КРЕПЛЕНИЕ ХВОСТОВОГО ОБТЕКАТЕЛЯ К ФЮЗЕЛЯЖУ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ ХВОСТОВОГО ОБТЕКАТЕЛЯ
ATTACHMENT OF TAIL COWLING TO AIRCRAFT FUSELAGE WITH POSSIBILITY OF INTERCHANGEABILITY OF SAID COWLING

Изобретение относится к авиации и касается конструкции хвостовой части фюзеляжа летательного аппарата (ЛА), имеющего модульный хвостовой обтекатель.
Цель изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в обеспечении заменяемости хвостового обтекателя летательного аппарата в случаях, когда хвостовой обтекатель необходимо, по любой причине, отстыковать от остальной конструкции хвостовой части фюзеляжа летательного аппарата, или когда хвостовой обтекатель необходимо заменить другим.
Иными словами, основная цель настоящего изобретения заключается в разработке нового решения по конструктивному оформлению соединения между хвостовым обтекателем летательного аппарата и остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа летательного аппарата.
Еще одна цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы уменьшить степень статической неопределимости соединения между этими двумя секциями фюзеляжа и тем самым облегчить выполнение операций по их сборке и по их техническому обслуживанию в будущем, причем не в ущерб, отказобезопасности конструкции.
Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы обеспечить возможность непосредственного выполнения работ по сборке хвостового обтекателя и остальной конструкции хвостовой части фюзеляжа, а также по замене хвостового обтекателя, без использования платформ или лестниц. Причина состоит в том, что еще одна цель настоящего изобретения заключается в облегчении сборочных операций, чтобы указанные сборочные операции могли выполняться как изнутри летательного аппарата, так и снаружи летательного аппарата с подходом внизу. Следовательно, больше не потребуется использовать платформы или лестницы, чтобы добраться снаружи до верхней части летательного аппарата для выполнения операций сборки/разборки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к авиационной промышленности, в частности к конструкции хвостовой части фюзеляжа летательного аппарата, имеющего модульный хвостовой обтекатель.
Конкретнее, настоящее изобретение относится к способам соединения хвостового обтекателя с остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа летательного аппарата и к типу используемых стыковых узлов.
Уровень техники
Как правило, летательный аппарат содержит фюзеляж, имеющий носовую (переднюю) часть, в которой расположена кабина экипажа, основную (среднюю) часть, несущую крыло, и хвостовую (заднюю) часть, являющуюся опорой для горизонтального оперения.
Обычно хвостовая часть фюзеляжа заканчивается модульным хвостовым обтекателем. В хвостовой части фюзеляжа размещается, в частности, вспомогательная силовая установка (ВСУ) летательного аппарата.
Таким образом, при сборке летательного аппарата стык между хвостовым обтекателем и остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа летательного аппарата обычно проектируется с четырьмя стыковыми узлами, или кронштейнами (проушинами): двумя верхними и двумя нижними, предназначенными для восприятия нагрузок, плюс компенсатор (конструктивный или технологический компенсатор), используемый для совмещения или центрирования секций при их позиционировании в процессе сборки. Такой тип конструкции предусмотрен стандартами отказобезопасности, законодательно устанавливаемыми в сфере эксплуатации воздушных судов. Следовательно, в случае выхода из строя (отказа) одного из стыковых узлов, или кронштейнов, летательный аппарат всегда будет иметь еще четыре точки крепления, сохраняющие способность выдерживать нагрузки.
Каждый из четырех кронштейнов создает две реакции опоры, и еще одну реакцию создает компенсатор, так что при такой конфигурации система соединения создает девять реакций опоры, удовлетворяя требованиям отказобезопасности за счет избыточности. Результатом является статически неопределимая конструкция соединения.
Четыре кронштейна работают статически неопределимым образом, а компенсатор включается в действие только в случае выхода из строя одного из кронштейнов.
