СБОРКА ФЮЗЕЛЯЖА ВОЗДУШНОГО СУДНА
AIRCRAFT AIRFRAME ASSEMBLY

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к области техники сборки фюзеляжа самолета. В частности, изобретение относится к секции фюзеляжа, которая, при использовании нового способа сборки, по существу изготовлена из трех труб. Кроме того, изобретение относится к фюзеляжу, который собран из нескольких секций фюзеляжа в соответствии с настоящим изобретением.
Предпосылки создания изобретения
В настоящее время сборка фюзеляжей современных самолетов обычно выполняется таким образом, что множество вертикальных шпангоутов фюзеляжа в продольном направлении присоединяются к множеству горизонтальных стрингеров, которые выровнены строго перпендикулярно к упомянутым вертикальным шпангоутам, образуя каркас, на который снаружи приклепываются или прикрепляются отдельные участки обшивки фюзеляжа. В этом процессе фюзеляж не создается как цельный блок, вместо этого сначала создаются отдельные секции фюзеляжа (известные также как цилиндры или сегменты), которые последовательно соединяются, образуя цельную трубу фюзеляжа. Чтобы отделить пассажирский салон от грузового отсека, расположенного под ним, в отдельных сегментах каркаса устанавливается решетка пола. При таком известном способе сборки фюзеляж изготавливается из большого количества отдельных элементов (шпангоуты, стрингеры, участки наружной обшивки) в сложном процессе сборки, в результате чего уже в процессе сборки фюзеляжа стоимость значительно возрастает.
Кроме этих трудностей, относящихся к технике производства, имеются дополнительные неудобства как в пассажирском салоне, так и в грузовом отсеке из-за низкого давления воздуха на больших высотах, что требует герметизации во время полета. Поэтому необходимо, чтобы в случае декомпрессии (падения давления) в пассажирском салоне или грузовом отсеке, которая может произойти, например, из-за повреждения внешней обшивки на большой высоте, производилось быстрое выравнивание давления между этими двумя пространствами, поскольку в противном случае структура фюзеляжа может быть повреждена под действием давления, действующего с одной стороны на решетку пола, которая не рассчитана на такие нагрузки. Чтобы гарантировать выравнивание давления, с обеих сторон пола вдоль всей длины фюзеляжа обычно устанавливаются клапаны выравнивания давления, однако эти клапаны выравнивания давления создают дополнительные проблемы в случае аварийной посадки на воду, поскольку через них вода очень быстро заливает весь фюзеляж.
Сущность изобретения
Существует потребность создания конструкции фюзеляжа для самолета, которая проще и экономичнее в исполнении в результате усовершенствования производственного процесса.
Эта потребность может быть реализована секцией фюзеляжа самолета по настоящему изобретению, соответствующим образом, собранным фюзеляжем, а также способом изготовления секции фюзеляжа по настоящему изобретению. Ниже описывается секция фюзеляжа по настоящему изобретению, при этом соответствующие пояснения также применимы к фюзеляжу по настоящему изобретению и способу изготовления секции фюзеляжа по настоящему изобретению.
Вместо изготовления пассажирского салона и грузового отсека обычным способом, как это выполняется в современном авиастроении, путем простого разделения цилиндров фюзеляжа на две части с помощью промежуточного пола, настоящее изобретение использует совершенно другой подход. Пассажирский салон состоит из отдельной первой трубы, а грузовой отсек состоит из отдельной второй трубы, причем обе эти трубы совершенно независимы одна от другой. В поточном производстве или предварительном процессе производства эти две трубы могут быть изготовлены в виде опорных оболочковых конструкций. Для соединения этих двух отдельных труб с целью образования цельного фюзеляжа они помещаются во внешнюю трубу, с которой соединяются с возможностью свободного перемещения. Таким образом, секция фюзеляжа по настоящему изобретению по существу состоит из первой подвижной заранее изготовленной отдельной внутренней трубы и, по меньшей мере, одной подвижной отдельной заранее изготовленной второй трубы, причем обе эти трубы заключены в наружную трубу и соединены с ней с возможностью свободного перемещения. Поскольку внутренние трубы отделены друг от друга, при аварийной посадке на воду они не так быстро заполнятся водой, которая попадет в одну из двух труб.
