ДВЕРЬ ГЕРМЕТИЧЕСКОЙ КАБИНЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, ВЫПОЛНЕННАЯ ИЗ ВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
DOOR OF PRESSURE CABIN OF AIRCRAFT, WHICH IS MADE FROM FIBROUS COMPOSITE MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к выполненной из волокнистого композиционного материала двери герметической кабины летательного аппарата.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения была положена задача или техническая проблема предложить дверь герметической кабины летательного аппарата, выполненную из волокнистого композиционного материала, которая была бы простой в изготовлении практически полностью автоматизированным способом, имела бы как можно меньший вес, высокую прочность и сохраняла постоянство формы, в том числе под действием внутреннего давления в кабине.
Эта задача решается предлагаемой в изобретении дверью герметической кабины летательного аппарата, охарактеризованной в пункте 1 формулы изобретения.
Предлагаемая в изобретении дверь герметической кабины летательного аппарата, имеющая измерения по высоте, по ширине и по глубине, включает в себя цельную дверную конструкцию из волокнистого композиционного материала (ВКМ), содержащую наружную обшивку и расположенный на внутренней стороне наружной обшивки дверной каркас, основными несущими элементами которого являются краевые силовые элементы и продольные силовые элементы (стрингеры), проходящие по ширине двери и соединяющие краевые силовые элементы, причем промежутки дверного каркаса, ограниченные внутренней стороной наружной обшивки, краевыми силовыми элементами и продольными силовыми элементами, выполнены открытыми с внутренней стороны двери.
Под дверью герметической кабины в контексте изобретения следует понимать всякую дверь, на которую действует внутреннее давление, установившееся в фюзеляже летательного аппарата или в его герметической кабине или в примыкающих к фюзеляжу элементах планера, прежде всего пассажирскую дверь, грузовую дверь, люк или дверь для аварийного покидания летательного аппарата или дверцу технологического люка и т.д. Если дверью герметической кабины является пассажирская или грузовая дверь, то она предпочтительно выполнена как дверь, вдавливаемая в проем при закрытии.
В качестве волокнистого композиционного материала предпочтительно используется композиционный материал на основе углеродного волокна. Композиционные материалы с волокном другого типа, а также смешанным волокном, также возможны и предусматриваются, прежде всего в отдельных зонах двери герметической кабины летательного аппарата.
Краевые силовые элементы могут располагаться на двух противолежащих краях двери (предпочтительно на левом и правом краях) или на всех краях (т.е. левом, правом, верхнем и нижнем). В последнем случае образуется краевая рамная структура. При наличии краевой рамной структуры самый верхний и самый нижний продольный силовой элемент может образовывать верхнюю и/или нижнюю часть этой краевой структуры. Промежутки дверного каркаса наряду с другими функциями, более подробно описанными ниже, служат в первую очередь для создания пустот или полостей для размещения так называемой кинематики дверей с исполнительными и приводными механизмами (прежде всего подъемного и поворотного устройств, блокировочного устройства, элементов передачи усилий, исполнительных элементов, приводов и т.д.), а в некоторых случаях также оборудования для аварийного покидания. Продольные силовые элементы своими концами предпочтительно жестко соединены с краевыми силовыми элементами. Краевые силовые элементы предпочтительно имеют такую же высоту в направлении глубины двери, что и продольные силовые элементы.
Конструкция предлагаемой в изобретении двери герметической кабины летательного аппарата (в дальнейшем для краткости называемой дверью) в основном образована наружной обшивкой, продольными силовыми элементами и краевыми силовыми элементами, что обеспечивает ее простоту. Поэтому предлагаемая в изобретении дверь из волокнистого композиционного материала проста в изготовлении, в частности также автоматизированными методами, например по методу трансферного формования пластмасс (англ. сокр. RTM от Resin Transfer Moulding). Кроме того, в отличие от обычных дверей герметических кабин она имеет меньший вес при повышенной прочности и сохранении постоянства формы даже под действием внутреннего давления в кабине. При этом описанная выше концепция предлагаемой в изобретении двери позволяет выполнять дверную конструкцию с учетом принципа работы волокон и полностью использовать преимущества конструкции из волокнистого композиционного материала. Основные воспринимающие нагрузку соединения в пределах дверной конструкции благодаря несущим волокнистым структурам или соответствующим многослойным зонам выполняются с учетом принципа работы и высокопрочными. Таким образом, цельная дверная конструкция из волокнистого композиционного материала способна оптимально воспринимать все действующие нагрузки, например действующее на дверь в полете внутреннее давление кабины и деформации двери, обусловленные деформациями фюзеляжа, т.е. примыкающих к двери элементов конструкции фюзеляжа.
Открытые с внутренней стороны двери промежутки каркаса двери наряду с созданием упомянутых выше монтажных полостей способствуют более простому изготовлению, в частности более простой конструкции слоев дверной конструкции из волокнистого композиционного материала. Они задают направление доступа при осуществлении технологических операций. Кроме того, дверная конструкция обеспечивает простую укладку волокон. Это позволяет при изготовлении двери автоматически укладывать отдельные волокнистые и тканевые слои; и слои или волокна дверной конструкции (например, в виде более сложной волокнистой заготовки) легко помещаются в негативную форму, используемую при трансферном формовании пластмасс.
Предлагаемую в изобретении дверь можно изготавливать технически более просто и экономично, в частности по сравнению с обычными алюминиевыми дверями дифференциальной, т.е. состоящей из отдельных деталей, конструкции.
