КОНСТРУКЦИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА
AIRCRAFT

Область применения изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к конструкции воздушного судна с несущими полыми конструктивными элементами, которые образуют фюзеляж воздушного судна.
Предпосылки к созданию изобретения
На фиг.1 показано стандартное воздушное судно 10 с фюзеляжем 11 воздушного судна. Такой фюзеляж 11 воздушного судна обычно содержит конструктивные элементы, которые включают в себя продольные элементы каркаса, поперечные элементы каркаса и поперечные балки. Эти конструктивные элементы образуют цилиндрическую решетчатую конструкцию, которая покрыта внешней обшивкой воздушного судна.
На фиг.2 показана также стандартная конструкция фюзеляжа воздушного судна. Продольные элементы 12 каркаса идут в основном параллельно друг другу, на некотором расстоянии друг от друга, в продольном направлении воздушного судна. Поперечные элементы 13 каркаса идут перпендикулярно к продольному направлению воздушного судна, образуя поперечную (цилиндрическую) форму фюзеляжа воздушного судна и пересекая продольные элементы 12 каркаса по существу под прямыми углами. Решетчатая конструкция, содержащая продольные элементы 12 каркаса и поперечные элементы 13 каркаса, покрыта внешней обшивкой воздушного судна 14. Отверстия (проемы) 15 для окон или другие отверстия (проемы), например для дверей, аварийных выходов и т.п., предусмотрены между двумя смежными поперечными элементами 13 каркаса. Воздуховоды 16, которые подают кондиционированный воздух в пассажирский салон воздушного судна от системы кондиционирования воздуха (не показана), идут между поперечными элементами 13 каркаса и оконными проемами 15, по существу параллельно поперечным элементам 13 каркаса.
На фиг.3 показан вид сверху в разрезе оконных проемов. Можно видеть, что оконный проем 15 расширяется как воронка от внешней обшивки фюзеляжа 17 к внутренним панелям 14 обшивки пассажирского салона воздушного судна. Первичное окно 18 создают сначала в оконном проеме 15 снаружи, а после этого первичного окна 18 создают вторичное окно 20, с образованием специфической вентилируемой области 19, лежащей между ними. За этим вторичным окном 20 находится внутреннее окно 21, отделенное от него большим, вентилируемым зазором. Воздуховоды 16 расположены на каждой стороне оконного проема 15 в виде воронки. В виде сверху каждый из этих воздуховодов 16 расположен между поперечными элементами 13 каркаса и оконным проемом 15.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание альтернативной конструкции воздушного судна, которая обеспечивает ряд преимуществ.
Эта задача решена за счет конструкции воздушного судна в соответствии с п.1 формулы изобретения.
Предпочтительные характеристики настоящего изобретения будут ясны из описания настоящего изобретения и формулы изобретения.
В соответствии с первым примерным вариантом осуществления изобретения предлагается конструкция воздушного судна с полыми несущими конструктивными элементами, которые образуют фюзеляж воздушного судна, причем полости в конструктивных элементах выполнены как воздуховоды для системы кондиционирования воздуха воздушного судна. Это преимущественно создает синергетические эффекты, так как конструктивные элементы одновременно образуют несущую первичную конструкцию воздушного судна и служат как воздуховоды для системы кондиционирования воздуха. Это позволяет уменьшить толщину фюзеляжа (расстояние от внутренней отделки или обшивки панелями до внешней обшивки воздушного судна), что позволяет увеличить диаметр пассажирского салона при заданном внешнем диаметре фюзеляжа. Другим преимуществом является возможность увеличения размера окон (иллюминаторов), что позволяет увеличить освещенность пассажирского салона воздушного судна и создать приятную атмосферу.
В этом отношении конструктивными элементами могут быть продольные элементы каркаса, поперечные элементы каркаса и/или поперечные балки.
В соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается конструкция воздушного судна, имеющая такую конфигурацию, в которой конструктивные элементы пересекаются друг с другом, причем воздуховоды, предусмотренные в полостях, могут быть соединены вместе в точках пересечения. Это позволяет создать совершенно гибко управляемую контролируемую систему подвода воздуха, например, в виде сети, которая охватывает фюзеляж воздушного судна, и делает доступными различные области фюзеляжа воздушного судна для осуществления задач кондиционирования воздуха за счет сочленений, предусмотренных в точках пересечения.
