КОНСТРУКТИВНЫЙ УЗЕЛ И КОНСТРУКЦИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ, В ЧАСТНОСТИ, В АВИАСТРОЕНИИ
STRUCTURAL ASSEMBLY AND STRUCTURE USED, IN PARTICULAR, IN AIRCRAFT ENGINEERING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к конструктивному узлу, который используется, в частности, в авиастроении, а также к конструкции, в частности, к фюзеляжу воздушного судна.
Настоящее изобретение может найти применение для любого воздушного или космического судна, однако, далее приведено более подробное описание изобретения, а также лежащей в его основе проблематики применительно к фюзеляжу воздушного судна.
Уровень техники
Общепринятой практикой стало усиление, в частности, обшивка фюзеляжа, омегообразными стрингерами. Омегообразные стрингеры содержат гребень и две части основания, которые присоединены к противоположным концам гребня. При этом гребень обычно имеет трапецеидальное или примерно полукруглое поперечное сечение. Благодаря такой конструкции, омегообразные стрингеры особенно пригодны для повышения жесткости обшивки фюзеляжа с целью предотвращения ее изгиба.
Проблематичным оказалось соединение других стрингеров или других продольных элементов, как, например, лонжеронов, с такими омегообразными стрингерами в их продольном направлении, что требуется, например, при стыковке нескольких корпусных секций для получения фюзеляжа воздушного судна или для ввода нагрузки, например, из элементов лонжеронов. Кроме того, оказалось проблематичным соединять такие омегообразные стрингеры со шпангоутами при помощи зажимных скоб или упорных гребенок. Причина обеих проблем заключается в том, что гребень вследствие его вышеописанной формы можно лишь с большим трудом соединяться с другими элементами.
Известно также, что омегообразные стрингеры можно соединять с другими стрингерами, например, при помощи частей основания. Однако такое соединение является неудачным, поскольку части основания других стрингеров, как и части основания омегообразных стрингеров, могут переносить лишь сравнительно небольшие нагрузки.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является улучшение возможности соединения омегообразных стрингеров, в частности, с другими стрингерами, продольными несущими элементами, шпангоутами, зажимными скобами и/или упорными гребенками.
Согласно изобретению эта задача решена при помощи конструктивного узла с признаками п.1 формулы изобретения и/или при помощи конструкции с признаками п.7 формулы изобретения.
В соответствии с этим обеспечен конструктивный узел, предназначенный для применения, в частности, в авиастроении или авиакосмической промышленности, с омегообразным стрингером, который содержит гребень, и соединительным элементом, один конец которого соединен с гребнем омегообразного стрингера, а другой конец может быть соединен со стандартным соединительным элементом.
Кроме того, изобретение обеспечивает конструкцию, в частности, фюзеляж воздушного судна, который содержит конструктивный узел согласно изобретению, стрингер, а также стандартный соединительный элемент, который соединяет соединительный элемент конструктивного узла со стрингером. Согласно другому варианту осуществления изобретения вместо стрингера можно также использовать другой продольный элемент.
Идея, которая лежит в основе настоящего изобретения, состоит в том, чтобы получить омегообразный стрингер с соединительной зоной, которая с одной стороны, соединяется с гребнем омегообразного стрингера и поэтому обеспечивает передачу сравнительно больших нагрузок, а, с другой стороны, может соединяться со стандартным соединительным элементом, для того, чтобы таким образом использовать достоинства таких стандартных соединительных элементов при соединении омегообразных стрингеров с другими стрингерами, например, с Т-образными стрингерами или с другими омегообразными стрингерами. Эти достоинства представляют собой, в частности, большую доступность таких стандартных соединительных элементов, простую возможность их соединения с элементами обшивки, простую возможность их прохождения через выемки в шпангоутах, упрощенную возможность их соединения со шпангоутами при помощи зажимных скоб или упорных гребенок, простую возможность их соединения с другими стрингерами, например, с Т- или L-образными стрингерами, благодаря соответствующей геометрии, и, наконец, также простое выравнивание отклонений от допуска между омегообразными стрингерами и другими стрингерами, которые соединяются с ними в продольном направлении.
В зависимых пунктах формулы изобретения описаны предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления и улучшения изобретения.
В одном предпочтительном варианте осуществления конструктивного узла согласно изобретению один конец соединительного элемента имеет двутавровое поперечное сечение, содержащее две полки и одну соединяющую их стенку, при этом одна из полок соединена с гребнем омегообразного стрингера. В результате между соединительным элементом и омегообразным стрингером образуется соединение, способное выдерживать очень высокую нагрузку.
