КРЫЛО САМОЛЕТА, ПАНЕЛЬ КРЫЛА САМОЛЕТА И САМОЛЕТ
AIRCRAFT WHEEL, AIRCRAFT WHEEL PANEL AND AIRCRAFT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к крылу самолета и к панели, используемой в крыле самолета.
Уровень техники
Панели задних кромок крыльев самолета обычно прикрепляются к обшивке крыла своими передними кромками посредством стыковых накладок. Эти стыковые накладки помогают крепить панели задней кромки и позволяют точно совмещать их передние кромки с задними кромками обшивки крыла. Стыковые накладки, однако, также передают напряжения (как обусловленные изгибом, так и тепловые) от кессона крыла к передней кромке панели задней кромки крыла. Одним из способов решения проблемы передачи напряжений является изменение конструкции панели задней кромки крыла так, чтобы приспособить ее к воздействию напряжений, например, выполняя панель задней кромки крыла, в основном, из композита на основе углеволокна, но делая ее переднюю кромку из композита на основе стекловолокна (композит на основе стекловолокна обладает большей эластичностью по сравнению с углеволоконным композитом). Такие панели, однако, сложны в изготовлении.
Раскрытие изобретения
В изобретении предлагается крыло самолета, включающее обшивку крыла и по крайней мере одну панель кромки крыла, прилегающую к обшивке крыла, в котором либо
(а) по крайней мере одна панель кромки крыла имеет, в области ее кромки, прилегающей к обшивке крыла, по крайней мере один элемент с отверстиями, который проходит во внутреннюю часть крыла и имеет отверстие, причем отверстие входит в зацепление с выступающим элементом, отходящим от обшивки крыла; либо
(b) обшивка крыла имеет, в области, прилегающей к по крайней мере одной панели кромки крыла, по крайней мере один элемент с отверстиями, который проходит во внутреннюю часть крыла и который имеет отверстие, причем отверстие входит в зацепление с выступающим элементом, отходящим от по крайней мере одной панели кромки крыла.
В предпочтительном варианте выполнения, элемент с отверстиями представляет собой неотъемлемую часть, то есть выполнен в виде единой детали, панели кромки крыла или обшивки крыла.
Упомянутая по крайней мере одна панель кромки крыла может представлять собой, например, верхнюю или нижнюю панель передней кромки крыла либо верхнюю или нижнюю панель задней кромки крыла. Изобретение особенно подходит для панелей задней кромки крыла и далее будет описано применительно к верхней панели задней кромки крыла.
В крыле, согласно изобретению, передняя кромка по крайней мере одной панели кромки крыла совмещена по вертикали с задней кромкой обшивки крыла посредством зацепления выступающего элемента с элементом с отверстиями. Соответственно, отсутствует необходимость крепить панель кромки крыла к задней кромке обшивки крыла посредством стыковых накладок. Исключение этих стыковых накладок позволяет значительно сократить вес крыла в соответствии с изобретением, с соответствующим экономическим эффектом при эксплуатации самолета.
Более того, ожидается, что в крыле в соответствии с изобретением несовмещение по вертикали между панелью кромки крыла и обшивкой крыла в процессе работы будет иметь меньшую величину. Кроме того, в обычных панелях кромки крыла передняя кромка выполняется механической обработкой и под воздействием воздушного потока может произойти расслаивание обработанной кромки. В крыле в соответствии с изобретением при формовке край панели завертывается внутрь и отсутствует подвергнутая механической обработке кромка, на которую воздействует воздушный поток.
В целом, было бы желательно свести к минимуму вертикальный люфт выступающего элемента в отверстии. Однако было бы также желательно обеспечить некоторый люфт по длине крыла с тем, чтобы компенсировалась большая часть напряжений изгиба и термических напряжений, развивающихся в кессоне крыла, и они не передавались панели кромки крыла. Поэтому становится не столь острой необходимость обеспечивать дополнительную эластичность передней кромки панели кромки крыла в соответствии с изобретением или выдерживать высокие возникающие нагрузки, что обеспечивает дополнительные преимущества при изготовлении панелей кромки крыла.