Другие целесообразные и предпочтительные варианты исполнения двери герметической кабины летательного аппарата являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные примеры осуществления изобретения с дополнительными деталями исполнения и другими преимуществами более подробно поясняются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, где показаны:
на фиг.1 - схематический вид в аксонометрии предлагаемой в изобретении двери герметической кабины летательного аппарата в соответствии с первым вариантом исполнения с внутренней, обращенной к кабине стороны двери;
на фиг.2а - схематический вид сверху в глубину двери, показанной на фиг.1, в направлении взгляда, указанном на фиг.1 стрелкой II;
на фиг.2б - схематический вид в вертикальном разрезе двери, показанной на фиг.1 и 2а, по линии А-А на фиг.2а;
на фиг.2в - схематический вид в горизонтальном разрезе двери, показанной на фиг.1 и 2а, по линии С-С на фиг.2а;
на фиг.3 - схематический вид выносного элемента В для двери, показанной на фиг.2б;
на фиг.4а - схематический вид выносного элемента D для двери, показанной на фиг.2в;
на фиг.4б - схематическое изображение фрагмента предлагаемой в изобретении двери герметической кабины летательного аппарата в соответствии со вторым вариантом исполнения, аналогичное изображению на фиг.4а;
на фиг.5 - схематическое изображение фрагмента предлагаемой в изобретении двери в соответствии с третьим вариантом исполнения, аналогичное изображению на фиг.3;
на фиг.6 - схематическое изображение фрагмента предлагаемой в изобретении двери в соответствии с четвертым вариантом исполнения, аналогичное изображениям на фиг.3 и 5;
на фиг.7 - схематический вид в аксонометрии предлагаемой в изобретении двери в соответствии с пятым вариантом исполнения, аналогичный изображению на фиг.1;
на фиг.8 - схематическое изображение фрагмента предлагаемой в изобретении двери в соответствии с шестым вариантом исполнения, аналогичное изображению на фиг.3.
Осуществление изобретения
В приведенном ниже описании и на чертежах во избежание повторений одни и те же детали и компоненты имеют одинаковые обозначения постольку, поскольку проведение различий между ними не требуется или нецелесообразно.
На фиг.1 показан схематический вид в аксонометрии первого варианта исполнения предлагаемой в изобретении двери 1 герметической кабины летательного аппарата (в дальнейшем для краткости дверь 1), выполненной как пассажирская дверь. Дверь 1 имеет направление по высоте X, направление по ширине Y и направление по глубине Z. Эти направления представлены на чертежах в декартовой системе координат. На фиг.1 дверь 1 показана при взгляде на внутреннюю сторону двери или дверной конструкции, которая, если дверь 1 установлена в фюзеляже летательного аппарата (не показан), обращена во внутреннее пространство или кабину фюзеляжа. На фиг.2а показан схематический вид сверху в глубину Z двери, показанной на фиг.1, в направлении взгляда, указанном стрелкой II на фиг.1. На фиг.2б показан схематический вид двери, показанной на фиг.1 и 2а, в разрезе по высоте Х двери 1 вдоль линии А-А на фиг.2а. На фиг.2в показан схематический вид двери, показанной на фиг.1 и 2а, в разрезе по ширине Y двери вдоль линии С-С на фиг.2а. Хотя на этих чертежах дверь 1 эскизно представлена как плоская деталь конструкции, в действительности она, как правило, слегка искривлена или выполнена в виде чашеобразного элемента и по контуру подогнана к вырезу фюзеляжа, в большинстве случаев имеющего цилиндрическую форму.
Дверь 1 имеет цельную дверную конструкцию 2 из волокнистого композиционного материала (ВКМ), содержащую наружную обшивку 4 и дверной каркас (силовой набор), расположенный на внутренней стороне наружной обшивки 4. Этот дверной каркас содержит в качестве основных несущих элементов (балок) только расположенные по бокам краевые силовые элементы 6а, 6b и продольные силовые элементы 8a-8f, проходящие по ширине между краевыми силовыми элементами 6а, 6b. Поскольку дверь 1, как упоминалось ранее, имеет искривленную форму, ее главные оси кривизны проходят предпочтительно по существу параллельно продольным силовым элементам 8a-8f.
В направлении глубины Z двери 1 краевые силовые элементы 6а, 6b имеют такую же или по существу такую же высоту, что и продольные силовые элементы 8a-8f. Промежутки, или пустоты, 2а дверного каркаса, ограниченные внутренней стороной наружной обшивки 4, краевыми силовыми элементами 6а, 6b и продольными силовыми элементами 8a-8f, выполнены открытыми с внутренней стороны двери. Таким образом, промежутки 2а дверного каркаса образуют своего рода ванну. В рассматриваемом примере краевыми силовыми элементами являются только находящиеся на фиг.1 на левой и правой сторонах двери силовые элементы 6а, 6b, тогда как расположенные на верхней и нижней сторонах двери силовые элементы 8а и 8f представляют собой продольные силовые элементы, которые, однако, в данном случае одновременно выполняют функцию верхнего и нижнего краевых силовых элементов. Таким образом, возникает несущая структура в виде рамы, включающая в себя в сумме шесть продольных силовых элементов 8a-8f. Разумеется, число продольных силовых элементов может меняться в зависимости от размеров двери 1, а также от ее назначения. Продольные силовые элементы 8a-8f своими концами жестко связаны с краевыми силовыми элементами 6а, 6b. По периметру этой рамной несущей структуры наружная обшивка 4 образует кромку 4а двери, имеющую форму полки.
