СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ УЗЛОВ КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
METHOD OF CONNECTING THE AIRCRAFT STRUCTURE ASSEMBLIES

Область техники, к которой относится изобретение
Раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся в общем к способам соединения узлов конструкции летательного аппарата и в частности к стыковке панелей фюзеляжа летательного аппарата и секций, например к соединению обшивки фюзеляжа с несущей конструкцией фюзеляжа (например, соединителями по окружности фюзеляжа и продольными стрингерами или крыльевыми нервюрами).
Уровень техники
Обычно сборка конструкции деталей фюзеляжа летательного аппарата (например, секций фюзеляжа, подлежащих стыковке, или для соединения крыльевых нервюр с обшивкой крыла) включает в себя использование временных крепежных деталей (например, «фиксаторов Cleco») для обеспечения временного усилия зажима в узле из деталей, подлежащих соединению. Зажатые таким образом детали узла затем просверливают полуавтоматическими системами сверления или системами, известными в данной области техники, например системами и способами, раскрытыми в патентах США №№ 5560102 и 6073326, каждый из которых в полном объеме включен в настоящий документ путем ссылки. Временно соединенные детали узла после этого разбирают для удаления заусенцев и стружек, возникающих на этапе сверления, которые могли застрять между подлежащими соединению деталями блока. В случае сборки секции фюзеляжа соединители по его окружности и продольные соединители стрингеров обычно устанавливают на отделенных стадиях (этапах).
В качестве одного иллюстративного примера для понимания уровня техники, относящегося к описанным в настоящем документе вариантам осуществления, соединители по окружности и продольные стрингеры являются элементами соединения, которые используют для обеспечения соединения двух секций фюзеляжа летательного аппарата. Эти два элемента конструкции (то есть соединители по окружности и продольные стрингеры) соединяют с элементами обшивки фюзеляжа в области соединения двух секций фюзеляжа, и таким образом они становятся частью конструкции фюзеляжа. Поскольку этап соединения соединителей по окружности с обшивкой фюзеляжа включает в себя сверление через соседние элементы конструкции, может происходить накопление заусенцев между деталями (например, между обшивкой фюзеляжа и соединителями по его окружности). Такая же проблема может возникать во время процесса соединения продольных стрингеров с обшивкой фюзеляжа.
Сопровождающие чертежи фиг. 1A и 1B схематично изображают процесс сверления для соединения обшивки 10 летательного аппарата с несущей конструкцией 12 фюзеляжа летательного аппарата. Как видно, обшивку 10 и несущую конструкцию 12 временно соединяют друг с другом посредством фиксаторов 14 Cleco, расположенных в отверстии, образованном в деталях, и подлежащих замещению позже постоянной заклепкой. При сверлении, например, сверлом 16 возможно временное застревание металлических стружек (показанных схематично ссылочной позицией 20 на фиг. 1B) между обшивкой 10 и несущей конструкцией 12, например, из-за недостаточных усилий зажима фиксаторов 14 Cleco, которые могут обеспечивать возможность сгибания обшивки 10 наружу от несущей конструкции 12. Поэтому эту стружку 20 необходимо удалить перед окончательной сборкой, которая, таким образом, обеспечивает увеличение времени сборки и стоимости.
Поэтому было бы особенно желательным создать способ сборки, который решает проблемы, указанные выше в отношении обычных способов сборки деталей конструкции летательного аппарата. Таким образом, раскрытые в настоящем документе варианты осуществления направлены именно на обеспечение решений этих проблем.
Раскрытие изобретения
Раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к способу соединения деталей, который является более экономичным и эффективным по сравнению с обычными способами. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способ соединения деталей обеспечивают, помещая и временно зажимая детали, подлежащие соединению. Затем количество (n) направляющих отверстий можно просверлить через временно зажатые детали (например, детали можно временно зажимать посредством фиксаторов Cleco), причем количество (n) направляющих отверстий меньше, чем общее количество (N) отверстий, которые необходимо просверлить для обеспечения возможности соединения деталей постоянными фиксаторами. Тогда временные фиксаторы можно установить в упомянутом количестве (n) направляющих отверстий, которые просверлены. Оставшееся количество (η) отверстий, которые требуются в дополнение к количеству (n) направляющих отверстий, чтобы достигнуть общего количества (N) отверстий, требуемых для деталей, подлежащих соединению постоянными фиксаторами, можно после этого просверлить таким образом, чтобы постоянные фиксаторы можно было установить и в количестве (n) направляющих отверстий, и в оставшемся количестве (η) отверстий, которые просверлены к таким образом постоянно соединенным деталям.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления временные фиксаторы, установленные в количестве (n) направляющих отверстий, можно удалить, просверливая и после этого устанавливая в это место постоянные фиксаторы. Временные фиксаторы могут быть, например, временными заклепками.
