СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ СЕКЦИЙ ФЮЗЕЛЯЖА, КОМБИНАЦИЯ ИЗ СОЕДИНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА И ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОЙ СЕКЦИИ ФЮЗЕЛЯЖА, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
CONNECTOR FOR CONNECTION OF FUSELAGE SECTION, COMBINATION OF CONNECTOR AND, AT LEAST, ONE FUSELAGE SECTION, AND METHOD OF MAKING SAID CONNECTOR

Изобретение относится к соединительному устройству для соединения секций фюзеляжа с образованием области поперечного стыка для создания ячейки фюзеляжа самолета.
Кроме того, предметом изобретения является способ изготовления такого соединительного устройства.
Документ US 2004/031879 А1 описывает хвостовой обтекатель фюзеляжа вертолета с несущей внешней обшивкой и соединительным приспособлением хвостового обтекателя для установки хвостового обтекателя на основной фюзеляж. Факультативно, на внутренней стороне внешней обшивки могут быть установлены опорные планки.
Документ US 5518208 А описывает соединительное устройство для соединения секций фюзеляжа.
Фюзеляжи самолетов алюминиевой конструкции изготавливаются путем последовательного соединения множества предварительно изготовленных, по существу, бочкообразных секций фюзеляжа. Секции фюзеляжа образованы с множеством расположенных друг за другом кольцевых шпангоутов, которые облицованы обшивкой ячейки фюзеляжа. Секции фюзеляжа усилены элементами придания продольной жесткости, прежде всего так называемыми стрингерами, которые проходят по существу вдоль продольной оси секции фюзеляжа. Стрингеры расположены на внутренней стороне обшивки ячейки фюзеляжа с распределением по периметру на равномерном расстоянии друг от друга. Для установки стрингеров кольцевые шпангоуты имеют соответствующие выемки. В области пересечения между кольцевыми шпангоутами и стрингерами расположены дополнительные опорные угольники для придания дополнительной жесткости. Кроме того, вне области поперечного шва происходит механическое соединение между стрингерами, кольцевыми шпангоутами, а также обшивкой фюзеляжа с помощью множества фасонок жесткости (так называемых «клипсов»).
Для соединения секций фюзеляжа применяются поперечные стыковые накладки для соединения обшивок ячейки фюзеляжа и соединительных деталей стрингеров для стыковых соединений между отдельными стрингерами. Чтобы обеспечить то, что стрингеры могут быть соединены с помощью соединительных деталей, стрингеры в концевой области секции фюзеляжа, которая примерно соответствует длине расстояния между шпангоутами, соединяются с обшивкой ячейки фюзеляжа лишь в ходе соединения заклепками поперечной стыковой накладки.
Недостаток заключается в том, что современная соединительная техника для сборки предварительно изготовленных секций фюзеляжа требует большого количества отдельных деталей и обусловленной этим высокой трудоемкости монтажа.
Задача изобретения заключается в разработке соединительного устройства и способа, с помощью которого соединительная техника усовершенствуется, прежде всего, с точки зрения трудоемкости монтажа.
Эта задача решена соединительным устройством и признаками независимых пунктов формулы изобретения. Другие варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах с обратной ссылкой на независимые пункты.
Согласно изобретению предусмотрено соединительное устройство или соединительное устройство, имеющее: продолговатый или выполненный по существу в форме полосы средний участок для соединения двух подлежащих соединению обшивок ячейки фюзеляжа, стенку для присоединения кольцевого шпангоута, которая расположена на кольцевом шпангоуте таким образом, что ее средняя плоскость, при рассмотрении в ее продольном направлении, проходит под углом и, прежде всего, вертикально (перпендикулярно) на средней плоскости среднего участка, при рассмотрении в его продольном направлении, множество простирающихся по обе стороны от среднего участка ребристых деталей для присоединения стрингеров, при этом продольная протяженность деталей для присоединения стрингеров проходит поперек и, прежде всего, перпендикулярно к продольному направлению среднего участка, утолщения в областях пересечения между деталями для присоединения стрингеров и стенкой.
Вследствие такого выполнения, с помощью только одной цельной, монолитной соединительной детали могут быть соединены, прежде всего соединены заклепками, обе обшивки ячейки фюзеляжа, стрингеры, опорные угольники, а также кольцевые шпангоуты в области поперечного стыка. За счет этого уменьшается необходимое количество соединительных деталей, а также необходимая трудоемкость при изготовлении поперечного стыкового соединения между подлежащими сборке секциями фюзеляжа.
