ФЮЗЕЛЯЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
FUSELAGE STRUCTURE OF AIRCRAFT AND STRUCTURE MANUFACTURING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к фюзеляжной конструкции воздушного судна, имеющей шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию. Кроме того, изобретение относится к интегральному блоку для фюзеляжной конструкции воздушного судна этого типа, и к способу изготовления фюзеляжной конструкции.
Уровень техники
Герметизированные фюзеляжи пассажирских воздушных судов в настоящее время собираются из секций, каждая из которых изготавливается из множества оболочек, в которых обшивка, стрингеры и шпангоуты соединяют друг с другом Впоследствии к шпангоутам прикрепляются заклепками поперечные элементы багажного отсека, главная палуба и багажные полки, а опорные стойки устанавливаются между поперечными элементами и шпангоутами и крепятся болтами к соединительным узлам, которые, соответственно, прикреплены заклепками.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание такой фюзеляжной конструкции воздушного судна, которая имеет улучшенные весовые характеристики и может быть изготовлена из нескольких отдельных частей.
Этот результат достигается при помощи фюзеляжной конструкции воздушного судна с признаками пункта 1 формулы изобретения.
Изобретение также предусматривает интегральный блок для фюзеляжной конструкции воздушного судна этого типа и к способу изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна.
Зависимые пункты формулы изобретения характеризуют соответствующие варианты осуществления и усовершенствования.
Изобретение предусматривает фюзеляжную конструкцию воздушного судна, имеющую шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию. Согласно изобретению фюзеляжная конструкция воздушного судна включает в себя предварительно изготовленные интегральные блоки, каждый из которых проходит по окружности фюзеляжной секции и содержит шпангоут фюзеляжной секции и соединительные элементы для присоединения элементов обшивки, состоящих из стрингеров и обшивки.
Кроме того, изобретение предусматривает интегральный блок для фюзеляжной конструкции воздушного судна, имеющей шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию. Согласно изобретению интегральный блок содержит шпангоут фюзеляжной секции, а также соединительные элементы для присоединения элементов обшивки, включающих в себя стрингеры и обшивку, при этом интегральный блок представляет собой предварительно изготовленный узел.
Наконец, изобретение предусматривает способ изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна, имеющей шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию. Согласно изобретению предварительно изготавливают интегральные блоки, каждый из которых содержит шпангоут фюзеляжной секции, а также соединительные элементы для присоединения элементов обшивки, включающих в себя стрингеры и обшивку, кроме того, изготавливают элементы обшивки, включающие в себя стрингеры и обшивку, интегральные блоки устанавливают и подгоняют на монтажном устройстве, а элементы обшивки собирают с интегральными блоками и прикрепляют к ним.
Краткое описание чертежей
Примерные варианты осуществления изобретения объясняются ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи:
Фиг.1: вариант (а) показывает горизонтальную проекцию, а вариант (b) - боковую проекцию интегрального блока для фюзеляжной конструкции воздушного судна, согласно примерному варианту осуществления изобретения
Фиг.2: варианты (а) и (b) показывают соответствующие соединительные элементы для присоединения интегрального блока того типа, который показан на Фиг.1, к элементам обшивки, включающим в себя стрингеры и обшивку, согласно примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг 3: варианты (а), (b) и (с) схематически показывают способ изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна, в которой предварительно изготовленные интегральные блоки и предварительно изготовленные элементы обшивки соединяют вместе, образуя фюзеляжную конструкцию воздушного судна, согласно одному примерному варианту осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 показан интегральный блок 10, который служит для изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна, состоящей из шпангоутов, проходящих по окружности, стрингеров, проходящих вдоль продольной оси, и закрепленной на них обшивки, которая обеспечивает наружную герметичность фюзеляжа воздушного судна, будучи устойчивой к сжатию. Интегральный блок 10, показанный в горизонтальной проекции на Фиг.1(а) и в боковой проекции на Фиг.1(b), включает в себя шпангоут 11 фюзеляжной секции, то есть плоскость, пересекающую фюзеляж воздушного судна перпендикулярно к его продольной оси, и соединительные элементы 18, 19, которые более подробно изображены далее, и предназначены для присоединения элементов обшивки, состоящих из стрингеров и обшивки.
В изображенном примерном варианте осуществления изобретения интегральные блоки 10 предварительно изготовлены в виде неразъемных узлов и представляют собой кольцевую конструкцию, охватывающую всю окружность фюзеляжной секции.
Интегральный блок 10 включает в себя основную часть, которая находится в плоскости фюзеляжного секции и образует шпангоут 11 и соединительные элементы 18, 19, которые выступают вперед и предназначаются для присоединения элементов обшивки, состоящих из стрингеров 22 и обшивки 21. Соединительные элементы 18, 19, которые более подробно изображены на Фиг.2(а) и (b), включают в себя гребенчатую структуру 18 для передачи усилий, образованную зубьями, выступающими вперед перпендикулярно по отношению к основной части интегрального блока 10, которая образует шпангоут 11. Элементы 20 обшивки прикрепляются к упомянутым зубьям и удерживаются на месте силой трения или взаимным сцеплением. Крепление может быть осуществлено путем выполнения заклепочного соединения с помощью титановых болтов, при этом также могут быть закрыты продольные стыки между элементами 20 обшивки.
