УЗЕЛ ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ, СОЕДИНЕННЫХ ПОСРЕДСТВОМ УСТРОЙСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ЦЕЛОСТНОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ОДНОГО ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ
ASSEMBLY OF ELEMENTS CONNECTED BY DEVICE PROTECTING SURFACE OF ONE OF SAID ELEMENTS

Настоящее изобретение относится к узлу из элементов, соединенных посредством устройства, обеспечивающего целостность поверхности одного из элементов.
На фиг.1 показана известная из уровня техники конструкция воздухозаборника с электрической противообледенительной системой.
Подобно любой известной системе, эта конструкция воздухозаборника 1 содержит наружную панель 3, расположенную на наружной периферии гондолы, а также кромку 5 воздухозаборника, которая образует передний край гондолы и находится на продолжении кольцевой внутренней части 7. Эту часть называют обычно «обечайкой», причем эта обечайка может обладать звукопоглощающими свойствами.
Предусмотрено усиление конструкции воздухозаборника с помощью внутренней перегородки 9.
Для снижения уровня шума, производимого гондолой, кромку 5 воздухозаборника обычно оснащают звукопоглощающей панелью Р, имеющей сотовую конструкцию, а в самой кромке 5 выполняют отверстия 6.
Внутреннюю перегородку 9 обычно крепят заклепками, с одной стороны - на внутреннем слое монолитной части 11 панели Р, а с другой стороны - на внутренней обшивке 13 соединительного элемента 15, также выполняемого в виде сотовой конструкции, при этом указанная сотовая конструкция, а также концы 17а и 17b внутренней обшивки 13 приклеиваются с внутренней стороны наружной обшивки 3.
Применение такого промежуточного соединительного элемента 15 позволяет исключить ситуацию, когда соединительные заклепки для крепления перегородки 9 выступают наружу из наружной панели 3, что приводит к ухудшению аэродинамических свойств конструкции воздухозаборника.
В воздухозаборную кромку 5 встроены сами по себе известные электрические средства защиты от обледенения.
Соединительный элемент 15, сотовая конструкция которого обычно выполнена из металла, имеет довольно большой вес, поэтому его необходимо облегчить.
Кроме того, в случаях, когда требуется использовать вместо электрической системы защиты от обледенения пневматическую, следует иметь в виду, что внутри отсека 19, ограниченного перегородкой 9, имеют место довольно высокие температуры, обычно около 400°С.
При таких температурах клей, используемый для прикрепления соединительного элемента 15, перестает держать, в связи с чем нарушается прочность составных частей конструкции.
Итак, целью заявленного изобретения является разработка соединительного устройства, выполненного с возможностью соединять два элемента с сохранением целостности поверхности одного из двух элементов, вес которого был бы меньше веса соединительного элемента  15 с сотовой конструкцией.
Другая цель заявленного изобретения состоит в разработке соединительного элемента вышеуказанного типа, который можно устанавливать в зоне действия высоких температур, например в отсеке пневматической системы защиты от обледенения конструкции воздухозаборника.
Для достижения указанных целей предложен узел, включающий в себя первый элемент, второй элемент и соединительное устройство между этими двумя элементами, которое выполнено таким образом, чтобы обеспечить сохранение целостности поверхности указанного второго элемента, данный узел отличается тем, что он содержит структурирующую обшивку, прикрепленную к указанному первому элементу, и пористый материал, нанесенный на указанную структурирующую обшивку и контактно связанный с указанным вторым элементом.
Понятие «контактно связанный» относится к непроникающему прикреплению ко второму элементу, в частности прикреплению припаиванием или приклеиванием.
Использование пористого материала, то есть материала с множеством ячеек, не заполненных веществом, позволяет существенно уменьшить вес по сравнению с соединительными элементами с сотовой конструкцией, известными из уровня техники.