В качестве альтернативы является возможным выполнение соединительного устройства из нескольких частей, то есть расположение нескольких соединительных устройств с распределением по периметру секции фюзеляжа, которые, однако, сами по себе, выполнены вновь монолитными. Предпочтительно, соединение отдельных компонентов структуры фюзеляжа посредством соединительного устройства происходит с помощью заклепочных элементов. Вместо обычных заклепочных соединений могут также применяться резьбовые соединения, клеевые соединения, клеммовые соединения или любая комбинация указанных способов соединения. Для получения необходимой герметичности является благоприятным в области соединительного устройства предусмотреть дополнительные меры уплотнения, такие как, например, введение или же нанесение жидких и/или твердых герметиков.
Предпочтительно, соединительное устройство выполнено из алюминиевого сплава, высококачественного стального сплава или титанового сплава. В качестве альтернативы является возможным выполнение соединительного устройства из композита на основе угольных нитей, при этом направление армирующих волокон осуществляется, предпочтительно, с ориентацией на силовое замыкание. Как правило, подлежащие соединению секции фюзеляжа полностью изготовлены из алюминиевого сплава (классическая алюминиевая конструкция). Однако, в принципе, является возможным применение соединительного устройства и для соединения секций фюзеляжа, которые полностью или, по меньшей мере частично, изготовлены из композита на основе угольных нитей (так называемая гибридная алюминиево-композитная конструкция). Однако при этом необходимо обратить особое внимание на разные коэффициенты теплового расширения и/или проблемы коррозии в области контакта между металлическими компонентами секций фюзеляжа и компонентами из композита на основе угольных нитей.
За счет монолитного выполнения соединительного устройства может быть уменьшено необходимое количество требующихся для соединения двух секций фюзеляжа деталей, прежде всего количество соединительных накладок или тому подобного, в области поперечного стыка.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере два соединительных устройства воспроизводят периметр секции фюзеляжа.
Предпочтительно, для подлежащего изготовлению поперечного стыка между двумя соединяемыми секциями фюзеляжа применяются по меньшей мере два, выполненных самих по себе монолитными, цельных соединительных устройства, которые располагаются на внутренней стороне соединяемых секций фюзеляжа в области поперечного стыка, по существу примыкая друг к другу. Однако, предпочтительно, для соединения двух секций фюзеляжа в области поперечного стыка применяется по меньшей мере три соединительных устройства (шаг по периметру 120° или меньше).
В качестве альтернативы, также является возможным и создание поперечного стыкового соединения между двумя подлежащими соединению секциями фюзеляжа с применением лишь одного единственного соединительного устройства.
Согласно еще одному конструктивному варианту соединительного устройства расстояния между соответствующими продолжениями ребер соединения соответствуют соответствующим расстояниям между стрингерами.
За счет этого достигается в значительной степени свободное от напряжений соединение между секциями фюзеляжа.
Еще одно благоприятное усовершенствование соединительного устройства предусматривает, что средний участок по существу подогнан к кривизне секции фюзеляжа. Вследствие согласования между радиусами кривизны секции фюзеляжа и средним участком соединительного устройства точно так же обеспечивается в значительной степени свободный от напряжений монтаж соединительного устройства.
Прежде всего, согласно изобретению предусмотрено соединительное устройство для соединения секций фюзеляжа с соответственно по меньшей мере одним участком обшивки ячейки фюзеляжа и несколькими кольцевыми шпангоутами и стрингерами в области поперечного стыка, имеющее:
- основной корпус соединительной детали с простирающейся в направлении периметра секций фюзеляжа поперечной стыковой накладкой для соединения двух участков обшивки ячейки фюзеляжа,
- проходящую по центру на поперечной стыковой накладке и отстоящую от нее стенку для установки кольцевого шпангоута в его свободной концевой области,
- множество простирающихся по обе стороны от поперечной стыковой накладки ребристых деталей для присоединения стрингеров, при этом каждые две простираются на противолежащих друг другу сторонах основного корпуса соединительной детали,
при этом соединительное устройство выполнено монолитным.
Прежде всего, соединительное устройство может быть изготовлено монолитным. Соединительное устройство может также иметь утолщения в областях пересечения между деталями для присоединения стрингеров и стенкой. Кроме того, соединительное устройство может иметь на каждой стороне продольной протяженности поперечной стыковой накладки соответственно по меньшей мере две детали для присоединения стрингеров.