Волокнистый композиционный материал предлагаемой в изобретении двери 1 в этом примере представляет собой углеволокнистый композиционный материал (УВКМ). Этот волокнистый композиционный материал может, в частности, в зонах двери 1 при необходимости содержать дополнительные волокна, которые предпочтительно выбираются из группы волокон, включающей стекловолокно, арамидное волокно, борное волокно. Возможно также изготовление зон двери 1 или рамной несущей конструкции 2 целиком из иного ВКМ, нежели УВК.
A
A
i
i
На фиг.3 схематически представлен выносной элемент В с фрагментом двери, показанной на фиг.2. На этом чертеже в качестве примера изображена зона предлагаемой в изобретении двери 1 между соседними продольными силовыми элементами 8d, 8e дверной конструкции 2. На фиг.3 можно видеть, в частности, слоистую структуру волокнистого композиционного материала двери 1 или дверной конструкции 2 из ВКМ. Дверная конструкция 2 имеет слоистую структуру волокнистого композиционного материала, которая при взгляде на дверь 1 в поперечном сечении, проходящем по высоте X, как оно показано на фиг.3, включает в себя следующие слои из ВКМ: по меньшей мере один внешний покровный слой L, образующий внешнюю зону наружной обшивки 4, и несколько расположенных на внутренней стороне внешнего покровного слоя L рядом друг с другом по высоте Х одинарных или составных (многоярусных) внутренних слоев L по существу U-образного поперечного сечения. Поскольку на фиг.3 изображены только два соседних продольных силовых элемента 8d и 8e, здесь можно полностью видеть только одно U-образное поперечное сечение внутреннего слоя L. Однако для соседних продольных силовых элементов или для соседнего краевого силового элемента расположение соответствующее.
i
i-1
i-2
i-1
A
i-2
i-2
i
Внутренний слой L U-образного сечения имеет основание L и две боковины L, расположенные на фиг.3 проходящими по глубине Z. Основание L своей поверхностью соединено с внутренней стороной внешнего покровного слоя L и образует внутреннюю зону наружной обшивки 4, обращенную внутрь кабины летательного аппарата. Две соседние боковины L, L двух соседних внутренних слоев L U-образного сечения своими поверхностями соединены с расположенным между ними продольным силовым элементом (в данном случае 8d и 8е) и за счет цельности конструкции из ВКМ образуют по меньшей мере одну его зону.
A
i
A
A
В частности, внешний покровный слой L и внутренние слои L могут быть одинарными или составными. Они по всей площади имеют предпочтительно сплошное расположение волокон. Внешний покровный слой L предпочтительно полностью перекрывает несколько продольных силовых элементов 8a-8f. На фиг.3, где показана только зона, примыкающая к двум соседним продольным силовым элементам 8d и 8е, можно видеть, что там внешний покровный слой L перекрывает два соседних продольных силовых элемента 8d, 8е.
A
i-2
i
i-2
Как следует далее из фиг.3, продольные силовые элементы 8a-8f в этом примере исполнения имеют Т-образное поперечное сечение. Это сечение имеет ребро (стенку) 10, соединенное с наружной обшивкой 4 или с ее покровным слоем L и примыкающую к ребру 10 полку 12. Полка 12 расположена на краю ребра 10, противоположном наружной обшивке 4 и обращенном к внутренней стороне кабины. Две соседние боковины L двух соседних внутренних слоев L U-образного сечения своими поверхностями соединены друг с другом и вместе образуют значительную часть ребра 10 каждого продольного силового элемента 8a-8f, как это видно на фиг.3. Две соседние боковины L могут быть соединены между собой непосредственно, как это показано на фиг.3, или же, например посредством промежуточного слоя ВКМ или же промежуточной многослойной прокладки.
i-2
Противоположные наружной обшивке 4 свободные края 12а, 12b двух боковин L образуют полку 12 Т-образного поперечного сечения. Для этого свободные края 12а, 12b отогнуты в противоположных направлениях (т.е. здесь один влево, а другой вправо) и таким образом вместе образуют полку 12. Дополнительно на этой полке 12 в виде полосы расположен покровный слой 14 из волокнистого композиционного материала, который непосредственно связывает между собой оба противоположно отогнутых свободных края 12а, 12b боковин. Этот покровный слой 14 проходит предпочтительно по всей ширине полки 12 и предпочтительно также по всей ее длине.
i-2
Между покровным слоем 14 и отогнутыми в противоположные стороны краями 12а, 12b боковин L в данном примере исполнения дополнительно в качестве варианта расположена однонаправленная волокнистая структура 16 (или слой ВКМ или набор слоев ВКМ с соответственно однонаправленным расположением волокон), проходящая в продольном направлении соответствующего продольного силового элемента 8a-8f.
A
A
Кроме того, между по меньшей мере одним внешним покровным слоем L и примыкающим к этому внешнему покровному слою L основанием ребра 10 Т-образного продольного силового элемента 8a-8f в качестве варианта предусмотрена соответствующая однонаправленная волокнистая структура 16. Обе указанные однонаправленные волокнистые структуры 16 показаны на фиг.3 кружками. Однако в действительности эти однонаправленные волокнистые структуры 16 имеют предпочтительно плоскую, ровную форму в виде полосы.
