СЕКЦИЯ ФЮЗЕЛЯЖА ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКУЮ СЕКЦИЮ
AIRCRAFT FUSELAGE SECTION AND AIRCRAFT COMPRISING SAID SECTION

Настоящее изобретение относится к секции фюзеляжа для летательного аппарата и летательному аппарату, содержащему такую секцию.
Известно, что самолеты коммерческой авиации имеют фюзеляж, как правило, почти цилиндрической формы, усиленный элементами жесткости, такими как продольные ребра жесткости и шпангоуты, для того чтобы выдерживать механические напряжения, возникающие в полете, например.
В самолетах коммерческой авиации, например в боковых стенках фюзеляжа, выполняются проемы для размещения в них иллюминаторов и предоставления пассажирам возможности увидеть, что находится непосредственно за пределами фюзеляжа.
Однако эти иллюминаторы создают многочисленные неудобства. Прежде всего иллюминатор самолета должен обеспечить тепло- и звукоизоляцию пространства внутри фюзеляжа от воздействия окружающей среды для обеспечения уровня комфорта пассажиров. Точно также он не должен пропускать воду и воздух.
Обрамление иллюминатора, которое крепится к поверхности фюзеляжа, как правило, заклепками, должно также выдерживать механические напряжения, такие как нагрузки, обусловленные прогибом фюзеляжа и герметизацией, которая применяется к иллюминатору.
Иллюминатор должен обеспечивать обтекаемость профиля самолета.
Все эти напряжения привели конструкторов к необходимости придания специальной жесткости зоне иллюминатора.
Фиг.1 представляет собой частичный вид секции фюзеляжа самолета в соответствии с существующим уровнем техники. Эта секция содержит иллюминаторы 1, которые равномерно располагаются с определенным промежутком, по одной линии вдоль продольной линии 2 секции фюзеляжа. Она также содержит шпангоуты 3, называемые также парами, которые позволяют механически усилить секцию фюзеляжа и придать форму его стенке. Шаг между шпангоутами, т.е. расстояние, разделяющее два последовательно расположенных шпангоута 3, больше ширины иллюминаторов 1.
На фиг.2 схематически изображены механические напряжения, которым могут быть подвержены эти иллюминаторы 1.
Эти механические напряжения бывают двух типов. Речь идет об усилиях сдвига 4, которые обусловлены прогибом фюзеляжа, и усилиях по герметизации 5, которые действуют в поперечном и продольном направлениях относительно секции фюзеляжа.
Все эти напряжения привели конструкторов к необходимости придания особой жесткости зоне иллюминатора 1 посредством утолщений стенки фюзеляжа на уровне проема иллюминатора 1 и обрамления для обеспечения механической прочности иллюминатора.
Установка иллюминаторов 1 в проемах боковой стенки секции фюзеляжа выполняется при помощи механических креплений.
Однако такая установка представляет собой сложную задачу для производителей и требует временных затрат. Таким образом, такая операция по установке является дорогостоящей в связи с приведением в неподвижное состояние самолета в случае проведения его технического обслуживания.
Кроме того, такие специфические усиления стенки фюзеляжа представляют собой также дополнительный вес, который негативно сказывается на расходе авиационного керосина.
Таким образом, существует необходимость уменьшения специфической массы фюзеляжа самолета при одновременном обеспечении механической прочности стенки фюзеляжа на уровне иллюминаторов.
Таким образом, целью настоящего изобретения является секция фюзеляжа для летательного аппарата, простая в техническом решении конструкция и в порядке выполнения операций, которая обладает высокой механической прочностью конструкции летательного аппарата и позволяет при этом уменьшить массу конструкции фюзеляжа данного летательного аппарата.
Такое снижение массы конструкции фюзеляжа тем больше, чем большое количество раз рисунок сквозных конструкций иллюминаторов повторяется на последнем.
Другой целью настоящего изобретения является секция фюзеляжа, содержащая иллюминаторы, размерные параметры которых больше размеров иллюминаторов в соответствии с существующим уровнем техники.
В связи с этим изобретение относится к секции фюзеляжа для летательного аппарата, содержащей шпангоуты и проемы для размещения в них иллюминаторов.
Согласно изобретению, по меньшей мере, некоторые шпангоуты (по меньшей мере, каждый из них) содержат, по меньшей мере, один сегмент шпангоута, располагаемый вокруг, по меньшей мере, одного проема, причем данный сегмент шпангоута имеет два ответвления, размещаемых сбоку проема, причем концы упомянутых ответвлений попарно соединены таким образом, что образуют Y на каждом из концов этого сегмента шпангоута.
Предпочтительно, настоящее изобретение применимо к любому типу фюзеляжа известного летательного аппарата. Исключительно как пример боковая стенка секции фюзеляжа для двухпалубного самолета содержит для каждой палубы один ряд проемов, предназначенных для установки в них иллюминаторов, и шпангоуты. По меньшей мере, некоторые из этих шпангоутов содержат (при этом каждый из них) два сегмента шпангоута, а именно сегмент шпангоута иллюминатора и палубы.