Нижняя сторона поперечной стыковой накладки, при рассмотрении в ее продольном направлении, по меньшей мере частично, может быть выполнена изогнутой.
Кроме того, соединительное устройство может иметь несколько отверстий для присоединения соединительного устройства к обшивкам ячеек фюзеляжа, стрингерам, а также кольцевому шпангоуту множеством соединительных элементов, прежде всего заклепочными элементами.
Для соединения соединительного устройства с соответственно одним стрингером соединительное устройство может иметь несколько опорных угольников для соединения соединительного устройства с соответственно одним стрингером, при этом опорные угольники с помощью соединительных элементов могут быть закреплены на ребре поперечной стыковой накладки.
Соединительное устройство может быть выполнено из алюминиевого сплава, титанового сплава или высококачественного стального сплава. Детали для присоединения стрингеров могут иметь Z-образную геометрию поперечного сечения или L-образную геометрию поперечного сечения. В качестве альтернативы детали для присоединения стрингеров могут иметь Ω-образную геометрию поперечного сечения или геометрию поперечного сечения в форме перевернутой буквы Т.
Согласно изобретению, также предусмотрена комбинация из соединительного устройства согласно изобретению и по меньшей мере одной секции фюзеляжа, при этом расстояния между поверхностями прилегания деталей для присоединения стрингеров к стрингерам равны ±10% расстояниям между поверхностями прилегания стрингеров к деталям для присоединения стрингеров.
Комбинация согласно изобретению может быть выполнена таким образом, что по меньшей мере два соединительных устройства воспроизводят периметр по меньшей мере одной из соединяемых секций фюзеляжа. Поперечная стыковая накладка, по меньшей мере частично, может быть подогнана к радиусу кривизны подлежащих соединению секций фюзеляжа. Кроме того, соединение соединительного устройства с обшивками ячеек фюзеляжа, стрингерами, а также кольцевым шпангоутом может осуществляться с помощью множества соединительных элементов, прежде всего заклепочных элементов. Дополнительно стрингеры могут быть соединены с кольцевым шпангоутом посредством множества опорных угольников.
Кроме того, согласно изобретению предусмотрен способ изготовления соединительного устройства для соединения секций фюзеляжа в целях создания ячейки фюзеляжа самолета со следующими стадиями: изгиб изначально ровной, прямоугольной полосы материала до достижения заданного радиуса кривизны в соответствии с радиусами подлежащих соединению секций фюзеляжа и изготовление геометрической структуры соединительного устройства из полосы материала.
Изготовление геометрической структуры соединительного устройства может осуществляться способами обработки резанием, прежде всего фрезерованием, точением или сверлением.
За счет того, что полоса материала сначала подгоняется к радиусу подлежащих соединению секций фюзеляжа, отходы после следующей стадии обработки, на которой происходит изготовление геометрической структуры из полной полосы материала, сводятся к минимуму. Кроме этого, такой образ действий позволяет обеспечивать соответствующее нагрузке прохождение волокон внутри соединительного устройства и в значительной степени свободное от напряжений соединение обеих секций фюзеляжа и соединительного устройства. Предпочтительно, полоса материала изготовлена из алюминиевого сплава, высококачественного стального сплава, титанового сплава или любой комбинации из них. В качестве альтернативы соединительное устройство может быть также изготовлено из волокнистого композита, прежде всего по так называемому TFP-процессу (специальное размещение волокон). При этом предварительно импрегнированные эпоксидной смолой жгуты угольных волокон (так называемые жгуты армирующих волокон «препрег») или сухие жгуты армирующих угольных волокон, предпочтительно автоматизированным способом, и в оптимизированном по силовому потоку направлении укладываются на подходящем материале-носителе в несколько расположенных один над другим слоев и фиксируются в своем положении. С помощью TFP-процесса могут быть реализованы сложные трехмерные структуры, которые необходимы для изготовления соединительного устройства. В зависимости от примененного исходного материала, уже пропитанный материал «препрег» или сухие жгуты армирующих угольных волокон, может либо сразу происходить отверждение в печи или же автоклаве, либо предварительно должно быть осуществлено импрегнирование сухой волокнистой заготовки подходящим синтетическим материалом, таким как, например, эпоксидная смола или тому подобное.