Воздуховоды преимущественно могут быть соединены при помощи приводимых в действие и управляемых исполнительных механизмов.
В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления предусмотрены регулирующие задвижки, установленные в воздуховодах для регулирования воздушного потока. Это позволяет динамически балансировать, подстраивать и конфигурировать воздушный поток и/или давление воздуха в каждом воздуховоде.
В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления конструкция воздушного судна реализована таким образом, что снабженные воздуховодами конструктивные элементы образуют сеть, которая по меньшей мере частично охватывает конструкцию воздушного судна. В результате сеть воздуховодов получают уже при сборке конструкции воздушного судна, содержащей фюзеляж воздушного судна, что позволяет исключить необходимость в дополнительных операциях и обеспечивает гибкое использование этой сети воздуховодов. Кроме того, ощутимое снижение веса конструкции воздушного судна может быть получено за счет встраивания воздуховодов в конструктивные элементы.
Вес может быть дополнительно снижен за счет изготовления конструктивных элементов из углеродного волокна.
В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления предусмотрены два воздуховода в полости конструктивного элемента, которые сконфигурированы так, что позволяют пропускать воздух в противоположных направлениях. В результате может быть создана еще более гибкая сеть воздуховодов для решения задач кондиционирования воздуха.
В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления предлагается воздушное судно с конструкцией воздушного судна, выполненной в соответствии с одним из примерных вариантов, описанных здесь выше и ниже. Преимуществом такого воздушного судна является то, что оно имеет меньший сухой вес, чем другое (стандартное) воздушное судно, что в свою очередь позволяет повысить транспортируемую коммерческую нагрузку. Это делает изготовленное таким образом воздушное судно более экономичным для оператора.
Далее примерные варианты осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано воздушное судно, имеющее фюзеляж воздушного судна, содержащий первичные конструктивные элементы.
На фиг.2 показана стандартная конструкция воздушного судна.
На фиг.3 показан вид сверху в разрезе области оконных проемов.
На фиг.4а показана точка пересечения между продольным элементом каркаса и поперечным элементом каркаса в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения.
На фиг.4b показан разрез по линии А-А, показанной на фиг.4а.
На фиг.5 показан вид сверху в разрезе области окна (оконного проема) в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения.
На фиг.6a-6d показаны точки пересечения между поперечным элементом каркаса и продольным элементом каркаса в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения.
На фиг.7 показана точка пересечения между поперечным элементом каркаса, продольным элементом каркаса и поперечной балкой в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения.
На фиг.8 показан сегмент фюзеляжа воздушного судна с встроенными воздуховодами в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг.4а показана точка пересечения между продольным элементом 100 каркаса и поперечным элементом 101 каркаса. Как уже было описано здесь выше со ссылкой на фиг.2, продольные элементы 100 каркаса идут в продольном направлении воздушного судна, в то время как поперечные элементы 101 каркаса идут по существу под прямыми углами к ним. Эти поперечные элементы 101 каркаса по существу задают (определяют) наружную конфигурацию поперечного сечения фюзеляжа, изогнутую вокруг продольной оси воздушного судна 10. Поперечные балки 102 идут перпендикулярно к продольному направлению воздушного судна и горизонтально (в случае стоящего на земле воздушного судна) и могут служить, например, для образования пола салона или пола грузового отсека. В конструкции воздушного судна несколько продольных элементов 100 каркаса обычно идут параллельно друг другу в продольном направлении воздушного судна. Конструктивные элементы 100, 101 и 102 могут быть изготовлены из металла, композиционных материалов с металлической матрицей или других композиционных материалов, таких как эпоксидная смола, армированные углеродным волокном или стекловолокном. Эти конструктивные элементы 100, 101 и 102 представляют собой так называемые первичные конструктивные элементы, которые поглощают усилия, воздействующие на фюзеляж 11 воздушного судна, то есть представляют собой несущие компоненты.