В принципе полка 12 может быть образована также отгибанием по L-образной схеме. В этом случае края 12а, 12b отгибаются в одном направлении и накладываются друг на друга. Тогда по меньшей мере в одном варианте исполнения можно также отказаться от покровного слоя 14, а иногда даже и от однонаправленной волокнистой структуры 16.
i-3
i
i
i-3
На фиг.4а схематически показан выносной элемент D с фрагментом двери, изображенной на фиг.2в. На этом чертеже можно видеть слоистую структуру дверной конструкции 2 из ВКМ в зоне расположенного сбоку краевого силового элемента 6b. Другая боковина L (в данном случае в направлении ширины Y) по меньшей мере одного из соседних внутренних слоев L, имеющих по существу U-образное сечение, образует внутреннюю боковую стенку краевого силового элемента 6b, обращенную к противоположному краевому силовому элементу 6а (на фиг.4а не показан). Из названного U-образного сечения (которое при трехмерном рассмотрении образует ваннообразный внутренний слой L) на фиг.4а показана только правая зона. Боковина L, которая образует здесь левую боковую стенку краевого силового элемента 8а, на свободном краю 18а, противоположном наружной обшивке 4, L-образно отогнута и образует часть полки 18 краевого силового элемента 6b. Упомянутая левая внутренняя боковая стенка в свою очередь образует часть полки 20 краевого силового элемента 6b.
i-3
R
R
i-3
R
A
A
R
На правой стороне показанной на фиг.4а боковой стенки ребра 20, образованной боковой стороной L, предусмотрен по меньшей мере еще один слой L волокнистого композиционного материала, который в зоне ребра 20 образует правую на фиг.4а боковую стенку краевого силового элемента 6b. Этот слой L в зоне полки 18 также L-образно отогнут вправо и жестко соединен с отогнутой в том же направлении зоной 18а боковой стороны L. В основании ребра 20 слой L волокнистого композиционного материала L-образно отогнут вправо и жестко соединен с внешним покровным слоем L наружной обшивки 4. Таким образом, вместе с внешним покровным слоем L слой L волокнистого композиционного материала образует здесь выполненную по типу полки или пояса краевую зону 4а дверной конструкции 2. Как и для продольных силовых элементов 8a-8f (см. фиг.3), для краевых силовых элементов также могут быть предусмотрены однонаправленные волокнистые структуры 16 с соответствующим расположением на полке 18 и/или в основании ребра 20 (на фиг.4а не показаны).
Свободные края 18а и 18b в принципе также могут быть отогнуты в противоположных направлениях и при необходимости могут быть снабжены покровным слоем 14 из ВКМ, создавая поперечное сечение краевого силового элемента, аналогичное поперечному сечению продольного силового элемента на фиг.3.
На заднем плане фиг.4а можно видеть также отдельную зону продольного силового элемента 8с, проходящего по ширине Y двери 1. Этот продольный силовой элемент 8с соединен с показанным на фиг.4а краевым силовым элементом 6b у полки 18, ребра 20 и его основания и образует в зоне перехода между этими двумя элементами сплошное монолитное угловое соединение.
Конструкция не показанных на фиг.3 и 4а продольных силовых элементов и краевых силовых элементов, а также их соединения с наружной обшивкой 4 в соответствии с изложенным выше по существу одинаковы.
i
i-3
D
D
A
D
D
i
На фиг.4б, аналогичной фиг.4а, схематически показана зона предлагаемой в изобретении двери герметической кабины летательного аппарата согласно второму варианту исполнения. Этот второй вариант исполнения по существу соответствует показанному на фиг.4а. Однако в отличие от него во внутреннем углу, в котором основание ребра 20 краевого силового элемента 6b (или 6а) соединено с наружной обшивкой 4, предусмотрен образованный зоной внутреннего слоя L и боковой стороной L диагональный слой L из ВКМ. Этот диагональный слой L соединяет внутреннюю боковую поверхность ребра 20 с наружной обшивкой 4 или с ее внешним покровным слоем L. Далее диагональный слой L из ВКМ вместе с наружной обшивкой 4 и ребром 20 образует в зоне угла полый профиль H1. Полый профиль H1 заполнен заполнителем, например вспененным заполнителем 22. Волокнистый композиционный материал диагонального слоя L проходит, начиная с боковой стенки ребра 20, как дополнительный подслой внутреннего слоя L по внутренней стороне наружной обшивки 4, предпочтительно доходя до противоположного краевого силового элемента 6а, и образует там угол соответствующей формы.
i
D
D
A
На фиг.5 схематически показана зона предлагаемой в изобретении двери герметической кабины летательного аппарата согласно третьему варианту исполнения. Изображение на фиг.5 аналогично фиг.3 и в свою очередь представляет вид двери в разрезе по высоте X. Как и для краевого силового элемента 6b на фиг.4б, в углу между внутренней стороной наружной обшивки 4 и примыкающей боковой поверхностью (например, ребром 10) продольного силового элемента 8d, 8e предусмотрен образованный отдельной зоной внутреннего слоя L диагональный слой L волокнистого композиционного материала. Этот диагональный слой L соединяет друг с другом боковую поверхность (или ребро 10) и наружную обшивку 4 или ее внешний покровный слой L и вместе с наружной обшивкой образует в зоне угла полый профиль H1.