Одно усовершенствование способа предусматривает, что изготовление сложной геометрической структуры соединительного устройства осуществляется, предпочтительно, на обрабатывающем устройстве с компьютерным ЧПУ, прежде всего фрезерованием, точением, сверлением или любой комбинацией этих способов обработки резанием. В случае повышенных требований к соблюдению заданных размеров соединительного устройства, в качестве альтернативы, могут применяться не дающие стружку меры обработки, как например, травление или электроискровая эрозия.
На чертеже показано на:
Фиг.1: область поперечного стыка между двумя секциями фюзеляжа с соединительным устройством,
Фиг.2: увеличенный вырез из фиг.1 с соединительным устройством, обшивкой ячейки фюзеляжа, стрингерами, опорными угольниками, а также кольцевым шпангоутом,
Фиг.3: вид в перспективе двух примыкающих друг к другу в области перпендикулярной линии (или же базисной линии) секций фюзеляжа соединительных устройств без структурных элементов ячейки фюзеляжа,
Фиг.4: один конструктивный вариант соединительного устройства,
Фиг.5 и 6: процесс изготовления соединительного устройства.
На чертеже несколько конструктивных элементов или компонентов, выполняющих одинаковые функцию, имеют соответственно одинаковое ссылочное обозначение.
На фиг.1 показано соединительное устройство в области поперечного стыка между двумя соединенными секциями фюзеляжа.
Соединительный элемент 1 согласно изобретению или соединительное устройство 1 согласно изобретению или соединительная деталь предусмотрены для соединения двух секций 2, 3 фюзеляжа в области 4 поперечного стыка или же области поперечного шва двух обшивок ячейки фюзеляжа или участков обшивки. На первом участке 5 обшивки ячейки фюзеляжа первой секции 2 фюзеляжа вдоль оси «x» представленной на фигурах 1-4 системы 6 координат «xyz» образованной таким образом (не показанной) ячейки фюзеляжа самолета в продольном направлении ячейки фюзеляжа проходит множество стрингеров, из которых на фиг.1 только один стрингер снабжен ссылочным обозначением 7. Ось «x» проходит вдоль продольной оси фюзеляжа образованной из секций фюзеляжа ячейки фюзеляжа. Соответственно, на втором участке 8 обшивки ячейки фюзеляжа второй секции 3 фюзеляжа расположено множество стрингеров, из которых также ссылочное обозначение присвоено только одному стрингеру 9, репрезентативному для остальных. Предпочтительно, стрингеры 7, 9 проходят в продольном направлении соответствующей секции фюзеляжа, в каждом случае параллельно и на равномерном расстоянии друг от друга с распределением по периметру секций 2, 3 фюзеляжа.
Соединительное устройство или соединительное устройство 1 имеет основной корпус соединительной детали кольцевого шпангоута или проходящую в направлении расположения шпангоута соединительную деталь с простирающейся в направлении периметра секций фюзеляжа поперечной стыковой накладкой 10 или поперечным стыковым ребром 13, а также проходящую поперек основного корпуса соединительной детали в форме поперечного продолжения деталь 12 для присоединения стрингера с основанием ребра детали для присоединения стрингера или опорной деталью 20 и ребром детали присоединения для стрингера. Предпочтительно, средняя плоскость продольной протяженности ребра 19 детали для присоединения стрингера проходит плоско и под углом, предпочтительно перпендикулярно, к средней плоскости продольной протяженности основания 20 ребра детали для присоединения стрингера. Кроме того, средняя плоскость продольной протяженности поперечного стыкового ребра 13 проходит, предпочтительно, плоско и под углом, предпочтительно перпендикулярно, к средней плоскости продольной протяженности поперечной стыковой накладки 10.
При монтаже соединительного устройства 1 с двумя секциями фюзеляжа поперечная стыковая накладка 10 лежит на области 4 поперечного стыка подлежащих соединению участков обшивки фюзеляжа, при этом нижняя сторона поперечной стыковой накладки 10 перекрывает, предпочтительно, область соединения краевых поверхностей подлежащих соединению участков обшивки ячейки фюзеляжа.