В другом предпочтительном варианте осуществления конструктивного узла согласно изобретению гребень омегообразного стрингера состоит из горизонтальной части и двух наклонных частей, соединенных с противоположными концами горизонтальной части. При этом поперечное сечение гребня предпочтительно имеет примерно трапецеидальную форму (форму трапеции, открытой с одной стороны), что, естественно, не исключает также возможность примерно прямоугольной формы поперечного сечения гребня. Далее, одна полка предпочтительно соединена с горизонтальной частью по всей ее ширине. На полке предпочтительно предусмотрены формованные наклонные части, которые соединены, по меньшей мере частично внахлест, с наклонными частями гребня. Таким образом, получается зона соединения с очень большой площадью между омегообразным стрингером и соединительным элементом, что оказывает положительное влияние на максимальные передаваемые нагрузки, в частности, при склеивании соединительного элемента с омегообразным стрингером.
Наклонные части могут проходить, в частности, под углом примерно до 70° относительно горизонтальной части.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления конструктивного узла согласно изобретению указанный конструктивный узел содержит также плоскую часть. Омегообразный стрингер предпочтительно выполнен с двумя частями основания, которые присоединены к противоположным концам гребня и имеют по существу противоположные направления относительно друг друга. При этом части основания омегообразного стрингера, а также другая часть соединительного элемента предпочтительно соединены с плоской частью. Плоская часть предпочтительно представляет собой оболочку воздушного или космического судна, в частности, оболочку фюзеляжа. Однако плоская часть точно так же может представлять собой, например, часть промежуточной палубы воздушного судна.
В другом предпочтительном варианте осуществления конструктивного узла согласно изобретению соединительный элемент имеет на другом конце по меньшей мере частично L-образное поперечное сечение с основанием, которое соединено с плоским элементом, и стенкой, при этом указанное по меньшей мере частичное L-образное поперечное сечение получено путем обрезки двутаврового (называемого также двойным Т-образным) поперечного сечения. Термин "по меньшей мере частичное L-образное сечение" в данном описании означает, что поперечное сечение соединительного элемента имеет по меньшей мере L-образную часть. Поперечное сечение соединительного элемента предпочтительно имеет L-, С-, Z-или Т-образную форму, при этом такое сечение согласно указанному определению имеет L-образную часть. Такое по меньшей мере частичное L-образное поперечное сечение при помощи его стенки особенно хорошо соединяется с зажимными скобами или упорными гребенками и/или при помощи его основания - с участком обшивки или с дублером обшивки. Однако прежде всего указанное по меньшей мере частичное L-образное поперечное сечение легко соединяется со стандартным соединительным элементом, имеющим L-, С-, Z- или T-образное поперечное сечение.
В другом предпочтительном варианте осуществления конструктивного узла согласно изобретению соединительный элемент содержит установочную часть для установки упорной гребенки, зажимной скобы или, например, опорного угольника шпангоута.
В одном предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно изобретению стандартный соединительный элемент имеет L-, С-, Z- или T-образное поперечное сечение. Стандартный соединительный элемент предпочтительно выполнен в виде стрингера с примерно постоянным поперечным сечением. Такие соединительные элементы имеют универсальное применение, обладают благоприятной геометрией для соединения с другими элементами, например, с участком обшивки, и, кроме того, являются сравнительно жесткими.
В другом предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно изобретению стрингер соединяется со стандартным соединительным элементом при помощи дополнительного соединительного элемента. При этом стрингер и дополнительный соединительный элемент образуют дополнительный конструктивный узел согласно изобретению. Согласно этому варианту осуществления образуется также конструкция, имеющая следующий порядок: омегообразный стрингер - соединительный элемент - стандартный соединительный элемент - соединительный элемент - омегообразный стрингер.
В другом предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно изобретению предусмотрен шпангоут, имеющий выемку, сквозь которую проходит стандартный соединительный элемент. Поэтому специальной подгонки поперечного сечения выемки к проходящему сквозь нее элементу не требуется.
В другом предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно изобретению шпангоут при помощи опорного угольника соединяется с установочной частью соединительного элемента или дополнительного соединительного элемента. Установка опорного угольника на установочную часть соединительного элемента легко осуществляется, благодаря удобству доступа к установочной части.