D
D
D
D
i
Диагональные слои L из ВКМ у продольных силовых элементов 8b-8е, которые как и показанные на фиг.5 продольные силовые элементы 8d и 8e, не являются верхним или нижним краевыми силовыми элементами (в данном случае 8а и 8f, см. для сравнения фиг.1 и 2), предусмотрены на обеих сторонах ребра 10. Следовательно, на обеих сторонах ребра 10 имеется соответствующий полый профиль H1. Этот полый профиль H1 в данном случае имеет по существу треугольное поперечное сечение. Хотя диагональный слой L на фиг.5 имеет в поперечном сечении прямолинейную форму, в определенных случаях применения он может быть дугообразно искривлен. При этом диагональный слой L может быть, в частности, вогнутым, т.е. может выгибаться к основанию ребра 10. Волокнистый композиционный материал диагонального слоя L проходит, начиная с боковой стенки ребра 10, как дополнительный подслой внутреннего слоя L по внутренней стороне наружной обшивки 4, предпочтительно доходя до соседнего продольного силового элемента, и образует там угол соответствующей формы. В данном примере полый профиль H1 заполнен заполнителем. Заполнителем может быть, например, вспененный заполнитель 22 или сотовый заполнитель.
Углам при краевых силовых элементах 6а, 6b может быть при необходимости придана соответствующая форма (см. также фиг.4б).
i
i-2
D
i
A
i-2
D
Непрерывные волокна, прежде всего на внутренней стороне двери, т.е. волокна соответствующего внутреннего слоя L, а также боковины L и диагональные слои L передают нагрузку внутреннего давления в кабине от наружной обшивки через элементы жесткости, образованные полыми профилями H1 и сотовыми заполнителями 22, на элементы 6а, 6b и 8a-8f дверного каркаса. Внутренний слой L и внешний покровный слой L, а также боковины L и диагональные слои L предупреждают расслоение конструкции слоев ВКМ элементов 6а, 6b и 8a-8f или их соединений под действием внутреннего давления в кабине.
A
D
i
На фиг.6, аналогично фиг.3 и 5, схематически показана зона предлагаемой в изобретении двери герметической кабины летательного аппарата согласно четвертому варианту исполнения. В представленном на фиг.6 поперечном сечении двери по высоте Х продольные силовые элементы 8d, 8e имеют расширяющееся к наружной обшивке 4 основание, соединенное с наружной обшивкой 4 и вместе с ней образующее полый профиль Н2. Этот полый профиль Н2 имеет треугольное и предпочтительно равностороннее поперечное сечение. Полый профиль Н2 ограничен по меньшей мере внешним покровным слоем L, a также двумя соседними боковинами (здесь: диагональные слои L) двух соседних внутренних слоев L. Различие вариантов исполнения, показанных на фиг.5 и 6, состоит в том, что в варианте по фиг.6 ребро 10 не доходит до наружной обшивки 4, а раздваивается перед ней по меньшей мере один раз, образуя две одинаковых стороны равностороннего поперечного сечения полого профиля Н2. В зоне раздвоения может быть предусмотрена однонаправленная волокнистая структура 16. Полый профиль Н2 на фиг.6 также заполнен сотовым заполнителем.
На фиг.7 показан вид в аксонометрии предлагаемой в изобретении двери 1 герметической кабины летательного аппарата согласно пятому варианту исполнения. Изображение на фиг.7 аналогично фиг.1. Конструкция двери 1, показанной на фиг.7, по существу соответствует конструкции по фиг.1. Отличием является то, что из числа продольных силовых элементов 8а-8f два продольных силовых элемента, т.е. в данном случае второй и пятый снизу продольные силовые элементы 8b и 8е, изогнуты по дуге или с изломами в направлении высоты Х двери 1. У нижнего (8b) из этих двух продольных силовых элементов изгиб или выпуклость направлены к нижней кромке двери 1, тогда как выпуклость верхнего (8е) из двух продольных силовых элементов 8b, 8е направлена к верхней кромке двери 1. Это позволяет увеличить промежуточное пространство между двумя соседними продольными силовыми элементами (здесь: 8b и 8с; 8d и 8е) и тем самым увеличить свободную высоту для монтажа элементов кинематики двери и т.п. Два непосредственно соседствующих продольных силовых элемента могут быть также предпочтительно изогнуты по дуге или с изломом(-ами) в направлениях, противоположных вышеуказанным. В частности, в зависимости от типа и размеров двери, а также необходимого монтажного пространства для элементов двери число изогнутых таким образом продольных силовых элементов может различаться.
Как видно далее из фиг.7, между первым и вторым соседними продольными силовыми элементами 8а, 8b, а также между пятым и шестым соседними продольными силовыми элементами 8е, 8f расположена по меньшей мере одна силовая перемычка 24, соединенная с этими двумя соседними продольными силовыми элементами и с наружной обшивкой 4 и увеличивающая поперечную устойчивость присоединенных к ней продольных силовых элементов. Силовая перемычка 24 двери предпочтительно проходит по существу по высоте высоты Х двери 1 и по существу параллельно расположенным по бокам краевым силовым элементам 6а, 6b или под непрямым углом к ним. Силовая перемычка 24 двери может быть неотъемлемой составной частью единой дверной конструкции 2 или представлять собой отдельную деталь конструкции, отдельно связанную с дверной конструкцией 2. В данном примере исполнения силовые перемычки 24 двери выполнены как отдельные детали конструкции из ВКМ, в последующем соединяемые с двумя соседними продольными силовыми элементами 8а, 8b и 8е, 8f и наружной обшивкой адгезивом, прежде всего клеем, например эпоксидной смолой. Однако в принципе силовые перемычки 24 двери могут быть выполнены и как неотъемлемая составная часть дверной конструкции 2 из ВКМ.
