ОБТЕКАТЕЛЬ НОСОВОЙ АВИАЦИОННЫЙ

Полезная модель относится к области авиастроения, более конкретно к устройству носового обтекателя летательного аппарата, обладающего свойством радиопрозрачности с возможностью быстрого открытия и фиксации в открытом положении с компактным однопетлевым узлом навески, и может найти применение в конструкции вертолетов.
Известно устройство крепления обтекателя летательного аппарата (патент DE 602005004839, В64С 1/36, публ. 12.02.2009), которое имеет набор креплений, каждое из которых обеспечивает позиционирование обтекателя по двум различным осям, лежащим в плоскости, перпендикулярной продольной оси этого крепления, каждый из набора креплений обеспечивает позиционирование обтекателя вдоль одной оси плоскости, перпендикулярной продольной оси этого крепления, при этом крепления расположены внутри обтекателя. К шпангоуту фюзеляжа самолета крепится штифт, который имеет вогнутую часть, дополняющую выпуклую часть, и цилиндрическую часть, которая может быть вставлена в отверстие в шпангоуте корпуса. Величина монтажного зазора может достигать нескольких миллиметров. Монтажный зазор позволяет монтировать обтекатель 2 на фюзеляже 1 самолета, избегая создания механических напряжений в этом обтекателе даже при деформациях обтекателя, в частности за счет того, что материал, из которого состоит обтекатель, является более гибким и деформируемым, чем конструкция фюзеляжа, к которой этот обтекатель прикреплен. Каждое второе крепление позиционирует обтекатель относительно фюзеляжа вдоль продольной оси L этого второго крепления. Обтекатель может иметь на своей внешней поверхности металлические полосы, используемые для отвода в корпус 1 токов, вызванных ударами молнии в этот обтекатель.
Известна конструкция крепежного элемента защитного обтекателя (патент ЕР 2724417, В64С 1/36, публ. 12.08.2015), в котором система открывания имеют неподвижную часть и подвижную часть, состоящую из подвижных механических элементов, которые определяют прямолинейную, боковую круговую или поворотную кинематику открывания. Носовая часть самолета А состоит из обтекателя 2, выполненного из купола из композитного материала, способного защитить антенну радара. Обтекатель 2 соединен с фюзеляжем 1 самолета А, причем этот фюзеляж представляет собой неподвижную часть. Обтекатель и фюзеляж соединяются крепежными элементами 11 и центрирующими элементами 12 для облегчения монтажа.
Известен четырехрычажный механизм открывания радиолокационного обтекателя самолета (патент CN 104512556, B64D 47/00, публ. 15.04.2015), который содержит ленточный неподвижный элемент, п-образный подвижный элемент, ленточный прямой шатун и V-образный изогнутый шатун, при этом один конец ленточного неподвижного элемента закреплен на корпусе самолета, а другой конец полосового неподвижного элемента шарнирно соединен с одним концом полоскового прямого соединительного стержня; другой конец полосового прямого шатуна шарнирно соединен с одним вильчатым ушком п-образного подвижного элемента, установочная поверхность п-образного подвижного элемента жестко соединена с внутренней стороной крышки РЛС, другой вилкой ушко п-образного подвижного элемента шарнирно соединено с одним концом V-образного изогнутого шатуна, а другой конец V-образного изогнутого шатуна шарнирно соединен со средним вильчатым ухом полосового неподвижного элемента.
Известен радиопрозрачный обтекатель, наиболее близкий заявляемому техническому решению (патент RU 2090958, H01Q 1/42, публ. 20.09.1997), который выполнен из стеклотекстолита в виде колпака, эрозионно-стойкого наконечника, изготовленного из диэлектрического пресс-материала на основе волокнистого кремнеземного наполнителя и кремнийорганического связующего. Эрозионно-стойкий наконечник соединен с колпаком из стеклотекстолита на клее, а также двумя металлическими шпильками, расположенными в плоскости перпендикулярно плоскости электрического вектора линейно поляризованной антенны. Такая конструкция радиопрозрачного обтекателя позволяет снизить пеленгационные ошибки, вносимые антенным обтекателем в определение положения цели.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности быстрого открывания для обслуживания радиоаппаратуры, недостаточная надежность в связи с отсутствием интегрированного шпангоута для обеспечения необходимой жесткости в полете и молниезащиты.
Известно, что бионический (топонимический, генеративный) дизайн - способ проектирования различных объектов, при котором для снижения веса и увеличения прочности применяются отличные от традиционных решения. Внешне объекты, произведенные подобным образом, отличаются от обычных техногенных изделий. Они имеют выраженные черты, присущие, например, растениям, имитируют строение конечностей или костей. Именно поэтому такой способ проектирования часто называют бионическим дизайном. Другой термин, «генеративный дизайн», используется в связи с тем, что геометрия подобных конструкций автоматически рассчитывается («генерируется») в специальном программном обеспечении. Главная задача бионического дизайна - снижение веса объекта при сохранении (или увеличении) исходной прочности (режим доступа https://3d.globatek.ru/world3d/generative_design/).
Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание радиопрозрачного обтекателя носового для защиты аппаратуры, размещенной в носовой части фюзеляжа от внешних факторов, в том числе от разрядов молнии и осадков, с надежным замком крепления для фиксации в открытом и закрытом положении, с возможностью точного позиционирования обтекателя на фюзеляже.
Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью, является повышение надежности конструкции в процессе эксплуатации, за счет применения надежной системы фиксации в открытом и закрытом положении с возможностью точного позиционирования обтекателя на фюзеляже, повышение надежности за счет интегрированной защиты от попадания молнии.
Для достижения технического результата предлагается обтекатель носовой авиационный 2, содержащий радиопрозрачную куполообразную часть 17 и элементы крепления к фюзеляжу 1, в соответствии с заявляемой полезной моделью отличающийся тем, что по контуру обтекателя 2 интегрирован шпангоут 3, к которому с помощью болтового соединения закреплена нижняя часть узла навески 4, причем нижняя часть узла навески 4 содержит узел регулировки 9, который содержит соединенные перемычками 10 направляющие 11, в которых выполнены эллиптические отверстия 12, предназначенные для болтового соединения, при этом верхняя часть узла навески 4 изогнута и снабжена проушинами 6, в отверстия которых установлены стержни 8, которые подвижно закреплены в ответных кронштейнах 18 на фюзеляже 1 и зафиксированы элементами фиксации 7, с внутренней стороны шпангоута 3 шарнирно закреплены штанги 13, на обтекателе 2 снаружи закреплены медные шины 16.
При этом обтекатель носовой авиационный изготовлен с помощью препреговой технологии вакуумного формования.
Кроме того, узел навески 4 имеет форму, подобранную методом компьютерного моделирования для получения минимальной массы и максимальной жесткости, изготовлен с помощью аддитивных технологий методом селективного лазерного плавления из алюминиевого сплава.
При этом узел навески 4 выполнен в виде двух качалок коленчатой формы 24, соединенных между собой перемычками, что составляет пространственный каркас с группой отверстий, необходимых для снижения веса при сохранении заданной прочности.
Кроме того, элементы фиксации 7 выполнены в виде шайб со шплинтами.
Таким образом, достигается технический результат - повышение надежности конструкции в целом.
Применение компактного узла навески 4, форма которого выполнена в виде пространственного каркаса и обеспечивает жесткость во всех направлениях, наличие двух проушин 6, в отверстия которых вставлены стержни 8, позволяет открывать обтекатель 2, а наличие штанг 13 позволяет удерживать его в открытом положении.
Наличие радиопрозрачной куполообразной части обтекателя 17 направлено на защиту аппаратуры от внешних факторов.
Наличие четырех медных шин 16, присоединенных к фюзеляжу 1 перемычками металлизации 15, обеспечивает защиту от молний, при этом их расположение и размер не мешает нормальной работе оборудования.
Применение узла регулировки 9, который содержит соединенные перемычками 10 направляющие 11, в которых выполнены эллиптические отверстия 12, позволяет легко произвести точное позиционирование и устранить зазоры, что препятствует проникновению влаги в носовой отсек и повышает надежность конструкции в целом.
Наличие кольцевого шпангоута 3 позволяет носовому обтекателю 2 выдерживать попадание птицы на скорости до 300 км/ч, что повышает надежность.
Конструкция обтекателя носового авиационного поясняется чертежами:
фиг. 1 - обтекатель носовой авиационный, общий вид;
фиг. 2 - вид изнутри на обтекатель и узел навески;
фиг. 3 - вид сбоку на обтекатель и узел навески;
фиг. 4 - вид сбоку на обтекатель и узел навески;
фиг. 5 - вид изнутри на узел навески и уплотнительный контур;
фиг. 6 - обтекатель носовой, вид изнутри;
фиг.7 - обтекатель в открытом положении;
фиг. 8 - узел навески носового обтекателя в закрытом положении;
фиг. 9 - узел навески носового обтекателя в открытом положении;
фиг. 10 - диаграмма направленности электромагнитных волн.
В носовой части фюзеляжа 1 вертолета установлен радиопрозрачный обтекатель 2, который состоит из радиопрозрачной куполообразной части 17 и замкнутого шпангоута 3, интегрированного по контуру обтекателя 2, иными словами, изготовленного вместе с ним, который выполняет функцию силового элемента жесткости и придает прочность конструкции (фиг.1, 3, 5). Обтекатель 2 изготовлен с помощью препреговой технологии вакуумного формования. К шпангоуту 3 с помощью болтового соединения закреплена нижняя часть однопетлевого узла навески 4 (петля), предназначенного для закрепления обтекателя 2 на фюзеляже 1. При этом узел навески 4 имеет бионическую форму, подобранную методом компьютерного моделирования для получения минимальной массы и максимальной жесткости, изготовлен с помощью аддитивных технологий методом селективного лазерного плавления из алюминиевого сплава. Кроме того, узел навески 4 выполнен в виде пространственного каркаса, что обеспечивает жесткость во всех направлениях.