В предпочтительном варианте выполнения, крыло содержит по крайней мере две панели кромки крыла в соответствии с изобретением. Крыло может также содержать одну или более панелей кромки, прикрепленных в обшивке крыла обычными средствами, например, стыковыми накладками. В предпочтительном варианте выполнения, в крыле в соответствии с изобретением, все верхние панели задней кромки представляют собой панели кромки крыла в соответствии с изобретением.
В то время как это описано выше, в крыле в соответствии с изобретением элемент с отверстиями может находиться на панели кромки крыла, причем выступающий элемент отходит от обшивки крыла, либо, напротив, элемент с отверстиями может находиться на обшивке крыла, а выступающий элемент выступает от панели кромки крыла, более предпочтительной конструкцией является первая (то есть, согласно приведенному выше пункту (а)). Форма элемента с отверстиями в предпочтительном варианте выполнения такова, что она усиливает переднюю кромку панели кромки крыла, благодаря чему снижается волнистая деформация этой передней кромки во время полета. (Под "волнистой деформацией" понимаются локальные изгибы панели кромки крыла относительно уровня обшивки крыла на участках между элементами крепления, возникающие в полете).
Преимуществом конструкции является то, что по крайней мере один выступающий элемент представляет собой отбортовку, отходящую от края по крайней мере одной панели кромки крыла во внутреннюю часть крыла. При этом отбортовка приблизительно перпендикулярна плоскости панели кромки крыла, благодаря чему она обладает высокой устойчивостью к изгибу передней кромки панели.
Элемент с отверстиями может проходить вдоль практически всей передней кромки панели задней кромки крыла. Однако, как правило, панель кромки крыла будет прикреплена к одной или более нервюре и было бы удобно, чтобы в области этих нервюр внутрь не входили какие-либо элементы с отверстиями. Поэтому панель крыла может содержать два или более элемента с отверстиями, например, отбортовки с отверстиями, расположенные в местах, где они не будут наталкиваться на нервюры. Например, панель кромки крыла может быть прикреплена к двум нервюрам и иметь два элемента с отверстиями, один - снаружи нервюр, другой - внутри, и может, как правило, иметь отбортовку (которая может и не иметь отверстий), проходящую через пространство между нервюрами, повышая прочность в этом месте.
В предпочтительном варианте выполнения, панели кромки крыла имеют два или более элемента с отверстиями.
Желательно, чтобы элемент с отверстиями составлял единое целое (то есть, был выполнен в виде единой детали) с панелью кромки крыла. В результате, элемент с отверстиями может представлять собой выступающее внутрь продолжение передней кромки панели задней кромки крыла.
В каждом элементе с отверстиями может быть одно или более отверстий. В предпочтительном варианте выполнения, отверстие может представлять собой прорезь в элементе с отверстиями, сквозь которую проходит выступающий элемент. В варианте выполнения, каждый элемент с отверстиями имеет только одно отверстие, Вообще, каждому отверстию соответствует выступающий элемент, который выступает в отверстие и входит с ним в зацепление. Отверстие или каждое из отверстий может иметь защитную втулку.
В одном из вариантов выполнения, по крайней мере одна панель кромки крыла имеет два элемента с отверстиями, причем каждый элемент с отверстиями представляет собой отбортовку, отходящую внутрь крыла от кромки панели кромки крыла, примыкающей к обшивке крыла, а каждая отбортовка имеет одно отверстие. Преимущество этой конструкции состоит в том, что по крайней мере одна панель кромки крыла содержит третью отбортовку, которая проходит из центральной части кромки панели кромки крыла, примыкающей к обшивке крыла, внутрь крыла.