Кроме того, между двумя соседними продольными силовыми элементами в дверной конструкции 2 из ВКМ может быть предусмотрена структура оконной рамы (не показана). При этом структура оконной рамы может быть неотъемлемой составной частью или отдельной частью конструкции единой дверной конструкции 2. Помимо этого предусмотрено, что по меньшей мере в одном предлагаемом в изобретении варианте исполнения две соседних силовых перемычки 24 двери, а также присоединенные к ним продольные силовые элементы образуют часть этой структуры оконной рамы.
На фиг.7 видно также, что единая дверная конструкция 2 из ВКМ имеет множество связанных с ней подкрепляющих наружную обшивку ребер 26 (ребра жесткости), которые проходят от одного из продольных силовых элементов 8a-8f по внутренней стороне наружной обшивки 4. Главное направление этих ребер 26 совпадает по существу с направлением высоты Х двери 1 или ориентировано перпендикулярно к продольным силовым элементам 8a-8f или под углом к ним. Ребра 26 в принципе могут также иметь разветвления. Далее можно предусмотреть ребра 26 также на силовых перемычках 22 двери и/или на краевых силовых элементах 6а, 6b. Эти ребра жесткости 26 позволяют, в частности, лучше передавать воздействующие на дверь 1 нагрузки, обусловленные внутренним давлением в кабине во время полета, на продольные силовые элементы 8a-8f и препятствовать излишнему выгибанию зон наружной обшивки 4, расположенных между соседними продольными силовыми элементами 8a-8f и боковыми краевыми силовыми элементами 6а, 6b.
A
i
Для изготовления предлагаемой в изобретении двери в соответствии с вариантами исполнения, показанными на фиг.1-7, предпочтительно используется снабженная закрываемыми отверстиями негативная форма, дно которой повторяет форму наружной обшивки 4 двери. Через расположенное предпочтительно над дном отверстие негативной формы, определяющее направление доступа при осуществлении технологических операций, можно последовательно укладывать отдельные сухие волокнистые слои (например, в виде ткани, трикотажного полотна, вязаного полотна, однонаправленных волокнистых структур, а также комбинации этих материалов) будущего волокнистого композиционного материала двери, начиная с внешнего покровного слоя L, затем U-образные внутренние слои L и т.д. и наращивать волокнистую структуру единой дверной конструкции 2. Для поддержки, например, предусмотренных для ребер 10, 20 и полок 12, 18 продольных силовых элементов и краевых силовых элементов волокнистых слоев можно укладывать в форму формовочные сердечники, например из водорастворимого, в дальнейшем вымываемого материала.
После закрывания негативной формы дверь из ВКМ или ее цельную дверную конструкцию 2 можно сформовать и подвергнуть отверждению "в один прием" по методу трансферного формования пластмасс (RTM), например путем впрыскивания эпоксидной смолы. Вместо последовательного наращивания отдельных волокнистых слоев можно использовать также заранее изготовленную сухую волокнистую заготовку или несколько более крупных заранее изготовленных сухих предварительных заготовок, которые уже практически полностью или в отдельных зонах соответствуют волокнистой структуре или трехмерной форме изготавливаемой единой дверной конструкции 2. Это позволяет значительно уменьшить число обрабатываемых и укладываемых в негативную форму волокнистых деталей. При альтернативной технологии изготовления (отличающейся от метода RTM) можно для наращивания слоев вместо сухих волокнистых слоев использовать также так называемые препреги, у которых волокна или волокнистые структуры уже пропитаны частично отвердевшей смолой, которая позднее полностью отверждается, например в автоклаве под тепловым воздействием. Таким образом, предлагаемую в изобретении дверь можно изготавливать в практически полностью автоматизированном технологическом процессе.
i
На фиг.8 схематически показана зона предлагаемой в изобретении двери герметической кабины летательного аппарата согласно шестому варианту исполнения. Изображение на фиг.8 аналогично фиг.3. В отличие от конструкции, показанной на фиг.3, в этом варианте исполнения по фиг.8 можно отказаться от U-образных внутренних слоев L.
i
В варианте согласно фиг.8 дверь имеет герметично соединенную с единой дверной конструкцией 2 из ВКМ внутреннюю обшивку 28, которая изолирует дверь, встроенную в летательный аппарат или в его фюзеляж, от окружающей атмосферы. Продольные силовые элементы 8 выполнены как двутавровые балки. Краевые силовые элементы (не показаны) могут иметь такую же форму поперечного сечения или L-образную (уголковую) форму, как показано на фиг.4а и 4б. Нижняя полка 12 продольных силовых элементов 8 на фиг.8 просто наклеивается на внутреннюю сторону наружной обшивки 4. Внутренняя обшивка 28 имеет между двумя соседними продольными силовыми элементами 8 сводчатый участок 28а силовой оболочки, воспринимающий внутреннее давление р кабины. Выпуклость участка 28а силовой оболочки ориентирована от внутренней стороны двери в направлении глубины Z к внешней стороне двери. Если соседний с продольным силовым элементом 8 элемент представляет собой верхний или нижний краевой силовой элемент, то этот сводчатый участок 28а силовой оболочки предусмотрен также между этим продольным силовым элементом 8 и соседним с ним верхним или нижним краевым силовым элементом. В показанном на фиг.8 фрагменте полностью представлен только один отдельный участок 28а силовой оболочки между двумя соседними продольными силовыми элементами. Соседние участки 28а силовой оболочки показаны лишь частично.
