КОМПЛЕКТ СОЕДИНЕНИЯ И СПОСОБ СБОРКИ ТАКОВОГО
CONNECTION SET AND METHOD OF ITS ASSEMBLY

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится, в общем, к соединительным механизмам, в частности к стойкому к отделению соединению с предварительным нагружением, которое может быть применено для совместного связывания компонентов.
Уровень техники
По меньшей мере, некоторые известные элементы конструкции воздушных судов могут быть изготовлены из многослойных структур из неметаллических композиционных материалов, таких как полимер, армированный углеродным волокном (CFRP, углепластик). Композиционные материалы, в общем, обладают высокой удельной прочностью и могут быть выполнены во множестве форм и размеров. Для снижения веса воздушного судна, композиционные материалы могут быть применены в сочетании с металлическими материалами, такими как алюминий, титан и/или сталь. Снижение общего веса приводит, в общем, к повышению эффективности горючего воздушного судна.
Один известный способ изготовления композиционных компонентов использует процессы автоклавного литья. Автоклавное литье, как правило, включает в себя предварительное импрегнирование слоев композиционного материала усиления смолой, выполнение слоев в форме требуемого компонента и помещение требуемого компонента в автоклав. Повышение температуры и/или давления внутри автоклава отверждает смолу, чтобы обеспечить опору материалу усиления и дать возможность сохранения требуемой формы. Однако автоклавы, как правило, требуют больших капитальных вложений, значительного физического присутствия и могут быть дорогостоящими в эксплуатации.
По меньшей мере, некоторые известные компоненты конструкции воздушного судна, изготовленные из композиционных материалов, могут быть связаны вместе адгезионным материалом. Несмотря на то что адгезионный материал является, как правило, эффективным для связи компонентов вместе, во время срока службы воздушного судна может возникнуть нарушение связи. Например, нарушение связи может произойти после пролонгированного использования воздушного судна и/или может быть вызвано столкновением инородного тела с материалами во время полета. Такое нарушение связи может быть трудным для установления при регламентном техническом обслуживании и может быть трудным для установления при визуальном осмотре.
Для установления нарушений связи между компонентами, в комплекте могут быть применены, по меньшей мере, некоторые неразрушающие методы контроля (nondestructive inspection, NDI). Например, методы NDI могут включать в себя ультразвуковой контроль, термографический контроль и/или контроль водопроводным молотком. Однако известные методы NDI, как правило, не способны устанавливать нарушение связи в слабых связях и/или в связях нулевой прочности, т.е. в точечных связях (kissing bonds), без создания разрыва непрерывности вдоль линии связи, для облегчения детектирования. Такие трудности детектирования могут ограничивать в определенных приложениях применение слабых связей и связей нулевой прочности. Дополнительно, известные методы NDI могут быть продолжительными, трудоемкими и дорогостоящими в осуществлении.
Раскрытие изобретения
По одному объекту обеспечен комплект соединения. Комплект соединения включает в себя первый компонент и второй компонент, включающий в себя первый участок и множество гибких элементов, продолжающихся из него и выполненных с возможностью изгиба при соединении второго компонента с первым компонентом. Множество гибких элементов способствует блокированию нарушения связи краев из-за расхождения за пределами каждого из множества гибких элементов.
По другому объекту обеспечена сборка фюзеляжа. Сборка фюзеляжа включает в себя первый отсек обшивки, который включает в себя участок корпуса, продолжающийся от первого конца до второго конца, и второй отсек обшивки, включающий в себя участок корпуса, продолжающийся от первого конца до второго конца, и множество гибких элементов, продолжающихся, по меньшей мере, от одного первого конца и упомянутого второго конца и выполненных с возможностью изгиба, при соединении второго отсека обшивки с первым отсеком обшивки. Множество гибких элементов способствует блокированию нарушения связи краев из-за расхождения за пределами каждого из множества гибких элементов.