Как видно на Фиг.1, интегральный блок 10 включает в себя поперечный элемент 12 багажного отсека, элементы 13 жесткости багажной полки, и поперечный элемент 14 главной палубы. Поперечный элемент 12 багажного отсека крепится к основной части интегрального блока 10 с помощью соответствующих опорных элементов 15, 15а, поперечный элемент 13 багажной полки крепится к основной части интегрального блока 10 с помощью соответствующих опорных элементов 16, 16а, и поперечный элемент 14 главной палубы крепится к основной части интегрального блока 10 с помощью соответствующих опорных элементов 17, 17а. В примерном варианте осуществления изобретения поперечный элемент 12 багажного отсека поперечный элемент 13 багажной полки и поперечный элемент 14 главной палубы, а также их опорные элементы 15, 15а, 16, 16а, и 17, 17а выполнены в виде компонентов интегрального блока 10, составляющих с ним одно целое.
Интегральные блоки 10 в описанном примерном варианте осуществления изобретения изготавливаются из армированного волокном пластика, а именно из пластика, армированного углеродным волокном.
Изготовление интегрального блока 10 может быть осуществлено, в частности, за одну технологическую операцию, когда все необходимые компоненты изготавливаются как одно целое, то есть за одно. Изготовление может быть осуществлено, в частности, в негативной форме таким образом, чтобы возникающие отклонения распределялись по той стороне, которая не важна с точки зрения монтажа, например по внутреннему фланцу основной части интегрального блока 10, которая образует шпангоут, и по нижней стороне поперечных элементов 12, 13 и 14.
Выполнение всех имеющихся в фюзеляжной секции опорных и соединительных элементов как одно целое с интегральным блоком, а также использование в качестве конструкционного материала пластика, армированного углеродным волокном, позволяет снизить вес и повысить прочность конструкции. Кроме того, это позволяет избавиться от большого числа точек соединения между соответствующими элементами
Ниже со ссылкой на Фиг.3 описывается способ изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна согласно изобретению. Упомянутый способ предусматривает изготовление интегральных блоков 10 описанного выше типа, которые необходимы для фюзеляжной конструкции воздушного судна и включают в себя шпангоут 11 фюзеляжной секции, соединительные элементы 18, 19 для присоединения элементов 20 обшивки, состоящих из стрингеров 22 и обшивки 21, а также поперечных элементов 12, 13, 14, и опорных элементов 15, 15а, 16, 16а, и 17, 17а, и дополнительно-вспомогательных элементов, которые не показаны на иллюстрациях. Кроме того, изготавливают элементы 20 обшивки, состоящие из обшивки 21 и стрингеров 22. Элементы 20 обшивки могут быть укомплектованы рамами иллюминаторов, рамами дверей и тому подобным. На Фиг.3(а) схематически показаны полностью изготовленные интегральные блоки 10. Затем интегральные блоки 10 размещают и подгоняют на монтажном устройстве 30, а элементы 20 обшивки собирают с интегральными блоками 10 и прикрепляют к ним, как схематически изображено на Фиг.3(с).
Во время изготовления элементов 20 обшивки в критических точках конструкции могут быть предусмотрены композитные лапки из стекловолокна и алюминия («GLARE»), в частности, в тех точках, которые впоследствии окажутся в районе интегральных блоков 10. Композитные лапки этого типа изготавливают путем ламинирования слоев тонкого листового алюминиевого сплава и текстильного волокнистого материала, представляющего собой тканый материал или вставку из стеклянных волокон или аналогичных подходящих волокон, поочередно уложенных друг на друга. Композитные лапки служат для компенсации различных коэффициентов теплового расширения сплавов из легких металлов и армированных волокном пластиков. Их комплексная структура позволяет адаптировать различные коэффициенты теплового расширения используемых материалов. Композитные лапки типа могут быть также предусмотрены в точках соединения элементов 20 обшивки, прилегающих к обшивке 21.
Угловые кронштейны 19 шпангоута, выполненные на интегральном блоке 10, приклепывают к элементам 20 обшивки. После этого устанавливают и закрепляют болтами все продольные элементы, предусмотренные в фюзеляжной конструкции воздушного судна, такие как салазки сидений и их опоры.
Элементы 20 обшивки, обшивка 21 и стрингеры 22 могут изготавливаться из армированного волокном пластика или из легкого металла. Если для изготовления этих элементов не будет использоваться армированный волокном пластик, то придется бороться с различными коэффициентами теплового расширения интегрального блока 10 и элемента 20 обшивки, путем использования гребенчатой структуры 18 для передачи усилий, выполнения заклепочных соединений и укладки обшивки 21 по окружности. Компенсация различных коэффициентов теплового расширения может быть осуществлена с помощью описанных выше композитных лапок из стекловолокна и алюминия. Композитные лапки этого типа могут также использоваться для усиления элементов 20 обшивки с тем, чтобы предотвратить продольные разрывы в случае, когда фюзеляжная конструкция воздушного судна подвергается воздействию аномально больших нагрузок.
Изготовленная описанным способом фюзеляжная конструкция воздушного судна затем может быть дополнена кабиной экипажа и угловой секцией, на которую опирается хвостовое оперение, чтобы получить полностью готовый фюзеляж воздушного судна.
Список обозначений
10 Интегральный блок
11 Шпангоут, основная часть
12 Поперечный элемент багажного отсека
13 Поперечный элемент багажной полки
14 Поперечный элемент главной палубы
15, 15а Опорный элемент
16, 16а Опорный элемент
17, 17а Опорный элемент
18 Гребенчатая структура для передачи усилий
19 Угловой кронштейн шпангоута
20 Элемент обшивки
21 Обшивка
22 Стрингер
30 Монтажное устройство