ЭЛЕМЕНТ КОНСТРУКЦИИ КРЫЛО - ФЮЗЕЛЯЖ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ КРЫЛЬЕВ И СЕКЦИИ ФЮЗЕЛЯЖА НА САМОЛЕТЕ
AIRCRAFT WING-FUSELAGE ASSEMBLY COMPONENT FOR CONNECTION OF TWO WINGS AND FUSELAGE SECTION

Изобретение относится к элементу конструкции крыло-фюзеляж для соединения двух крыльев и секции фюзеляжа на самолете. При этом каждое из обоих крыльев имеет по одной интегрированной или подлежащей интегрированию в верхнюю обшивку крыла деталь обшивки, при этом обе детали обшивки совместно образуют элемент конструкции крыло-фюзеляж.
Документ US 3735524 описывает крыльевой узел для игрушечного самолета, включающий в себя пару половин крыла с сопрягаемыми концами, которые расположены на фюзеляже самолета.
В уровне техники соединения крыло-фюзеляж до сих пор образуются остовом крыла. В случае с остовом крыла речь идет об отдельной от крыльев детали, которая в большинстве случаев состоит из многих различных деталей, при этом для образования остова крыла детали сварены между собой и/или соединены соединительными элементами. Как правило, остов крыла изготовлен из металла, со временем может возникнуть коррозия. Остов крыла имеет соединительные элементы для привязки крыла или же фюзеляжа, которые также обычно изготовлены из металла.
Привязки, прежде всего, крыльев требуют большого объема монтажных работ, который приводит к высоким затратам. При этом недостатком является то, что при соединении между крылом и остовом крыла нагрузка направляется вокруг углов, что ослабляет стабильность соединения и делает переход нагрузки от крыла в фюзеляж неблагоприятным.
Задача изобретения заключается в разработке соединения между крылом и фюзеляжем на самолете, которое обеспечивает возможность более простого монтажа крыльев с меньшим количеством деталей.
Эта задача решена независимыми пунктами формулы изобретения. Другие конструктивные варианты указаны в зависимых от них пунктах формулы изобретения.
Элемент конструкции крыло-фюзеляж служит для соединения двух крыльев и одной секции фюзеляжа самолета и имеет верхнюю обшивку крыла с первой деталью верхней обшивки первого крыла и второй деталью верхней обшивки второго крыла, при этом обе детали верхней обшивки крыла изготовлены монолитными. Первая и вторая деталь верхней обшивки крыла образованы из одной обращенной в сторону крыла части обшивки и одной обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки.
Каждая из обращенных в сторону фюзеляжа частей обшивки имеет по меньшей мере две простирающиеся в направлении размаха крыла соединительные детали и по меньшей мере две открытые соединительными деталями выемки, при этом соединительные детали и выемки выполнены таким образом, что в собранном состоянии они входят в зацепление друг другом, при этом по меньшей мере две соединительные детали на своем удаленном от соответствующего крыла конце имеют по одной простирающейся вверх удлинительной детали.
Кроме того, элемент конструкции крыло-фюзеляж имеет нижнюю обшивку крыла, которая с верхней обшивкой крыла образует простирающийся поперек фюзеляжа участок крыла, и деталь верхней обшивки фюзеляжа с расположенной на стороне первого крыла первой опорной кромкой и расположенной на стороне второго крыла второй опорной кромкой, при этом первая опорная кромка имеет выемки, в которые входят соответствующие удлинительные детали второго крыла, и при этом вторая опорная кромка имеет выемки, в которые входят удлинительные детали первого крыла.
Выемки на каждой из двух обращенных в сторону фюзеляжа частей обшивки могут быть соответственно образованы между двумя, например, пальцеобразными, простирающимися в направлении размаха крыла соединительными деталями и/или около области соединения, в краевой области соответствующей обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки.
При этом выемки обеих обращенных в сторону фюзеляжа частей обшивки могут быть выполнены в виде углублений между или около соответственно двух соединительных деталей, или выемки являются проемами, в которых находится соответственно одна пальцеобразно простирающаяся в направлении размаха крыла соединительная деталь соответственно другой обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки.
