施例的示意 图。
[0024] 图13示出了堆叠蜂窝块或板的示意图。
[0025] 图14示出了可以定位于形成块的各种结构之间的粘结层的示意图。
[0026]图15A和图15B不出了蜂窝芯和蜂窝板的火灾测试结果。
[0027] 图16示出了本公开范围内的各种类型的格子状结构。 具体实施例
[0028] 本发明的实施例提供了材料，该材料以使它们可用于拦阻交通工具的方式来设 计。在一个方面中，材料被提供为宏观图案化材料。如这里所用的，短语"宏观图案化材料" 或"宏观图案化结构"用于指由三维（"3-D"）空间中的重复单元制成的结构。它们对于各单 元可以包括等于或大于大约1毫米的最小特征尺寸。材料或结构可以包括3-D折叠材料、格 子状结构、蜂窝结构以及任意其他类型的周期多孔结构。
[0029] 如这里所用的，"周期多孔材料结构"指具有与周期多孔金属（例如， Phil·Trans.R.Soc·Α(2006)364,31-68页，Haydn N.G.Wadley"multifunctional periodic cellular metals"中所述的金属)的结构类似的结构，但它们不限于金属材料。这种周期多 孔材料结构可以由任意可行的材料制成，包括金属材料、陶瓷、塑料、纸及其复合材料或其 组合。此外，具有上面定义的特征尺寸的非周期多孔材料也落入宏观图案化材料和结构的 范围内。
[0030] 在一个示例中，材料为折叠三维结构。结构可以通过被折叠或按压或镶嵌或以其 他方式设计来形成。这些材料可以以任意数量的可选形状和配置以及层来形成。在其他实 施例中，材料被形成为格子状结构、物体或点的几何结构、杆、棒、可充气结构或任意其他结 构，诸如交错结构和图案、蜂窝以及折叠蜂窝。
[0031] 这里所述的宏观图案化材料或结构可以由金属及其合金、箱、塑料、纸、相关材料 或其组合制成。更多选项在以下描述中提供。这种材料或结构可以被制造为使得它们在被 剪裁以便用于交通工具拦阻系统时展示吸能能力。通过在与材料相互作用时从交通工具轮 或其他交通工具结构产生拖拽力，可以吸收移动交通工具的动能，使得交通工具减速或停 止而对交通工具具有最小损坏且减速度到对交通工具乘员没有伤害。通过改变各种材料或 结构的几何配置和材料属性，不同重量的移动交通工具可以安全地停止在预定范围内。（可 以停止的交通工具包括任意陆基轮移动系统，诸如汽车、卡车、自行车、降落之后或起飞之 前的飞机等）。
[0032] 交通工具拦阻系统指用于安装在飞机跑道末端或其他交通工具安全区域处的系 统。它们提供外部吸能源。它们与交通工具结构本身分离。交通工具拦阻系统通常有效使进 入系统的交通工具安全减速。它们可以被提供为床、凸起的障碍物、填充有材料的跑道上的 缩进区域或任意其他适当系统。所公开的拦阻系统通常由这里所述的宏观图案化材料和结 构组装。
[0033] 材料和结构可以被设计为使得失效模式将满足期望的性能要求。例如，材料件在 施加力时以受控方式变形或破碎，使得它们不对交通工具或其乘员造成严重危害。材料通 常被设计为具有针对超限飞机的轮子期望特性，该超限飞机的轮子穿过材料，使得停止飞 机。在一些示例中，材料可以被认为是"易碎的"。另外，联邦规定可以命令由破坏或压碎材 料或结构产生的碎片的尺寸是使得它们小至不在跑道上引起安全问题。另一个示例是材料 和结构可以被设计或处理为满足不燃性要求。
[0034] 在一个具体示例中，发现将平坦材料片折叠成复杂3-D结构提供可以用于拦阻交 通工具的强度密度比。作为背景，折叠的材料结构和蜂窝被开发且用于其他应用，诸如用于 降噪的声学应用、用于空投救济和援助物资的保护以减小冲击力(例如，作为空投缓冲垫）、 作为弹性减震器、作为建筑骨架或用于包装香水以及其他易碎物品中。然而，这些用途中的 每一个的目标是使材料承受冲击且不粉碎或破碎。相反，该申请中所述的材料的期望意图 是它们被设计为在来自交通工具的冲击下以受控方式可靠地压碎，以便安全地停止交通工 具，同时使对交通工具乘员的伤害和对交通工具的损坏最小化。