В случае, когда элемент или элементы с отверстиями выдаются над обшивкой крыла и выступающий элемент или элементы выдаются от панели кромки крыла, элементы с отверстиями также могут иметь форму одной или более отбортовок, проходящих вдоль задней кромки обшивки крыла, причем отбортовки составляют интегральную часть обшивки крыла.
Как упоминалось выше, конфигурация отверстий и выступающего элемента таковы, что обеспечивается движение в направлении вдоль крыла по крайней мере части панели кромки крыла относительно обшивки крыла. Как правило, ширина отверстия в направлении вдоль крыла превышает ширину соответствующего выступающего элемента в направлении вдоль крыла, поэтому имеется некоторая свобода движения выступающего элемента относительно отверстия в направлении вдоль крыла. В этом случае, изгиб кессона крыла и тепловое расширение и сжатие кессона крыла могут быть по крайней мере частично скомпенсированы за счет местного относительного перемещения вдоль крыла между частями обшивки крыла и частями панели кромки крыла, без передачи в полной мере создающегося напряжения. В предпочтительном варианте выполнения, отверстие, имеющееся в элементе с отверстиями (включая защитную втулку), по крайней мере на 1 мм шире, а в более предпочтительном варианте, по крайней мере на 5 мм шире в направлении вдоль крыла, чем выступающий элемент. Например, отверстие может иметь ширину вдоль крыла, равную 35 мм, а выступающий элемент может иметь ширину 25 мм в направлении вдоль крыла, что обеспечивает относительное перемещение на 5 мм в каждом направлении. В предпочтительном варианте выполнения, ширина отверстия превышает ширину выступающего элемента в направлении вдоль крыла не более чем на 50 мм.
В предпочтительном варианте выполнения, размер отверстия не превышает 200 мм, более предпочтителен размер до 100 мм, а наиболее предпочтителен размер менее 80 мм в направлении вдоль крыла.
Выступающий элемент может иметь любую удобную форму, но должен, конечно, соответствовать по форме отверстию (включая и защитную втулку) и иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать воздействующие нагрузки. Выступающий элемент будет выдаваться от обшивки крыла приблизительно в направлении хорды крыла. Поскольку каждое отверстие имеет продолговатую форму и вытянуто в направлении вдоль крыла, с приблизительно прямыми верхней и нижней сторонами, то соответствующий ему выступающий элемент в области его сцепления с отверстием имеет плоские верхнюю и нижнюю грани в направлении вдоль крыла. Таким образом, силы, прилагаемые выступающим элементом к верхней и нижней сторонам отверстия, распределены по всей ширине плоской грани выступающего элемента.
Одно или каждое из отверстий могут представлять собой щель, вытянутую в направлении вдоль крыла, причем ширина щели вдоль крыла превышает ширину выступающего элемента в этом направлении. Обычно, выступающий элемент проходит сквозь щель, и внутренний край щели окружает выступающий элемент. В предпочтительном варианте выполнения, в отверстии имеется втулка для защиты внутреннего края отверстия. Втулка может быть выполнена из любого подходящего прочного материала. Выступающий элемент может представлять собой палец, который прикреплен к панели кромки крыла или обшивке крыла и выдается над ними. Выступающий элемент, в предпочтительном варианте выполнения, выполнен из металла. Выступающий элемент может быть стальным, но в предпочтительном варианте выполнения он выполняется из более легкого металла, например алюминия или титана. Выступающий элемент может быть прикреплен к панели кромки крыла или обшивке крыла любыми подходящими средствами, например двумя или более болтами или одним болтом, и привязочным торцом, который опирается на край панели кромки крыла или обшивки крыла.
Как упоминалось выше, в качестве панели кромки крыла может рассматриваться верхняя или нижняя панель передней кромки крыла, либо верхняя или нижняя панель задней кромки крыла.
В предпочтительном варианте выполнения, панель кромки крыла представляет собой верхнюю панель задней кромки крыла.
