FITTING ASSEMBLY FOR PARTITION, METHOD OF ITS MANUFACTURING FOR CREATION OF FITTING AND DEVICE FOR ITS CREATION
УЗЕЛ ФИТИНГА ДЛЯ ПЕРЕГОРОДКИ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ФИТИНГА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО СОЗДАНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение в общем случае относится к фитингу для перегородки, а более конкретно к узлу гидравлического фитинга для перегородки для использования в самолете композитной или комплексной конструкции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Фитинги для перегородки используются в качестве части системы, когда необходимо пропустить канал, трубку или иное аналогичное устройство через барьерный элемент, не проницаемый для текучей среды, или перегородку, не проницаемую для текучей среды. Указанные перегородки могут быть выполнены для формирования топливных баков, пространств с контролируемой средой, воздухосодержащих блоков, предназначенных для отделения жидкости или газа от окружающей среды. Указанные фитинги для перегородки снабжаются дополнительными уплотнениями, чтобы посредством уплотнительных колец, плотного соединения и угловых уплотнений с образованием скругления предотвращать внешнее перемещение текучей среды или ее просачивание через перегородку вокруг трубки.
Известный фитинг для перегородки функционирует посредством создания прочного и надежного присоединения к конструкции, обеспечивающего возможность перемещения текучей среды сквозь зону сопряжения через элементарную трубку для переноса или перемещения. В гидравлических системах гидравлическая текучая среда (и в результате этого, элементарная гидравлическая трубка для обеспечения перемещения) может нагреваться до высоких температур. Эта высокая температура может повредить конструкцию при наличии прямого соединения элементарной трубки для обеспечения перемещения с теплочувствительной конструкцией. Тепло может также приводить к деформированию или изменению зоны сопряжения между перегородкой и каналом и к ухудшению уплотнительных свойств фитинга. В этой связи были разработаны средства обеспечения теплоизоляции фитинга для перегородки и канала от перегородки, вследствие чего предотвращается повреждение перегородки.
Одним примером такой теплоизоляции является использование пластмассового изолятора между фитингом и перегородкой. Этот барьерный элемент может иметь толщину до одного дюйма (2,54 см) с любой стороны фитинга, однако он обеспечивает достаточную изоляцию, чтобы предотвращать повреждение перегородки. Еще одним примером является использование широкой теплопроводящей поверхности для рассеивания тепла без создания локализованной области высокой температуры.
При использовании композитных материалов для самолета может возникать необходимость в гидравлических каналах в качестве средств переноса электрической энергии, образуемой вследствие ударов молнии или импульсной помехи электростатического происхождения, обусловленной осадками. Поскольку теплоизолирующие материалы часто также имеют по существу электроизоляционные свойства, этот способ часто по существу не обеспечивает возможности реализации комбинированного решения, сочетающего непроводимость тепла (для оказания сопротивления потоку тепла) с электропроводимостью (для пропуска электрического тока от фитинга к перегородке) в отношении свойств изолирующих материалов в гидравлическом фитинге для перегородки. Для обеспечения электропроводимости при обеспечении теплоизоляции, ток может быть отведен от гидравлической линии.
Кроме того, Федеральными авиационными правилами (FAR) 25.981 требуется использование избыточной системы таким образом, что никакое единичное повреждение в сочетании со скрытым повреждением не может привести к появлению источника воспламенения в топливном баке самолета. Вследствие вышесказанного в данной области техники существует необходимость в усовершенствованном узле фитинга для перегородки, который отвечает требованиям правил FAR 25.981.