[0035]可以用于提供这里所述的结构的一个折叠理论是被折叠成3-D图案的材料片。这 可以产生芯结构10,图1-图3中示出了该芯结构10的示例。如下面进一步概述的，一旦被形 成，芯结构10可以与各种几何结构和布置以及图案的其他芯结构10结合，以便提供期望的 压缩强度。
[0036]科学家已开发产生可以由平的片折叠的重复几何图案的数学理论。理论产生大量 种类的图案，所有图案被认为在该公开的范围内。（这些理论中的许多由罗格斯大学的 D. H. K1 ing开发并开创，并且在由K1 ing博士和他的团队出版的相关文献中概述。例如，在由 罗格斯大学的E.A.Elsayed和B.B.Basily进行的标题为"Applications of Folding Flat Sheets of Material Into 3-D Intricate Engineering Designs" 的论文中描述了用于 产生用于各种结构的不同图案的过程，以引用的方式将论文的全部内容并入。）
[0037]任意类型的折叠技术可以用于形成所述的芯结构10。一些示例包括但不限于使用 辊进行的连续折叠、使用模具的不连续折叠以及真空折叠。图4中示出了潜在折叠过程的一 个示例。在该示例中，为了在材料片上提供凸起图案16或有折痕的图案，可以由辊14按压材 料片12。然后，借助刻有产生另外折痕和图案的图案另一组辊-横向折叠辊发送具有凸起图 案的片。更具体地，片12可以通过借助一组顺序圆周带槽的辊发送来预折叠。然后借助刻有 特定图案的一组横向折叠辊发送所预折叠的片。然后将该连续折叠的片切割成期望的尺 寸。在一些示例中，具体图案可以为人字形或三角形图案。形成的凸起图案16可以为人字形 图案，诸如图1-图3中所示的图案。人字形图案通常可以提供一系列嵌套V形特征。在其他示 例中，凸起图案可以为配合面（"MS"）图案，如图7A所示。MS图案通常提供偏移三角形面。在 其他示例中，具体图案可以为框图案或槽式图案（图7B和图7C)、弯曲或正弦波状图案、具有 平坦表面(而不是点）的人字形（图7D)、反射(或星状)表面（图7E)、轴承面反射镜（图7F)或 任意其他图案。图7G和图7H示出了另外的非限制性示例。任意其他图案是可能的且被认为 在本公开的范围内。潜在凸起表面的其他示例包括但不限于人字形图案。其他图案可以包 括蜂窝图案和提供期望吸能特性的任意其他图案。
[0038]在另一个示例中，可以通过形成并布置期望的镶嵌单元来产生模具。一旦形成模 具，则可以抵靠模具挤压具有特定尺寸的材料片，以形成期望的折叠形状。产生的结构具有 期望的折叠图案。
[0039] 在另一个示例中，材料片可以受热并拉伸。该方法特别有用于聚合物的、塑料的或 复合材料的材料片。然后，可以施加真空，以迫使可塑材料抵靠刻有期望的折叠图案的模 具。还可以使用这些技术的组合。3-D折叠或形成3-D折叠结构的其他方法是可能的且被认 为在本公开的范围内。
[0040] 在确定要使用什么凸起图案时考虑的准则包括但不限于期望的冲击强度、吸能、 压碎强度、压缩梯度以及任何其他因素。材料也可以根据期望来修改。例如，可以选择具有 特定密度和耐蚀性的材料，并且材料可以形成有特定几何结构和高度。
[0041] 所选最终材料和结构的特性可以借助设计来修改。可以对原片料、它们的厚度、折 叠图案以及图案几何结构进行改变。选择性质和性能特性的设计灵活性可以允许将材料更 佳且更划算地用于各种应用。