Выемки детали верхней обшивки фюзеляжа могут быть также углублениями, в которых находится соответственно один выступ удлинительной детали соответственно другой детали верхней обшивки фюзеляжа.
Вне зависимости от того, каким образом выполнены выемки и взаимодействующие с ними соединительные детали, решающим является то, что в соединенном состоянии они входят в зацепление и соединены друг с другом таким образом, что они образуют участок герметичной переборки относительно внутренней части детали верхней обшивки фюзеляжа, которая является частью фюзеляжа самолета, которая, среди прочего, включает в себя пассажирский салон.
Пальцеобразные соединительные детали могут иметь, например, форму вытянутого прямоугольника или форму треугольника, например равнобедренного треугольника. Они могут иметь ориентированные поперек направления размаха крыла волнообразные или зазубренные боковые контуры, но могут иметь и аморфные контуры периметра. Тогда выемки имеют соответственно негативную форму (контрформу) соединительной детали, так что когда соединительная деталь и выемки входят в зацепление друг с другом, всегда получается замкнутая поверхность.
При этом соединение между выемками и соединительными деталями может быть, например, клеевым или сварным соединением, однако с таким же успехом соединение может быть также реализовано посредством соединительных элементов, которые надежно соединяют между собой выемки и соединительные детали. В случае с соединительными элементами речь может идти, например, о скобах, винтах.
Части оболочки имеют осевую длину в направлении продольной оси самолета, которая по существу может соответствовать осевой длине детали верхней обшивки фюзеляжа. При этом деталь верхней обшивки фюзеляжа может иметь форму разомкнутого кольца, при этом разомкнутые концы кольца противолежат друг другу в одной плоскости и имеют между собой расстояние, которое по существу соответствует длине обращенных в сторону фюзеляжа частей обшивки в направлении размаха крыла. Деталь верхней обшивки фюзеляжа может быть склеена, сварена или соединена деталями обшивки с помощью соединительных элементов. Тем самым создается участок салона самолета, в котором деталь верхней обшивки фюзеляжа образует внешнюю обшивку салона, а соединенные части оболочки - основание для пола салона. Это означает, что как соединение между обеими обращенными в сторону фюзеляжа деталями обшивки, так и соединение между деталями обшивки и верхней оболочкой фюзеляжа должно быть выполнено таким образом, чтобы возникало герметичное соединение, которое выдерживает разность давлений между внутренним давлением в салоне и внешним атмосферным давлением. Это может быть достигнуто сплошным соединением (наглухо), например склеиванием или сваркой, или с помощью соединительных элементов, при этом в таком случае могут быть необходимы дополнительные уплотнительные средства.
Нижняя обшивка крыла может быть образована из первой нижней части обшивки крыла для первого крыла и второй нижней части обшивки крыла для второго крыла. При этом обе нижние части оболочки крыла на своих обращенных друг к другу концах со стороны фюзеляжа могут, например, иметь зубчатые элементы, посредством которых они являются соединяемыми друг с другом. Соединение может быть клеевым соединением или сварным соединением, но оно может быть также реализовано посредством отдельных соединительных элементов.
Однако нижняя обшивка крыла может быть также изготовлена монолитной, что обеспечивает возможность особенно простого и быстрого монтажа и в то же время положительно сказывается на прочности всей конструкции крыла.
Соединение верхней оболочки крыла с нижней обшивкой крыла может быть реализовано с помощью соединительных элементов, в качестве альтернативы верхняя обшивка крыла с нижней обшивкой крыла может быть склеена, сварена или соединена другим образом.