Омегообразный стрингер и/или соединительный элемент соединяются с плоской частью предпочтительно при помощи дублера.
Омегообразный стрингер, соединительный элемент, стандартный соединительный элемент, шпангоут, плоская часть, дублер и/или опорный угольник предпочтительно выполнены из композиционного материала на волокнистой основе, в частности, из композиционного материала на углеродоволокнистой основе (Carbon-Faser-Kunststoff, CFK).
Краткое описание чертежей
Далее приведено более подробное описание примеров осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены:
фиг.1 - вид в перспективе конструктивного узла согласно примеру осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - разрез по оси А-А с фиг.1;
фиг.3 - разрез по оси В-В с фиг.1;
фиг.4 - разрез по оси С-С с фиг.1;
фиг.5 - разрез по оси D-D с фиг.1;
фиг.6 - разрез по оси Е-Е с фиг.1; и
фиг.7 - конструкция согласно варианту осуществления изобретения, которая содержит систему с фиг.6 и стандартный соединительный элемент.
Если не указано иного, одинаковые или функционально одинаковые компоненты обозначены на чертежах одинаковыми ссылочными номерами.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан вид в перспективе конструктивного узла 1 согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Конструктивный узел 1 согласно данному варианту осуществления изобретения содержит обшивку 2 фюзеляжа, выполненную из композиционного материала на волокнистой основе, к которой прикреплен, в частности, приклепан или приклеен омегообразный стрингер 3, также выполненный из композиционного материала на волокнистой основе. Обшивка 2 фюзеляжа образует, например, часть не показанной далее секции фюзеляжа. Омегообразный стрингер 3 согласно данному варианту осуществления изобретения проходит в продольном направлении 3 с обшивки 2 фюзеляжа.
Омегообразный стрингер 3 состоит из частей 4, 5 основания и гребня 6, который имеет трапецеидальную форму и соединяет друг с другом части 4, 5 основания. В средней части За омегообразный стрингер 3 соединяется частями 4, 5 основания непосредственно с обшивкой 2 фюзеляжа (см. фиг.2), в то время как в концевой части 3b он при помощи частей 4, 5 основания соединяется с обшивкой 2 фюзеляжа через дублер 2а (см. фиг.3), также выполненный из композиционного материала на волокнистой основе. При этом задача дублера 2а, заключается в том, чтобы дополнительно усиливать конструктивный узел 1. В переходной области между средней частью За и концевой частью 3b омегообразный стрингер 3 предпочтительно содержит не показанный уступ, который предназначен для введения дублера 2а.
В проем 7, образованный гребнем омегообразного стрингера 3, вставлен соединительный элемент 8. Как показано на фиг.4, соединительный элемент 8, по меньшей мере в зоне 9, где проходит омегообразный стрингер 3, имеет двутавровое поперечное сечение, которое состоит из верхней полки 11 и нижней полки 12, соединяемых стенкой 13. В верхней полке 11 предпочтительно сформованы наклонные части 14 и 15, которые проходят, например, под углом около 60(к верхней полке 11. Верхняя полка 11 соединяется с горизонтальной частью 16 гребня 6 омегообразного стрингера 3, а наклонные части 14, 15 соединяются частично внахлест с соответствующими наклонными частями 17 и 18 гребня 6. Как показано на фиг.1, в нижней полке 12 для экономии веса может быть предусмотрена стреловидность 19, т.е., нижняя полка 11 на одном конце может быть обрезана под острым углом с обеих сторон.
За зоной 9 дальше от конца омегообразного стрингера 3 конструктивный узел 1 содержит зону 20. Поперечный разрез конструктивного узла 1 в зоне 20 представлен на фиг.5. Поперечное сечение соединительного элемента 8 в зоне 20 "уменьшено" до двутаврового поперечного сечения, т.е., наклонные части 14, 15 удалены для экономии веса, поскольку их основная задача заключается в том чтобы обеспечивать хорошее сцепление между соединительным элементом 8 и гребнем 6 омегообразного стрингера 3.
За зоной 20 следует зона 21, в которой, как показано на фиг.1, верхняя полка 11 у кромки 11а обрезана с образованием наклонной части 22 до стенки 13, а нижняя полка 12 у кромки 12а, противоположной кромке На, обрезана с образованием наклонной части 23 до стенки 13.