Секция фюзеляжа согласно настоящему изобретению, в частности, приспособлена для фюзеляжа летательного аппарата, в котором ширина иллюминаторов по существу такая же и даже больше, как и расстояние, разделяющее два последовательно установленных шпангоута фюзеляжа.
Кроме того, сегмент шпангоута может располагаться вокруг иллюминатора как единое целое или состоять из нескольких частей. В последнем случае эти части таким образом рассредоточены через одну или несколько поперечин. В качестве иллюстрации поперечина может делить поле обзора на два проема, которые имеют треугольную, полукруглую или иную форму.
Существуют различные особенные способы реализации этой секции фюзеляжа, причем каждый из них имеет свои особые преимущества, которые приспособлены для осуществления многочисленных возможных технических комбинаций:
- ответвления сегмента шпангоута образуют полость для расположения в ней средств крепления иллюминатора на данном проеме (эти средства крепления иллюминатора содержат предпочтительно удерживающий зажим и приспособления жесткого соединения этого зажима на обрамлении иллюминатора. Эти приспособления для жесткого соединения содержат, например, штифты, винты, болты);
- сегмент шпангоута, содержащий иллюминатор, прикрепленный к данному проему посредством средств крепления иллюминатора, содержащих удерживающий зажим; причем, по меньшей мере, часть периметра данного удерживающего зажима имеет форму, взаимодействующую с ответвлениями сегмента шпангоута с целью приема на себя усилий (удерживающий зажим, который устанавливается на обрамлении иллюминатора, имеет таким образом предпочтительно форму, боковые края которой могут плотно прилегать к внутреннему периметру каждого ответвления этого сегмента шпангоута для приема нагрузок по открытию и его опрокидыванию);
- данный шпангоут содержит, по меньшей мере, два сегмента шпангоута, причем эта секция фюзеляжа имеет средства крепления этого сегмента шпангоута на этих участках шпангоута;
- эти приспособления крепления содержат накладки;
- сегмент шпангоута представляет собой конструкцию, изготовленную из одного конструктивного элемента и из композитного материала (предпочтительно, эти сегменты шпангоута выполнены из композитного материала, отвечающего требованиям механической прочности и устойчивости к коррозии, которая связана с их применением в области авиации. Речь может идти, например, о композитном материале на базе углеродосодержащих волокон и смолы, изготовленной способом впрыска или штамповки);
- два держателя шпангоута, последовательно расположенных в продольном направлении секции фюзеляжа, соединены между собой посредством стабилизирующей перегородки (эта стабилизирующая перегородка позволяет предпочтительно разграничить между двумя сегментами шпангоута полость, позволяющую разместить в ней один или несколько вытянутых конструктивных элементов, таких как кабели или трубы кондиционирования воздуха);
- данная секция фюзеляжа содержит продольное ребро жесткости, расположенное между проемом и, по меньшей мере, одним концом сегмента шпангоута.
И, наконец, изобретение относится к летательному аппарату, имеющему фюзеляж, в боковых стенках которого имеются иллюминаторы.
Согласно изобретению, фюзеляж содержит, по меньшей мере, одну секцию фюзеляжа, описание которой приведено ранее.
Преимущественно поперечные размерные параметры иллюминаторов данного летательного аппарата больше или равны расстоянию, разделяющему два последовательно расположенных шпангоута фюзеляжа.
Далее будет приведено более детальное описание предлагаемого изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежа, на которых:
- фиг.1 представляет собой схематический вид в частичном разрезе секции фюзеляжа самолета в соответствии с существующим уровнем техники;
- фиг.2 представляет собой схематическое изображение механических напряжений, которые могут воздействовать в полете на иллюминаторы секции фюзеляжа, изображенной на фиг.1;
- фиг.3 представляет собой вид в перспективе секции фюзеляжа летательного аппарата согласно особому способу осуществления изобретения;
- фиг.4 представляет собой схематическое изображение механических напряжений, которые могут воздействовать на иллюминаторы секции фюзеляжа, изображенной на фиг.3;
- фиг.5 представляет собой схематический вид спереди секции фюзеляжа, изображенной на фиг.3;
- фиг.6 представляет собой вид в разрезе по линии А-А секции фюзеляжа, изображенной на фиг.5.
На фиг.3 показана секция фюзеляжа для летательного аппарата согласно особому способу осуществления изобретения. Секция фюзеляжа может представлять собой секцию фюзеляжа, выполненную из композитного материала. Например, данная секция фюзеляжа может быть изготовлена на базе углеродсодержащих волокон.
Секция фюзеляжа содержит шпангоуты 10 и иллюминаторы 11, устанавливаемые в проемах. Эти иллюминаторы 11 расположены по одной линии и равномерно рассредоточены вдоль продольной оси 12 секции фюзеляжа.
Каждый шпангоут 10 содержит две части шпангоута 13, 14, соединенные друг с другом посредством сегмента шпангоута, окружающего иллюминатор 11. Сегмент шпангоута жестко соединен с этими частями шпангоута 13, 14 посредством крепежных приспособлений. Последние содержат, например, накладки, которые обеспечивают соединение сегментов шпангоута со шпангоутами крыши и нижней части, предоставляя таким образом определенную гибкость при размещении.