Предпочтительно, нижняя сторона поперечной стыковой накладки 10 в продольном направлении поперечной стыковой накладки 10 имеет изогнутую (дугообразную) форму и для пригонки к подлежащим соединению деталям также может иметь частично ровные участки поверхности. Предпочтительно, обращенная к внутренней стороне секции фюзеляжа поперечная стыковая накладка 10, в зависимости от случая применения, подогнана к кривизне секций 2, 3 фюзеляжа или подогнана как можно точнее для того, чтобы обеспечить возможность в значительной степени свободного от напряжений соединения обеих секций 2, 3 фюзеляжа. Поперечная стыковая накладка 10 и, прежде всего, ее обращенная к участкам обшивки ячейки фюзеляжа нижняя сторона или поверхность прилегания выполнена продолговатой и может иметь геометрию основной поверхности, которая имеет два, по меньшей мере частично, параллельных, проходящих в продольном направлении поперечной стыковой накладки боковых края, и прежде всего, может быть также выполнена прямоугольной. При монтаже соединительного устройства 1 с секциями фюзеляжа продольное направление поперечной стыковой накладки 10 проходит вдоль обращенных друг к другу краевых сторон подлежащих соединению участков обшивки ячейки фюзеляжа и в направлении периметра обшивки 5 ячейки фюзеляжа. Поперечная стыковая накладка 10 также проходит между стрингерами, которые соединены с подлежащими соединению участками обшивки ячейки фюзеляжа, при этом стрингеры могут также частично накладываться на поперечную стыковую накладку 10 поперек ее проходящего в направлении периметра секций 2, 3 фюзеляжа продольного направления.
На обеих сторонах поперечной стыковой накладки 10 простирается, например соответственно симметрично, множество, прежде всего ребристых, поперечных продолжений или деталей 12 для присоединения стрингеров, продольное направление которых проходит поперек продольного направления поперечных стыковых накладок 10, и из которых на фигурах ссылочное обозначение присвоено только двум деталям 11, 12 для присоединения стрингеров, репрезентативным для остальных. Поперечная стыковая накладка 10 монолитно соединена с поперечным стыковым ребром 13, которое, прежде всего, имеет форму стенки и изготовлено монолитно с последней. Средняя плоскость поперечного стыкового ребра проходит поперек и, прежде всего, перпендикулярно поверхности прилегания соответствующей поперечной стыковой накладки 10.
Соединительное устройство имеет по меньшей мере две пары деталей 12 для присоединения стрингеров, которые простираются сбоку от основного корпуса соединительной детали, при этом каждая пара имеет две детали 12 для присоединения стрингеров, которые относительно продольного направления поперечной стыковой накладки 10 проходят противоположно друг другу и относительно продольного направления поперечной стыковой накладки 10 противолежат друг другу (фиг.3). Предпочтительно, каждые две детали 12 для присоединения стрингеров простираются исходя из одной и той же области основного корпуса соединительной детали в противоположных направлениях. Ребро 19 детали для присоединения стрингеров может проходить исходя из основания 20 ребра детали для присоединения стрингеров и, прежде всего, от бокового края основания 20 ребра детали для присоединения стрингеров и вдоль его. Прежде всего, поперечные стыковые ребра 20 проходящих противоположно друг другу и противолежащих друг другу деталей 12 для присоединения стрингеров могут встречаться в одной и той же области поперечного стыкового ребра 13. Ребра 20 деталей для присоединения стрингеров расположенных друг за другом при рассмотрении в продольном направлении основного корпуса соединительной детали деталей 12 для присоединения стрингеров могут простираться от передней (в направлении правой стороны оси 28 симметрии в виде сверху на фиг.3) или задней (в направлении левой стороны оси 28 симметрии в виде сверху на фиг.3) краевых сторон оснований 20 ребра деталей 12 для присоединения стрингеров.
При монтаже секций фюзеляжа поперечное стыковое ребро 13 соединено с кольцевым шпангоутом 14. Поперечное стыковое ребро 13 и соответствующий кольцевой шпангоут 14 могут быть соединены друг с другом в виде отдельных деталей или соединены монолитно. На изображении фиг.1 поперечное стыковое ребро 13 закрыто кольцевым шпангоутом 14 и поэтому обозначено только пунктиром. Кольцевой шпангоут 14 может иметь множество углублений или выемок, которые могут быть вырезаны, например, слегка трапециевидными. На фигурах ссылочное обозначение присвоено только одной выемке 15.