Часть обшивки и/или верхняя обшивка крыла могут быть изготовлены в виде одной детали, то есть они изготавливаются за один рабочий процесс. При этом они могут быть изготовлены из композиционного материала, например одинакового композиционного материала, при этом композиционный материал имеет основные волокна, которые проложены непрерывно по меньшей мере в детали обшивки и проходят без прерывания от конца обращенной в сторону крыла части обшивки до конца обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки. Если вся верхняя обшивка крыла изготовлена монолитной или верхнюю обшивку крыла образует обращенная в сторону крыла деталь обшивки, основные волокна могут быть проложены непрерывно в верхней обшивке крыла, и проходить без прерывания от вершины верхней оболочки крыла до конца обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки, то есть вплоть до конца удлинительных деталей со стороны фюзеляжа. В обоих случаях основные волокна проходят в соответствующей конструктивной детали в направлении размаха крыла, то есть по существу параллельно продольной оси крыла в направлении размаха крыла.
Если дополнительно еще и нижняя обшивка крыла также изготовлена из композиционного материала, и она также может иметь основные волокна, при этом основные волокна проложены в нижней обшивке крыла непрерывно и проходят без прерывания от вершины нижней оболочки крыла до другой вершины нижней оболочки крыла. При этом речь может идти о таком же композиционном материале, как и в верхних оболочках крыла, однако может быть применен и другой композиционный материал.
Наряду с основными волокнами композиционный материал может иметь дополнительные волокна, которые проходят, например, по существу перпендикулярно основным волокнам. Дополнительные волокна могут образовывать дополнительные компоненты композиционного материала под любыми другими углами к основным волокнам. Эти другие углы могут иметь любое значение от 1° до 89°, прежде всего они могут составлять 45° или 60°. Основные волокна и дополнительные волокна могут быть переплетены между собой, склеены или сшиты и совместно образовывать кладку. Эта кладка может быть внедрена в материал-носитель.
Верхняя обшивка крыла и нижняя обшивка крыла могут совместно образовывать остов крыла. В верхней обшивке крыла и/или нижней обшивке крыла может быть интегрирован по меньшей мере один лонжерон фюзеляжа.
Хотя элемент конструкции крыло-фюзеляж здесь описан только на примере одного крыла, специалист может применить описанный принцип привязки и к другим соединениям крыло-фюзеляж, например при жестких предкрылках или крыльях хвостовой части.
Далее примеры осуществления изобретения поясняются более детально на схематических чертежах.
Показано на:
Фиг.1: схематическое изображение в виде сверху двух предусмотренных согласно изобретению комплементарных (дополняющих) верхних деталей обшивки крыла соответственно одной верхней обшивки крыла, при этом их удлинительные детали для наглядности загнуты в плоскость рассмотрения,
Фиг.2: схематическое изображение верхних деталей обшивки крыла двух верхних обшивок крыла двух крыльев в собранном состоянии,
Фиг.3: монтажное положение верхних деталей обшивки крыла на самолете,
Фиг.4: предусмотренная согласно изобретению деталь верхней обшивки фюзеляжа,
Фиг.5: схематическое изображение структуры из представленной на фиг.4 детали верхней обшивки фюзеляжа с двумя комплементарно соединенными согласно фиг.2 верхними деталями обшивки крыла.
В последующем описании и на фигурах во избежание повторов одинаковые детали и узлы, по меньшей мере частично, обозначены одинаковыми ссылочными обозначениями, если для описания не требуется никакого дополнительного различия.
Согласно изобретению предусмотрен элемент В конструкции крыло-фюзеляж для соединения двух верхних деталей 11, 12 обшивки крыла, каждая из которых соотнесена с одним из двух крыльев F1, F2, с деталью 30 обшивки фюзеляжа или деталью 50 верхней обшивки фюзеляжа или деталью нижней обшивки фюзеляжа секции 3 фюзеляжа самолета. На фиг.1 показан пример выполнения верхней детали 11 обшивки крыла с продольным направлением L1. В соответствии со своим назначением верхняя деталь 11 обшивки крыла интегрируется в крыло F1 таким образом, что продольное направление L1 проходит в направлении S1 размаха крыла F1. Верхняя деталь 11 обшивки крыла имеет два частичных участка, обращенную в сторону крыла часть 11а обшивки и обращенную в сторону фюзеляжа часть 11b обшивки, которые при рассмотрении в продольном направлении L1 расположены друг за другом.