Для получения такого эффекта обе внутренние трубы и наружная труба могут быть сконструированы как опорные оболочковые конструкции с тем, чтобы испытываемые при полете нагрузки, в основном, передавались самими трубами, а не каркасом, содержащим шпангоуты, или ребра и стрингеры, как это обычно имеет место в случае самолета, построенного по традиционной технологии.
Хотя материал, из которого делаются трубы, не столь критичен, могут применяться армированные волокнистые композитные материалы или металлы, в частности алюминий.
Чтобы обеспечить дополнительную устойчивость внутренних труб, а также установить упомянутые внутренние трубы в собранном состоянии на некотором расстоянии от наружной трубы, первая внутренняя труба может быть заключена в первое множество окружающих накладок. Аналогичным образом, по меньшей мере, вторая труба может быть также заключена во второе множество окружающих накладок. При таком размещении накладки, как и сами трубы, могут быть изготовлены из армированных волокнистых композитных материалов или металлов, например алюминия. Форма этих накладок может быть, например, подобна известной форме шпангоутов самолета обычной конструкции с поперечным сечением в виде решетки с лучами, направленными радиально от внутренних труб к наружным трубам. И первое, и второе множества периферийных накладок для обеих внутренних труб могут быть также изготовлены на поточном производстве или предварительном этапе производства, и им могут быть приданы такие размеры, что для сборки их надо будет только надвинуть на соответствующую внутреннюю трубу, пока трубы расположены отдельно друг от друга, а затем соединить эти трубы. Для соединения накладки можно, например, натянуть или приклепать к трубам. Если и трубы, и накладки изготовлены из металла, они могут быть также приварены друг к другу. Соответствующие накладки, таким образом, удерживают две внутренние трубы на определенном расстоянии друг от друга, так что в собранном состоянии внутренних и наружной труб наружная труба удалена от внутренних труб благодаря этим накладкам. Чтобы обеспечить надежную устойчивость между наружной и внутренними трубами, они скреплены между собой накладками, причем накладки прикреплены, приклепаны или, в случае металла, приварены к соответствующим внутренней или наружной трубам.
Две внутренние трубы - это две отдельные трубы, поперечное сечение которых соответствует стандартной форме обычного пассажирского салона и обычного грузового отсека соответственно. При этом первая внутренняя труба для пассажирского салона имеет криволинейную верхнюю область и плоский пол, а вторая внутренняя труба для грузового отсека имеет криволинейный пол и плоский потолок. Таким образом, эти две трубы могут быть соединены, при этом плоские потолок и пол расположены напротив друг друга, хотя и разделены с помощью накладок. В этой пересекающейся области между трубами, в которой пол первой трубы обращен к потолку второй трубы, отделенный от него соответствующими накладками, отдельные накладки первого множества накладок расположены поочередно со смещением относительно отдельных накладок второго множества накладок, так что в каждом случае накладка второй трубы располагается между двумя накладками первой трубы. Конечно, также возможно, что между двумя первыми накладками располагается более одной второй накладки, что может быть, например, в тех областях, где нагрузки, действующие на фюзеляж, особенно велики. Вместо расположения двух групп накладок с попеременным смещением относительно друг друга также можно использовать накладки овальной или круглой формы, которые с помощью поясообразной накладки разделены на две половины для плотного соединения соответствующих внутренних труб.
Чтобы сделать сборку фюзеляжа наиболее простой и эффективной, внутренние трубы и охватывающие их накладки изготавливаются в начальной стадии поточного производства. Соответственно, первое множество окружающих накладок наносится на первую внутреннюю трубу. Аналогичным образом, второе множество окружающих накладок наносится на вторую внутреннюю трубу. Чтобы иметь возможность соединять внутренние трубы, содержащие установленные на них накладки, как можно точнее в определенном положении, накладки имеют регулировочные наконечники, которые расположены так, чтобы устанавливать первую внутреннюю трубу и вторую внутреннюю трубу в определенном положении относительно друг друга. Эти регулировочные наконечники могут, например, быть установлены на концах горизонтальных участков накладок, которые размещаются таким образом, что они прилегают к плоской области пола или к области потолка первой и второй труб соответственно, образуя направляющую для соответствующей другой трубы при соединении этих двух труб.