На фиг.4b показан разрез по линии А-А, показанной на фиг.4а, перпендикулярно к продольному направлению поперечного элемента 101 каркаса. На фиг.4b показан поперечный элемент 101 каркаса, стенка которого поглощает усилия, воздействующие на фюзеляж, и обеспечивает устойчивость фюзеляжа 11 воздушного судна. Изогнутый поперечный элемент 101 каркаса имеет по существу прямоугольное поперечное сечение с закругленными углами и с полой внутренней частью. Полость внутри поперечного элемента 101 каркаса содержит воздуховод 103, по которому протекает кондиционированный воздух из системы кондиционирования воздуха (не показана) в пассажирский салон воздушного судна (и/или в грузовой отсек).
На фиг.5 показан вид сверху в разрезе оконного проема 106 в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. Оконный проем 106 идет по существу как воронка между внешней обшивкой фюзеляжа 104 и внутренней отделкой или обшивкой панелями салона 105. Оконный проем 106 имеет первичное окно 107 на наружной стороне фюзеляжа, по существу заподлицо с внешней обшивкой фюзеляжа 104. Рядом с первичным окном расположено вторичное окно 108, причем вентилируемая область 109 образована между первичным окном 107 и вторичным окном 108. Внутреннее окно 110 расположено на внутренней стороне, то есть на стороне пассажирского салона, причем вентилируемая область образована между вторичным окном 108 и внутренним окном 110. Поперечные элементы 101 каркаса в соответствии с настоящим изобретением, имеющие встроенные в них воздуховоды 103, идут с каждой стороны оконного проема 106. Воздуховоды 103 в данном случае могут быть выполнены так, что внутри стенки поперечного элемента 101 каркаса протекает воздух, как это показано в поперечном элементе 101 каркаса справа на фиг.5. Кроме того, воздуховоды 103 могут иметь свою собственную стенку, что позволяет вводить несколько воздуховодов 103 внутрь полости поперечного элемента 101 каркаса, как это показано в поперечном элементе 101 каркаса слева на фиг.5. Такие воздуховоды 103 могут быть выполнены, например, так, что могут быть предусмотрены два трубчатых воздуховода 103 внутри поперечного элемента 101 каркаса, причем в одном из двух воздуховодов 103 воздух протекает в одном направлении, а в другом из двух воздуховодов 103 воздух протекает в противоположном направлении. Описанная выше конфигурация также может быть предусмотрена поблизости от дверей или аварийных выходов, то есть проем, аналогичный оконному проему 106, может быть образован как проем для двери или для аварийного выхода.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом конструкции в материал конструктивных элементов 100, 101 и 102 могут быть встроены, в частности, оптические линии, а также электрические линии 112. Альтернативно, эти линии могут быть расположены на конструктивных элементах и жестко соединены с ними. Это позволяет создать другой функциональный вариант конструкции, в котором конструктивные элементы также выполняют функцию перемещения воздуха и передачи мощности, информации и т.п., вместе с их несущей функцией. Это позволяет уменьшить число этапов работы при сборке воздушного судна, так как эти функциональные возможности уже реализованы при завершении конструкции фюзеляжа.
На фиг.6a-6d показаны различные местоположения схематично показанного исполнительного механизма, который расположен в точке пересечения между продольным элементом 100 каркаса и поперечным элементом 101 каркаса. Исполнительный механизм 111 в этом случае схематично показан как две поворотные створки, положение которых позволяет отклонять воздушный поток 113, поступающий из воздуховода 103, расположенного в одном поперечном элементе 101 каркаса, в воздуховод 103, предусмотренный в продольном элементе 100 каркаса, или наоборот, в соответствии с необходимостью. Отклоненный воздушный поток обозначен стрелкой 113 на фиг.6a-6d. Однако в другом возможном варианте исполнительный механизм 111 может быть настроен так, что отклонения не происходит, и воздушный поток продолжает протекать в приемном продольном элементе 100 каркаса или в поперечном элементе 101 каркаса в точке пересечения. В данном случае в качестве исполнительного механизма 111 может быть использован створчатый клапан. С точки зрения управляемости системы, идеальным решением является снабжение каждой такой точки пересечения между продольным элементом 100 каркаса и поперечным элементом 101 каркаса таким исполнительным механизмом 111, однако на практике должен быть найден компромисс между возможностями управления и приемлемым сухим весом воздушного судна, так как сухой вес воздушного судна возрастает при установке каждого исполнительного механизма.