Еще по одному объекту обеспечен способ сборки соединения. Способ включает в себя этапы, на которых обеспечивают первый компонент, включающий в себя первый участок, и множество гибких элементов, продолжающихся из него, и соединяют множество гибких элементов со вторым компонентом. Множество гибких элементов способствует блокированию нарушения связи краев из-за расхождения за пределами каждого из множества гибких элементов и выполнено с возможностью изгиба при соединении со вторым компонентом.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет блок-схему примерного производства воздушных судов и методологии обслуживания.
Фиг. 2 представляет блок-схему примерного воздушного судна.
Фиг. 3 представляет вид в перспективе примерной сборки фюзеляжа.
Фиг. 4 представляет вид в перспективе разреза примерного комплекта соединения, которое может быть применено при монтаже сборки фюзеляжа, показанной на Фиг. 3.
Фиг. 5 представляет изображение в разобранном виде комплекта соединения, показанного на Фиг. 4.
Фиг. 6 представляет иллюстрацию разреза комплекта соединения, показанного на Фиг. 5.
Фиг. 7 представляет изображение в разобранном виде альтернативного комплекта соединения, которое может быть применено при монтаже сборки фюзеляжа, показанной на Фиг. 3.
Фиг. 8 представляет иллюстрацию разреза комплекта соединения, показанного на фиг.7.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к комплектам и способам, которые могут быть применены при совместном соединении компонентов. В частности, компоненты могут быть связаны совместно адгезивом и могут включать в себя признаки, которые способствуют улучшению управления линией связи между компонентами и/или которые могут легко детектировать местоположения потенциальных нарушений связи вдоль созданного между компонентами соединения. В примерном осуществлении, по меньшей мере, один из компонентов включает в себя первый участок и множество гибких элементов, которые продолжаются из него, для соединения с другим компонентом. Гибкие элементы предварительно нагружены в заранее установленном направлении и изгибаются в заранее установленном направлении при соединении с другим компонентом. Кроме того, гибкие элементы отдельны друг от друга, для способствования блокированию нарушения связи краев от распространения вдоль соединения.
По ссылке на чертежи, осуществления раскрытия могут быть описаны в контексте способа 100 производства воздушных судов и технического обслуживания (показано на Фиг. 1) и через воздушное судно 102 (показано на Фиг. 2). При подготовке производства, в том числе спецификация и расчет 104 технических данных воздушного судна 102 могут быть использованы во время процесса производства и могут быть закуплены другие материалы 106. При производстве, прежде введения воздушного судна 102 на сертификацию и процесс 112 поставки, имеет место изготовление 108 компонентов и частей комплектов и компоновка ПО системы воздушного судна 102. После успешного соответствия и завершения сертификации корпуса летательного аппарата, воздушное судно 102 может быть введено в эксплуатацию 114. В процессе эксплуатации потребителем воздушное судно 102 запланировано на периодическое, рутинное и регламентное техническое обслуживание и сервис 116, включающие в себя, например, любую модификацию, реконфигурацию и/или восстановление.
Каждый участок и процесс, связанный с производством и/или обслуживанием 100, может быть осуществлен или закончен системным интегратором, третьей частью и/или оператором (например, потребителем). Для целей данного описания, системный интегратор может включать в себя, без ограничения, любое число изготовителей воздушных судов и крупных субподрядчиков системы; третья часть может включать в себя, без ограничения, любое число торговцев, субподрядчиков и предприятий-поставщиков; а оператором может быть авиалиния, лизинговая компания, военная авиационная организация, сервисная организация и так далее.
Как показано на Фиг. 2, воздушное судно 102, изготовленное по способу 100, может включать в себя корпус 118 летательного аппарата, имеющий множество систем 120 и интерьер 122. Примеры систем 120 высокого уровня включают в себя одну или более движительную систему 124, электрическую систему 126, гидравлическую систему 128 и/или систему 130 искусственного климата. Может быть включено любое число других систем. Несмотря на то что показан пример воздушного судна, принципы изобретения могут быть применены в неавиационных индустриях, например в автомобильной промышленности.