[0042] 例如，材料片可以为金属片。材料片可以为箱、金属箱，诸如铝或铜或其合金箱。材 料片可以为纸，诸如纸板、纤维板、波纹材料、耐火纸或玻璃纤维增强复合材料。材料可以为 塑料，诸如热塑性材料、其他聚合物复合材料、热塑性材料、聚合物(包括但不限于聚乙烯、 聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂）、或复合材料(诸如增强塑料)或其组合。材料可以为 加强复合物、碳纤维、加强复合材料、陶瓷、胶结材料或其组合。
[0043] 材料可以为上述材料的任意组合。还预想其他材料是可能的且被认为在本公开的 范围内。可充气材料也可以被开发并认为在本公开的范围内。材料可以为在施加适当压力、 热或其他手段时可以变形的任意适当材料。原料性质可以被选择为提供期望的压碎强度。 可以考虑参数，诸如屈服强度、极限强度、热处理历史以及化学稳定性。在特定示例中，已测 试1100系列铝合金，并且该合金在各种交通工具拦阻应用中示出良好的性能。
[0044] 本发明人已经识别的一个概念是为了使结构(或组合的多个结构)可靠地压碎，可 以期望使所选的图案更少各向异性，使得图案通常在大多数(如果不是全部)方向上一致。 芯结构10可以被形成为使得它的折痕和其他尺寸跨结构10的各种横截面基本类似。
[0045] 结构通常被堆叠或形成为形成交通工具拦阻系统的更大结构。在一个示例中，宏 观图案化格子状、蜂窝或3-D结构化材料被形成为具有由独立的块形成的定义结构的主体。 宏观的块(可以为任意形状，诸如球形、折叠片、杆、平板、蜂窝板等）可以置于设置的容积 中，这可以为盒、立方体、堆叠形成特定体、分层组装、定位在床中或任意其他选项。它们可 以具有定义的位置，使得存在重复图案。该重复图案可以由堆叠的结构形成，该堆叠的结构 可以以不同方式定向。在另一个示例中，独立的块或结构可以为松散的或由任意手段(诸如 粘合、焊接、互锁或任意其他适当选项）附接。简言之，组装通常不是随机的。结构不以任何 方式组合，但通常被架构为产生重复图案。这可以帮助提供从许多方向提供可靠压碎的系 统。
[0046] 本发明人还已经确定材料的特定厚度也支持它用作交通工具拦阻系统。在一个示 例中，折叠之前的材料的厚度可以在从大约0.003英寸到大约0.016英寸的范围内。在另一 个示例中，折叠之前的材料的厚度可以从大约0.005至大约0.015。在另一个示例中，折叠之 前的材料的厚度可以小于大约0.5毫米，并且具体地为小于大约0.3毫米。
[0047] 在一个示例中，所折叠材料上所形成的凸起图案16的高度可以从大约0.3英寸至 大约2英寸。具体范围可以从大约0.4英寸至大约一英寸或1 V2英寸。使该高度一致或以跨 整个结构10大体一致通常是有利的。这可以允许结构可靠地压碎，不管是结构的什么部分 接收冲击。提供均匀分布的图案可以帮助冲击时期望的压碎可靠性。
[0048] 如上所述，所形成的产生结构10还可以与其他结构堆叠或分层，以形成芯结构的 块18。图5和图6中示出了多个芯结构的块或单元的示例。芯结构的块18可以由具有相同材 料和相同或类似几何结构的结构10形成。在另一个示例中，芯结构的块18可以由具有不同 材料和相同或类似几何结构的结构形成。在另一个示例中，芯结构的块18可以由具有相同 材料和不同几何结构的结构形成。可以使用这些特征的任意组合。如所提及的，一个具体示 例提供具有类似几何结构的结构10,使得芯结构的块18更少各向异性。
[0049] 结构10可以沿任意数量的方位来分层。例如，在图5A中所示的示例中，结构可以纵 向堆叠在彼此的顶部上。在另一个实施例中，结构可以如图6中所示在并排竖直状布置中对 齐。插入层20可以如图5A中所示插入所堆叠结构的各层之间。另选地，结构可以针对彼此直 接堆叠。在另外的实施例中，结构10可以捻成或卷成圆形单元或块。任意其他配置选项是可 能的且被认为在本公开的范围内。结构可以具有不同的顶层和/或底层、不同的中间层，或 者层可以全部类似。