В некоторых вариантах осуществления этапы сверления оставшегося количества (η) отверстий и удаления временных фиксаторов в количестве (n) направляющих отверстий можно достигать автоматизированным робототехническим сверлением и сборкой установки. Установки постоянных фиксаторов можно аналогично достигать такой автоматизированной системой.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, временно зажатые детали можно отодвигать друг от друга и затем очищать (например, удалять заусенцы и/или металлические опилки от операции сверления). После этого очищенные детали можно повторно размещать для совмещения направляющих отверстий, чтобы таким образом обеспечить возможность сверления оставшегося количества отверстий, как описано выше.
В некоторых вариантах осуществления одна из деталей, подлежащих соединению, включает в себя несущую конструкцию фюзеляжа, состоящую из соединителей по окружности и продольных стрингеров, а другая деталь является обшивкой летательного аппарата, подлежащей соединению с ней. В соответствии с такими вариантами осуществления соединители по окружности и продольные стрингеры можно сначала разместить и временно зажать на обшивке фюзеляжа. Как только количество (n) направляющих отверстий было просверлено, временно зажатые соединители по окружности и продольные стрингеры можно отделить от обшивки летательного аппарата для очистки деталей и удаления заусенцев. Несущую конструкцию фюзеляжа, которая содержит соединители по окружности и продольные стрингеры, можно затем разместить на обшивке фюзеляжа, чтобы совместить направляющие отверстия друг с другом на этой же стадии (этапе).
Эти и другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными после тщательного рассмотрения нижеследующего подробного описания его предпочтительных примерных вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
Раскрытые варианты осуществления настоящего изобретения будут лучше и более основательно поняты при обращении к нижеследующему подробному описанию примерных неограничивающих иллюстративных вариантов осуществления в сочетании с чертежами, на которых:
фиг. 1A и 1B схематично изображают обычный этап сверления во время сборки обшивки летательного аппарата с несущей конструкцией; и
фиг. 2 - принципиальная блок-схема этапов, используемых в способе соединения деталей друг с другом в соответствии с раскрытым в настоящем документе вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Одним примерным вариантом осуществления способа сборки конструкции является соединение по окружности секций фюзеляжа, которое представляет собой соединение соединителей по окружности и продольных стрингеров с обшивкой фюзеляжа в области соединения стыкуемых секций фюзеляжа. В соответствии с этим вариантом осуществления установку соединителей по окружности и продольных стрингеров выполняют одновременно, чтобы повысить жесткость конструкции (то есть чтобы увеличить усилие для соединения деталей узла) и избежать застревания стружек и заусенцев между деталями, что может происходить в результате этапа сверления.
Принципиальная блок-схема примерного варианта осуществления сборки конструкции секций фюзеляжа показана на сопровождающем чертеже фиг. 2. Как показано, способ сборки обычно включает в себя этап 20 размещения вручную соединителей по окружности и продольных стрингеров на обшивке фюзеляжа в области соединения двух секций фюзеляжа. Размещенные вручную соединители по окружности и продольные стрингеры временно соединяют с обшивкой фюзеляжа при помощи временных фиксаторов (Cleco) для обеспечения усилия зажима на деталях узла (например, обшивку фюзеляжа, соединители по окружности и продольные стрингеры).