Кроме того, поскольку в хвостовой части фюзеляжа размещается вспомогательная силовая установка (ВСУ) летательного аппарата, соединение между хвостовым обтекателем и остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа зависит от расположения воздухозаборника вспомогательной силовой установки. Таким образом, когда воздухозаборник вспомогательной силовой установки расположен внизу, компенсатор расположен вверху, а когда воздухозаборник вспомогательной силовой установки расположен вверху, компенсатор расположен внизу.
На расположение кронштейнов накладывает ограничения форма фюзеляжа, Кроме того, на расположение кронштейнов влияет вырез, имеющийся в хвостовом обтекателе на его конце, и наличие установленного рядом переставного стабилизатора.
Основные силы и моменты, которые должны восприниматься узлами крепления, возникают от приходящихся на хвостовой обтекатель нагрузок изгиба, динамических нагрузок при штатных и аварийных посадках и т.д. Чем тяжелее ВСУ, тем выше нагрузки, которые должны восприниматься хвостовым обтекателем.
Применяемые в настоящее время статически неопределимые системы соединения, даже при наличии в конструкции шарнирных узлов и использовании конструктивных допусков, не способны обеспечить достаточную точность взаимного расположения стыкуемых частей при выполнении ремонтных работ.
Традиционно используемый способ сборки хвостового обтекателя с остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа летательного аппарата включает в себя следующие стадии:
а) монтируют компенсатор, который направляет хвостовой обтекатель и совмещает его с остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа;
б) монтируют четыре стыковых узла или кронштейна.
Поскольку четыре стыковых узла монтируются одновременно, при сборке возникают сильные механические напряжения, и весь процесс сборки обычно приходится выполнять с приложением силы.
Описание изобретения
Настоящее изобретение призвано устранить вышеупомянутые недостатки, имеющиеся на линии окончательной сборки, на которой хвостовой обтекатель присоединяется к остальной конструкции хвостовой части фюзеляжа.
Согласно изобретению под взаимозаменяемым компонентом понимается один элемент или узел из элементов, который, как сборочная единица, может быть заменен другим взаимозаменяемым компонентом с тем же номером компонента, причем без внесения изменений в конструкцию компонента или летательного аппарата, с необходимой для этого заменой съемных крепежных элементов и с использованием необходимых средств обратимой регулировки для компенсации допустимых отклонений технических характеристик.
Под заменяемым же компонентом понимается один элемент или узел из элементов, который, как сборочная единица, имеет некоторые признаки взаимозаменяемости. Это означает, что при его подгонке к конструкции летательного аппарата могут потребоваться изменения (необратимые).
В соответствии с изобретением хвостовая часть фюзеляжа летательного аппарата включает в себя хвостовой обтекатель и остальную конструкцию хвостовой части фюзеляжа. Хвостовой обтекатель присоединен к остальной конструкции хвостовой части фюзеляжа посредством системы соединения, включающей в себя три кронштейна (проушины) и компенсатор.
Поскольку в системе соединения имеется только три кронштейна, число связей в статической неопределимой системе соединения уменьшено с достижением состояния статической определимости.
При осуществлении настоящего изобретения три кронштейна работают чисто изостатическим, т.е. статически определимым образом, воспринимая все нагрузки (внешние силовые факторы) без использования лишних кронштейнов.
Система соединения также включает в себя резервное соединительное звено, которое включается в действие только в случае выхода из строя другого соединительного звена. В этом случае резервное соединительное звено нагружается в результате деформации конструкции и включается в действие, обеспечивая безопасность крепления хвостового обтекателя.
Это резервное соединительное звено способно воспринимать нагрузки, действующие в направлении продольной оси летательного аппарата, в случае выхода из строя одного из кронштейнов.
Степень безопасности соединения при этом не снизилась, поскольку при включении в систему соединения резервного соединительного звена оно действует в качестве страховочной связи.
Три кронштейна расположены в углах треугольника, причем первый кронштейн и второй кронштейн расположены на одной высоте либо вверху, либо внизу, каждый с одной из боковых сторон хвостовой части фюзеляжа.