[0050] 在一个示例中，形成层的结构10可以粘合到彼此。在另一个示例中，形成层的结构 10可以焊接到彼此。在另一个示例中，形成层的结构10可以（使用例如可压碎不可燃材料） 胶结到彼此。中间层20可以粘合和/或焊接到适当的位置。可以将填充材料(未示出）并入所 折叠结构10中的间隙的任意区域中。填充材料可以包括但不限于稳定、可压碎以及不可燃 材料。示例包括非常轻质的陶瓷泡沫。另外的示例包括散粉、弱陶瓷水泥、胶状物、泡沫、各 种类型的沙、其组合以及任意其他适当的选项。填料可以填充宏观图案化结构的腔，这可以 提其性能和/或改变产生的交通工具拦阻系统的响应行为。
[0051] 在一个具体实施例中，块18可以通过沿两个不同的方向交替地定向多个所折叠 层/结构10来制成。这两个方向可以垂直于彼此。中间层未折叠平片20可以添加到结构10之 间。这可以（用胶粘剂或其他结合手段)帮助建立块单元18。在一个具体方面中，块单元18各 为大约五立方英寸。其他尺寸是可能的且被认为在本公开的范围内。例如，块的尺寸可以在 从1立方英寸至大约12立方英寸的范围内。
[0052] 这些块单元18可以具有更少各向异性压缩屈服强度。例如，不同方向上的强度差 可以小于30%。抗压屈服强度的更少各向异性在交通工具拦阻性能方面是期望的。（预期交 通工具可以从任意数量的不同方向中的一个靠近并接触块18)。然后，块单元18可以布置在 一个水平中且用胶粘剂或其他结合手段与未折叠面片20结合。这些中间层片20在顶部和/ 或底部可以具有大约0.003-0.016英寸的厚度。在一个方面中，中间层20的厚度可以类似于 或不同于用于制造所折叠结构10的初始片的厚度。
[0053] 可以进一步结合不同水平的所结合单元或块18,这将一个水平添加到另一个上 方，以形成更大的块。这些块在形状上可以为矩形、正方形或任意其他适当尺寸或形状。 [0054]图5A示出了用所折叠结构10、未折叠中间层20、顶层22 (未折叠）、底层24 (未折叠） 以及胶粘剂建造的多个单元18。在该示例中，各单元18通常为立方体形，并且在任意两个相 邻的折叠结构10层之间具有一个或更多个平坦夹层或中间层20。所折叠结构10层的方位如 之前所述的交替，以在两个互相垂直的方向上实现相同的强度。因为材料可以在不同的方 向上具有不同的强度，所以可以期望通过交替层方位来减小强度差。所折叠结构层的高度 也根据测试来确定且通过选择并使用适当的折叠工具实现以使横向与垂直方向之间的强 度差最小化。可以实现调节参数(诸如原料片的厚度、片的材料、折痕的高度、夹层厚度以及 其他参数）以实现不同方向上的期望材料强度和降低的强度各向异性。例如，所折叠层的范 围可以从0.3英寸至大约1.5英寸。
[0055]图5B示出了由三十六个立方体单元18制成的更大块26,各立方体单元18为5英寸 x5英寸x5英寸的立方体18。对于该示例，胶粘剂用于将立方体18结合到一起。另外，面片28 结合到两个水平的立方体单元18的顶部和底部。在两个水平的立方体18之间，还存在用于 将两个水平的立方体单元结合在一起的大平片30。除了任意两个水平的立方体之间的大平 片28和大平片30之外，相邻的立方体单元18之间没有使用额外的结合。然而，应理解，如果 期望，则可以使用结合胶粘剂或其他固定材料。更高的块26可以通过增加更多水平和任意 相邻水平之间的平片30来制作。应理解，用于块26的单元18的高度和其他方面不需要相同。 例如，可以使用不同材料、不同几何结构以及不同设计的块。然而，使用类似材料、几何结构 以及设计的块18的一个益处可以是所形成的更大块26更少各向异性且可以可靠且可预计 地压碎。
[0056]图6示出了实施例，在该实施例中，结构10相对于彼此竖向定位，使得各中间层之 间存在比它们如图5A和图5B中所示水平定位时更大的空间。
