СБОРНАЯ ПАНЕЛЬ ОБШИВКИ КРЫЛА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СБОРНОЙ ПАНЕЛИ
WING SKIN PREFABRICATED PANEL AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к панели обшивки крыла или сборной панели обшивки крыла воздушного судна, а также к способу изготовления такой панели.
Уровень техники
Один из способов построения крыла самолета включает в себя создание кессона крыла, который образует основу крыла. Кессон заходит в фюзеляж самолета и проходит от корневой части крыла к его законцовке. Кессон образует центральные участки верхней и нижней поверхностей аэродинамического профиля крыла, а также обеспечивает места крепления для пилонов двигателей и рулевых поверхностей, таких как элероны, закрылки и воздушные тормоза. Поверхности аэродинамического профиля кессона крыла обеспечиваются панелями, которые называются панелями обшивки крыла. Кессон крыла включает в себя ряд элементов конструкции, называемых лонжеронами и стрингерами, которые проходят внутри конструкции кессона от корневой части крыла к законцовке. Лонжероны составляют основной конструктивный элемент кессона крыла, образуя переднюю и заднюю границы зоны хранения топлива. Стрингеры устанавливаются для того, чтобы обеспечить конструктивную устойчивость и монолитность панелей обшивки крыла. Таким образом, эти элементы конструкции обеспечивают необходимую прочность кессона крыла при действии на крыло рабочих нагрузок.
Кессоны крыльев обычно строят из набора отдельных лонжеронов и панелей обшивки, которые образуют стенки кессона. Индивидуальные стрингеры крепят к панелям обшивки крыла, а указанные панели обшивки крепят к фланцам лонжеронов в углах кессона. Следствием этого является тот факт, что в панелях обшивки крыла, фланцах обоих лонжеронов и стрингерах производят сверление большого числа крепежных отверстий для пропускания болтов или заклепок. Такие отверстия являются потенциальными центрами зарождения трещин. При создании конструкций воздушных судов одним из множества факторов является соотношение между весом и прочностью. Другими словами, необходимо, чтобы конструкции были насколько возможно легкими, и при этом обеспечивали необходимую прочность и конструктивную целостность, и работали надлежащим образом при рабочих нагрузках. Однако этими факторами прочности и веса приходится существенным образом жертвовать, чтобы защитить конструкцию от роста трещин, зарождающихся в крепежных отверстиях.
Раскрытие изобретения
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предлагается сборная панель обшивки крыла воздушного судна, содержащая панель обшивки, имеющую, с одной стороны, поверхность аэродинамического профиля для создания поверхности аэродинамического профиля крыла и, с другой стороны, крепежную поверхность для обеспечения одного или более мест крепления для одного или более конструктивных элементов крыла; пару противолежащих выступов, выполненных на указанной крепежной поверхности для формирования на крепежной поверхности установочного канала; конструктивный элемент крыла, имеющий первый фланец и второй фланец, предусмотренные для захвата в указанном установочном канале соответствующими противолежащими выступами с целью прикрепления конструктивного элемента крыла к панели обшивки и формирования сборной панели обшивки крыла.
Один или каждый из указанных фланцев может быть прикреплен к одному или каждому из указанных выступов. Конструктивный элемент крыла может быть установлен в указанном канале способом холодной посадки с натягом. Крепежная поверхность может дополнительно содержать посадочную поверхность, расположенную в целом напротив выступа внутри указанного канала, при этом указанная посадочная поверхность выполнена в виде опорной поверхности для первой части фланца, захваченного каналом, и служит для удержания остальной, второй части фланца на удалении от крепежной поверхности. Установочный канал может быть образован одиночным выступом для захвата первого фланца, при этом второй фланец может быть прикреплен непосредственно к крепежной поверхности.
Между конструктивным элементом крыла и крепежной поверхностью может быть предусмотрен клеящий слой. Один или каждый из выступов могут формировать указанный установочный канал за счет предусмотренных в них противолежащих канавок, при этом канавки могут быть скошены по глубине так, чтобы получить эффект зажатия определенного или каждого из фланцев. Указанным конструктивным элементом крыла может быть стрингер. Указанным конструктивным элементом крыла также может быть лонжерон. Панель обшивки крыла может быть выполнена за одно целое с указанным установочным каналом.
Панель обшивки крыла может быть также выполнена из одной или нескольких субпанелей.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается панель обшивки крыла воздушного судна, содержащая:
панель обшивки, имеющую, с одной стороны, поверхность аэродинамического профиля для создания поверхности аэродинамического профиля крыла и, с другой стороны, крепежную поверхность для обеспечения одного или более мест крепления для одного или более конструктивных элементов крыла; и
пару противолежащих выступов, выполненных на указанной крепежной поверхности для формирования на крепежной поверхности установочного канала, при этом указанный установочный канал предусмотрен для захвата первого фланца и второго фланца конструктивного элемента крыла с целью крепления конструктивного элемента крыла к панели обшивки.