Как описано выше, первая внутренняя труба образует секцию пассажирского салона, в то время как вторая внутренняя труба образует секцию грузового отсека, причем эти две секции отделены друг от друга с помощью области пересечения накладок (полос), которая таким образом образует решетку пола для секции пассажирского салона. Таким образом, две внутренние трубы полностью отделены друг от друга, причем они взаимно соединены (например, прикреплены или приклепаны одна к другой) с помощью накладок в области пересечения накладок. Решетка пола, образованная накладками, рассчитана таким образом, что она может выдержать одностороннее давление, которое может, например, возникнуть в результате падения давления в одной из двух внутренних труб.
Чтобы обеспечить секцию фюзеляжа в соответствии с настоящим изобретением дополнительной частью, например вертикальным хвостовым оперением, между двумя соединенными внутренними трубами и наружной трубой может быть вставлен трубчатый переходной кожух, причем переходной кожух содержит соединительный элемент, который соединяется с вертикальным хвостовым оперением. При таком расположении соединительный узел выступает наружу в соответствующее углубление в наружной трубе, так что вертикальное хвостовое оперение может быть прикреплено к нему. Переходной кожух охватывает обе соединенные внутренние трубы с тем, чтобы иметь возможность надежно передавать нагрузки от вертикального хвостового оперения к фюзеляжу.
В соответствии с еще одной задачей настоящего изобретения предметом изобретения является фюзеляж, состоящий, по меньшей мере, из двух секций фюзеляжа, описанных выше. Для этой цели соответствующие передние области отдельных секций фюзеляжа включают подходящие соединительные элементы, с помощью которых отдельные секции могут быть соединены, образуя однотипный или цельный фюзеляж.
Как можно видеть из предыдущих пояснений, в противоположность существующей практике изготовления фюзеляжа из одной большой составной наружной трубы, составленной из шпангоутов, стрингеров и частей наружной обшивки, основной принцип настоящего изобретения состоит в изготовлении фюзеляжа из двух отдельных внутренних труб, которые заключены во внешнюю трубу, при этом каждая труба может быть спроектирована как опорная (напряженная) оболочечная конструкция с тем, чтобы с помощью этих трех труб обеспечить передачу нагрузки в соответствии с жесткостью конструкции.
В соответствии с еще одной задачей настоящего изобретения предметом изобретения является способ изготовления секции фюзеляжа, который может выполняться в несколько отдельных стадий, причем некоторые отдельные стадии могут выполняться в различном порядке. Первая внутренняя труба и, по меньшей мере, одна из вторых внутренних труб создаются как опорная оболочечная конструкция. Первая внутренняя труба может служить пассажирским салоном, а вторая внутренняя труба - грузовым отсеком. Первая внутренняя труба, таким образом, может иметь криволинейную верхнюю часть и плоский пол. Соответственно, вторая внутренняя труба может иметь криволинейный пол и плоский потолок. Затем эти две заранее изготовленные внутренние трубы могут быть объединены, образуя комбинацию труб, в которой пол первой внутренней трубы устанавливается на плоский потолок второй внутренней трубы. Затем созданная таким образом комбинированная труба может быть заключена в наружную трубу и прикреплена к ней, например, пайкой, клепкой или сваркой, образуя секцию фюзеляжа.
Вместо осуществления способа описанным образом порядок выполнения отдельных стадий можно изменить, например, сначала изготовить наружную трубу, в которой затем могут быть изготовлены и соединены к наружной трубе две отдельные внутренние трубы. Однако по соображениям технологии производства выгоднее сначала изготовить на потоке две внутренние трубы и наружную трубу, затем соединить две внутренние трубы, образуя вышеупомянутую комбинированную трубу, которая потом просто вставляется в заранее изготовленную наружную трубу и присоединяется к ней.
Чтобы повысить устойчивость двух внутренних труб и наружной трубы, заранее изготовленная первая внутренняя труба может быть заключена в первое множество окружающих накладок. Аналогичным образом, по меньшей мере, одна заранее изготовленная вторая внутренняя труба может быть заключена во второе множество окружающих накладок. В такой конструкции накладки для первой и второй внутренних труб могут быть также изготовлены на этапе поточного производства, или они могут быть изготовлены позднее, чтобы их можно было точно подогнать к первой и второй внутренним трубам. В случае, когда отдельные накладки первого множества накладок и отдельные накладки второго множества накладок были изготовлены заранее, чтобы обеспечить точную подгонку для соответствующей трубы, отдельные накладки можно просто натянуть всухую на соответствующую заранее изготовленную трубу, а затем прикрепить, приклепать или приварить к соответствующей внутренней трубе.