Одним способом преодоления указанного ограничения является использование дополнительных компонентов, размещаемых с установкой фитинга для перегородки. Установка этих дополнительных частей может приводить к увеличению времени установки фитинга для перегородки и утяжелению этой конструкции при обеспечении защиты против распространения искр. Вследствие вышесказанного предложен новый узел фитинга для перегородки, чтобы преодолеть указанные и другие недостатки известных технических решений. Предложенный узел обеспечивает создание комбинированного решения для изоляции материалов с использованием металлического титана (или эквивалента) в качестве более эффективного решения, чем существующие способы, с обеспечением экономии в отношении весовых характеристик и затрат для изготовителя.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящей заявке раскрыт новый фитинг для перегородки, который содержит трубку, монтажный фланцевый выступ и термооболочку, соединяющую монтажный фланцевый выступ с трубкой. Термооболочка содержит тонкий барьерный элемент, образующий воздушный промежуток между трубкой и монтажным фланцевым выступом, в результате чего уменьшается теплоперенос между трубкой и монтажным фланцевым выступом. Также раскрыт новый способ изготовления узла фитинга для перегородки. Указанный способ включает этапы обеспечения использования трубки с проходящим по периметру заплечиком и монтажного фланцевого выступа с центральным отверстием и цилиндрической оболочкой, проходящей от центрального отверстия. Проходящий по периметру заплечик и цилиндрическая оболочка приварены друг к другу, образуя таким образом цельнометаллический фитинг. Благодаря этому фитинг имеет термооболочку, которая включает в себя периферический барьерный элемент для предотвращения просачивания и для электрического экранирования.
Также здесь раскрыт новый способ уплотнения отверстия в перегородке. Этот способ включает в себя этапы вставки втулки через отверстие и вставки через указанное отверстие гидравлического фитинга. Гидравлический фитинг в общем случае включает в себя трубку для переноса гидравлической текучей среды, монтажный фланцевый выступ и переходник для прикрепления гидравлического фитинга к перегородке. К переходнику прикреплена зажимная гайка, в результате чего перегородка оказывается зажата между монтажным фланцевым выступом фитинга и указанной гайкой. Трубка соединена с монтажным фланцевым выступом тонкой термооболочкой.
Согласно другим вариантам реализации изобретения термооболочка содержит периферический фланцевый выступ, выступающий радиально от трубки, и цилиндрическую оболочку, проходящую от монтажного фланцевого выступа в осевом направлении.
Согласно еще одному варианту реализации термооболочка обеспечивает создание непрерывного цельнометаллического пути или мостика между трубкой и монтажным фланцевым выступом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан вид в перспективе самолета согласно одному варианту реализации изобретения.
На фиг. 2 показан вид сверху в разрезе крыла самолета, изображенного на фиг. 1.
На фиг. 3 показан вид сбоку в разрезе одного варианта реализации изобретения.
На фиг. 4 показан вид сбоку в разрезе еще одного варианта реализации изобретения.
На фиг. 5 показан вид сбоку в разрезе узла фитинга.
На фиг. 6 показан вид сбоку в разрезе еще одного узла фитинга.
На фиг. 7 показан вид сбоку в разрезе одного компонента фитинга.
На фиг. 8 показан вид сбоку в разрезе второго компонента фитинга.
На фиг. 9 показан вид сбоку в разрезе собранного фитинга.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан самолет 100 согласно одному варианту реализации изобретения. Самолет 100 в общем случае включает в себя фюзеляж 102, крылья 104 и хвост 106. Крылья 104 могут включать в себя баки для хранения топлива для самолета 100. Внутри крыльев 104 баки могут иметь перегородки 108 (фиг. 2) для изолирования топлива от остальной части самолета. Как показано далее на фиг. 2, через перегородку 108 могут проходить несколько гидравлических каналов 112, при этом каждый гидравлический канал 112 включает в себя фитинг 110 для перегородки.
Хотя концепция применения фитинга 110 описана в общем случае для самолета 100, очевидно, что фитинг 110 может быть использован для решения задач в других технических областях, имеющих отношение, помимо прочего, к промышленности, космосу, строительству или плавучим средствам. Кроме того, фитинг 110 может быть использован для решения негидравлических задач, имеющих отношение, помимо прочего, к электроканалам, водным каналам или воздушным каналам. Фитинг, описанный в настоящем документе, может содержаться в других каналах, трубках или устройствах, проходящих через перегородку 108 или иной барьерный элемент.