В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ изготовления сборной панели обшивки крыла воздушного судна, содержащий этапы, на которых:
a) формируют панель обшивки, имеющую, с одной стороны, поверхность аэродинамического профиля для создания поверхности аэродинамического профиля крыла и, с другой стороны, крепежную поверхность для обеспечения одного или более мест крепления для одного или более конструктивных элементов крыла;
b) формируют на указанной крепежной поверхности пару противолежащих выступов для получения на крепежной поверхности установочного канала;
c) располагают первый фланец и второй фланец конструктивного элемента крыла внутри установочного канала путем захвата указанных фланцев соответствующими противолежащими выступами для обеспечения прикрепления конструктивного элемента крыла к панели обшивки и формирования сборной панели обшивки крыла.
Краткое описание чертежей
Варианты выполнения настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже на примерах, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 представляет вид самолета сверху;
фиг.2 представляет поперечное сечение кессона крыла самолета по фиг.1;
фиг.3 представляет боковую перспективную проекцию обшивки крыла в кессоне крыла по фиг.2;
фиг.4 представляет местный вид поперечного сечения крепления стрингера к обшивке крыла в другом варианте осуществления изобретения; и
фиг.5 представляет поперечное сечение стрингера, прикрепленного к обшивке крыла, в другом варианте осуществления.
Осуществление изобретения
Согласно фиг.1, самолет 101 содержит полукрылья 102 (в дальнейшем, крылья), закрепленные в фюзеляже 103. Крылья 102 содержат центральный конструктивный элемент 104 в форме кессона. Кессон 104 крыла проходит от корневой части к законцовке каждого крыла 102, а также между передней и задней кромками крыла. Кессон 104 крыла содержит ряд конструктивных элементов в виде стрингеров 105 и лонжеронов 106, которые проходят в каждом кессоне 104 от его корневой части к законцовке.
Согласно фиг.2, кессон 104 крыла содержит два лонжерона 106, у каждого из которого имеются по две полки 201, соединенные между собой перегородкой 202. Полки 201 лонжеронов и перегородки 202 образуют места крепления для конструкций передней и задней кромки (не показаны) крыла 102. Верхняя и нижняя поверхности кессона 104 сформированы соответствующими панелями 203, 204 обшивки крыла, которые образуют верхнюю и нижнюю поверхности аэродинамического профиля крыла 102. Поверхности панелей 203, 204 обшивки крыла, которые в кессоне 104 являются внутренними, образуют поверхности 205 для крепления конструктивных элементов 105, 106 крыла. Полки 202 лонжеронов крепятся к крепежным поверхностям 205 в каждом углу кессона 104, а стрингеры 105 крепятся с интервалом друг от друга поперек крепежной поверхности 205 панелей 203, 204 обшивки крыла между лонжеронами 106.
На фиг.3 более подробно показано крепление стрингеров 105 к панели 203 обшивки крыла. В данном варианте осуществления изобретения на панелях обшивки имеются пары противолежащих выступов 301, которые выполнены на крепежной поверхности 205, и проходят в направлении размаха крыла. В рассматриваемом варианте осуществления выступы 301 на крепежной поверхности 205 получены станочной обработкой. Каждая пара выступов 301 устроена так, что образует на крепежной поверхности 205 установочный канал 302. Каждый стрингер имеет J-образное поперечное сечение и, таким образом, у стрингера имеются первый и второй фланцы 303. Эти первый и второй фланцы 303 захватываются установочным каналом 302, и удерживаются в канале 302 соответствующими выступами 301. Таким образом осуществляется крепление стрингеров 105 к крепежной поверхности 205 панели 203 обшивки крыла, и получается панель обшивки в сборе.
В данном варианте осуществления изобретения стрингеры 105 сажают в каналы 302 в охлажденном состоянии. При таком способе сборки панель 203 обшивки крыла и каждый стрингер 105 готовят для сборочной операции. Размеры фланцев 303, канала 302 и канавки, образуемой выступами 301, выдерживают на станке с допусками, позволяющими выполнять холодную посадку с натягом. Другими словами, размерные допуски таковы, что после охлаждения стрингеров их можно завести на место в каналы 302, а при рабочей температуре произойдет их тепловое расширение, и стрингеры будут плотно сидеть в каналах 302. Термическое сокращение размеров для алюминия при -80°С составляет приблизительно 0,1 мм на 25 мм диаметра или толщины, поэтому, если предположить, что фланцы 303 имеют толщину 8 мм, то за счет охлаждения получается дополнительный зазор 0,03 мм к посадке с гарантированным зазором, которую выбирают для сборки. Перед сборкой стрингеры в течение трех часов охлаждают, используя сухой лед (двуокись углерода в твердом состоянии) или жидкий азот. После охлаждения до температуры, приблизительно, -80°С стрингеры 105 вставляют в каналы 302 и дают возможность постепенно вернуться к температуре окружающей среды. Допуски таковы, что по мере теплового расширения стрингеров 105, фланцы 303 плотно садятся в канавки выступов 301, и стрингеры 105 захватываются в каналах 302, так что этим самым осуществляется установка стрингеров 105 на панель 203 обшивки крыла.