Чтобы предотвратить наложение накладок первого и второго множества накладок друг на друга, когда две внутренние трубы соединяются, образуя комбинированную трубу, отдельные накладки первого и второго множества накладок размещаются, по меньшей мере, на двух внутренних трубах с тем, что отдельные накладки первого и второго множеств накладок в соединенном состоянии труб в области пересечения были бы поочередно смещены относительно друг друга.
Чтобы повысить устойчивость секции фюзеляжа, которая содержит наружную трубу и внутренние трубы или состоит из них, первое и второе множества накладок соединяются с наружной трубой с возможностью свободного перемещения после вставки комбинированной трубы в наружную трубу. Такое соединение может гарантировать, что структурные нагрузки не будут восприниматься одной лишь наружной трубой, а будут восприниматься всей конструкцией фюзеляжа, включая накладки и внутренние трубы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее настоящее изобретение описано более подробно на примере воплощения изобретения со ссылками на следующие чертежи:
Фигура 1 показывает проекцию и поперечное сечение секции фюзеляжа в соответствии с изобретением;
Фигуры 2-4 - различные стадии изготовления передней секции фюзеляжа;
Фигуры 5-8 - различные стадии изготовления средней секции фюзеляжа;
Фигуры 9-17 - различные стадии изготовления задней секции фюзеляжа;
Фигура 18 - трехмерное изображение фюзеляжа, содержащего три секции фюзеляжа или состоящего из них перед окончательной сборкой; и
Фигура 19 иллюстрирует три секции фюзеляжа фигуры 18 в собранном виде.
Идентичные или подобные компоненты на разных чертежах имеют одинаковые цифровые обозначения.
Подробное описание воплощения изобретения
На фигуре 1, в частности, на правой схеме показан основной принцип изобретения, в соответствии с которым секция фюзеляжа 1 по настоящему изобретению, в основном, содержит три различных трубы 2, 3, 4, которые изготавливаются на отдельных стадиях и соединяются только при окончательной сборке фюзеляжа. Таким образом, секция фюзеляжа 1 содержит наружную трубу 4, которая охватывает две внутренние трубы 2 и 3, вставленные в нее, как показано на правой схеме фигуры 1. В такой компоновке первая внутренняя труба 2 образует секцию пассажирского салона, а вторая внутренняя труба 3 образует соответственно секцию грузового отсека. Как показано на правой схеме фигуры 1, две внутренние трубы 2 и 3 расположены внутри наружной трубы отдельно друг от друга, причем плоская область пола первой трубы располагается, в основном, параллельно плоской области потолка второй трубы 3. Разделение двух внутренних труб 2, 3 и отделение их от наружной трубы 4 обеспечивается множеством накладок 5, 6, которые охватывают первую внутреннюю трубу 2 и вторую внутреннюю трубу 3, располагаясь поочередно и со смещением относительно друг друга, что ясно показано, например, на правой схеме фигуры 4. В окончательном состоянии накладки 5, 6 надежно соединены с двумя внутренними трубами 2, 3 и наружной трубой 4, причем такое соединение может быть установлено сваркой, креплением или клепкой.
Ниже описывается сборка различных секций фюзеляжа со ссылкой на другие чертежи. На левой схеме фигуры 2а показано множество заранее изготовленных накладок 5, форма которых соответствует наружному контуру заранее изготовленной первой внутренней трубы 2. Соответственно, на фигуре 2b показано второе множество заранее изготовленных накладок 6, форма которых соответствует наружному контуру второй внутренней трубы 3. На фигурах 3а и 3b показаны стадии изготовления, которые следуют за стадией предварительного изготовления, показанной на фигурах 2а и 2b. В этой компоновке отдельные накладки 5 и 6 уже изготовлены, надвинуты на соответствующие внутренние трубы 2 и 3 и надежно соединены с внутренними трубами, например, клепкой или в случае, когда накладки 5, 6 и внутренние трубы 2, 3 изготовлены из металла (например, алюминия), контактным соединением или сваркой.