[0057] 还应理解，可以改变面片28和平片30的厚度，以提供不同的压碎配置。这可以允许 单元18或更大块26被设计为满足各种性能要求，例如在期望竖向强度随高度变化的情况 下。将特定尺寸的单元18用于建造更大块26且控制块26中的单元18之间的结合的概念可以 帮助在交通工具拦阻期间确保良好的失效模式。
[0058] 在所示的示例中，测试人字形图案。虽然发现该图案提供示出了用于交通工具拦 阻系统中的预期应用的良好吸能特性的测试结果，但应理解，可以使用其他图案且被认为 在本公开的范围内。
[0059] 在其他实施例中，宏观图案化材料可以被形成为格子状结构、蜂窝、折叠蜂窝或其 他周期多孔结构。例如，蜂窝结构32可以被形成为夹在两个外侧板36之间的蜂窝状单元结 构34。图8中图示了蜂窝单元结构34的一个示例。单元尺寸可以在从大约1/4英寸直到大约 一英寸的范围内。可以使单元尺寸甚至更大，这取决于所用的材料。单元类型可以为矩形 的、六边形的或任意其他适当的形状。蜂窝芯结构通常在一维上具有承载能力，并且在机械 特性方面非常各向异性。然而，借助设计(诸如，通过增加面板并调节芯高度或使用折叠蜂 窝结构，使得最终的蜂窝结构可以承载来自不同方向的负荷），材料可以变得更少各向异 性。
[0060] 单元轴可以被设计或定向为使得它们具有从不同方向类似的压碎强度。在一个示 例中，用于蜂窝状单元结构34的材料可以为金属或合金(诸如铝或其他金属合金）的片或 箱。材料可以为塑料。材料可以为纸，诸如芳纶纸、硬纸板或其他选项。材料可以为陶瓷、胶 结材料、复合材料、其组合或可以具有期望压碎性方面的其他适当材料。
[0061] 图9中图示了具有外侧板36的蜂窝结构32的示意性示例。图10中示出了蜂窝结构 32的实际示例。外侧板36可以由与单元结构34相同或不同的材料制成。外侧板36向提供更 刚性板的蜂窝结构32提供"皮肤"。
[0062] 可以优化材料的规格和/或材料的厚度，以提供产生结构的期望压碎性。例如，材 料的规格可以在从薄铝箱厚度至刚性金属片的范围内。所组装蜂窝板的厚度在高度Η上可 以在从大约1/4英寸至大约40英寸的范围内。在具体实施例中，板为大约24英寸高。在另一 个实施例中，多板的组装块可以多达大约40英寸高。应理解，可以改变高度，以满足需要，并 且高于40英寸的高度是可能的。
[0063]如图11所示，外侧板36可以刻痕或具有在板36的皮肤上制作的一个或更多个切口 38。这可以帮助增强结构32(单独的或作为组合结构32)的吸能特征。刻痕38如图所示可以 大体平行，或者它们可以为随机的或沿各种方向。刻痕或切口被示出为在测试时提供期望 的拖拽载荷。
[0064]图12示出了用于单元轴40的方向的各种选项。在图12Α中，单元轴40形成22°的角。 图12Β，单元轴40形成45°的角。已经对90° (竖直轴线）、45°以及22°进行测试。在特定测试条 件下，发现45°工作良好。然而，可以根据交通工具轮的预期接触角度使用其他角度。科技文 献已将强度建立为单元轴角度的函数。发现，蜂窝结构32的强度可以为单元轴40的函数。在 这些示例中，蜂窝结构32可以经由任意合适的手段固定到基板B。在一个示例中，它们可以 经由胶粘剂固定到基板B。一个或更多个蜂窝结构32可以端对端放置。
[0065] 在另一个示例中，图13示出了可以堆叠多个蜂窝结构32以形成组合结构42。在该 示例中，结构32可以被堆叠为使得它们另外沿着跑道产生凸起区域。在一个方面中，所堆叠 蜂窝结构32可以被设计为具有类似的强度。在另一个方面中，所堆叠蜂窝结构32可以被设 计为具有变化的强度。例如，可以在顶部上提供更弱的蜂窝结构32A用于拦阻更轻飞机。更 强的蜂窝板32B可以被提供为底层或下层。所有层可以粘合或经由一个或更多个粘结层42 粘附到彼此。