Панель кромки крыла может быть выполнена из металла, например из алюминия, но более предпочтительным является использование композиционного материала, особенно композита на основе углеволокна. В предпочтительном варианте выполнения, панель кромки крыла выполнена из композиционного материала, а элемент с отверстиями имеет форму отбортовки, которая проходит внутрь крыла и которая также выполнена из композиционного материала и составляет единое целое с панелью кромки крыла. Изобретение особенно подходит для панелей кромки крыла больших размеров. Панель кромки крыла может иметь ширину вдоль крыла, составляющую по крайней мере 2 м, в предпочтительном варианте - по крайней мере 1,5 м.
Обшивка крыла обычно выполняется из металла, особенно, из алюминия, но изобретение не ограничивается только крыльями с металлической обшивкой.
В изобретении также предлагается крыло самолета, содержащее обшивку крыла и по крайней мере одну панель задней кромки крыла, примыкающую к задней кромке обшивки крыла, в котором по крайней мере одна панель задней кромки крыла содержит по крайней мере одну отбортовку на своей передней кромке, причем отбортовка выступает от по крайней мере одной панели кромки крыла внутрь крыла и имеет по крайней мере одно отверстие, задняя кромка обшивки крыла имеет по крайней мере один выступающий элемент, один или более выступающих элемента выдаются сквозь одно или более отверстий и сцеплены с одним или более отверстиями, удерживая панель кромки крыла совмещенной с обшивкой крыла.
Согласно другой особенности в изобретении также предложена панель кромки крыла для крыла, которая включает либо
(a) элемент с отверстиями, имеющий отверстие, причем элемент с отверстиями расположен в области одного края панели и выступает от поверхности панели, которая в процессе использования находится во внутренней части крыла таким образом, что при использовании панели в крыле, отверстие может входить в зацепление с выступающим элементом, который выдается от обшивки крыла; либо
(b) выступающий элемент, который расположен таким образом и имеет такую форму, что при использовании панели в крыле, выступающий элемент может входить в зацепление с элементом с отверстиями, выступающим от обшивки крыла во внутреннюю часть крыла.
По крайней мере одна панель кромки крыла, как правило, прикрепляется к по крайней мере одной нервюре в центральной части панели, а с внутренней и наружной кромок имеет скользящие шарниры, которые соединены с нервюрами на внутренних наружных кромках панели кромки крыла. Части панели кромки крыла между нервюрами также называются отсеками. Таким образом, панель, прикрепленная к одной центральной нервюре, представляет собой панель с двумя отсеками, а панель, прикрепленная к двум центральным нервюрам, представляет собой панель с тремя отсеками. Панель кромки крыла в соответствии с изобретением, может иметь один, два, три, четыре или пять и более отсеков.
Зазор между панелью кромки крыла и обшивкой крыла может быть загерметизирован любым подходящим способом. Уплотнение должно обеспечивать требуемую степень перемещения панели кромки крыла относительно обшивки крыла вдоль длины крыла. Уплотнение может представлять собой, например, губчатое уплотнение или резиновое Р-образное уплотнение.
Краткое описание чертежей
Далее с целью иллюстрации приводится описание вариантов выполнения изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой вид фрагмента крыла, показывающий панель в соответствии с изобретением, и четыре нервюры;
Фиг.2 представляет вид передней кромки панели, показанной на Фиг.1;
Фиг.3 представляет вид сверху панели, показанной на Фиг.1;
Фиг.4 представляет вид поперечного сечения панели по линии А-А на Фиг.3;
Фиг.5 представляет вид поперечного сечения панели по линии В-В на Фиг.3;
Фиг.6 представляет аксонометрическое изображение пальца, показанного на Фиг.1-5;
Фиг.7 представляет вид сверху панели крыла в соответствии с настоящим изобретением, закрепленной на четырех нервюрах крыла;
Фиг.8 представляет вид поперечного сечения панели, показанной на Фиг.5, по линии В-В;
Фиг.9 представляет вид сверху панели крыла, закрепленной обычным образом с использованием стыковых накладок;
Фиг.10 представляет вид поперечного сечения части закрепленной обычным способом панели крыла, показанного на Фиг.9 типа.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 представлена верхняя панель 1 задней кромки крыла согласно изобретению. Панель 1, в целом, прямоугольной формы, имеет внутреннюю кромку 2, наружную кромку 3, заднюю кромку 4 и переднюю кромку 5. Панель 1 выполнена из композиционного углеволоконного материала и имеет ширину вдоль крыла около 2 м, причем длина панели в направлении хорды крыла около 1 м.