Материализованные здесь устройство и способы могут быть применены на любом одном или более этапов способа 100. Например, компоненты или части комплекта, соответствующие процессу 108 изготовления компонентов, могут быть изготовлены или произведены подобным образом, что и компоненты или части комплекта, произведенные, пока воздушное судно 102 находится в эксплуатации. Также одно или более осуществлений устройства, осуществлений способа или сочетаний из них могут быть утилизированы на этапах 108 и ПО производства, например, по существу, экспедированием комплекта и/или снижением стоимости комплекта воздушного судна 102. Подобным образом, одно или более осуществлений устройства, осуществлений способа или сочетаний из них могут быть утилизированы во время эксплуатации или технического обслуживания воздушного судна 102, например во время регламентного технического обслуживания и сервиса 116.
Фиг. 3 представляет вид в перспективе примерной сборки фюзеляжа 200. В примерном варианте осуществления, сборка 200 фюзеляжа включает в себя первый отсек 210 обшивки и второй отсек 220 обшивки. Первый отсек 210 обшивки включает в себя корпус 212, который продолжается от первого конца 214 до второго конца 216, а второй отсек 220 обшивки включает в себя корпус 222, который продолжается от первого конца 224 до второго конца 226. В примерном варианте осуществления, вторые концы 216 и 226 первого и второго отсеков 210 и 220 обшивки соединены вместе в соединении 230, расположенном между ними.
Фиг. 4 представляет вид в перспективе в разрезе примерного комплекта 300 соединения, который может быть применен при сборке фюзеляжа 200 (показано на Фиг. 3), Фиг. 5 представляет изображение комплекта 300 соединения в разобранном виде, и Фиг. 6 представляет иллюстрацию комплекта 300 соединения в разрезе. В примерном осуществлении комплект 300 соединения включает в себя первый компонент 310 и второй компонент 320, соединенный с первым компонентом 310. В частности, первый компонент 310 и второй компонент 320 связаны вместе слоем 340 адгезионного материала в соединении 330, расположенным между ними. Первый компонент 310 и второй компонент 320 могут быть связаны любым адгезионным материалом, который обеспечивает возможность комплекту 300 соединения функционировать, как описано здесь. Дополнительно, в примерном варианте осуществления, второй компонент включает в себя поверхность 328 связи для приема на ней адгезионного слоя 340.
В примерном осуществлении первый компонент 310 включает в себя первый участок 312 и множество гибких элементов 314, которые продолжаются до края 316 первого компонента 310, а второй компонент 320 может иметь, по существу, подобную конфигурацию, т.е. взаимодополняющую первый компонент 310. По существу, в примерном осуществлении, второй компонент 320 также включает в себя первый участок 322 и множество гибких элементов 324, которые продолжаются до края 326 второго компонента 320. Несмотря на то что первый компонент будет описан более подробно, следует понимать, что подобное описание можно применить ко второму компоненту 320.
В примерном осуществлении, первый компонент 310 и второй компонент 320 соединены вместе вдоль соединения 330. В частности, адгезионный слой 340 продолжается, по меньшей мере, частично между первым компонентом 310 и вторым компонентом 320, для соединения первого компонента 310 и второго компонента вместе. Дополнительно, первый участок 312 имеет, по существу, ту же самую толщину Т1, и первый компонент 310 заужен, чтобы иметь уменьшенную толщину от первого участка 312 до края 316. Поскольку первый компонент 310 и второй компонент 320, по существу, являются подобными и взаимодополняющими друг друга, то комплект 300 соединения имеет, по существу, одинаковую толщину вдоль соединения 330. Например, в примерном осуществлении, соединение 330 имеет толщину Т2, которая, по существу, подобна толщине Т1. По существу, сужение толщины первого компонента 310 способствует улучшению постепенной передачи нагрузки в соединении 330 в продольном направлении 350.