В результате получается, что соединительный элемент 8 в зоне 24, следующей за зоной 21, имеет Z-образное поперечное сечение, как показано на фиг.6. Как видно на фиг.6, нижняя полка 12 и стенка 13 соединительного элемента 8 образуют L-образную часть всего поперечного сечения соединительного элемента 8. Соединительный элемент 8 предпочтительно содержит в зоне 24 установочную часть 35, при помощи которой соединительный элемент 8 можно просто соединять с опорным угольником для соединения с непоказанным шпангоутом, например, при помощи заклепок или склеивания.
Соединительный элемент 8 является предпочтительно цельным и изготавливается путем соответствующей обрезки слоев волокон, которые образуют верхнюю полку 11 и нижнюю полку 12.
Дублер 2а обеспечивает сплошное соединение нижней полки 12 соединительного элемента с обшивкой 2 фюзеляжа и при этом имеет форму, которая примерно соответствует форме нижней полки 12 на виде сверху на фиг.1.
Как показано на фиг.7, Z-образное поперечное сечение соединительного элемента 8 позволяет выполнять очень простое соединение со стандартным соединительным элементом 26, например, при помощи склеивания или заклепок 27, 28, при этом получается конструкция 28а.
Согласно данному варианту осуществления изобретения стандартный соединительный элемент 26 имеет C-образное поперечное сечение. При этом стандартный соединительный элемент 26 и соединительный элемент 8 имеют сопрягаемые площадки 29, 30 и 31, 32, которые способствуют получению прочного соединения. Согласно данному варианту осуществления изобретения стенка 33 соединительного элемента 26 соединяется со стенкой 13 соединительного элемента 8, а основание 34 соединительного элемента 26 - с нижней полкой 12 соединительного элемента 8.
7 Соединительный элемент 26 можно легко соединить с другим, не показанным конструктивным узлом, который содержит стрингер, в частности, омегообразный стрингер, и соединительный элемент 8, и, благодаря возможности его изгиба вокруг оси z (см. фиг.7), обеспечивает выравнивание отклонений от допуска, если конструктивный узел 1 не находится на одном уровне с другим конструктивным узлом. Таким образом, можно просто соединить друг с другом, например, две фюзеляжных секции (не показаны), которые содержат соответствующий конструктивный узел 1.
Настоящее изобретение описано применительно к предпочтительным вариантам осуществления, однако, оно не ограничивается этими вариантами и может быть модифицировано различным образом.
Изобретение не ограничивается, в частности, применением к конструкции фюзеляжа воздушного судна. Напротив, оно может быть использовано для любых других несущих и не несущих конструкций.
Настоящее изобретение обеспечивает конструктивный узел, используемый, в частности, в авиастроении, с омегообразным стрингером, который содержит гребень, и с соединительным элементом, один конец которого соединяется с гребнем омегообразного стрингера, а другой конец может соединяться со стандартным соединительным элементом. Идея, которая лежит в основе настоящего изобретения, заключается в том, чтобы получить омегообразный стрингер с соединительной зоной, которая, с одной стороны, соединяется с гребнем омегообразного стрингера и поэтому обеспечивает перенос сравнительно больших нагрузок, а, с другой стороны, может соединяться со стандартным соединительным элементом, для того, чтобы использовать достоинства таких стандартных соединительных элементов при соединении омегообразных стрингеров с другими стрингерами, например, с Т-образными или другими омегообразными стрингерами или с несущими элементами.
Перечень ссылочных обозначений:
1 Конструктивный узел
2 Обшивка фюзеляжа 2а Дублер
3 Омегообразный стрингер
3а Средняя часть
3b Концевая часть
3с Продольное направление
4 Часть основания
5 Часть основания
6 Гребень
7 Проем
8 Соединительный элемент
9 Зона
10 Двутавровое поперечное сечение
11 Верхняя полка
11а Кромка
12 Нижняя полка
12а Кромка
13 Стенка
14 Наклонная часть
15 Наклонная часть
16 Горизонтальная часть
17 Наклонная часть
18 Наклонная часть
19 Стреловидность
20 Зона
21 Зона
22 Наклонная часть
23 Наклонная часть
24 Зона
25 Z-образное поперечное сечение
26 Стандартный соединительный элемент
27 Заклепка
28 Заклепка
28а Конструкция
29 Сопрягаемая площадка
30 Сопрягаемая площадка
31 Сопрягаемая площадка
32 Сопрягаемая площадка
33 Стенка
34 Часть основания
35 Установочная часть