Кроме того, на фиг.8 можно видеть, что каждый участок 28а силовой оболочки своими краевыми зонами 28а1 или продольными и поперечными сторонами на большой площади соединен с ребром 10 или с боковой стенкой соседнего продольного силового элемента 8. Зона соединения на фиг.8 показана штрихпунктирным овалом и имеет обозначение V1. Если одна из краевых зон 28а1 примыкает к верхнему или нижнему краевому силовому элементу, то эта краевая зона 28а1 на большой площади соединена с примыкающим верхним или нижним краевым силовым элементом или с его ребром или с его боковой стенкой.
В примере исполнения, показанном на фиг.8, выпуклость участка 28а силовой оболочки достигает внутренней стороны наружной обшивки 4. И в зоне вершины сводчатого участка 28а силовой оболочки он соединен с внутренней стороной наружной обшивки. Эта зона соединения на фиг.8 показана штрихпунктирным овалом и имеет обозначение V2. Варианты исполнения, в которых зона вершины сводчатого участка 28а силовой оболочки расположена на расстоянии от внутренней поверхности наружной обшивки 4 и не имеет соединения с внутренней стороной наружной обшивки 4, также предусмотрены изобретением.
Как и сама единая дверная конструкция 2, внутренняя обшивка 28 с ее сводчатыми участками 28а силовой оболочки изготовлена из ВКМ, предпочтительно из углеволокнистого композиционного материала. При этом закрытая поверхность ВКМ внутренней обшивки 28 или сводчатых участков 28а силовой оболочки обеспечивает вышеупомянутую герметичность. Дополнительно внутренняя обшивка может быть снабжена также другими уплотнительными элементами, например специальными герметизирующими покрытиями или уплотнительными слоями, уплотнительными пленками и т.д. Поскольку единая дверная конструкция 2, включая ее наружную обшивку 4 и внутреннюю обшивку 28, изготовлена из ВКМ, соединение V2 зоны вершины сводчатого участка 28а с внутренней стороной наружной обшивки 4 может быть также выполнено из ВКМ, например путем наклеивания посредством эпоксидной смолы. Возможны и механические способы крепления.
Соединение внутренней обшивки 28 или ее сводчатых участков 28а силовой оболочки с боковыми краевыми силовыми элементами (не показаны) осуществляется по существу таким же образом, как показано на фиг.8 для продольных силовых элементов 8. Поэтому указанные сводчатые участки 28а силовой оболочки предпочтительно также выгнуты в направлении краевых силовых элементов или их ребер или имеют скругленные переходы и углы и на большой площади соединены с боковыми (или верхними и нижними) краевыми силовыми элементами. Следовательно, в изометрии сводчатый участок 28а силовой оболочки имеет по существу ванно- или чашеобразную форму.
i
а
При использовании оборудованного герметической кабиной фюзеляжа летательного аппарата, в который встроена дверь, показанная на фиг.8, на эту дверь действует установившееся в герметической кабине внутреннее давление p, которое во время полета летательного аппарата и, в частности на крейсерской высоте, превышает атмосферное давление р. При этом на относительно тонкую обшивку сводчатого участка 28а силовой оболочки действуют только растягивающие усилия вдоль линии кривизны участка 28а. Поэтому расположение волокон на участках 28а силовой оболочки предпочтительно выбирают таким, чтобы волокна могли оптимально воспринимать эти растягивающие усилия, т.е. направление волокон должно также следовать линии кривизны. На краевых силовых элементах или на продольных сторонах участков 28а силовой оболочки происходит передача нагрузок на продольные силовые элементы 8 или на их ребра 10 или боковые стенки через плотное ВКМ- или клеевое соединение (см. обозначение V1). При этом зона соединения V1 между участком 28а силовой оболочки и ребром 10 или боковой стенкой соответствующего продольного силового элемента может быть просто выполнена в виде клеевого и волокнистого соединения, так как место соединения при указанной нагрузке работает только на сдвиг.
i
а
На фиг.8 для этой конструкции двери штриховой разделительной линией Т показано происходящее в полете на единой дверной конструкции 2 разделение между внутренним давлением р и внешним давлением р.
а
i
а
i
i
Как видно далее из фиг.8, наружная обшивка 4 и отдельная зона участка 28а силовой оболочки вместе с примыкающим продольным силовым элементом 8 (или краевым силовым элементом) ограничивают полость 30, изолированную от внутренней стороны двери кабины. В зоне каждой из этих полостей 30 наружная обшивка 4 снабжена отверстием 32 для уравнивания давлений, выходящим в соответствующую полость 30. Таким образом, это отверстие 32 для уравнивания давлений связывает полости 30 с окружающей атмосферой. Поэтому внешнее давление р, которое в полете ниже внутреннего давления р, постоянно имеется в указанных полостях 30. Это означает, что давление р на внешней стороне всегда равно давлению на внутренней стороне наружной обшивки 4. Следовательно, на наружную обшивку 4 не действует внутреннее давление р кабины, и места соединений V3 между наружной обшивкой 4 и продольным силовым элементом 8 (и краевыми силовыми элементами), а также место соединения V2 между вершиной участка 28а силовой оболочки и внутренней стороной наружной обшивки 4 по существу полностью разгружены от внутреннего давления р.