В соответствии с другими опциональными признаками заявленного узла,
- указанный пористый материал выбран из группы, включающей в себя пеноматериалы, вспученные материалы, войлоки, конгломераты из мелких элементов;
- указанный пористый материал имеет закрытые, т.е. не сообщающиеся, ячейки;
- указанный пористый материал имеет открытые, т.е. сообщающиеся, ячейки;
- указанный пористый материал прикреплен посредством припаивания или приклеивания к указанной структурирующей обшивке и/или к указанному второму элементу;
- указанная структурирующая обшивка выходит за пределы указанного пористого материала, а ее концы механически закреплены на указанном втором элементе;
- указанный первый элемент прикреплен заклепками к указанной структурирующей обшивке;
- материал, представляющий собой указанный пористый материал, выбирают из группы, включающей в себя металлические, полимерные, керамические или композитные материалы;
- указанный пористый материал выбран из группы, включающей в себя материалы, выдерживающие температуры до 200°С; материалы, выдерживающие температуры до 400°С; материалы, выдерживающие температуры до 600°С, и материалы, выдерживающие температуры до 800°С; пористые материалы такого типа, в частности, можно использовать для соединения внутренней перегородки противообледенительного отсека с внутренней поверхностью наружной панели конструкции воздухозаборника с пневматической противообледенительной системой;
- материал, представляющий собой указанный пористый материал, выбран из группы, включающей в себя металлические или керамические материалы;
- указанное керамическое вещество представляет собой углеродную пену;
- указанный пористый материал приклеен к указанной структурирующей обшивке;
- указанная структурирующая обшивка выполнена из материалов, выбранных из группы, которая включает в себя металлические сплавы, керамические материалы, композиты с металлической матрицей, композиты с керамической матрицей;
- указанный пористый материал образован путем наложения слоев пористых материалов с разными характеристиками в направлении по толщине материала;
- указанный пористый материал образован путем пригонки друг к другу блоков из пористых материалов с разными характеристиками в направлении параллельно средней плоскости материала;
- по меньшей мере, одна сотовая конструкция пригнана к указанному пористому материалу, причем эта конструкция и этот материал находятся между указанной структурирующей обшивкой и указанным вторым элементом.
Настоящее изобретения также относится к конструкции воздухозаборника гондолы турбореактивного двигателя с пневматической противообледенительной системой, содержащей кромку воздухозаборника, наружную панель и внутреннюю перегородку, соединяющую указанную кромку воздухозаборника с указанной наружной панелью, ограничивая отсек пневматической противообледенительной системы, которая отличается тем, что указанная внутренняя перегородка соединена с указанной наружной панелью соединительным элементом, содержащим структурирующую обшивку, прикрепленную к указанной внутренней перегородке, и пористый материал, нанесенный на указанную структурирующую обшивку и контактно закрепленный внутри указанной наружной панели таким образом, что указанная внутренняя перегородка, указанный соединительный элемент и указанная наружная панель образуют вышеописанный узел.
В соответствии с другими опциональными признаками этой конструкции воздухозаборника:
- указанная кромка воздухозаборника оснащена по меньшей мере первой звукопоглощающей панелью из пористого материала с открытыми ячейками, выдерживающей температуры до 400°С и обладающей высокой теплопроводностью, которая находится внутри указанного противообледенительного отсека и удерживается передним по потоку удерживающим листом и задним по потоку удерживающим листом, причем эта звукопоглощающая панель и задний по потоку удерживающий лист определяют вместе с указанной внутренней перегородкой и указанной кромкой узел согласно раскрытому выше;
- указанная конструкция воздухозаборника содержит вторую звукопоглощающую панель из пористого материала с открытыми ячейками, закрепленную внутри указанной кромки воздухозаборника сзади по потоку от указанной внутренней перегородки, отделенную от указанной первой панели уплотнением из пористого материала с открытыми ячейками, способного выдерживать температуры до 400°С и обладающего низкой теплопроводностью;
- указанная вторая звукопоглощающая панель выбрана из группы, включающей в себя панель из пористого материала с открытыми ячейками согласно раскрытому выше, способную выдерживать температуры до 120°С, и панель с сотовой конструкцией;
- указанная первая панель, указанное уплотнение из пористого материала и указанная вторая панель покрыты общим листом, на котором закреплена, предпочтительно заклепками, указанная внутренняя перегородка, причем этот общий лист и эти панели определяют узел согласно раскрытому выше;
- указанная конструкция воздухозаборника выполнена таким образом, что кромка воздухозаборника образует единый узел с наружной стенкой конструкции воздухозаборника, причем этот единый узел может скользить относительно кожуха вентилятора турбореактивного двигателя, как раскрыто, например, в документе FR 2906568.
Остальные признаки и преимущества заявленного изобретения являются очевидными из нижеследующего подробного описания, приводимого со ссылками на приложенные чертежи, где;
- фиг.1 иллюстрирует известную из уровня техники конструкцию воздухозаборника типа раскрытой в преамбуле настоящего описания;
- фиг.2 схематически иллюстрирует в разрезе в увеличенном масштабе один из вариантов исполнения соединительного элемента, который можно встраивать в узел согласно изобретению;
- фиг.3-7 иллюстрируют различные варианты реализации конструкций воздухозаборника для гондолы турбореактивного двигателя, включающие в себя узлы согласно изобретению.