Обе части 11а, 11b обшивки выполнены монолитными или в виде одной детали. Продольное направление L1 указывает от обращенной в сторону фюзеляжа части 11b обшивки к обращенной в сторону крыла части 11а обшивки и в зависимости от конфигурации части 11а обшивки 11b может иметь и искривленную форму. В области перехода обращенной в сторону крыла части 11а обшивки в обращенную в сторону фюзеляжа часть 11b обшивки обе части 11а, 11b обшивки на воображаемой соединительной линии образуют тупой угол. Величина этого тупого угла зависит от монтажного положения верхней детали 11 обшивки крыла или же крыла F1, F2. В других конструктивных вариантах между обращенной в сторону фюзеляжа частью 11b обшивки и обращенной в сторону крыла частью 11а обшивки угла не возникает. Прежде всего, продольное направление может проходить от обращенной в сторону фюзеляжа части 11b обшивки к обращенной в сторону крыла части 11а обшивки непрерывно и/или с одинаковым направлением кривизны, то есть угол может также составлять 180 градусов.
Обращенная в сторону крыла часть 11а обшивки имеет форму замкнутого четырехугольника, по сравнению с этом обращенная в сторону фюзеляжа часть 11b обшивки в примере выполнения имеет форму конца вилки с тремя пальцеобразными соединительными деталями 31, 32, 33 в виде вытянутых прямоугольников, которые образуются между двумя выемками 34, 35 в виде проемов, и также имеют форму вытянутых прямоугольников. Соединительные детали 31, 32, 33 и выемки 34, 35 простираются, например, соответственно от воображаемой соединительной линии V1 до обращенного в сторону фюзеляжа конца обращенной в сторону фюзеляжа части 11b обшивки. Однако может быть достаточным, если соединительные детали 31, 32, 33 и выемки 34, 35 простираются только на части длины обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки в направлении размаха крыла. Пальцеобразные соединительные детали 31, 32, 33 и выемки 34, 35 также не обязательно должны иметь форму прямоугольников, они могут также иметь форму треугольника или любую другую форму. При этом формообразование соединительных деталей 31, 32, 33 влияет на форму выемок 34, 35 и наоборот.
Также и количество соединительных деталей и выемок также может варьироваться. Так, обращенная в сторону фюзеляжа часть 11b обшивки может состоять соответственно только из одной соединительной детали и одной выемки, которые в этом случае расположены рядом друг с другом в осевом направлении фюзеляжа самолета. Максимальное количество соединительных деталей и выемок ограничено конструктивными заданиями. При этом соединительные детали и выемки в отличие от показанного на фиг.1 в качестве альтернативы или дополнительно могут быть выполнены на направленных поперек продольного направления L1 краях обращенной в сторону фюзеляжа части 11b обшивки. Наконец, обращенная в сторону фюзеляжа часть 11b обшивки может также иметь любую форму, например форму креста, при этом в этом случае крест образует соединительную деталь первой части обшивки крыла, а выемка другой части обшивки крыла имеет форму, в которую она образуется окружением соединительной детали в плоскости соединительной детали. Наоборот, крест может быть также образован в виде выемки в обращенной в сторону фюзеляжа части 11b обшивки.
По меньшей мере одна выемка 34, 35 обращенной в сторону фюзеляжа части 11b обшивки может также быть углублением, в которое входит соответственно один выступ удлинительной детали соответственно другой обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки. При этом выемки могут быть выполнены в виде сквозных канавок или входить в материал обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки только на частичном отрезке толщины материала, то есть быть несквозными. При этом все выемки могут быть образованы на одной обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки, а соединительные детали - на другой обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки, или каждая их обеих обращенных в сторону фюзеляжа частей обшивки имеет выемки в виде углублений и соединительные детали в виде выступающих в направлении соединения соединительных деталей.