Если воздухозаборник вспомогательной силовой установки летательного аппарата расположен вверху, первый и второй кронштейны расположены внизу. Если воздухозаборник вспомогательной силовой установки летательного аппарата расположен внизу, первый и второй кронштейны расположены вверху.
Третий кронштейн расположен противоположно, т.е. если первый и второй кронштейны расположены в верхней части, третий кронштейн расположен в нижней части, и наоборот.
Компенсатор расположен в той же части, что и первый и второй кронштейны, т.е. в верхней или нижней части, и находится между ними.
Основное назначение компенсатора заключается в облегчении позиционирования соединяемых секций при выполнении сборочных операций. Еще одна функция компенсатора заключается в восприятии нагрузок, действующих в направлениях поперечной и вертикальной осей летательного аппарата, в случае выхода из строя одного из кронштейнов.
Резервное соединительное звено расположено под третьим кронштейном, если третий кронштейн расположен вверху. Если же третий кронштейн расположен внизу, резервное соединительное звено расположено над третьим кронштейном.
Комбинацию третьего кронштейна и резервного соединительного звена можно назвать, в соответствии с ее положением, верхним узлом крепления или нижним узлом крепления. В одном варианте осуществления изобретения такой узел крепления можно модифицировать, заменив его отказобезопасным кронштейном.
Объектом изобретения является также способ сборки хвостового обтекателя с остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа летательного аппарата. Предлагаемый в изобретении способ включает следующие стадии:
а) монтируют компенсатор;
б) монтируют три кронштейна и
в) монтируют резервное соединительное звено.
Компенсатор нужно монтировать первым, поскольку он действует в качестве направляющей хвостового обтекателя, обеспечивающей его позиционирование для соединения с остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа.
В настоящем изобретении предлагается соединение, обеспечиваемое тремя кронштейнами вместо четырех, как в уровне техники. Это значительно уменьшает механические напряжения, возникающие при сборке хвостового обтекателя и остальной конструкции хвостовой части фюзеляжа, и больше не требуется прикладывать силу при монтаже кронштейнов и фитингов (стыковых узлов).
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания технических особенностей изобретения приведенное ниже описание его осуществления изобретения поясняется чертежами, на которых показано:
на фиг.1 - хвостовая часть фюзеляжа летательного аппарата, включающая в себя хвостовой обтекатель 1 и остальную конструкцию 2 хвостовой части фюзеляжа,
на фиг.2 - схема статически неопределимого соединения хвостового обтекателя с остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа, включающего в себя четыре кронштейна и компенсатор, согласно уровню техники,
на фиг.3а - схема предлагаемого в изобретении соединения с тремя кронштейнами, резервным соединительным звеном, расположенным над одним из кронштейнов, и компенсатором, расположенным вверху,
на фиг.3б - схема предлагаемого в изобретении соединения с тремя кронштейнами, резервным соединительным звеном, расположенным под одним из кронштейнов, и компенсатором, расположенным внизу,
на фиг.4а - схема предлагаемого в изобретении статически определимого соединения, причем в восприятии нагрузок участвуют все кронштейны,
на фиг.4б - схема распределения нагрузок в случае выхода из строя одного из кронштейнов, где те же нагрузки, что и прежде, воспринимаются остальными кронштейнами, но в действие теперь вступили компенсатор, воспринимающий нагрузки, действующие в направлении поперечной оси летательного аппарата, и резервное соединительное звено, воспринимающее нагрузки, действующие в направлении продольной оси летательного аппарата,
на фиг.4в - схема распределения нагрузок в случае выхода из строя одного из кронштейнов, где те же нагрузки, что и прежде, воспринимаются остальными кронштейнами, но в действие теперь вступили компенсатор, воспринимающий нагрузки, действующие в направлении вертикальной оси летательного аппарата, и резервное соединительное звено, воспринимающее нагрузки, действующие в направлении продольной оси летательного аппарата.
Осуществление изобретения
Приведенное ниже описание иллюстрирует лишь некоторые возможности осуществления изобретения и не ограничивает объема правовой охраны, определяемого формулой изобретения.