По своей внутренней кромке 2 и наружной кромке 3 панель 1 удерживается нервюрами 6 и 7. Панель соединена с этими нервюрами 6 и 7 скользящими шарнирными соединениями (не показаны на Фиг.1). Подобные скользящие шарниры используются в авиационной промышленности (и описаны ниже в связи с Фиг.7 и 8) и содержат стальные пальцы, выступающие в направлении вдоль размаха крыла от каждой из нервюр 6 и 7. На этих пальцах закреплены с возможностью скольжения алюминиевые угловые профили так, что каждый уголок может перемещаться вверх и вниз по своему пальцу в направлении вдоль крыла. Панель прикреплена к другому концу каждого алюминиевого уголка. Эти скользящие шарнирные соединения позволяют перемещаться внутренней и наружной кромкам 2, 3 панели относительно внутренних и наружных нервюр 6, 7, но не допускают вертикального перемещения этих кромок панели. Величина перемещения скользящих шарниров в крыле в направлении вдоль крыла, в соответствии с изобретением, значительно превышает подобные перемещения в обычном крыле, поэтому желательно использовать в конструкции скользящих шарнирных соединений, например, особо износостойкие втулки.
Середина панели (в направлении вдоль крыла) поддерживается двумя дополнительными, разнесенными друг от друга нервюрами 8 и 9. Панель 1 прикрепляется к этим центральным нервюрам болтами (не показаны).
На передней кромке 5 панели 1 имеется три отбортовки 10, 11, 12, каждая из которых выступает вниз приблизительно на 60 мм внутрь крыла под углом 90° к корпусу панели. Отбортовка 10 проходит вдоль области между внутренней нервюрой 6 и первой средней нервюрой 8, отбортовка 11 проходит вдоль области между средними нервюрами 8 и 9, а отбортовка 12 проходит вдоль области между второй средней нервюрой 9 и наружной кромкой 7. Каждая из этих трех отбортовок 10, 11, 12 добавляет прочности соответствующим областям передней кромки панели 1.
Каждая из двух наружных отбортовок 10 и 12 имеет отверстие в форме горизонтальной щели 13. В каждой из этих щелей 13 (показаны подробно на Фиг.4 и 5) имеются втулки 14, защищающие внутренний край щели. Втулка 14 образует щелевое отверстие с прямыми верхним и нижним краями 15 и 16 и полукруглыми внутренним и наружным краями 17, 18.
Отверстие имеет ширину 30 мм в направлении вдоль крыла и вертикальный размер около 5 мм. Через каждую щель 13 проходит палец 19, который прикреплен болтами к обратной стороне обшивки 20 крыла (не показано на Фиг.1) и выступает от нее. Палец 19 плотно входит между верхним и нижним краями 15, 16 отверстия 13, удерживая переднюю кромку 5 панели 1 совмещенной по вертикали с передней кромкой обшивки 20 крыла. Палец имеет ширину в направлении вдоль крыла, составляющую только 20 мм, и поэтому может свободно перемещаться в щели 13 до 5 мм в каждую сторону в направлении вдоль размаха крыла.
Пальцы 19 (показаны на Фиг.6) выполнены из титана и включают корпус 19а, в котором имеются два отверстия для болтов (не показано на Фиг.6), в которые проходят болты, прикрепляющие корпус 19а к обратной стороне обшивки 20 крыла. Параллельно корпусу, но со смещением относительно него, выступает часть 19b, которая в процессе использования проходит через щель 13.