На следующей стадии изготовления первая внутренняя труба 2 и вторая внутренняя труба 3 соединяются вместе, образуя комбинированную трубу, как показано на правой схеме фигуры 4. Как показано на этой схеме, накладки 5 и 6 в собранном состоянии внутренних труб 2 и 3 размещены со сдвигом относительно друг друга и образуют под полом внутренней трубы 2 решетку пола для первой трубы 2. Для обеспечения надежного позиционирования при сборке первой внутренней трубы 2 и второй внутренней трубы 3 накладки 5, 6 на своих соответствующих концах прямых участков содержат регулировочные наконечники 9, выступающие в направлении другой трубы 3, 2, чтобы обеспечить, таким образом, положение упомянутой трубы в собранном состоянии. Полученная таким образом комбинированная труба может быть затем вставлена в наружную трубу 4, как показано стрелкой на фигуре 4, и затем комбинированная труба может быть приварена, прикреплена или приклепана к наружной трубе 4.
Далее, со ссылкой на фигуры 5-8 описана сборка средней секции фюзеляжа, однако при этом соответствующие положения сборки, в основном, соответствуют вышеописанным положениям. На фигурах 5а и 5b поочередно показаны первое множество 5 накладок и второе множество 6 накладок, контуры которых также соответствуют наружным контурам соответствующих внутренних труб 2 и 3, так что первое и второе множество накладок могут быть навинчены и надвинуты на заранее изготовленные трубы 2, 3, как показано на фигурах 6а и 6b. Затем внутренние трубы 2 и 3, содержащие прикрепленные таким образом накладки 5 и 6, соединяются, как показано на левой схеме фигуры 7, так что плоская область пола 7 первой внутренней трубы 2 располагается, в основном, параллельно плоской области потолка 8 второй трубы 3. Как также показано на этой схеме, регулировочные наконечники 9 оптимально регулируют две соединенные внутренние трубы 2, 3 относительно друг друга и, более того, гарантируют, что две внутренние трубы 2, 3 не могут быть сдвинуты в поперечном направлении относительно друг друга. Комбинированная труба, полученная таким способом, затем снова вставляется в заранее изготовленную наружную трубу 4, как показано стрелкой на фигуре 7, и, в конце концов, соединяется с наружной трубой 4 с возможностью свободного перемещения.
Ниже описывается установка еще одной секции фюзеляжа, которая имеет особенность, состоящую в дополнительной установке интегрированного вертикального хвостового оперения. Сначала, как и в предыдущем случае, первое и второе множества 5, 6 накладок надвигаются на заранее изготовленные внутренние трубы 2, 3, как показано на фигурах 9-10b. Здесь также отдельные накладки первого и второго множеств 5, 6 накладок размещены со значительным смещением относительно друг друга, так что две внутренние трубы 2, 3 могут быть соединены, образуя комбинированную трубу, как показано на фигуре 11. На следующей стадии передняя наружная труба 4', показанная на фигуре 12, надвигается спереди на комбинированную трубу, полученную таким образом. Чтобы присоединить вертикальное хвостовое оперение 11 (фигура 14), кожух переходника 10, показанный на фигуре 13, надвигается сзади на комбинированную трубу, при этом верхняя часть указанного переходника содержит соединительный узел, на который может быть прикреплено вертикальное хвостовое оперение 11, например, болтами или заклепками. Как только кожух переходника 10 будет прикреплен к комбинированной трубе фигуры 11, как было описано выше, сзади на комбинированную трубу 2, 3 фигуры 11 может быть надвинута дополнительная наружная труба 4", при этом верхняя часть комбинированной трубы 2, 3 содержит углубление для соединительного элемента кожуха переходника 10 (фигура 15). Для ясности последняя стадия установки и/или сборки отдельных компонентов еще раз показана в изображении в разобранном виде на фигуре 16, на которой четко показано размещение отдельных компонентов.
В заключение на фигуре 18 показана сборка трех вышеописанных секций фюзеляжа 1, при этом три секции 1 расположены напротив друг друга и последовательно соединяются подходящими соединительными элементами, образуя единый фюзеляж, как показано на фигуре 19.
Следует отметить, что термин «содержащий» не исключает другие элементы или стадии. Кроме того, элементы, описанные в связи с различными вариантами воплощения, могут быть объединены. Следует также отметить, что цифровые позиции в формуле изобретения не является ограничивающими объем формулы изобретения.
Список цифровых позиций
1 - Секция фюзеляжа
2 - Первая внутренняя труба
3 - Вторая внутренняя труба
4 - Наружная труба
5 - Накладки первого множества накладок
6 - Накладки второго множества накладок
7 - Область плоского пола
8 - Область плоского потолка
9 - Регулировочный наконечник
10 - Кожух переходника
11 - Вертикальное хвостовое оперение