На фиг.1 изображена хвостовая часть фюзеляжа летательного аппарата, включающая в себя хвостовой обтекатель 1 и остальную конструкцию (секцию) 2 хвостовой части фюзеляжа. Хвостовой обтекатель 1 присоединен к остальной конструкции 2 хвостовой части фюзеляжа посредством системы соединения, включающей в себя три кронштейна 6, 7, 8 и компенсатор 5.
Как видно из фиг.2, согласно уровню техники соединение между хвостовым обтекателем 1 и остальной конструкцией 2 хвостовой части фюзеляжа реализуется посредством четырех кронштейнов 3 и компенсатора 5. Два кронштейна способны воспринимать нагрузки, действующие вдоль поперечной и продольной осей Y, Х летательного аппарата, а два других кронштейна способны воспринимать нагрузки, действующие в направлении вертикальной и продольной осей Z, Х летательного аппарата. В этом случае компенсатор не включается в действие, пока не выйдет из строя один из кронштейнов 3. В случае выхода из строя одного из кронштейнов компенсатор начинает воспринимать нагрузки, действующие в направлении поперечной и вертикальной осей Y, Z летательного аппарата.
В соответствии с настоящим изобретением три кронштейна работают чисто изостатически, т.е. статически определимым образом, воспринимая все нагрузки (внешние силовые факторы) без использования лишних кронштейнов.
Система соединения также включает в себя резервное соединительное звено 4, которое включается в действие только в случае выхода из строя другого соединительного звена. Резервное соединительное звено 4 установлено противоположно компенсатору 5 и расположено под третьим кронштейном 8, если тот расположен вверху, и над третьим кронштейном 8, если тот расположен внизу.
Первый кронштейн 6 и второй кронштейн 7 воспринимают нагрузки, действующие в направлении продольной и вертикальной осей X, Z летательного аппарата, а третий кронштейн 8 воспринимает нагрузки, действующие в направлении продольной и поперечной осей X, Y летательного аппарата.
В случае выхода из строя одного из кронштейнов резервное соединительное звено 4 нагружается в результате деформации конструкции и включается в действие, обеспечивая безопасность крепления хвостового обтекателя и воспринимая нагрузки, действующие в направлении продольной оси Х летательного аппарата.
Первый кронштейн 6 и второй кронштейн 7 расположены внизу, если воздухозаборник вспомогательной силовой установки летательного аппарата расположен в верхней части конструкции. Первый кронштейн 6 и второй кронштейн 7 расположены вверху, если воздухозаборник вспомогательной силовой установки летательного аппарата в нижней части конструкции.
Третий кронштейн 8 расположен противоположно первому кронштейну 6 и второму кронштейну 7, т.е. если первый 6 и второй 7 кронштейны расположены в верхней части конструкции, третий кронштейн 8 расположен в нижней части конструкции, и наоборот.
Компенсатор 5 расположен в той же части конструкции, что и первый 6 и второй 7 кронштейны, и находится между ними.
Резервное соединительное звено 4 расположено под третьим кронштейном 8, если третий кронштейн 8 расположен вверху. Если же третий кронштейн 8 расположен внизу, то резервное соединительное звено 4 расположено над третьим кронштейном 8.
Комбинацию третьего кронштейна 8 и резервного соединительного звена 4 можно назвать, в соответствии с ее положением, верхним узлом крепления или нижним узлом крепления. В одном варианте осуществления изобретения такой узел крепления можно модифицировать, заменив его отказобезопасным кронштейном.
Объектом изобретения является также способ сборки хвостового обтекателя с остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа летательного аппарата. Предлагаемый в изобретении способ включает следующие стадии:
а) монтируют компенсатор 5;
б) монтируют первый кронштейн 6 и второй кронштейн 7;
в) монтируют третий кронштейн 8;
г) монтируют резервное соединительное звено 4.
Компенсатор нужно монтировать первым, поскольку он действует в качестве направляющей хвостового обтекателя, обеспечивающей его позиционирование для соединения с остальной конструкцией хвостовой части фюзеляжа.