Если выемки выполнены в виде канавок, обе подлежащие соединению обращенные в сторону фюзеляжа присоединительные детали для получения соединения могут накладываться одна на другую, то есть в области соединения деталь обшивки в соединенном состоянии имеет измеренную перпендикулярно плоскости салона самолета толщину, которая соответствует толщине основных частей, то есть без выемок или же соединительных деталей обеих обращенных в сторону фюзеляжа частей обшивки. При этом соединительные детали могут выступать на величину от основной части обращенной в сторону фюзеляжа части обшивки, на которой они образованы, которая по существу соответствует толщине принимающей их обращенной в сторону фюзеляжа части 11b обшивки.
Деталь 11 верхней обшивки крыла может быть изготовлена из композиционного материала с непоказанными основными волокнами, которые имеют непрерывное прохождение по всей длине детали 11 верхней обшивки крыла, то есть основные волокна проходят без прерывания от обращенного в сторону крыла конца детали 11 верхней обшивки крыла до обращенного в сторону фюзеляжа конца детали 11 верхней обшивки крыла. Наряду с основными волокнами составной частью композиционного материала также могут быть непоказанные волокна, которые проходят, например, перпендикулярно основным волокнам или под любым другим углом к основным волокнам. При этом деталь 11 верхней обшивки крыла может быть частью верхней обшивки 10 крыла или сама образовывать верхнюю обшивку 10 крыла.
На соединительных деталях 31, 32, 33 детали 11 верхней обшивки крыла на фиг.1 обращенных в сторону фюзеляжа концах образованы удлинительные детали 31а, 32а, 33а, простирающиеся в своем продольном направлении под углом к протяженности структуры входящих во взаимное зацепление, обращенных в сторону фюзеляжа частей 11b, 12b обшивки, смысл которых более подробно поясняется в связи с фиг.5. Концы этих обращенных в сторону фюзеляжа удлинительных деталей 31а, 32а, 33а идентичны концам обращенных в сторону фюзеляжа соединительных деталей 31, 32, 33. В показанном на фигурах примере выполнения удлинительные детали 31а, 32а, 33а выступают под углом вверх относительно протяженности остальной части обращенных в сторону фюзеляжа частей 11b, 12b обшивки.
На фиг.2 показаны две детали 11, 12 верхней обшивки крыла в соединенном или собранном в соответствии с назначением состоянии, при этом соединительные детали 31, 32, 33 обращенной в сторону фюзеляжа части 11b обшивки первой детали 11 обшивки крыла входят в выемки 43, 44, 45 обращенной в сторону фюзеляжа части 12b обшивки второй детали 12 обшивки, крыла, а соединительные детали 41, 42 обращенной в сторону фюзеляжа части 12b обшивки второй детали 12 обшивки крыла входят в выемки 34, 35 обращенной в сторону фюзеляжа части 11b обшивки первой детали 11 обшивки крыла или расположены в них. Обе входящие в зацепление, обращенные в сторону фюзеляжа части 11b, 12b обшивки для прочного соединения обеих деталей 11, 12 верхней обшивки крыла могут быть склеены, сварены друг с другом, соединены с помощью соединительных элементов или разъемно или неразъемно соединены другим способом.
На фиг.3 показаны детали 11, 12 верхней обшивки крыла в монтажном положении на самолете, при этом показаны только существенные для монтажа детали. Каждая из двух деталей 11, 12 верхней обшивки крыла соответственно соединена с одной обращенной в сторону крыла частью 11а, 12а обшивки. Обе обращенные в сторону фюзеляжа части 11b, 12b обшивки деталей 11, 12 верхней обшивки крыла соединены друг с другом, как описано выше, и в области соединения расположены на не обозначенной нижней обшивке фюзеляжа. При этом нижняя обшивка фюзеляжа с помощью соединительных элементов или альтернативных крепежных средств соединена с обращенными в сторону фюзеляжа деталями обшивки. Обшивка фюзеляжа может иметь килевую балку, шахту для шасси и герметичную перегородку, которая примыкает к области соединения деталей 11, 12 верхней обшивки крыла в направлении хвостовой части самолета.