Соединительное устройство 1 посредством множества не показанных на фигуре 1, расположенных в форме матрицы соединительных элементов (фиг.2) прочно соединено с обшивками 5, 8 ячейки фюзеляжа, стрингерами 7, 9, кольцевым шпангоутом 14, а также с множеством опорных угольников, из которых ссылочным обозначением снабжен один опорный угольник 16. Крепление или расположение опорных угольников 16 может быть осуществлено, прежде всего, на боковой стенке ребра 19 для присоединения стрингера и на боковой стенке поперечного стыкового ребра 13, при этом основной корпус опорного угольника 16 расположен на боковой стенке ребра 19 для присоединения стрингера, а противолежащий ему конец основного корпуса посредством накладки или расположенной под углом к основному корпусу лапки расположен на боковой стенке поперечного стыкового ребра. В качестве соединительных элементов могут применяться, например, заклепочные элементы, резьбовые элементы, клеевые соединения или подходящие детали для клеммового или же прессового соединения. В качестве альтернативы или дополнительно также могут найти применение термические способы соединения, прежде всего сварка трением с перемешиванием или лазерная сварка. В случае термических способов соединения и клеевого соединения может отпасть необходимость в крепежных отверстиях для соединительных элементов. Расстояние 17 между продольными осями двух соседних стрингеров может в каждом случае соответствовать расстоянию 18 между продольными осями двух соседних деталей 12 для присоединения стрингеров.
Согласно изобретению для изготовления соединительного устройства 1 оно изготавливается из изначально еще прямоугольной полосы материала или же пластины из цельной заготовки, при этом, предпочтительно, перед изготовлением соединительного устройства 1 полосе материала придается необходимый радиус кривизны для того, чтобы свести к минимуму отходы и добиться благоприятного прохождения волокон.
На фиг.2 показан обозначенный на фиг.1 пунктирной окружностью увеличенный вырез из фиг.1. С помощью системы 6 координат наглядно показано положение отдельных элементов, структуры фюзеляжа в пространстве.
Каждое основание 20 ребра детали для присоединения стрингеров поперечных продолжений или деталей 12 для присоединения стрингеров имеет нижнюю поверхность или поверхность прилегания, которая при монтаже соединительного устройства обращена к внутренней поверхности обшивки ячейки фюзеляжа. При монтаже соединительного устройства стрингер 9 соединен с первым, расположенным перпендикулярно относительно поперечной стыковой накладки 10 ребром 19 детали 12 для присоединения стрингера, а вторая обшивка 8 ячейки фюзеляжа соединена со вторым, лежащим в плоскости поперечной стыковой накладки 10 ребром 20 детали для присоединения стрингера поперечного продолжения 12 посредством множества заклепочных элементов, из которых один заклепочный элемент, репрезентативный для всех остальных заклепочных элементов, снабжен ссылочным обозначением 21. Примерно перпендикулярно стыкующиеся друг с другом полки 19, 20 образуют примерно L-образную геометрию поперечного сечения поперечного продолжения 12. Примыкающее зеркально-симметрично поперечному продолжению 12 к поперечной стыковой накладке 10 поперечное продолжение 11 имеет такую же геометрическую форму, что и поперечное продолжение 12. Вторая обшивка 8 ячейки фюзеляжа соединена с поперечной стыковой накладкой 10, а кольцевой шпангоут 14 соединен с перпендикулярной стенкой 13 заклепочными элементами. С помощью опорного угольника 16 происходит соединение между кольцевым шпангоутом 14 и стрингером 9. Выполненная в форме трапеции выемка 15 необходима для того, чтобы кольцевой шпангоут 14 можно было «насадить» на соединительное устройство или же соединить заклепками кольцевой шпангоут 13 со стенкой 13.
В отличие от деталей 11, 12 для присоединения стрингеров, которые имеют соответственно по существу L-образную геометрию поперечного сечения, поперечная стыковая накладка 10 соединительного устройства 1 имеет геометрию поперечного сечения по существу в виде перевернутой буквы «Т», которая образована проходящей посередине на поперечной стыковой накладке 10 перпендикулярно стенкой 13 (параллельно оси «z») и частично лежащей в плоскости «xy» системы 6 координат поперечной стыковой накладкой 10 в качестве основания.
На фиг.3 показаны соответственно два стыкующихся соединительных устройства в вырезанном пространственном виде, без присоединенных элементов структуры фюзеляжа. И в этом случае система 6 координат наглядно показывает положение или же ориентацию отдельных компонентов в пространстве.
Соединение двух секций фюзеляжа, в принципе, может происходить с помощью только одного соединительного устройства, повторяющего примерно круглую, овальную, эллиптическую или же любую окружную геометрию секции фюзеляжа, однако, предпочтительно, применяются по меньшей мере два предпочтительно примыкающих друг к другу соединительных устройства, которые расположены на внутренней стороне секции фюзеляжа и простираются по ее периметру в области поперечного шва, то есть «воспроизводят» ее периметр.