[0066]图15示出了 一系列火灾测试结果。图15A示出了没有板的蜂窝单元结构34。图15B 示出了固定有板36的图15A的结构34。这些结果示出蜂窝结构32提供期望的耐火性。然而， 可以向板提供另外的耐火涂层，诸如，例如，Temprotex?的涂层或其他耐火或耐腐蚀材 料。
[0067] 根据本公开可以使用的宏观图案化材料的另一个示例是成层打印的3-D打印材 料。期望的宏观图案化材料形状可以为计算机生成的且然后使用任意适当的材料来打印。 另外的材料可以与3-D打印选项一起使用。例如，沙或散浮石(在与合适的粘合剂组合时)可 以打印成期望的形式。所用材料通常应具有所述的压碎性参数，使得移动飞机的轮子将使 得材料压碎或以其他方式变形。
[0068] 根据本公开可以使用的宏观图案化材料的另外示例是经由棒形成的格子状材料， 棒在各种点处连接到彼此，以形成结构。图16中示出了这种格子状型结构的非限制性示例。
[0069] 格子状结构的材料特性可以通过改变格子状结构本身、原料、或材料组件的尺寸 来修改。还可以对棒的长度、宽度或直径、连接点处的结合强度以及其他参数进行改变。例 如，压缩强度可以根据对于交通工具拦阻系统应用的具体要求而控制为大约3-lOOpsi。例 如，密度可以在从大约2pcf至50pcf的范围内。例如，格子状结构可以具有大约0.001至大约 1.5英寸的组件直径或组件横截面特征尺寸。格子状结构的一个可能示例是格子状桁架结 构。
[0070] 无论交通工具拦阻系统是由所述的3-D折叠材料制成还是由所述蜂窝结构制成， 宏观图案化材料都可以被堆叠为使得不同层具有不同水平的压碎性。在一个示例中，芯结 构可以以在结构的不同水平处允许不同压碎性的方式来布置。例如，外层可以比内层更容 易地压碎，使得对结构的损坏中的许多发生在外部。作为另一个示例，外侧板或层可以更重 或更深地刻痕，使得产生更多的拖拽载荷。作为另一个示例，系统的外层可以由具有与同一 系统中的下部材料不同的强度的不同材料层来提供。这些参数的最佳组合可以产生作为交 通工具拦阻系统的结构的最大有效性。这些特征可以对于不同的机场要求、跑道尺寸和/或 要安全停止的飞机的预期尺寸而进行修改。
[0071] 产生的结构及其形成的主体的块可以被形成为板、块、床或可以被定位于跑道或 道路的末端处的任意结构。产生的交通工具拦阻系统可以以任意适当的方式来固定。产生 的交通工具拦阻系统可以覆盖或涂布有用于这种目的的任意材料。
[0072] 可以在不偏离本公开或以下权利要求的范围或精神的情况下对上面列举和附图 中所示的结构和方法进行变化和修改、添加和删除。
【主权项】
1. 一种交通工具拦阻系统，包括： 多个宏观图案化结构，所述多个宏观图案化结构由以可预计方式可靠压碎的材料形 成。2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述宏观图案化结构包括三维折叠结构。3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述三维折叠结构通过用一组或更多组辊挤压材 料片以在所述片上形成期望的凸起图案来形成。4. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述三维折叠结构包括人字形图案。5. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述三维折叠结构被组合成块，其中一个或更多 个结构由中间层来分离。6. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述宏观图案化结构贯穿各结构包括一致的几何 结构。7. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述宏观图案化结构包括由一个或更多个外侧板 镶边的蜂窝单元结构。8. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述蜂窝结构包括从大约0.25英寸至大约五英寸 的单元尺寸。9. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述一个或更多个外侧板包括一个或更多个刻痕 或切口。10. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述蜂窝结构包括具有轴的单元，其中，所述单 元轴相对于拦阻床表面以非垂直方式来布置。11. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述宏观图案化结构包括从大约0.003英寸至大 约0.016英寸的原料厚度。12. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述宏观图案化结构包括大约0.3英寸至大约2 英寸的高度。13. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述宏观图案化结构包括金属片、铝、铜、不锈 钢、金属箱、塑料、纸、耐火纸、纸板、纤维板、波纹材料、玻璃纤维、加强复合物、碳纤维、加强 复合材料、热塑性材料、陶瓷、胶结材料、聚合物、或其组合。14. 根据权利要求1所述的系统，包括由多个宏观图案化结构形成的块，其中，处于所述 块的顶部处的所述宏观图案化结构具有比处于所述块的底部处的所述宏观图案化结构更 低的强度。15. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述宏观图案化结构包括格子状结构，所述格子 状结构具有在大约2_50pcf范围内的密度和在3-lOOpsi范围内的压缩强度。16. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述宏观图案化结构包括格子状结构，所述格子 状结构具有大约0.001英寸至大约1.5英寸的组件直径或组件横截面特征尺寸。17. -种交通工具拦阻系统，包括： 多个宏观图案化结构，所述多个宏观图案化结构被形成为三维折叠结构，所述三维折 叠结构相对于彼此堆叠且由一个或更多个中间层分离， 其中，所述结构的材料包括以可预计方式可靠压碎的材料，并且 其中，所述宏观图案化结构包括从大约〇. 003英寸至大约0.016英寸的原料厚度和大约 0.3英寸至大约12英寸的图案化层高度。
【文档编号】B64F1/02GK106068351SQ201580011630
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年3月3日 公开号201580011630.1, CN 106068351 A, CN 106068351A, CN 201580011630, CN-A-106068351, CN106068351 A, CN106068351A, CN201580011630, CN201580011630.1, PCT/2015/18441, PCT/US/15/018441, PCT/US/15/18441, PCT/US/2015/018441, PCT/US/2015/18441, PCT/US15/018441, PCT/US15/18441, PCT/US15018441, PCT/US1518441, PCT/US2015/018441, PCT/US2015/18441, PCT/US2015018441, PCT/US201518441
【发明人】李友宏, M·维拉-冈萨雷斯, S·C·瓦伦蒂尼, 施毅坚, 邹弘, M·加尔布斯
【申请人】工程阻拦系统公司