На фиг. 3-4 проиллюстрированы различные варианты реализации изобретения описанного устройства. В общем случае, как показано на фиг. 3, узел 110 фитинга для перегородки содержит монтажный фланцевый выступ 114, выполненный с возможностью прикрепления к перегородке 108 (см. фиг. 5-6), и трубку 116, образующую часть канала 112 (см. фиг. 2). Трубка 116 присоединена к монтажному фланцевому выступу 114 термооболочкой 118, ограничивающей теплоперенос между трубкой и монтажным фланцевым выступом.
Как хорошо известно в данной области техники, количество тепла, которое может быть перенесено через тепловой мостик или путь, зависит от площади поперечного сечения теплового мостика или пути, его длины и теплопроводимости его материала. Тепловой мостик или путь в фитинге 110 для перегородки, через который происходит теплоперенос, ограничен оболочкой. Уменьшением площади поперечного сечения оболочки 118 и теплопроводимости материала в оболочке 118 достигается уменьшение количества тепла, переносимого к перегородке 108. Для обеспечения защиты перегородки может быть осуществлено управление теплом, переносимым через оболочку 118, посредством регулировки длины термооболочки 118. Тепло, переносимое через термооболочку 118 к монтажному фланцевому выступу 114 и перегородке 108, может быть рассеяно от перегородки 108 в окружающую среду, дополнительно уменьшая риск открытия перегородки 108 воздействию высоких температур.
Поскольку достигнуто уменьшение площади поперечного сечения термооболочки 118, то оболочка 118 оказывается тонкой, а поэтому должна быть выполнена из материала, который обеспечивает большую механическую прочность для реализации возможности переноса механической нагрузки от трубки к монтажному фланцевому выступу и перегородке. Для выполнения непрерывной цельнометаллической конструкции, обеспечивающей возможность электропроводимости, указанный материал в предпочтительном варианте реализации изобретения выбирают таким, чтобы он поддавался сварке, благодаря чему оболочка 118 может быть выполнена и изготовлена из отдельных деталей. Для обеспечения переноса электрического тока от трубки к монтажному фланцевому выступу и перегородке может быть выбран материал с достаточно высокой электропроводимостью. Для оказания сопротивления теплопереносу может быть выбран материал с относительно низкой теплопроводимостью. Одним классом материалов, отвечающим этим требованиям, являются материалы с титановыми сплавами. При изготовлении из этого материала фитинг для перегородки может быть выполнен в виде одноблочной сварной части. Другими пригодными для этого материалами являются стойкие к коррозии стальные сплавы.
Как показано далее на фиг. 3, термооболочка 118 может быть выполнена размещенной на расстоянии от трубки 116 для формирования воздушной полости 120 между трубкой 116 и термооболочкой 118. Эта воздушная полость 120 дополнительно способствует теплопереносу от термооболочки 118, в результате чего уменьшается возможность 114 нагревания монтажного фланцевого выступа до температуры, достаточной для повреждения перегородки 108. Воздушная полость 120 открыта пространству снаружи бака и уплотнена изнутри бака с созданием барьерного элемента для текучей среды. Воздушная полость 120 может быть расположена внутри бака (образуя таким образом фитинг обратной конструкции), но в предпочтительном варианте реализации изобретения снаружи бака, так что она не заполняется текучей средой.
Соединение трубки 116 с оболочкой 118 осуществлено заплечиком 119. Заплечик 119 выполнен имеющим такие размеры, которые обеспечивают перенос механической нагрузки от трубки 116 к оболочке 118 без механического повреждения трубки 116 и оболочки 118 (например, растрескивания сварного шва или разрушения оболочки 118) и для оказания сопротивления упругому деформированию трубки 116. Заплечик 119 также не допускает достижения трубкой 116 крайней точки через воздушную полость 120 при сдвиге или смещении трубки 116 во время обычной работы. Трубка 116, примыкающая к заплечику 119, заплечик 119 и оболочка 118 выполнены имеющими такие размеры, которые обеспечивают перенос механической нагрузки от трубки через заплечик 119 и оболочку 118 к фланцевому выступу 114 без механического повреждения трубки 116, фланцевого выступа 114 или заплечика 119 и для оказания сопротивления упругому деформированию трубки 116, благодаря чему предотвращается достижение трубкой 116 крайней точки через воздушную полость 120.