Соединительное устройство 1 (ср., прежде всего, фиг.1) имеет детали 11, 12 для присоединения стрингеров, которые по обе стороны от поперечной стыковой накладки 10 примыкают к последней. На поперечной стыковой накладке 10, предпочтительно посередине, расположена вертикальная стенка 13, которая делит поперечную стыковую накладку 10 в области 4 поперечного стыка или же области поперечного шва на две продольные полки 22, 23, которые по существу служат для соединения обшивок 5, 8 ячейки фюзеляжа. Выполненная в виде ребра деталь 12 для присоединения стрингеров содержит оба основания 19, 20 ребра детали для присоединения стрингеров, в то время как поперечное продолжение 11 имеет выполненные соответствующим образом первую и вторую полку 24, 25. В области пересечения 26 между обеими деталями 11, 12 для присоединения стрингеров и поперечной стыковой накладкой 10, а также стенкой 13 находится стоящее перпендикулярно цапфообразное утолщение 27 с по существу квадратной геометрией поперечного сечения (при рассмотрении сверху против направления оси «z»). Другие, не имеющие ссылочного обозначения утолщения простираются через соединительное устройство 1 соответственно в областях пересечения между двумя деталями для присоединения стрингеров и стенкой 13. На фиг.3 видно, что соединительное устройство 1 вдоль оси «y» системы 6 координат выполнено изогнутым для того, чтобы адаптироваться к заданному радиусу кривизны подлежащих соединению секций фюзеляжа по возможности без напряжений. Относительно оси «у» поперечная стыковая накладка выполнена ровной.
Соединительное устройство 1 в области базисной линии 28 подлежащих соединению (не показанных) секций фюзеляжа примыкает ко второму, выполненному в соответствии с первым соединительным устройством 1 соединительному устройству 29. Однако, детали для присоединения стрингеров соединительного устройства 29 - при в остальном полностью идентичной конструкции - расположены на поперечной стыковой накладке 30 зеркально-симметрично, так как соединительное устройство 29 в области базисной линии 28 (по существу бесшовно) примыкает к соединительному устройству 1. В одном альтернативном, непоказанном конструктивном варианте детали для присоединения стрингеров также могут быть расположены на соединительных устройствах 1, 29 однонаправленно. Предпочтительно, в большинстве случаев, применяются три выполненных в соответствии с представленными соединительными устройствами 1, 29 (сегментированных) соединительных устройства для соединения соответственно двух секций фюзеляжа (шаг по периметру в 120°). При этом, предпочтительно, соединительные устройства стыкуются по существу бесшовно. Сегментирование обеспечивает большую технологическую легкость в обращении соединительными устройствами 1, 29, что имеет значение, прежде всего в случае с секциями фюзеляжа с большими размерами поперечного сечения.
На фиг.4 показан конструктивный вариант соединительного устройства. В отличие от представленного на фиг.1-3 варианта, в котором соединение деталей для присоединения стрингеров соединительного устройства происходит через вертикальные боковые кромки стрингеров, соединение стрингеров с деталями для присоединения стрингеров при выполнении согласно фиг.4 происходит на основаниях стрингеров или же полках стрингеров.
Соединительное устройство 31 содержит несколько деталей для присоединения стрингеров, из которых на изображении фиг.4 показано лишь переднее поперечное продолжение 32. Поперечное продолжение 32 примыкает к поперечной стыковой накладке 33. Поперечная стыковая накладка 33 в направлении оси «y» системы 6 координат выполнена изогнутой, то есть подогнанной к локальной кривизне подлежащих соединению секций фюзеляжа, Примерно посередине на поперечной стыковой накладке 33 проходит изображенная пунктирной линией вертикальная стенка 34, так что поперечная стыковая накладка 33 имеет по существу форму перевернутой буквы Т. Кольцевой шпангоут 35 непоказанной секции фюзеляжа соединен множеством не обозначенных на чертеже соединительных элементов, прежде всего заклепочных элементов. Поперечное продолжение 32 имеет в соответствии с поперечной стыковой накладкой 33 геометрию поперечного сечения также в форме перевернутой буквы Т с расположенными в плоскости «xy» полками 36, 37. Посередине на полках 36, 37 проходит вертикальная стенка 38 для придания жесткости поперечному продолжению 32. Стрингер 39 имеет по существу Q-образную геометрию поперечного сечения с прилегающим с нижней стороны основанием 40 стрингера. Соединение поперечного выступа 32 происходит, в отличие от представленных на фиг.1-3 вариантов осуществления, через основание 40 стрингера и расположенную под ним обшивку 41 ячейки фюзеляжа секции 42 фюзеляжа, а не посредством (стоящей перпендикулярно, параллельно оси «z») боковой стороны стрингера. Собственно механическое соединение между основанием 40 стрингера, обшивкой 41 ячейки фюзеляжа, а также поперечным продолжением 32 происходит с помощью множества соединительных элементов, прежде всего заклепочных элементов, из которых ссылочным обозначением снабжен только один заклепочный элемент 43, как представитель остальных. В области 44 пересечения между поперечным продолжением 32 и поперечной стыковой накладкой 33 и в этом случае находится имеющее форму цапфы утолщение 45 с приблизительно квадратным поперечным сечением для того, чтобы обеспечить необходимую статическую прочность соединительного устройства 31.