Дополнительно к верхней обшивке 10 крыла крылья 1, 2 имеют нижнюю обшивку 20 крыла. Верхняя обшивка 10 крыла и нижняя обшивка 20 крыла в примере выполнения образуют центральный остов крыла. Соединенные обращенные в сторону фюзеляжа части 11b, 12b обшивки образуют в осевом направлении самолета переднюю часть герметичной перегородки.
На фиг.4 изображена деталь 50 верхней обшивки фюзеляжа, которая предусмотрена для соединения с деталями 11, 12 верхней обшивки крыла. Деталь 50 верхней обшивки фюзеляжа имеет форму разорванного кольца. Таким образом, деталь 50 верхней обшивки фюзеляжа представляет собой частично-цилиндрическую деталь 30 обшивки фюзеляжа с двумя направленными поперек ее продольного направления и расположенными соответственно противоположно друг другу опорными кромками. Оба конца опорных кромок разомкнутого кольца расположены друг напротив друга в одной плоскости, расстояние между обоими концами в представленном примере выполнения по существу соответствует замеренной в направлении размаха крыла длине обращенных в сторону фюзеляжа частей 11b, 12b обшивки или же образованной обращенными в сторону фюзеляжа частями 11b, 12b обшивки области соединения.
Деталь 30 верхней обшивки фюзеляжа в собранном состоянии имеет расположенную на стороне первой детали 11 обшивки крыла первую опорную кромку 51 и расположенную на стороне второй детали 12 обшивки крыла вторую опорную кромку 52, при этом первая опорная кромка 51 имеет выемки 51а, 51b, в которые соответственно входят удлинительные детали второго крыла, и при этом вторая опорная кромка 52 имеет выемки 52а, 52b, 52с, в которые соответственно входят удлинительные детали первого крыла F1.
На одном из концов разомкнутого кольца, который образует первую опорную кромку 51, образованы две выемки 51а, 51b, на противолежащем конце, который образует вторую опорную кромку 52, образованы три выемки 52а, 52b, 52с. В эти выемки 51а, 51b; 52а, 52b, 52с с геометрическим замыканием могут входить образованные на концах обращенных в сторону фюзеляжа соединительных деталей 31, 32, 33; 41, 42 удлинительные детали 31а, 32а, 33а; 41а, 42а. За счет этого деталь 30 верхней обшивки фюзеляжа соединяется с деталями 11 верхей обшивки крыла. Входящие во взаимное зацепление выемки 51а, 51b; 52а, 52b, 52с и соединительные детали 31, 32, 33; 41, 42 в области зацепления и вдоль первой опорной кромки и второй опорной кромки могут быть разъемно или неразъемно соединены друг с другом, например склеены, сварены, соединены с помощью соединительных элементов или альтернативными способами крепления.
Фиг.5 представляет собой схематическое изображение структуры из представленной на фиг.4 детали верхней обшивки фюзеляжа с двумя комплементарно соединенными согласно фиг.2 деталями верхней обшивки крыла, а на фиг.3 показан смонтированный в самолете элемент В конструкции крыло-фюзеляж. Крылья F1, F2, которые соединены посредством деталей 11, 12 верхней обшивки крыла, и деталь 50 верхней обшивки фюзеляжа, которая также соединена с деталями 11, 12 верхней обшивки крыла, образуют унифицированный узел. Соединения между деталями 11, 12 верхней обшивки крыла могут быть просто и надежно реализованы, количество необходимых соединительных элементов зависит от вида соединения. Если детали 11, 12 верхней обшивки крыла, например, склеиваются друг с другом, можно даже полностью отказаться от дополнительных соединительных деталей. Это также относится и к привязке детали 30 верхней обшивки фюзеляжа к деталям 11, 12 верхней обшивки крыла.
Вместо детали 50 верхней обшивки фюзеляжа может быть также использована деталь 60 нижней обшивки фюзеляжа, которая в интегрированном в конструкцию самолета состоянии противолежит детали 50 верхней обшивки фюзеляжа, так что, в общем, используется деталь 30 обшивки фюзеляжа.