Эти накладки могут быть металлическими или изготовленными из композитных материалов. Например, в случае если они представляют собой металлические изделия, то они изготавливаются из титана, инконеля или алюминиевого сплава. В качестве альтернативного варианта речь может идти о термопластичных композитных материалах.
Иллюминатор 11, как известно, содержит внешний прозрачный конструктивный элемент, по меньшей мере, один внутренний прозрачный конструктивный элемент и обрамление иллюминатора.
Внутренний прозрачный конструктивный элемент этого иллюминатора имеет предпочтительно эллиптическую форму. Преимущественно размерные параметры внутреннего прозрачного конструктивного элемента иллюминатора составляют примерно 520х299 мм, обеспечивая таким образом для пассажира более широкое поле обзора, чем иллюминаторы, изготовленные в соответствии с существующим уровнем техники.
Безусловно, иллюминатор 11 может иметь любые другие формы, выбранные из числа, содержащего треугольную, круглую, прямоугольную и другие формы.
Каждый сегмент шпангоута содержит два ответвления 15, 16, располагаемые сбоку от иллюминатора 11, концы которых попарно соединены таким образом, что образуют форму Y на каждом из концов 17, 18 сегмента шпангоута.
Таким образом, ответвления 15, 16 в своей центральной части имеют выпуклую форму, в результате чего сегмент шпангоута имеет по существу эллиптическую форму.
Каждый иллюминатор 11 по существу центрирован относительно своего соответствующего сегмента шпангоута, представляя пространство, разделяющее боковые ответвления 15, 16 сегмента шпангоута периметра иллюминатора 11.
Элементы жесткости секции фюзеляжа содержат дополнительно шпангоуты 10, продольные ребра жесткости 19. Секция фюзеляжа содержит продольное ребро жесткости 19, расположенное между иллюминатором 11 и каждым концом 17, 18 сегмента шпангоута. Данное продольное ребро жесткости 19, располагаемое по касательной к иллюминатору 11, позволяет ограничить своими верхними и нижними краями проем в боковой стенке фюзеляжа, в котором размещается иллюминатор 11. Кроме того, внеплановое придание жесткости секции фюзеляжа согласно предлагаемому изобретению таким образом снижено до минимума.
На фиг.4 схематически изображен результат моделирования напряжений, испытываемых секцией фюзеляжа на уровне иллюминаторов 11.
Можно увидеть, что сегменты шпангоутов согласно предлагаемому изобретению предпочтительно привлекают к себе связанный с герметизацией поток, имеющий вокруг иллюминаторов форму Y. Сравнивая фиг.2 и 4, можно увидеть, что иллюминаторы 11 таким образом больше не подвержены непосредственным напряжениям, обусловленным герметизацией, по сравнению с существующим уровнем техники. Переход напряжений из нижней зоны к верхней зоне секции фюзеляжа позволяет увеличить размерные параметры иллюминаторов.
Кроме того, сегменты шпангоута ориентированы по диагонали клетки, расположенной между иллюминаторами, что позволяет сегментам шпангоута принимать тангенциальное напряжение пояса иллюминатора (в случае вертикального воздушного удара).
Стабилизирующая перегородка 20 размещается между последовательно расположенными в продольном направлении 12 секции фюзеляжа держателями шпангоутов. Эти перегородки 20 обеспечивают стабилизацию сегментов шпангоута и прием усилий по открытию.
На фиг.6 изображен частичный вид в разрезе, выполненном по линии А-А, секции фюзеляжа, представленной на фиг.5. Конструктивные элементы, обозначенные такими же позициями, что и конструктивные элементы, показанные на фиг.3, имеют такие же технические задачи, повторное описание которых ниже приводиться не будет.
В боковой стенке 21 секции фюзеляжа имеется проем, в котором устанавливается иллюминатор 11. Этот иллюминатор 11 содержит внешний прозрачный конструктивный элемент 22 и, по меньшей мере, один внутренний прозрачный конструктивный элемент (не показан). Эластичная прокладка позволяет произвести соединение внешнего прозрачного конструктивного элемента 22 с внутренним прозрачным конструктивным элементом, удерживая их разделенными друг с другом посредством промежуточного пространства. Эта прокладка изготавливается, например, из эластомера.
Боковая стенка 21 секции фюзеляжа содержит скошенную кромку 24 по периметру проема, причем эта скошенная кромка 24 имеет форму, по существу аналогичную форме края внешнего прозрачного конструктивного элемента 22, позволяющую блокировать сбоку и в продольном направлении внешний прозрачный конструктивный элемент 22 в этом проеме. Крайняя внешняя поверхность прозрачного конструктивного элемента 22 имеет форму, обеспечивающую аэродинамическую целостность с боковой стенкой фюзеляжа самолета.
Иллюминатор 11 крепится в проеме обычным способом при помощи удерживающего зажима 23, который устанавливается на обрамлении иллюминатора 11 посредством гайки и штифта.
Взаимодействие стабилизирующих перегородок 20 и удерживающих зажимов 23 с сегментами шпангоута позволяет их стабилизировать.