Фиг.5, 6 схематически иллюстрируют способ изготовления согласно изобретению выполненного монолитным и, прежде всего, изготовленного монолитным, соединительного устройства.
Как видно по фиг.5, на первой стадии способа изначально еще ровная прямоугольная полоса 46 материала подходящей толщины 47 или же продолговатая пластина проводится в направлении двунаправленной стрелки 51 через систему из, например, трех прижимных роликов 48-50 - не снабженные ссылочным обозначением оси вращения которых соответствующим образом разнесены - до тех пор, пока не будет получен радиус 52 кривизны, который по существу соответствует радиусу кривизны или же локальной кривизне подлежащих соединению с помощью соединительного устройства секций фюзеляжа. Предпочтительно, длина полосы 46 материала определяется так, что она соответствует примерно по меньшей мере одной трети внутреннего периметра обеих подлежащих соединению секций фюзеляжа в области поперечного шва. При этом прижимные ролики 48-50 вращаются в направлении трех белых стрелок или в противоположном направлении.
На следующей стадии способа окончательный контур подлежащего изготовлению или получаемого позднее соединительного устройства - со всеми деталями для присоединения стрингеров, стенками, утолщениями в областях пересечения, поперечной стыковой накладкой со стенкой, а также всеми отверстиями для подлежащих установке соединительных элементов - монолитно изготавливается из полной полосы 46 материала, предпочтительно способами обработки резанием, такими как, например, фрезерование, точение или сверление. Для этой цели полоса 46 материала с помощью непоказанных зажимных устройств определенным образом точно позиционируется в ее пространственном положении и обрабатывается резанием с помощью обрабатывающего устройства 53 с компьютерным ЧПУ с вращающимся, например в направлении стрелки 54 инструментом 55, прежде всего в виде фрезы или сверла. На изображении фиг.6 уже выработаны первые выступы деталей 55, 56 для присоединения стрингеров и поперечной стыковой накладки 57. При повышенных требованиях к соблюдению заданных размеров соединительного устройства вместо способов обработки резанием могут быть также применены способы изготовления без снятия стружки, такие как, например, электроискровая обработка, электроэрозионная вырезка, способ плазменного травления, способ химического травления или тому подобное.
Предпочтительно, полоса 46 материала для изготовления получаемого позднее соединительного устройства образована из легко поддающегося автоматизированной обработке алюминиевого сплава, высококачественного стального сплава или титанового сплава.
В результате происходящего на первой стадии способа искривления полосы 46 материала в соответствии с заданным радиусом 52 кривизны подлежащих соединению секций фюзеляжа количество отходов при изготовлении соединительного устройства из полной полосы материала уменьшается, достигается благоприятное прохождение волокон в получаемом позднее соединительном устройстве, и обеспечивается возможность в значительной степени свободного от напряжений монтажа соединительного устройства.
Соединительное устройство согласно изобретению уже во время изготовления может быть соединено с концевой областью одной или обеих подлежащих соединению секций фюзеляжа (одностороннее предоснащение). В качестве альтернативы, двустороннее соединение соединительного устройства в области поперечного шва может также происходить лишь при соединении обеих секций фюзеляжа.
В принципе, с помощью соединительного устройства согласно изобретению в законченные ячейки фюзеляжа для самолетов можно соединять секции фюзеляжа классической алюминиевой конструкции, конструкции из композита на основе угольных нитей или смешанной конструкции (так называемой гибридной алюминиево-композитной конструкции).