В некоторых осуществлениях, гибкие элементы 314 продолжаются от первого участка 312, для соединения со вторым участком 320. В частности, гибкие элементы 314 продолжаются от первого участка 312, для соединения с поверхностью 328 связи, образованной на втором компоненте 320, а адгезионный слой 340 соединяет гибкие элементы 314 с поверхностью 328 связи. Дополнительно, соседние гибкие элементы 314 отделены разрезом 332 и отверстием 334, образованными между ними. Разрезы 332 и отверстия 334 способствуют повышению изолирующей способности нарушения связи вдоль соединения 330 блокированием нарушения связи краев из-за расхождения за пределами каждого гибкого элемента 314. В частности, в примерном осуществлении каждый гибкий элемент 314 изолирован от соседнего гибкого элемента 314 продолжающимся до края 316 первого компонента 310 разрезом 332. Изолирование гибких элементов 314 способствует блокированию расхождения высоты нарушения связи из-за распространения вдоль соединения 330 в поперечном направлении 352. Изолирование гибких элементов 314 также обеспечивает каждому гибкому элементу 314 возможность компенсации неправильностей и/или искажений на поверхности 328 связи второго компонента 320.
В некоторых осуществлениях, гибкие элементы 314 способствуют обеспечению плавной передачи нагрузки и состоянию пониженных напряжений вдоль соединения 330. Например, осевая нагрузка в гибких элементах 314 может продолжаться в продольном направлении 350, а неосевая нагрузка в гибких элементах 314 может продолжаться в поперечном направлении 352. Сегментация гибких элементов 314 может привести к трудности управления в гибких элементах 314 неосевой нагрузкой вдоль соединения 330. По существу, из-за повышенной передачи нагрузки и состояния пониженных напряжений в гибких элементах 314, вдоль соединения 330 создана более прочная связь.
Гибкие элементы 314 могут быть изготовлены из любого материала, который позволяет комплекту 300 соединения функционировать, как описано здесь. Примерный материал включает в себя, но не ограничивается этим, композиционный материал, например армированный углеродным волокном полимер (CFRP). Дополнительно, гибкие элементы 314, перед соединением со вторым компонентом 320, предварительно нагружены в заранее установленном направлении. В частности, гибкие элементы 314 предварительно нагружены в заранее установленном направлении, т.е. или ко второму компоненту, или от второго направления 320. Гибкие элементы 314 могут быть далее изогнуты в направлении, противоположном заранее установленному направлению, когда первый компонент 310 и второй компонент 320 соединены вместе.
В одном осуществлении, гибкие элементы 314, после соединения со вторым компонентом 320, предварительно нагружены в заранее установленном направлении 354. В частности, для предварительного нагружения в заранее установленном направлении 354, гибкие элементы 314 изогнуты ко второму компоненту 320. Далее, когда первый компонент 310 и второй компонент 320 соединены вместе, гибкие элементы 314 могут быть изогнуты от второго компонента 320 в противоположном заранее установленному направлению 354 направлении 356. По существу, изгиб гибких элементов 314 в противоположном направлении 356 образует поверхность 336 растяжения и поверхность 338 сжатия, которая противостоит поверхности 336 растяжения на компоненте 310. Затем поверхность 336 растяжения может быть соединена адгезионным слоем 340 со вторым компонентом 320.