В то время, когда детали соединены усилием зажима временных фиксаторов (Cleco), на этапе 24 вручную просверливают выбранное количество направляющих отверстий через прилегающие друг к другу временно зажатые детали. При этом выбранное количество просверленных направляющих отверстий будет составлять процентную долю от общего количества отверстий, необходимых для соединения деталей введением постоянных фиксаторов, таких как постоянные заклепки и/или штифты. Количество направляющих отверстий будет изменяться в зависимости от узла из деталей, подлежащих соединению, и конкретного размера такого узла из деталей. В общем, однако, оно может составлять между приблизительно 5% и приблизительно 50% от общего количества необходимых отверстий.
Как только количество направляющих отверстий просверлено, временные фиксаторы (Cleco) удаляют на этапе 26 для обеспечения возможности удаления соединителей по окружности и продольных стрингеров. Тогда узел из деталей может быть очищен для удаления каких-либо заусенцев и/или стружки, которые могут присутствовать в результате сверления на этапе 24. Поскольку просверленные направляющие отверстия составляют процентную долю от общего количества отверстий, необходимых для соединения деталей, время, необходимое для очистки деталей, является более коротким.
Как только детали очищены, они готовы для уплотнения (установки уплотнения) на этапе 28. После этого соединители по окружности и продольные стрингеры уплотняют на этапе 30 в соответствии со способами, известными в данной области техники.
Затем соединители по окружности и продольные стрингеры повторно размещают одновременно на обшивке фюзеляжа на этапе 32 в области соединения между двумя секциями фюзеляжа таким образом, чтобы соответствующие направляющие отверстия в обшивке, соединителях по окружности и продольных стрингерах были совмещены. Одновременное повторное размещение соединителей по окружности и продольных стрингеров на обшивке фюзеляжа повышает жесткость конструкции (то есть увеличивает усилие для соединения деталей узла). Временные (монтажные) заклепки можно затем устанавливать в совмещенных направляющих отверстиях в соответствии с этапом 34. Таким образом обеспечивается усиленная целостность и жесткость конструкции между обшивкой с одной стороны и несущей конструкцией (то есть соединителями по окружности и продольными стрингерами) с другой стороны, чтобы полностью исключить стружки и заусенцы, застрявшие между деталями, которые могут возникать в результате сверления, происходящего на следующем этапе.
Соединенные таким образом детали можно затем подвергать автоматизированному сверлению и наклепке на этапе 36. Конкретно на этом этапе 36 будет просверлено оставшееся количество необходимых отверстий. Таким образом, количество (η) оставшихся отверстий, которое должно быть просверлено на этапе 36, будет равно общему количеству (N) отверстий, требуемых для соединения деталей постоянными фиксаторами, за вычетом количества (n) направляющих отверстий, ранее просверленных и занятых временными (монтажными) заклепками на этапе 34 (η=N-n).
Количество (η) оставшихся необходимых отверстий предпочтительно будет просверлено автоматизированной робототехнической системой сверления и сборки, известной в данной области техники. Такая автоматизированная система сверления и сборки также удалит путем просверливания временные (монтажные) заклепки, установленные ранее на этапе 34, таким образом, чтобы постоянные фиксаторы (например, постоянные заклепки и/или штифты) можно было установить во всех отверстиях (то есть общее количество (N) отверстий), включая количество (η) отверстий, просверленных в соответствии с этапом 36, и количество (n) направляющих отверстий, имеющих временные (монтажные) заклепки, установленные в этом месте, которые удаляются (уничтожаются) сверлением на этапе 36. Автоматизированное сверление и установку постоянных фиксаторов можно выполнять с помощью робота посредством обычной автоматизированной системы сверления и сборки. Со всеми постоянными фиксаторами, установленными в общем количестве отверстий, требуемых для соединения обшивки с соединителями по окружности и продольными стрингерами, требуемые манжеты можно затем устанавливать вручную на этапе 38 для завершения процесса установки.
Способы, описанные выше в настоящем документе, относятся к сборке соединителей по окружности и продольных стрингеров с обшивкой фюзеляжа. Однако способы могут быть аналогичным образом использованы для соединения друг с другом других деталей конструкции, например для соединения обшивки крыла с крыльевыми нервюрами.
Поэтому, хотя изобретение было описано в отношении того, что в данный момент предполагается наиболее практически осуществимым и предпочтительным вариантом осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытым вариантом осуществления, но, напротив, подразумевает охват различных модификаций и эквивалентных конфигураций в рамках его сущности и объема.