На фиг.7 показана точка пересечения между поперечным элементом 101 каркаса, продольным элементом 100 каркаса и поперечной балкой 102 в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. В соответствующем воздуховоде 103 в такой точке пересечения может быть предусмотрен исполнительный механизм 114, выполненный как створчатый клапан. Исполнительный механизм 114 позволяет отклонять воздушный поток из поперечной балки 102 в поперечный элемент 101 каркаса или в продольный элемент 100 каркаса, или наоборот. Исполнительный механизм 114 также может отклонять воздушный поток из продольного элемента 100 каркаса в поперечный элемент 101 каркаса или в поперечную балку 102, или наоборот.
На фиг.8 показан сегмент фюзеляжа 11 воздушного судна с встроенными воздуховодами 103 в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. Как это показано на фиг.8, продольные элементы 100 каркаса, поперечные элементы 101 каркаса и поперечные балки 102 образуют решетчатую конструкцию, которая определяет форму (конфигурацию) фюзеляжа воздушного судна. Воздуховоды 103 в данном случае в соответствии с настоящим изобретением встроены во все конструктивные элементы 100, 101 и 102. В нескольких или во всех точках пересечения между этими конструктивными элементами 100, 101 и 102 введены исполнительные механизмы 111 или 114, которые для упрощения не описаны более подробно. Регулирующие задвижки 115 также предусмотрены в воздуховодах 103, причем для упрощения только одна регулирующая задвижка 115 схематично показана на фиг.8. Эта регулирующая задвижка 115 регулирует поперечное сечение потока соответствующего воздуховода 103 и служит для регулирования воздушного потока и/или давления воздуха в соответствующем воздуховоде 103. Одна или несколько таких регулирующих задвижек 115 преимущественно предусмотрены в каждом продольном элементе 100 каркаса, в каждом поперечном элементе 101 каркаса и в каждой поперечной балке 102, преимущественно в том месте, где воздух подают в соответствующий воздуховод 103, или непосредственно после точки пересечения. На практике должен быть найден компромисс между возможностями регулирования и оптимизацией веса воздушного судна, на котором используют регулирующие задвижки 115. Регулирующая задвижка 115 преимущественно представляет собой трубку Вентури, которая расположена в поперечном сечении воздуховода 103. Следовательно, исполнительные механизмы 111 и 114 используют для управления направлением воздушного потока и для управления прекращением протекания воздушного потока через соответствующий воздуховод, в то время как регулирующие задвижки 115 используют для установки (задания, регулировки) потока в соответствующем воздуховоде 103. Функциональные возможности этих исполнительных механизмов/ регулирующих задвижек также могут быть объединены, что позволяет предусматривать в точках пересечения конструктивных элементов 100, 101, 102 управляющие элементы, объединяющие желательные функциональные возможности.
Таким образом, описанный примерный вариант осуществления позволяет идеально создавать сеть, состоящую из воздуховодов 103, встроенных в полости в конструктивных элементах 100, 101, 102, которая охватывает весь пассажирский салон и которая может быть программирована и конфигурирована в соответствии с техническими требованиями заказчика при помощи блока управления, связанного с исполнительными механизмами 111, 114 и регулирующими задвижками 115. В результате кондиционирование воздуха и распределение воздушного потока в пассажирском салоне могут быть изменены и отрегулированы за счет различного приведения в действие исполнительных механизмов 111, 114 и регулирующих задвижек 115, без проведения переоснащения. Это является особенно предпочтительным при изменении конфигурации пассажирского салона (при изменении промежутков между креслами, при изменении положения кухонь, туалетов и т.п.). При таких изменениях конфигурации кондиционирование воздуха и распределение воздушного потока могут быть легко подстроены к этой новой конфигурации при помощи клавиш для правильного программирования блока управления.