Изначально форма узла навески 4 была определена в соответствии с кинематической схемой открытия носового обтекателя. После определения профиля были определены точки крепления внутри фюзеляжа и на самом обтекателе 2, и проведена топологическая оптимизация в специальной программе с целью поиска и выбора оптимальной формы каркаса узла навески 4 в соответствии с поставленными задачами и общей конфигурацией обтекателя 2 и его размещения на фюзеляже.
Узел навески 4 выполнен в виде двух качалок коленчатой формы 24 (фиг.8, 9) при виде сбоку, соединенных между собой перемычками, что составляет пространственный каркас с группой отверстий 5 разной формы и размера, необходимых для снижения веса (фиг.2). Нижняя часть кронштейна расширяется, и направляющие принимают форму «ветвей», расширение позволяет увеличить плечо восприятия поперечных нагрузок и более равномерно распределить усилия при открытии обтекателя. Изогнутый профиль коленчатой формы 24 необходим, чтобы при открывании кронштейн не задевал силовой шпангоут (фиг.8, 9).
При этом верхняя часть узла навески 4 изогнута и снабжена двумя проушинами 6, в отверстия которых установлены стержни 8. Стержни 8 размещают с возможностью вращения в ответных кронштейнах 18 на фюзеляже 1 и фиксируют элементами фиксации 7, к примеру шайбами со шплинтами (фиг.2).
С другой стороны узел навески 4 содержит узел регулировки 9 для точного позиционирования обтекателя 2 на фюзеляже 1 (фиг.2).
Узел регулировки включает усиленные направляющие 11, соединенные диагональными перемычками 10, обеспечивающими жесткость. В направляющих 11 выполнены овальные (эллиптические) отверстия 12 под болты 19 (фиг.4). Овальная (эллиптическая) форма отверстий 12 позволяет смещать обтекатель 2 для обеспечения правильного позиционирования и устранения зазоров. Для фиксации обтекателя 2 в открытом или закрытом положении предусмотрены штанги 13, которые с одной стороны шарнирно закреплены с внутренней стороны интегрированного шпангоута 3, а с другой стороны зафиксированы в пазу 20. На шпангоуте 3 закреплены два поворотных замка 21 типовой конструкции для фиксации обтекателя 2 в закрытом положении (фиг.5). Ответные части для поворотных замков 21 установлены на фюзеляже 1. Два фиксатора 22 установлены на внутренней стороне шпангоута 3 и предназначены для фиксации штанги 13.
Штанги 13 могут быть выполнены с газовыми пружинами (не показано) либо с механическими упорами.
По контуру обтекателя 2 снаружи закреплены четыре медные шины 16, которые присоединены к фюзеляжу 1 с помощью перемычек металлизации 15, что обеспечивает защиту от тока при попадании молний (фиг.5, 7).
Устройство работает следующим образом.
В процессе предполетной подготовки оператор разблокирует поворотные замки 21 путем поворота на 90 градусов, далее поднимает вверх обтекатель 2 для обслуживания аппаратуры.
Для фиксации в открытом положении необходимо один конец упора штанги 13 освободить из фиксатора 22 и установить в ответный паз кронштейна 20 на фюзеляже.
Для закрытия обтекателя необходимо извлечь упоры штанги 13 из паза кронштейна 20, установить упор в фиксатор 22. Закрыть обтекатель 2, закрыть поворотные замки 21 путем поворота на 90 градусов (фиг.5, 6).
Для позиционирования осуществляют ослабление болтов и перемещение вдоль эллиптических отверстий, затем затягивают болты.
Конструкция узла 4 навески и фиксации в открытом состоянии позволяет обслуживать радиоаппаратуру при скорости ветра до 30 м/с.
В полете вертолета предлагаемая конструкция обтекателя 2 обеспечивает свободное пропускание электромагнитных волн перпендикулярно поверхности с минимальными искажениями в диапазоне частот от 1 до 10 ГГц за счет выполнения эллиптической формы радиопрозрачной куполообразной части 17.
На фиг.10 представлена Диаграмма направленности электромагнитных волн, которая отражает зависимость потери мощности (Дб) от угла отклонения электромагнитной волны (град.) График показывает, что расчетные потери при различных углах излучения составляют менее 1 Дб на рабочей частоте, что соответствует требованиям технического задания.
Механизм фиксации, выполненный в виде поворотного замка 21 (фиг.5), применяемый в вертолетной технике обеспечивает надежное запирание в полете и исключает случайное открытие. Уплотнитель 23 обеспечивает в закрытом положении герметичность отсека и исключение попадания воды на оборудование (фиг.4, 5).
Защита оборудования от попадания молнии реализована при помощи медных шин 16 (фиг.5). Отвод молнии происходит по медным шинам 16 через перемычки металлизации 15 на фюзеляж 1 (фиг.7).
Использование полезной модели позволит повысить надежность обтекателя 2 за счет конструктивного выполнения компактного узла навески и защиты от молний, обеспечивает минимальное времени открытия - закрытия для обслуживания.