На фиг. 3 показан фитинг 110, включающий в себя переходник 126, который проходит от монтажного фланцевого выступа 114 и от термооболочки 118. Этот переходник 126 применим для прикрепления фитинга 110 к перегородке 108 зажимной гайкой 132, которая может быть навинчена на резьбу 130, как показано на фиг. 5.
На фиг. 4 показан фитинг 110 согласно еще одному варианту реализации. В этом случае переходник 126 не используется, а выполнены монтажные штифты 136 в качестве альтернативного способа прикрепления фитинга 110 к перегородке 108, как показано и описано ниже со ссылкой на фиг. 6.
На фиг. 5 и 6 показаны различные способы монтажа фитинга 110 на перегородке 108. Перегородка 108 отделяет влажную сторону 122 (например, внутренней части топливного бака) от сухой стороны 124 (например, воздушной полости или внешней части топливного бака). Согласно показанному варианту реализации изобретения монтажный фланцевый выступ 114 размещен на влажной стороне 122 перегородки 108, и трубка 116 проходит через отверстие в перегородке 108. Однако для специалиста в данной области техники будет очевидным, что в пределах объема настоящего раскрытия фитинг может иметь обратное размещение.
Как показано на фиг. 5, фитинг 110 может включать в себя переходник, который образует средства (стопорная гайка на этом чертеже) 126 монтажа, проходящие через перегородку 108. Между переходником 126 и перегородкой 108 может быть вставлена втулка 128. Как показано на чертеже, переходник 126 в предпочтительном варианте реализации изобретения включает в себя резьбовой участок 130, выполненный на той части, которая проходит за перегородку 108. Этот резьбовой участок 130 выполнен с возможностью приема зажимной гайки 132, фиксирующей фитинг на месте.
Кроме того, в узле, проиллюстрированном на фиг. 5, может содержаться уплотнительное кольцо 134, обеспечивающее дополнительное уплотнение между монтажным фланцевым выступом 114 и перегородкой 108. Это уплотнительное кольцо 134 функционирует так, как хорошо известно в данной области техники, для обеспечения создания уплотнения в отношении текучей среды, проходящей через какие-либо промежутки между монтажным фланцевым выступом 114 и перегородкой 108.
Узел, проиллюстрированный на фиг. 5, вследствие этого удерживается на месте посредством размещения перегородки 108 с зажатием между монтажным фланцевым выступом 114 фитинга 110 и зажимной гайкой 132. Давление, обеспечиваемое этим соединением, деформирует уплотнительное кольцо 134, сжимая его таким образом на месте и предотвращая просачивание текучей среды за перегородку 108. После сборки вокруг монтажного фланцевого выступа 114 периферически может быть нанесено угловое уплотнение с образованием скругления для предотвращения просачивания топлива за перегородку 108.
На фиг. 6 проиллюстрирован альтернативный способ сборки. Как показано на этом чертеже, несколько монтажных штифтов 136 могут быть выполнены проходящими от монтажного фланцевого выступа 114 противоположно термооболочке 118. Эти монтажные штифты 136 в предпочтительном варианте реализации изобретения включают в себя резьбовые участки, выполненные на тех частях, которые проходят за перегородку 108. Указанные резьбовые участки выполнены с возможностью приема гаек, фиксирующих фитинг на месте. Как показано в альтернативном узле по фиг. 6, гайка 140 взаимодействует с монтажным штифтом 136, чтобы прикреплять фитинг 110 к перегородке 108. Так же как для узла, показанного на фиг. 5, посредством указанного множества монтажных штифтов 136 и гаек 140 фитинг размещен с зажатием относительно перегородки 108. Втулки 138 могут быть вставлены между монтажными штифтами 136 и перегородкой 108. Эти втулки защищают отверстия в перегородке от монтажных штифтов 136 во время установки и ремонта. Кроме того, аналогично узлу, показанному на фиг. 5, узел, показанный на фиг. 6, может включать в себя уплотнительное кольцо 134 вокруг периметра монтажного фланцевого выступа 114 в виде одной детали или вокруг периметра отверстий в перегородке для трубки и каждый монтажный штифт в виде отдельных деталей. После сборки вокруг монтажного фланцевого выступа 114 периферически может быть нанесено угловое уплотнение с образованием скругления для предотвращения просачивания топлива за перегородку 108.