В процессе работы, когда кессон крыла изгибается или подвергается тепловому расширению или сжатию, пальцы 19 перемещаются в щелях 13 вдоль крыла и поэтому не передают напряжения, развивающиеся в кессоне крыла, наружной секции панели 1. Исследование обычного крыла, у которого панель задней кромки крыла прикреплена своей передней кромкой к обшивке крыла стыковочными накладками, показало, что напряжения, передаваемые панели задней кромки крыла, достигают максимальных значений в области внутреннего и наружного углов передней кромки панели. В панели согласно изобретению передача таких напряжений к этим внешним областям передней кромки панели уменьшена.
В зазоре 21 между задней кромкой обшивки 20 крыла и передней кромкой 5 панели 1 устанавливается уплотнитель (не показан на чертежах). При сборке крыла панель 1 укладывается на нервюры 6, 7, 8, 9 в 25 мм от задней кромки обшивки 20 крыла, после чего сдвигается вперед на пальцы 19 перед прикреплением к центральным нервюрам 8, 9, и к внутреннему и наружному скользящим шарнирам.
На Фиг.7 показана другая панель 22 крыла, в соответствии с изобретением закрепленная на четырех разнесенных нервюрах 23, 24, 25 и 26 крыла. Как показано на Фиг.7, панель 22 прикреплена болтами к двум средним нервюрам 24 и 25 (болты обозначены на Фиг.7 и 9 крестами). Левая сторона панели 22 лежит на нервюре 23 и в области заднего левого угла прикреплена непосредственно к нервюре 23. Для передачи нагрузок, прилагаемых к передней кромке панели 22 при движении обшивки 27 крыла, передняя половина левой стороны панели 22 прикрепляется к нервюре 23 посредством скользящего шарнира 28. Как показано на Фиг.8, скользящее шарнирное соединение содержит секцию алюминиевого уголка 29, которая прикреплена болтами к обратной стороне передней половины левой стороны панели 22, ближайшей к левой кромке и параллельной ей. В этом уголке 29 имеется щель. Сквозь эту щель в направлении вдоль крыла от нервюры 23 проходит поперек шпилька 30. Края щели плотно охватывают шпильку 30, ограничивая перемещение панели 22 в вертикальном направлении и вдоль хорды крыла. Уголок 29 может перемещаться в обе стороны вдоль шпильки 30, чем обеспечивается некоторое перемещение панели в направлении вдоль крыла.
Правая кромка панели 22 доходит до правой нервюры 26, но не лежит на ней и не привернута к нервюре 26 болтами, а вместо этого имеет два скользящих шарнира 31, 32, аналогичных тем, что показаны на Фиг.8. Эти скользящие шарниры 31, 32 позволяют правой кромке панели 22 слегка сдвигаться относительно нервюры 26 в направлении вдоль крыла. Панель 33, расположенная слева от панели 22, на своей правой кромке также имеет два скользящих шарнирных соединения с нервюрой 23.
На Фиг.9 показана панель 34 обычного крыла и четыре нервюры крыла. Своей передней кромкой панель 34 прикреплена к задней кромке выступа обшивки кессона крыла пятью стыковыми накладками 35, 36, 37, 38 и 39. На Фиг.10 показано поперечное сечение такого соединения посредством стыковых накладок. Выступ 40 обшивки кессона крыла прикреплен к передней кромке панели 41 крыла стыковой накладкой 42, которая прикреплена болтами к обшивке 40 и панели 41 болтами 43 и 44, соответственно. Зазор между обшивкой 40 крыла и панелью 41 заполнен уплотнителем 45.
В то время как настоящее изобретение было описано и проиллюстрировано на примере конкретного варианта его выполнения, для специалиста в данной области должно быть понятно, что изобретение допускает различные изменения, которые здесь не приведены. Поэтому, для определения истиной области патентных притязаний настоящего изобретения следует обращаться к формуле изобретения.