На всех чертежах одинаковые или сходные элементы или группы элементов обозначены одними и теми же или сходными номерами позиций или группами позиций.
Как показано на фиг.2, соединительный элемент 19, предназначенный для встраивания в узел согласно изобретению, содержит структурирующую обшивку 21, выполненную в виде листа.
На эту структурирующую обшивку 21 нанесен материал 23, который является пористым, то есть имеет множество ячеек, не заполненных веществом.
Этот пористый материал, который может представлять собой либо пеноматериал, либо вспученный материал, либо войлок, либо конгломерат из мелких элементов типа шариков, может быть закреплен на структурирующей обшивке 21 путем приклеивания или припаивания.
В зависимости от того, требуется или не требуется, чтобы указанный пористый материал обладал звукопоглощающими свойствами, он может соответственно иметь открытые, т.е. сообщающиеся, ячейки или закрытые, т.е. не сообщающиеся, ячейки.
Пористый материал 23 может состоять из коммерчески доступных металлических, полимерных, керамических или композитных материалов.
Этот пористый материал 23 выбирают в зависимости от условий эксплуатации соединительного элемента 19.
В нижеследующей таблице в качестве примеров приведены различные типы пеноматериалов, которые пригодны для использования в качестве пористого материала при различных условиях эксплуатации соединительного элемента.
Свойства
Тип пеноматериалов
Имеющиеся на рынке марки
Пеноматериалы, выдерживающие относительно высокие температуры (до 600°С и более)
Пеноматериалы на основе хромоникелевого сплава с плотностью от 0,6 до 0,65 г/см<sup>3</sup>
RECEMAT - выпускается компанией RECEMAT INTERNATIONAL, либо металлические пеноматериалы компании FiberNide
Углеродный пеноматериал, выдерживающий температуры выше 600°С
Пеноматериалы, выдерживающие относительно низкие температуры (до 200°С)
Пеноматериалы на основе алюминия с плотностью от 0,2 до 0,4 г/см<sup>3</sup>
Пеноматериалы компании CYMAT
Пеноматериал из полиметакрилимида с плотностью 0,05 г/см<sup>3</sup>
ROHACELL - выпускается компанией EMKAY PLASTICS
Пеноматериалы с относительно высокой теплопроводностью
Пеноматериалы на основе никеля: удельная теплопроводность может достигать 9 Вт/м К при минимальной пористости 90%
Пеноматериалы на основе сплава алюминия и меди: теплопроводность может достигать 100 Вт/м К при минимальной пористости 65%
Углеродный пеноматериал: теплопроводность может достигать 25 Вт/мК при минимальной пористости 78%
Пеноматериалы с относительно низкой теплопроводностью
Керамический пеноматериал: удельная теплопроводность составляет от 0,01 до 1 Вт/м К при удельном весе от 0,02 до 0,4 г/см<sup>3</sup>
Пеноматериал из полиметакрилимида с теплопроводностью 0,031 Вт/м К при плотности 0,032 г/см<sup>3</sup>
ROHACELL 31  - выпускается компанией EMKAY PLASTICS
В конкретном случае, когда соединительный элемент 19 предназначен для установки в высокотемпературных зонах гондолы летательного аппарата (в частности, в зоне выброса выхлопных газов турбореактивного двигателя), принимают меры к тому, чтобы пористый материал представлял собой материал, способный выдерживать температуры до 800°С. Для этой цели подойдет, например, углеродная пена.
Что касается материала, используемого для структурирующей обшивки 1 соединительного элемента 19, то его выбирают в зависимости от ограничений по весу, температуре и механическим нагрузкам.
Этот материал может быть выбран из группы, включающей в себя металлические сплавы, керамические материалы, композиты с металлической матрицей (ММС) и композиты с керамической матрицей (CMC).
Следует отметить, что пористый материал 23 может быть не однородным, а, наоборот, имеющим области с различными характеристиками звукопоглощения.
Такими областями могут быть области, где материал отсутствует (полости) и/или области из пористых материалов различного типа (например, с разной плотностью пены).
Такой разнородности пористого материала 23 можно добиться путем наложения слоев различных пористых материалов по толщине соединительного элемента и/или посредством пригонки друг к другу блоков из пористых материалов в направлении средней плоскости панели.
Подобная разнородность пористого материала 23 позволяет изготовить соединительный элемент по специальным техническим требованиям, то есть с максимальным учетом условий (геометрии, температуры, характеристик звукопоглощения и т.д.), в которых предстоит его эксплуатировать.
Далее на нескольких конкретных примерах иллюстрируются различные варианты исполнения заявленного узла, в состав которого входят соединительные элементы вышеописанного типа.
Все эти примеры относятся к конкретному случаю конструкции воздухозаборника летательного аппарата, аналогичной той, которая рассмотрена в преамбуле к настоящему описанию, однако, само собой разумеется, что они никоим образом не имеют ограничительного характера, так что заявленный узел вполне можно применить и в других местах гондолы турбореактивного двигателя летательного аппарата.
В нижеследующем описании внимание обращается исключительно на отличительные признаки по сравнению с признаками конструкции воздухозаборника, упомянутой в преамбуле к настоящему описанию
На фиг.3 показан коллектор 25 горячего воздуха, соединенный по меньшей мере с одним трубопроводом 27 подачи горячего воздуха, который, в свою очередь, соединен с горячей зоной турбореактивного двигателя (не показано).
Указанный коллектор 25 обеспечивает распределение горячего воздуха 29 внутри отсека 19 и тем самым повышение температуры в этом отсеке до значений, которые могут достигать 400°С. В результате этого удается выполнить так называемую «пневматическую» защиту от обледенения кромки 5 конструкции воздухозаборника 1.
В рабочем режиме воздушный поток F протекает вдоль кромки 5 и обечайки 7, после чего поступает внутрь турбореактивного двигателя, расположенного в гондоле.
Далее в тексте выражения «передний по потоку» и «задний по потоку» используются с учетом направления циркуляции воздуха, показанного стрелкой F.
Конструкция воздухозаборника 1 может быть такой, в которой кромка 5 воздухозаборника и наружная панель 3 образуют единый узел, выполненный с возможностью скольжения относительно обечайки 7 в процессе проведения операций техобслуживания, как раскрыто, например, в документе FR 2906568. В этом случае конструкцию обычно называют "ламинарный передний обтекатель" (LFC - от английского "Laminar Forward Cowl").
Следует, однако, иметь в виду, что изобретение ни в коем случае не ограничивается этим конкретным типом конструкции воздухозаборника.
В примере, представленном на фиг.3, воздухозаборная кромка 5 не имеет звукопоглощающих средств, а внутренняя перегородка 9 прикреплена непосредственно к этой кромке.
Второй конец указанной внутренней перегородки 9 соединен с наружной панелью 3 посредством соединительного элемента 19 вышеописанного типа: говоря точнее, рассматриваемый конец внутренней перегородки 9 прикреплен средствами крепления, например заклепками 31, к структурирующей обшивке 21 соединительного элемента 19, а пористый материал 23 контактно закреплен, например посредством приклеивания или припаивания, внутри наружной панели 3.
В этом конкретном варианте пористый материал 23 может представлять собой пеноматериал, выдерживающий высокие температуры (до 400°С) и обладающий низкой теплопроводностью, например керамическую пену.
Однако можно выбрать пеноматериал с высокой теплопроводностью, если требуется обеспечить надежную защиту от обледенения той части наружной панели 3, которая расположена возле соединительного элемента 19.
Таким образом, становится понятно, что указанный соединительный элемент позволяет присоединить внутреннюю перегородку 9 к наружной панели 3 без внедрения в эту наружную панель, благодаря чему ее аэродинамические характеристики не ухудшаются.
Использование пористого материала 23 позволяет значительно облегчить средства соединения внутренней перегородки 9 с наружной панелью 3 по сравнению с известными техническими решениями, предусматривающими применение сотовой конструкции (см. фиг.1).
Кроме того, благодаря использованию пористого материала 23, пригодного к работе в температурных условиях, имеющих место в этой конкретной зоне гондолы, удается избежать проблем устойчивости к воздействию высоких температур соединительных конструкций сотового типа.
Следует отметить, что соединительный элемент 19, который можно изготовить из имеющихся на рынке пеноматериалов, является очень экономичным.
В варианте, представленном на фиг.4, структурирующая обшивка соединительного элемента 19 выходит за пределы пористого материала 23, а ее концы 33а, 33b закреплены посредством приклеивания или припаивания внутри наружной панели 3.
В варианте, представленном на фиг.5, сотовая конструкция 35 располагается на линии продолжения пористого материала 23, при этом структурирующая обшивка 21 одновременно перекрывает этот пористый материал и конструкцию 35. В результате пористый материал 23 оказывается в горячей зоне, а сотовая конструкция 35, находящаяся за внутренней перегородкой 9, - в холодной зоне.
В соответствии с этим вариантом, длину и характеристики пористого материала 23 выбирают таким образом, чтобы температуры на его заднем по потоку конце были приемлемы для сотовой конструкции 35.
Можно применить даже несколько пористых материалов, с тем чтобы, во-первых, добиться высокой теплопроводности в направлении той части наружной панели 3, которая расположена возле внутренней перегородки, и, во-вторых, создать препятствие для теплопередачи в направлении сотовой конструкции 35.
Вариант, представленный на фиг.6, отличается от варианта по фиг.3 тем, что кромка 5 воздухозаборника снабжена звукопоглощающей панелью Р, выполненной также из пористого материала (а не в виде сотовой конструкции, как это было в случае воздухозаборника, представленного на фиг.1), и удерживается передним по потоку листом 36 и задним по потоку листом 37.
Внутреннюю перегородку 9 обычно крепят с помощью заклепок к заднему по потоку листу 37.
Пористый материал для звукопоглощающей панели Р выбирают таким образом, чтобы он выдерживал температуры до 400°С.
Также следует предусмотреть, чтобы этот пористый материал имел высокую теплопроводность, чтобы тепло горячего воздуха, находящегося внутри противообледенительного отсека 19, обогревало поверхность воздухозаборной кромки 5, обеспечивая эффективную защиту от обледенения.
В варианте, представленном на фиг.7, опять используется панель Р1, аналогичная панели Р, показанной на фиг.6, за которой находится панель Р2 согласно изобретению, пористый материал которой выбирают таким образом, чтобы он выдерживал температуры до 120°С.
Между указанными панелями Р1 и Р2 находится уплотнение 39, по существу, кольцевой формы, выполненное, предпочтительно, из пористого материала, способного выдерживать температуры до 400°С.
Как показано на фиг.7, уплотнение 33 и звукопоглощающая панель Р2 расположены за внутренней перегородкой 9. Если говорить точнее, имеется лист 41, покрывающий заднюю по потоку часть панели Р1, уплотнение 39 и панель Р2, при этом отвод 43 внутренней перегородки 25 крепится, предпочтительно, заклепками к передней по потоку части листа 41.
В частном случае, когда конструкция воздухозаборника 1 представляет собой вышеупомянутую конструкцию LFC (ламинарный передний обтекатель), можно предусмотреть закрепляемые на листе 41 центрирующие элементы 45, которые обеспечивают возможность центрирования конструкции воздухозаборника относительно обечайки 7.
Как и в случае с конструкцией на фиг.6, обшивка кромки 5 воздухозаборника образует структурирующую обшивку панелей Р1 и Р2, которая имеет отверстия 6.
Совершенно очевидно, что можно задать для каждой из панелей Р1 и Р2 разные акустические свойства и выполнить узел из панелей Р, Р1, Р2 посредством пригонки друг к другу и/или наложения друг на друга блоков пеноматериала, которые могут образовывать полости.
Можно также, разумеется, предусмотреть возможность замены заявленной звукопоглощающей панели Р2 из пористого материала обычной панелью с сотовой конструкцией: поскольку зона, где находится панель Р2, значительно менее горячая, чем зона, где находится панель Р1, использование обычной звукопоглощающей панели вполне возможно.
Также следует отметить, что для уплотнения 39 предпочтительнее выбрать пористый материал с низкой теплопроводностью, чтобы обеспечить надлежащую теплоизоляцию панели Р2 относительно панели Р1: Для этой цели может подойти, например, керамическая пена.
Необходимо понимать, что при использовании вариантов, представленных на фиг.6 и 7, лист 37 или 41 и панель Р или Р1 образуют элементы, соединяющие внутреннюю перегородку 9 с кромкой 5 согласно раскрытому в заявленном изобретении, то есть с закреплением внутренней перегородки 9 на структурирующей обшивке 37, 41, которая, в свою очередь, приклеивается или припаивается к пористому материалу Р или Р1, а этот последний приклеивается или припаивается внутри кромки 5, что позволяет получить непроникающее соединение с этой кромкой, а следовательно, добиться сохранения ее аэродинамических свойств.
Разумеется, изобретение не ограничивается описанными выше и проиллюстрированными на чертежах вариантами реализации, которые были приведены лишь в качестве примера.