Поскольку через отверстие 32 для уравнивания давлений в полости 30 может попадать влага, внутренние поверхности полостей 30 предпочтительно снабжены защитным покрытием, например лакокрасочным покрытием. Чтобы жидкость (конденсат), скапливающаяся из-за влажности в полостях 30, могла стекать из них, предусмотрен не показанный на чертеже слив.
i
i
Таким образом, в предлагаемой в изобретении конструкции согласно фиг.8 внутреннее давление p воспринимается дополнительной чашеобразной внутренней обшивкой 28. Связь сводчатых участков 28а силовой оболочки этой внутренней обшивки 28 с несущими элементами (на фиг.8: продольные силовые элементы 8) обеспечивается плоским, работающим по существу только на сдвиг соединением V1. Действующие на дверь изгибающие усилия воспринимаются несущими элементами. Сама наружная обшивка 4 полностью разгружена от внутреннего давления p. Как поле сдвига она способствует повышению жесткости единой структуры двери, а в остальном выполняет только функции обтекателя. Внешней зоной контакта с наружной атмосферой является внешняя сторона внутренней обшивки 28 или ее участки 28а силовой оболочки.
i
i
Соединение V3 основания продольного силового элемента 8 или краевого силового элемента, т.е. в данном случае стык или склеивание по площади между нижней полкой 12 продольного силового элемента 8 и наружной обшивки 4, в этой конструкции подвержено весьма незначительным нагрузкам, так как наружная обшивка 4 уже не работает на изгиб под действием внутреннего давления р. Можно избежать также образования волнистости наружной обшивки под действием внутреннего давления. Это позволяет улучшить аэродинамические свойства внешнего контура двери. Связь наружной обшивки 4 и внутренней обшивки 28 с несущими элементами может быть обеспечена с учетом ориентации волокон и склеивания. Имеется возможность исключить неблагоприятное отслаивание в местах соединения между обшивками и несущими элементами вследствие изгибания или коробления наружной обшивки 4 под действием внутреннего давления р. Это особое преимущество, так как отслаивание, например в обычных клепаных и/или клееных конструкциях, состоящих из отдельных деталей, ведет к изгибанию головок заклепок или разрушению клеевых соединений.
i
В обычных конструкциях тонкий материал наружной обшивки весьма неблагоприятно воспринимает изгибы. Поэтому обычные конструкции приходится выполнять массивными и, следовательно, тяжелыми. Предлагаемая в изобретении дверь согласно фиг.8 не имеет этих недостатков. У этой двери восприятие внутреннего давления p, передача усилий от выполняющей функцию силовой оболочки внутренней обшивки 28 на продольные силовые элементы и краевые силовые элементы, а также восприятие изгибающих моментов оптимальны с точки зрения требований, предъявляемых к облегченным конструкциям и волокнистым структурам. Сама наружная обшивка остается практически не нагруженной и помимо функции поля сдвига по существу выполняет только функцию аэродинамического обтекателя.
i
i
а
Внутреннее давление р действует исключительно на участки 28а силовой оболочки, имеющие сводчатую, полукруглую или сегментную форму. На связи наружной оболочки 4 с несущими элементами это не отражается. Поэтому неблагоприятные отслаивания и изгибающие нагрузки в местах склеивания исключены. Благодаря сводчатой геометрии участки 28а силовой оболочки идеально пригодны для восприятия внутреннего давления р. Подобно напорным резервуарам они работают преимущественно на растяжение в направлении периметра (на фиг.8: вдоль показанной кривой свода). Для этого случая нагрузки можно определить оптимальную по весу слоистую структуру ВКМ. Это осуществляется, например, путем изотензоидной оптимизации (одинаковое удлинение в одном направлении волокон), которая применима также для работающих на сжатие деталей трубчатой формы. Эта концепция будет функционировать при том условии, что в полостях 30 между наружной обшивкой 4 и участками 28а силовой оболочки всегда действует внешнее давление р. Это обеспечивается упоминавшимися отверстиями 32 для уравнивания давлений.
i
Таким путем достигается значительная экономия в весе по сравнению с обычными конструкциями дверей при одновременной высокой прочности и жесткости. В отличие от традиционных конструкций при том же расходе материалов во всех компонентах возникают меньшие напряжения, когда на дверь действует внутреннее давление р. Предлагаемая в изобретении концепция двери из ВКМ обеспечивает как более жесткую, так и более легкую конструкцию. Изготовление полностью из волокнистных композиционных материалов дает однородную ВКМ-структуру с высокой степенью полезного использования материала и малым весом.
Изобретение не ограничивается перечисленными выше примерами исполнения. Более того, в рамках объема охраны предлагаемая в изобретении дверь может принимать формы, отличные от конкретно описанных выше вариантов исполнения. В частности, в вариантах исполнения согласно фиг.1-7 наружная обшивка может иметь полностью или по меньшей мере частично сэндвичевую конструкцию. В последнем случае зона наружной обшивки 4 между соседними продольными силовыми элементами и в некоторых случаях краевыми силовыми элементами имеет сэндвичевую конструкцию с сэндвичевой сердцевиной, в частности с пенопластовым или сотовым ядром, расположенным на внутренней стороне внешнего покровного слоя сэндвичевой структуры наружной обшивки.
Промежутки каркаса двери могут служить также для размещения элементов теплоизоляции и/или звукоизоляции.
Если единая дверная конструкция из ВКМ предлагаемой в изобретении двери имеет силовые перемычки, участки 28а силовой оболочки согласно фиг.8 могут располагаться также между этими силовыми перемычками двери, продольными силовыми элементами и краевыми силовыми элементами и иметь соответствующие соединения с силовыми перемычками двери.
Условные обозначения в пунктах формулы изобретения, описании и на чертежах служат лишь для лучшего понимания сущности изобретения и не должны ограничивать объем охраны.