Усовершенствованный фитинг 110, проиллюстрированный на этих чертежах, обеспечивает решение задач создания уплотнения перегородки 108 посредством одноблочной сварной металлической части, которая в общем случае является не проницаемой для перемещения текучей среды от влажной стороны 122 к сухой стороне 124 перегородки 108. Кроме того, фитинг 110 уменьшает теплоперенос от трубки 116 к монтажному фланцевому выступу 114, в результате чего уменьшается возможность повреждения перегородки 108. Уменьшение теплопереноса достигается посредством тонкой металлической оболочки, выполненной достаточно прочной для обеспечения переноса механической нагрузки от трубки к монтажному фланцевому выступу без повреждения или неисправности конструкции. Наконец, фитинг 110 обеспечивает создание периферически непрерывного металлического мостика или пути для проведения электрического тока от трубки непосредственно к перегородке 108, обеспечивая таким образом экранирование внутренней части бака от электрически заряженной внешней среды снаружи бака и устраняя необходимость в дополнительной конструкции для пропуска тока к перегородке 108.
Втулки 128, 138, прикрепленные к перегородке, функционально служат созданию цельнометаллической зоны сопряжения для электрического соединения через фитинг для перегородки между перегородкой 108 и трубкой 116. Цельнометаллическая зона сопряжения способствует обеспечению создания защиты от ударов молнии посредством создания пути тока от трубки через фитинг к втулке и перегородке 108, оказывающей искрогасящее воздействие во время переноса тока. Поскольку либо зажимная гайка 132, либо гайки 140 находятся во взаимодействии как с фитингом 110, так и с фланцевым выступом 128, 138 (как показано на фиг. 5 и 6), то обеспечивается создание цельнометаллического искрогасящего соединительного пути или мостика к фитингу 110 через монтажные гайки 132, 140.
Дополнительным используемым элементом может быть тонкостенный диэлектрический слой 142, который осуществляет дополнительное изолирование перегородки 108 от монтажного фланцевого выступа 114 фитинга 110. Этот тонкостенный диэлектрический слой 142 между монтажным фланцевым выступом 114 и перегородкой 108 обеспечивает электроизоляцию для предотвращения возможности искрения от фланцевого выступа 114 к перегородке 108 внутри бака. Указанный слой включает в себя всю поверхность для монтажа и проходит на определенное расстояние за периметр поверхности для монтажа. Тонкостенный диэлектрический слой 142 может быть встроен либо в перегородку, либо в фитинг 110.
Кроме того, вокруг периметра монтажного фланцевого выступа 114 во время сборки может быть выполнено угловое уплотнение с образованием скругления для создания механического барьера против просачивания текучей среды через барьерный элемент, не проницаемый для текучей среды. Также вокруг каждой гайки 132, 140 и каждой втулки 128, 138 может быть нанесен материал для уплотнений. Угловое уплотнение с образованием скругления также может обеспечивать образование барьерного элемента, противодействующего искрообразованию, которое может иметь место в зоне сопряжения между фитингом 110 и втулкой 128, 138, с перегородкой 108.
Указанное сочетание цельнометаллического соединения, выполненного от трубки к втулке, уплотнительного кольца и углового уплотнения с образованием скругления, выполненного при установке фитинга для перегородки, может быть использовано для обеспечения соответствия нормативным требованиям правил FAR 25.981 посредством использования по меньшей мере трех независимых признаков для предотвращения распространения искр в топливном баке. Благодаря вышесказанному происходит решение всех задач предлагаемого изобретения.