В другом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.4, на крепежной поверхности 205 панели 203 обшивки крыла, в канавке, образованной выступом 301, предусматривают посадочную поверхность 401. Посадочная поверхность 401 выделена из остальной крепежной поверхности 205 в месте расположения канала 302. Фланец 303 стрингера удерживается на посадочной поверхности 401 выступом 301, в то время как остальная часть поверхности полки стрингера 105, обращенная к крепежной поверхности 205, отстоит от указанной крепежной поверхности, образуя зазор 402. Посадочная поверхность 401 в сочетании с зазором 402 упрощают процесс изготовления и сборки узла панели обшивки крыла, поскольку при станочной обработке допуски необходимо выдерживать только в области посадочной поверхности 401 и выступа 301, а не по всему каналу 302.
В еще одном варианте осуществления изобретения, в зазоре 402 помещают клеящий слой для вклеивания стрингера 105 в канал 302. Согласно другому варианту, в зазоре 402 оставляют воздух для вентиляции, и тем самым снижают вероятность коррозии.
В еще одном варианте осуществления, как показано на фиг.5, на крепежной поверхности 502 панели 503 обшивки крыла формируют установочный канал 501 посредством одиночного выступа 504. Выступ 504 образует одиночную канавку, которая идет в направлении размаха крыла, и в которую вставляют первый фланец 505 конструктивного элемента 506 крыла, где указанный фланец захватывается. Второй фланец 507 крепят непосредственно к крепежной поверхности панели 502 обшивки крыла по линии А-А, как показано на фиг.5. Второй фланец крепят стандартными средствами, такими как сплошная склейка или сварка, клепкой или болтами. Дополнительно, на внутренней стороне канавки, образованной выступом 504, выполняют скос так, чтобы получить эффект зажатия первого фланца 505, на котором выполняют ответный скос.
В другом варианте осуществления изобретения, конструктивный элемент крыла дополнительно крепят в пределах установочного канала стандартными способами, такими как склейка, обжатие, сварка трением с перемешиванием, клепка, болтовое или винтовое соединение. Один или несколько таких стандартных способов крепления могут быть применены по длине канала либо сплошным образом, либо с интервалами.
В еще одном варианте осуществления, крепление стрингеров выполняют, используя установочный канал с двумя выступами, как показано на фиг.3, в то время как полки лонжеронов крепят в канале с одним выступом, как показано на фиг.5. В другом варианте, полки лонжеронов крепят, используя установочный канал с двумя выступами, как показано на фиг.3, в то время как стрингеры крепят в канале с одним выступом, как показано на фиг.5. В еще одном варианте в котором для крепления конструктивного элемента крыла используется канал с одиночным выступом, другой фланец крепят к панели обшивки крыла посредством пластины, причем саму пластину к панели обшивки крыла крепят традиционными способами. Указанная пластина эффективно образует второй выступ для захвата другого фланца в установочном канале, и, тем самым, получается установочный канал с двумя выступами, состоящий из двух деталей. Пластина может быть предусмотрена как независимый элемент конструкции или как часть другого конструктивного элемента кессона крыла. Например, пластина может быть выполнена за одно целое с узлом передней или задней кромки, и, поэтому, служить для крепления к кессону крыла и фланца полки лонжерона, и узла передней кромки.
В еще одном варианте осуществления, панели обшивки крыла изготовляют способом экструзии, при этом на крепежной поверхности за одно целое с панелью формируются один или несколько установочных каналов. В ином варианте панели обшивки крыла строят из нескольких субпанелей, которые получают способом экструзии, а затем соединяют вместе сваркой. Для получения сварочного шва может быть использована сварка трением с перемешиванием.
В другом варианте осуществления, установочные каналы в направлении размаха крыла выполняют со скосами, а конструктивным элементам крыла придают ответную форму так, чтобы усилить зажимающее действие канала на охватываемые фланцы конструктивного элемента крыла. В еще одном варианте, канал выполняют с параллельными стенками в направлении размаха крыла.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что обработку (в частности, станочную) конструктивного элемента крыла или панели обшивки крыла можно производить посредством любого подходящего процесса, такого как фрезеровка, травление, абразивная обработка, вырубка или шлифовка. Кроме того, конструктивный элемент крыла или панель обшивки крыла могут быть выполнены из любого подходящего материала - металла, металлического сплава или иного подходящего неметаллического материала.
Хотя настоящее изобретение было описано на примерах предпочтительных вариантов, и описание указанных вариантов приведено со значительными подробностями, приведенные подробности никоим образом не ограничивают тот объем идей, который представлен в пунктах прилагаемой формулы изобретения. Специалистам в данной области техники будет нетрудно представить дополнительные преимущества изобретения и его варианты. Таким образом, настоящее изобретение в своем более широком аспекте не ограничивается конкретными деталями представленного оборудования и способа, а также иллюстрациями и описаниями примеров. Соответственно в форму и детали осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения.