СИЛОВОЙ НАБОР ПОЛА ДЛЯ ФЮЗЕЛЯЖА ВОЗДУШНОГО СУДНА
AIRCRAFT FUSELAGE FLOOR STRUCTURAL SET

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к силовому набору пола, в частности к силовому набору пола для фюзеляжа воздушного судна.
Хотя настоящее изобретение применимо для любых силовых наборов пола, более подробно изобретение, а также породившая его проблема описываются применительно к силовому набору пола в фюзеляже воздушного судна.
Уровень техники
В пассажирских воздушных судах внутренний объем фюзеляжа разделен на ряд палуб или зон. Как правило, помещение для авиационного (коммерческого) груза и багажа находится на самой нижней палубе, а над ней на одной или нескольких палубах размещаются ряды кресел и «необитаемые» помещения для пассажиров.
В одной из известных изобретателю конструкций пол верхних палуб настилается на поперечные балки. Эти поперечные балки опираются на стойки, ориентированные в вертикальном направлении. Силы, действующие в поперечном относительно фюзеляжа направлении и в продольном относительно фюзеляжа направлении, передаются поперечными балками в виде боковой нагрузки на шпангоуты фюзеляжа воздушного судна. Для того чтобы эти силы, в частности силы, действующие в продольном относительно фюзеляжа направлении, могли быть переданы, поперечные балки доходят до шпангоутов и непосредственно соединяются с ними.
Поперечные балки, вертикально расположенные стойки и шпангоуты с обшивкой фюзеляжа воздушного судна ограничивают бортовую зону, в которой обычно прокладываются подающие трубопроводы, линии передачи сигналов и т.п. После сборки поперечных балок и пола доступ в эту бортовую зону оказывается серьезно затруднен, поэтому расходы на последующий монтаж подающих трубопроводов и т.п. в процессе изготовления воздушного судна велики.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание опорной конструкции для пола, обеспечивающей улучшенный доступ в бортовую зону.
Эта задача решается в соответствии с настоящим изобретением в силовом наборе пола с признаками пункта 1 формулы изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением силовой набор пола для фюзеляжа включает набор поперечных балок, с каждой из которых связаны по меньшей мере одна первая стойка и по меньшей мере одна вторая стойка для соединения соответствующей поперечной балки с фюзеляжем, причем по меньшей мере одна первая стойка ориентирована по вектору первого направления, а по меньшей мере одна вторая стойка ориентирована по вектору второго направления, при этом проекции вектора первого направления и вектора второго направления на продольное направление фюзеляжа различны для гашения силы, действующей в продольном направлении фюзеляжа на силовой набор пола через первые и вторые стойки.
Одна из идей настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить доступ в бортовую зону сверху, т.е. из пассажирской зоны. Одной из особенностей настоящего изобретения является уменьшение размеров гасящих силы конструкций или даже удаление гасящих силы конструкций, ограничивающих бортовую зону сверху. Еще одной особенностью настоящего изобретения является то, что силы, действующие в продольном направлении фюзеляжа, передаются через первые и вторые стойки на фюзеляж.
Для того чтобы первые и вторые стойки передавали силы, действующие в продольном направлении фюзеляжа, набор стоек не должен иметь свободы совместного поворота вокруг их точек закрепления. Иными словами, угол между первыми и вторыми стойками должен быть изначально задан конструкцией фиксированным образом, причем должна иметься возможность задать этот угол в плоскости, определяемой вертикальным направлением фюзеляжа и продольным направлением фюзеляжа.
Для обеспечения этого первая стойка и вторая стойка ориентированы в различных, первом и втором направлениях, т.е. ориентированы по векторам различных направлений. Поэтому важно, чтобы составляющие в продольном направлением фюзеляжа векторов первого и второго направлений были различны. Различны ли эти составляющие в продольном направлением фюзеляжа для схемы, соответствующей данному силовому набору пола, можно определить, спроектировав вектора первого и второго направлений на продольное направление фюзеляжа. Спроектировав вектора направлений на плоскость, определяемую продольным направлением фюзеляжа и вертикальным направлением фюзеляжа, получим две проекции, векторов, имеющих разные наклоны относительно продольного направления фюзеляжа.
Вектор направления может быть в вышеозначенном смысле отнормирован на стандартную длину, например, на вектор стандартной длины с тремя составляющими в продольном направлении фюзеляжа, поперечном направлении фюзеляжа и вертикальном направлении фюзеляжа. Проекции двух векторов направлений на продольную ось фюзеляжа различаются в вышеозначенном смысле, если их величины, т.е. длины проекций различны и/или эти проекции противонаправлены.
Для гашения силы, действующей в продольном направлении фюзеляжа, не имеет значения, различны ли составляющие вектора первого направления и вектора второго направления в поперечном направлении фюзеляжа.
Далее, в отношении вышеупомянутой особенности настоящего изобретения не является абсолютно необходимым, чтобы все поперечные балки силового набора пола были снабжены первой и второй стойками.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения силовой набор пола для фюзеляжа включает набор поперечных балок, расположенных в поперечном направлении фюзеляжа на расстоянии от фюзеляжа. В результате обеспечивается возможность доступа в бортовую зону сверху. Кроме того, благодаря более коротким поперечным балкам достигается снижение веса конструкции.
Обеспечивающие преимущества варианты устройства согласно изобретению охарактеризованы в пункте 1 формулы, а также в зависимых пунктах.
В предпочтительном варианте набор поперечных балок расположен в поперечном направлении фюзеляжа на расстоянии от фюзеляжа. Эти поперечные балки должны быть расположены параллельно друг другу.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения первые и вторые стойки расположены по меньшей мере в один ряд, ориентированный в продольном направлении фюзеляжа. В один из рядов может быть расположено равное количество первых и вторых стоек. Кроме того, стойки одного ряда могут быть расположены в одной плоскости.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первые стойки ориентированы параллельно вертикальному направлению фюзеляжа. В результате обеспечивается оптимальный поток сил, действующих в вертикальном направлении, т.е. в направлении силы тяжести.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения в фюзеляже имеется набор шпангоутов, а на каждой поперечной балке располагаются по меньшей мере одна первая стойка и одна вторая стойка, причем эти расположенные на поперечной балке первая и вторая стойки крепятся к двум разным шпангоутам. В результате обеспечиваются те различные первое и второе направления и вектора направлений, которые требуются в соответствии с одной из особенностей настоящего изобретения. Кроме того, достигается непосредственная передача силового потока без введения большого количества механических элементов на опорных шпангоутах. Таким образом, предпочтительным является расположение поперечных балок параллельно шпангоутам, причем поперечные балки могут также быть расположены в одной плоскости, изначально заданной шпангоутами.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения наружная напольная плита крепится к поперечной балке и к фюзеляжу. Эта наружная напольная плита, с одной стороны, может служить полом помещения для пассажиров, а с другой, обеспечить поток сил, действующих параллельно поперечному направлению фюзеляжа. Закраина пола может быть прикреплена разъемным соединением к поперечной балке и/или к фюзеляжу. Это дает то преимущество, что позволяет снимать закраину пола при сборке или, по выбору, откидывать закраину вместе с опорой на одной стороне, так что открывается доступ в бортовую зону.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения наружная напольная плита изготовлена из композитного материала и/или набора слоев и включает неразъемные втулки, проходящие насквозь от верхней поверхности наружной напольной плиты до нижней поверхности наружной напольной плиты и служащие для крепления наружной напольной плиты к поперечной балке и/или к фюзеляжу посредством винтов, болтов, шпилек и т.п. Наружная напольная плита может быть изготовлена из композитного материала, что обеспечивает преимущество, так как такая плита обладает высокой степенью жесткости в поперечном направлении фюзеляжа и в то же время имеет малый вес. Аналогичным образом, такая наружная напольная плита может быть изготовлена в виде слоевой структуры, например сотовой структуры, помещенной между двумя слоями. Неразъемные втулки обеспечивают достаточную механическую устойчивость, что позволяет многократно вставлять и вынимать крепежные средства, например винты, болты или шпильки. Эти неразъемные втулки могут быть изготовлены из стеклянного материала, например из кварцевого стекла.
Вместо сквозных втулок могут также использоваться втулки, заделанные сверху. Крепление наружной напольной плиты может осуществляться посредством штифтов в поперечной балке и/или фюзеляже.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения стойки соединены с поперечной балкой и/или фюзеляжем посредством шарниров. Это дает то преимущество, что во время полета, когда фюзеляж воздушного судна слегка скручивается, такая опорная конструкция способна спружинить.
Краткое описание чертежей
Ниже настоящее изобретение описывается более подробно посредством вариантов осуществления, сопровождаемых фигурами, где:
Фигура 1 показывает вид спереди одного из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фигура 2 показывает вид сбоку варианта, изображенного на фигуре 1;
Фигура 3 показывает вид сверху варианта, изображенного на фигурах 1 и 2;
Фигура 4 показывает увеличенную деталь варианта по фигуре 1;
Фигура 5 показывает вид сбоку второго варианта осуществления настоящего изобретения;
Фигура 6 показывает вид спереди третьего варианта осуществления настоящего изобретения;
Фигура 7 показывает вид сбоку третьего варианта осуществления настоящего изобретения, изображенного на фигуре 6;
Фигура 8 показывает детали варианта осуществления изобретения;
Фигура 9 показывает детали варианта осуществления изобретения;
Фигура 10 показывает вид сбоку одного из вариантов по фигурам 8 и 9;
Фигура 11 показывает вид спереди четвертого варианта осуществления настоящего изобретения и
Фигура 12 показывает увеличенный детальный вид сбоку четвертого варианта, изображенного на фигуре 11.
На фигурах одними и теми же номерами обозначены одни и те же элементы конструкции или, если это не приводит к противоречиям, элементы с идентичными функциями.
Осуществление изобретения
В описании нижеприведенных вариантов осуществления настоящего изобретения используются направления, привязанные к полностью собранному воздушному судну. Продольное относительно фюзеляжа направление, или продольное направление фюзеляжа, x параллельно линии, проходящей от носа к хвосту воздушного судна. Поперечное относительно фюзеляжа направление, или поперечное направление фюзеляжа, y параллельно линии, соединяющей конец левого крыла с концом правого крыла. Вертикальное относительно фюзеляжа направление, или вертикальное направление фюзеляжа, z параллельно направлению действия силы тяжести для неподвижного воздушного судна.
Ниже описывается вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на фигуры 1, 2 и 3, которые показывают вид спереди, вид сбоку и/или вид сверху данного варианта осуществления. На фигуре 1 обозначены плоскость A, разрез по которой показан на виде сбоку (фигура 2), и, далее, плоскость B, разрез по которой показан на виде сверху (фигура 3). Обозначенная на фигуре 2 плоскость C отсылает к виду спереди на фигуре 1, а обозначенная плоскость E отсылает к виду сверху на фигуре 3. На фигуре 3 плоскость, обозначенная D, отсылает к виду спереди на фигуре 1.
Форма фюзеляжа воздушного судна определена набором шпангоутов 7, расположенных параллельно друг другу. Эти шпангоуты, в частности, на широкофюзеляжных воздушных судах, имеют круглую, эллиптическую или овальную форму. На малых воздушных судах они также могут иногда иметь форму многоугольника.
На пассажирских воздушных судах внутренний объем фюзеляжа разделен для различных целей использования. Пассажиры размещаются в первой, как правило, верхней зоне. Помещение 100 для авиационных коммерческих грузов, например, для багажа, находится в нижней зоне. Сбоку от помещения 100 для авиационных коммерческих грузов, в пространстве, ограниченном шпангоутами, а сверху - полом помещения для пассажиров, размещается бортовая зона 400, называемая также «Бермудским треугольником». В этой бортовой зоне 400 обычно прокладываются подающие трубопроводы, линии передачи сигналов и т.п.
Пол помещения для пассажиров образован центральными плитами 1 в центральной части 300 и наружными плитами 2 в наружной части 200. Пол поддерживается конструкцией, включающей набор поперечных балок 6 и набор стоек 11, 12. В наборе поперечных балок 6 поперечные балки, как правило, располагаются параллельно друг другу (фигура 3). Имеющие вытянутую конфигурацию поперечные балки 6 ориентированы так, что их продольная ось параллельна поперечному направлению фюзеляжа y. В предпочтительных вариантах расположения поперечные балки 6 совместно с лонжеронами 5 образуют сетчатую опорную конструкцию. Эта конструкция может предварительно собираться вне фюзеляжа воздушного судна и затем в виде предварительно собранного узла устанавливаться на стойки 11, 12.
В поперечном направлении у поперечные балки 6 не доходят до шпангоутов 7. В результате между концами 60 поперечных балок 6 и шпангоутами 7 образуется вытянутое в продольном направлении свободное пространство. Таким образом, если снять наружные напольные плиты 2, может быть обеспечен доступ сверху в бортовую зону 400.
Ниже более подробно описывается, в частности, расположение стоек, передающих как силы в вертикальном направлении z, так и силы в продольном направлении x на основную конструкцию фюзеляжа, причем основная конструкция фюзеляжа включает шпангоуты 7, обшивку фюзеляж и так называемые стрингеры, т.е. продольные опорные конструкции, расположенные на обшивке фюзеляжа.
Поперечные балки 6 опираются на стойки 11, 12. Силы тяжести, т.е. силы, действующие в вертикальном направлении, передаются через стойки 11, 12 на основную конструкцию фюзеляжа. Распределение сил, действующих на отдельные стойки, определяется известными соотношениями, такими, например, как параллелограмм сил. Размеры стоек 11, 12 могут быть определены соответственно силам, сжимающим эти стойки, наряду с другими.
Силы, действующие в продольном направлении x, возникают в результате использования различно ориентированных стоек. В конструкции, показанной на фигуре 2, использованы две различно ориентированные стойки 11, 12. Первые, называемые ниже перпендикулярными стойками 11, ориентированы по вектору направления 111, или направлению 111, которое параллельно вертикальному направлению. Этот перпендикулярный вектор направления 111 не имеет составляющих в продольном направлении x. Остальные стойки, называемые ниже косыми стойками 12, ориентированы по вектору направления 112, или по направлению 112, у которого есть составляющая в продольном направлении x. Таким образом, вектора направлений 111, 112 перпендикулярных стоек 11 и косых стоек 12 различаются своими составляющими в продольном направлении x.
Расстояние между точками крепления перпендикулярной стойки 11 и косой стойки 12 на поперечной балке 6 и расстояние между точками крепления перпендикулярной стойки 11 и косой стойки 12 на шпангоутах фиксированы. Аналогичным образом заранее заданы длины этих двух стоек 11 и 12. В результате параллелограмм сил оказывается по существу определен. Его геометрия и внутренний угол заданы тем, что две стойки 11 и 12 не параллельны друг другу. Таким образом, эта структура является жесткой в продольном направлении x и способна передавать силы, действующие в этом направлении.
Перпендикулярная стойка 11 имеет верхний конец 13 и нижний конец 15 и оснащена на этих концах соответствующими устройствами крепления. Аналогичным образом косая стойка 12 также имеет верхний конец 14 и нижний конец 16 с соответствующими устройствами крепления. Каждый из верхних концов 13, 14 соединен с поперечной балкой 6. Предпочтительно, чтобы точки подсоединения верхних концов 13, 14 располагались поблизости друг от друга. Нижние концы 15, 16 перпендикулярной стойки 11 и косой стойки 12 соединены с основной конструкцией фюзеляжа, как показано на фигурах 1 и 2. Перпендикулярная стойка 11 и косая стойка 12, связанные с поперечной балкой 6 и прикрепленные к ней, связаны с двумя различными шпангоутами 7 и соответственно прикреплены к ним. В результате вектор направления 111 перпендикулярной стойки 11 и вектор направления 112 косой стойки 12 имеют различные составляющие в продольном направлении x.
Дополнительной устойчивости данной опорной конструкции из поперечных балок 6 и стоек 11, 12 можно достичь посредством использования лонжеронов 5, соединенных с поперечными балками в сетчатую конструкцию (см. фигуру 3).
Пол 3 грузовой зоны 100 может быть образован усилением 8, обеспечивающим дополнительный силовой поток в поперечном направлении между левой и правой сторонами шпангоута.
На фигуре 4 показана деталь дальнейшего варианта осуществления наружной части 200 и наружной напольной плиты 2. В данном варианте могут быть заимствованы элементы, описанные в связи с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Наружная плита 2 может по существу состоять из плиты 35, изготовленной из композитного материала. В одном из альтернативных вариантов в этот композитный материал вставляется промежуточный слой с сотовой структурой. Для крепления наружной плиты к поперечной балке 6 и/или шпангоуту 7 в наружную плиту 2 вставляются сквозные втулки 32, проходящие насквозь от верхней поверхности 36 наружной напольной плиты 2 до нижней поверхности 37 наружной напольной плиты 2. Благодаря этим втулкам 32 сквозь плиту могут быть пропущены подходящие средства крепления, например заклепки, винты, болты и т.п. Втулки 32 защищают основную часть 35, изготовленную из композитного материала, от повреждения при вставке или удалении крепежных средств. Возникающие при этом силы или напряжения воспринимаются втулками 32. В результате оказывается возможным многократное закрепление и удаление наружных напольных плит 2. Такое удаление целесообразно, например, в тех случаях, когда в процессе последующих операций сборки в бортовой зоне 400 должны монтироваться очередные системы.
Втулки 32 предпочтительно изготавливать неразъемными из устойчивого к коррозии материала, например, из стекла.
Наружная плита 2 может крепиться к шпангоуту 7 с помощью кронштейна 33 или любого иного крепежного устройства.
Обеспечивает преимущества вариант осуществления настоящего изобретения, заключающийся в креплении наружной плиты 2 заклепками или аналогичными крепежными средствами только с одной стороны, т.е. либо к поперечной балке 6, либо к шпангоуту 7. С другой стороны плита крепится посредством разъемного соединения. Это дает то преимущество, что наружная напольная плита 2 может быть впоследствии откинута.
Лонжероны 5 могут одновременно заключать в себе встроенную направляющую 31 для кресел. Для этого в лонжероне 5 делается суживающаяся кверху канавка.
На фигуре 5 показан вид сбоку второго варианта осуществления настоящего изобретения. Его вид спереди и вид сверху соответствуют фигурам 1 и 2. Вместо перпендикулярной стойки и косой стойки в этом варианте используются две косые стойки 21, 22. Одна стойка 21 имеет наклон вперед в направлении 121, или соответствующий вектор направления 121, а другая стойка 22 имеет наклон назад в направлении 122, или соответствующий вектор направления 122. Термин "наклон вперед" означает, что стойка, если смотреть на нее снизу вверх, направлена к носу воздушного судна (в отрицательном продольном направлении x). Соответственно термин "наклон назад" означает, что стойка 22, если смотреть на нее снизу вверх, направлена к хвосту воздушного судна (т.е. в положительном продольном направлении x). При таком расположении наклоненных вперед и наклоненных назад стоек 21, 22 также возникает поток сил, действующих в продольном направлении на шпангоуты 7. Величины наклонов отдельных стоек 21, 22 могут, как показано, быть одинаковыми, но могут также быть и различными.
Третий вариант осуществления настоящего изобретения описывается со ссылкой на фигуры 6 и 7. Вид сбоку, показанный на фигуре 7, соответствует плоскости разреза F, указанной на фигуре 6. В вышеупомянутых вариантах осуществления изобретения стойки расположены в рядах и в этих рядах расположены в одной плоскости. В данном третьем варианте стойки также расположены в ряд в продольном направлении x. Однако отдельные стойки 71, 72 уже не лежат в одной плоскости. Точка крепления 272 стойки 72 расположена выше точки крепления 271 второй стойки 71. Далее, с поперечной балкой 6 две стойки 71 могут соединяться в точке крепления или двух точках крепления 270, расположенных одна вблизи другой. Однако для этой конструкции существенно, чтобы в проекции направление 171 одной стойки 71 отличалось от направления 172 другой стойки 72, как это показано на виде сбоку фигуры 7. Иными словами, составляющие соответствующих векторов направлений 171, 172 в продольном направлении x отличаются.
На фигурах 8, 9 и 10 показаны вид спереди и вид сбоку поперечных балок 61, 62, 63, которые могут быть использованы в описанных вариантах осуществления настоящего изобретения. Вес поперечной балки 61, показанной на фигуре 8, снижен в отдельных частях поперечной балки 61. В результате может быть достигнуто снижение веса, или в зону уменьшенной высоты могут быть вставлены лонжероны 5. На фигуре 9 показана еще одна поперечная балка 62, высота которой уменьшена во всей центральной зоне. Поперечные балки могут иметь в сечении обеспечивающий преимущества двутавровый профиль, как показано на примере поперечной балки 63 на фигуре 10.
На фигурах 11 и 12 показан четвертый вариант осуществления настоящего изобретения, имеющий целью показать пример крепления стоек к шпангоутам 7. Отдельные шпангоуты 7 фюзеляжа воздушного судна расположены параллельно друг другу и соединяются лонжеронами 51, идущими в продольном направлении x. Устройство крепления 53 может быть размещено на таком лонжероне. Указанное устройство крепления имеет соответствующие ушки, отверстия 54 или выступы, к которым могут крепиться концы стоек 73, 74. Концы стоек могут, например, быть выполнены в виде элементов сочленений, предпочтительно шарнирных. В плане механической устойчивости и улучшенной передачи сил может дать преимущества усиление лонжерона 51, на котором расположено крепежное устройство 53 посредством усиливающего устройства 52, обеспечивающего улучшенную передачу сил.
Поперечные балки, использованные в вышеупомянутых вариантах, уже имеют преимущество малого веса благодаря их минимальной длине. Дополнительное снижение веса может быть достигнуто посредством использования в качестве материала поперечной балки композитного материала. В альтернативном варианте поперечная балка может также быть изготовлена из металла. Стойки также могут быть изготовлены или из алюминия, или, что особенно предпочтительно, из композитного материала. Лонжерон 5, включающий также направляющую для кресел, изготавливается из металла по причине того, что на него действуют напряжения, создаваемые креслами. Подходящим материалом для лонжерона является титан, в частности, потому, что он мало подвержен коррозии. Напольные плиты, как в центральной, так и в наружных частях, изготавливаются из композитного материала и, предпочтительно, имеют многослойную структуру, в которую введена сотовая структура. Шпангоуты 7 и усиления 8 предпочтительно изготавливать едиными блоками из композитного материала или, в альтернативном варианте, из металла.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления, они не ограничивают объема изобретения.
В частности, специалист в данной области техники выведет из раскрытых вариантов осуществления настоящего изобретения предложения по применению иного геометрического расположения стоек. В этом плане возможны комбинации геометрических схем, описанных в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. В частности, можно также крепить стойки к поперечной балке в точках, разнесенных в поперечном направлении y.
Перечень ссылочных обозначений
1
Центральная напольная плита
2
Наружная напольная плита
3
Пол грузового отсека
5
Лонжерон
6, 61, 62, 63
Поперечная балка
7
Шпангоуты
8
Усиление
11, 21, 71, 73
Первая стойка
12, 22, 72, 74
Вторая стойка
13, 14, 23, 24
Верхний конец стойки
15, 16, 25, 26
Нижний конец стойки
31
Направляющая кресел
32
Втулка
33
Монтажное устройство
35
Центральный элемент
36
Верхняя поверхность наружной напольной плиты
37
Нижняя поверхность наружной напольной
плиты
51
Продольная балка
52
Опора стойки
53
Крепление стойки
54
Шарнирное сочленение
60
Конец поперечной балки
100
Грузовая зона
200
Наружная часть
300
Центральная часть
400
Бортовая зона
111, 112, 121,
122, 171, 172
Направления, вектора направлений
270, 271,272
Точка крепления
X
Продольное направление
(продольное направление фюзеляжа)
y
Поперечное направление (поперечное направление фюзеляжа)
z
Вертикальное направление (вертикальное направление фюзеляжа)