Новый способ выполнения гидравлического фитинга 110 для перегородки раскрыт для непрерывной металлической части. Как показано на фиг. 7, выполняется трубка 116, имеющая проходящий по периметру заплечик 144, выступающий радиально наружу от трубки 116. Этот проходящий по периметру заплечик 144 может формировать первую часть термооболочки 118.
Как показано на фиг. 8, выполняется монтажный фланцевый выступ 114, имеющий цилиндрическую оболочку 146, проходящую в осевом направлении от монтажного фланцевого выступа 114. Эта цилиндрическая оболочка 146 в предпочтительном варианте реализации изобретения выполнена тонкой и может образовывать вторую часть термооболочки 118.
Как показано на фиг. 9, монтажный фланцевый выступ 114 и трубка 116 соединены проходящим по периметру сварным швом 148 между проходящим по периметру заплечиком 144 трубки 116 и цилиндрической оболочкой 146 монтажного фланцевого выступа 114. Этот проходящий по периметру сварной шов 148 соединяет указанные компоненты друг с другом, в результате чего обеспечивается создание полной термооболочки 118 и сохранение воздушного промежутка 120 (см. фиг. 5) между термооболочкой 118 и трубкой 116 с созданием непрерывного металлического периферического барьерного элемента от трубки 116 к перегородке 108 для предотвращения просачивания и для электрического экранирования.
Выше подробно описан и проиллюстрирован со ссылкой на фиг. 1-9 способ уплотнения отверстия в перегородке 108, включающий в себя вставку втулки 128, 138 через указанное отверстие; вставку гидравлического фитинга 110 через указанное отверстие, при этом гидравлический фитинг 110 включает в себя трубку 116 для переноса гидравлической текучей среды, монтажный фланцевый выступ 114 и переходник для прикрепления гидравлического фитинга 110 к перегородке 108; и прикрепление зажимной гайки 132 к указанному переходнику, так что посредством гайки 140 перегородка 108 оказывается размещена с зажатием между монтажным фланцевым выступом 114 фитинга 110 и указанной гайкой 140; при этом трубка 116 присоединена к монтажному фланцевому выступу 114 тонкой термооболочкой 118. В одном случае втулка 128, 138, зажимная гайка 132 и гидравлический фитинг 110 обеспечивают создание непрерывного цельнометаллического пути или мостика для электрического тока от гидравлической линии через указанный гидравлический фитинг 110 к перегородке 108. В одном варианте, термооболочка 118 включает в себя проходящий по периметру выступ, выступающий радиально вокруг трубки 116, и цилиндрическую оболочку 146, проходящую в осевом направлении от монтажного фланцевого выступа 114. Указанный способ может включать в себя обеспечение создания уплотнительного кольца 134 между монтажным фланцевым выступом 114 и перегородкой 108. Указанный способ также может включать в себя обеспечение создания углового уплотнения с образованием скругления вокруг периметра монтажного фланцевого выступа 114. В одном случае, установка соответствует нормативным требованиям правил FAR 25.981 для предотвращения искрообразования внутри топливного бака. Еще в одном случае указанное соответствие достигается посредством непрерывного цельнометаллического пути или мостика между гидравлическим фитингом 110 и перегородкой 108; периферическое уплотнительное кольцо 134 осуществляет уплотнение вокруг каждого отверстия в перегородке 108 и периферическое уплотнение вокруг монтажного фланцевого выступа 114. В одном варианте термооболочка 118 предотвращает перемещение текучей среды посредством периферического средства сокрытия, уплотнительного кольца 134 и углового уплотнения с образованием скругления.
Хотя настоящая заявка описана подробно, для специалистов в данной области техники должны быть очевидны несколько явных изменений без отступления от объема изобретения. Любые описания используются в качестве примеров, и они не предназначены для ограничения объема правовой охраны по изобретению. Подробные данные о размерах являются результатом анализа, выполненного с учетом ограничений максимальной температуры гидравлической среды и температуры конструкции и других условий достижения определенных показателей. Любые ограничения будут обусловлены одобренной формулой изобретения.