В одном осуществлении, гибкие элементы 314 могут способствовать снижению нагрузки, которая должна прилагаться поперек гибких элементов 314, что может быть необходимым для достижения достаточного связывания вдоль соединения 330 и/или может способствовать улучшению управления связывания вдоль соединения 330. Например, в одном осуществлении, дополнительное нагружение, обеспеченное предварительно нагруженными гибкими элементами 314, может дать первому компоненту 310 и второму компоненту возможность связывания без применения автоклава (не показано). В частности, на поверхности 328 связи может быть применен адгезионный слой 340, гибкие элементы 314 могут быть ориентированы так, что поверхность 336 нагружения соединяется с адгезионным слоем 340, и когда адгезионный слой 340 отверждается, для удерживания гибких элементов 314 на месте, может быть применен механический зажим (не показано). В одном осуществлении, адгезионный слой 340 может быть отвержден при повышенной температуре и заранее установленной продолжительности нахождения в печи (не показано). По существу, объединенное нагружение, обеспеченное механическим зажимом и предварительным нагружением гибких элементов 314, может дать возможность связывания первого компонента 310 и второго компонента 320 без дополнительного давления и/или затрат, связанных с процедурами автоклавного формования.
Фиг. 7 представляет изображение в разобранном виде альтернативного комплекта 400 соединения, который может быть применен в собираемой сборке 200 фюзеляжа (показанной на Фиг. 3), а Фиг. 8 представляет иллюстрацию разреза комплекта 400 соединения. В примерном осуществлении, перед соединением со вторым компонентом 320, гибкие элементы 314 предварительно нагружены в заранее установленном направлении 364. В частности, для предварительного нагружения в заранее установленном направлении 364, гибкие элементы изгибают от второго компонента 320. Когда первый компонент 310 и второй компонент 320 соединены вместе, тогда гибкие элементы 314 могут изгибать ко второму компоненту 320 в направлении 366, противоположном заранее установленному направлению 364. По существу, изгибание гибких элементов 314 в противоположном направлении 366 образует поверхность 338 сжатия и поверхность 336 растяжения, которая противостоит поверхности 338 сжатия на первом компоненте 310. Далее поверхность 338 сжатия может быть соединена со вторым компонентом 320 адгезионным слоем 340.
В одном осуществлении, гибкие элементы 314 способствуют определению положений нарушения связи между первым компонентом 310 и вторым компонентом 320 вдоль соединения 330. Например, нарушение связи может происходить в результате пролонгированного использования адгезионного слоя 340 и/или удара инородным телом (не показано). Поскольку гибкие элементы 314 предварительно нагружены в заранее установленном направлении 364, нарушение связи вдоль соединения 330 может заставить один или более гибких элементов 314 разъединиться и изогнуться от второго компонента 320 в заранее установленном направлении 364. По существу, гибкие элементы 314, которые разъединены со вторым компонентом 320, могут обеспечить визуальную индикацию локализованного нарушения связи вдоль соединения 330 и/или могут дать возможность обнаружения нарушения связи неразрушающим способом формирования изображения.
Рассмотренные здесь сборки и способы делают возможным совместное соединение компонентов эффективным способом. В частности, рассмотренные здесь сборки включают в себя множество гибких элементов, которые продолжаются от одного компонента к другому компоненту. Гибкие элементы предварительно нагружают в заранее установленном направлении, что способствует, например, повышению связующей нагрузки поперек образованного между ними соединения. Дополнительно, предварительное нагружение гибких элементов в сторону от другого компонента дает возможность легкого определения положений нарушения связи вдоль соединения. По существу, гибкие элементы облегчают совместное соединение компонентов, с улучшенным управлением линией связи, и дают возможность упрощенного способа связи, который дает возможность легкого определения положений нарушения связи вдоль соединения.
Данное письменное описание использует примеры для раскрытия изобретения, включающие в себя наилучший вариант осуществления, а также для предоставления возможности любому специалисту в данной области практически применять изобретение, включающее в себя изготовление и применение любых устройств, или систем, и выполнение любых включенных способов. Патентный объем изобретения установлен формулой изобретения и может включать в себя другие примеры, которые возникают у специалистов в данной области техники. Другие такие примеры подразумеваются находящимися в пределах объема формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, которые не отличаются от дословных выражений формулы изобретения, или если они включают в себя эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от дословных выражений формулы изобретения.