ИНТЕРФЕЙС НАГРУЗОК, В ЧАСТНОСТИ ИНТЕРФЕЙС НАГРУЗОК КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И ПРИМЕНЕНИЕ УКАЗАННОГО ИНТЕРФЕЙСА НАГРУЗОК
STRESS INTERFACE, IN PARTICULAR, AIRCRAFT STRUCTURE STRESS INTERFACE AND ITS APPLICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к интерфейсу (устройству сопряжения) нагрузок, в особенности к интерфейсу нагрузок конструкции летательного аппарата с признаками преамбулы пункта 1, и к областям применения указанного интерфейса нагрузок, с признаками преамбулы пункта 8.
Существующий уровень техники изобретения
Арматура двери в двери самолета используется для установки двери в форме запирающего зацепления с фюзеляжем самолета в условиях полета. В этих условиях на дверную конструкцию воздействует внутреннее давление и указанное внутреннее давление проявляется в концентрированных сосредоточенных нагрузках в соответствующих точках контакта между дверью и фюзеляжем, действующих частично в радиальном направлении, частично в направлении по окружности относительно фюзеляжа самолета. Указанная арматура двери является частью основания типичной двери самолета. Любая передача концентрированных сосредоточенных нагрузок от двери ведет к состоянию многоосной нагрузки на арматуру двери.
Документ США № 5667169 A описывает дверную систему пассажирского самолета с несущим и направляющим устройством, которое действует между дверным полотном и дверной рамой, а также подъемное устройство, которое размещается между несущим и направляющим устройством и дверным полотном. Подъемное устройство перемещает дверное полотно в конце закрывающего движения в направлении поперек пути перемещения направляющего устройства с запирающим зацеплением на установленных на дверной раме приемных элементах и с достижением полного запирающего зацепления и, в начале операции открывания, в противоположном направлении подъема с выходом из положения запирающего зацепления. Не рассматриваются никакие конкретные детали соединения арматуры двери с несущей конструкцией, учитывающие принципы передачи нагрузки.
Документ США № 6378806 В1 описывает дверь для замкнутого пространства, находящегося под давлением, такого как кабина летательного аппарата. Резервные дверные упоры крепятся к краям двери и взаимодействуют с резервными упорами рамы, прикрепленными к дверной раме в корпусе летательного аппарата. Дверные упоры и упоры рамы размещаются попарно. Арматура двери, непосредственно отбортованная на краевой детали, подходит для металлических конструкций со свойствами изотропного материала. В случае волокнистой композитной несущей конструкции любые высокие установочные нагрузки, внесенные перпендикулярно слоистой плоскости краевой детали согласно указанному техническому решению, могут создать проблемы в случае отсутствия каких-либо металлических подвесок и/или скоб в качестве дублирующих средств.
Документ FR 2947241 А1 описывает раму для двери, обеспеченной в проеме фюзеляжа летательного аппарата, ограниченном обшивкой, причем указанная рама включает в себя верхний продольный элемент жесткости и нижний продольный элемент жесткости, соединяющие вместе две вертикальные субструктуры, размещенные с каждой стороны проема, в котором обеспечена по меньшей мере одна опора для передачи радиальных усилий, прилагаемых дверью, отличающаяся тем, что каждая вертикальная субструктура включает в себя по меньшей мере три стенки, выполненные из композитного материала и соединенные так, чтобы формировать замкнутый и полый профиль для того, чтобы получить оболочечную конструкцию.
Документ DE 10 2006 054431 А1 описывает компоновку с армирующими элементами, например продольными ребрами и переборками, связанными с обшивкой фюзеляжа, и окружающую конструкцию двери, спроектированную целиком или частично и включающую в себя соединительную поверхность, обращенную к обшивке фюзеляжа. Соединительная поверхность может соединяться с опорной поверхностью обшивки фюзеляжа. Окружающая дверь конструкция демонстрирует окружающую дверь раму, предоставленную раздельно в направлении по окружности конструкции фюзеляжа, которая может присоединяться в области центральной секции выреза двери.
Документ DE 102006054431 A1 описывает дверную арматуру, предназначенную для установки дверей и люков на конструкции фюзеляжа и/или конструкции крыла летательного аппарата с удерживающей частью, которая удерживает несущие элементы для двери или люка и с фланцем, которая используется для крепления к дверной конструкции или конструкции крыла, держатель двери и фланец формируются как единая деталь в форме пластинчатого компонента с плоской поверхностью. Любой крутящий момент, который обычно воздействует на дверную арматуру, не может быть удовлетворительно компенсирован этим типом компонента.
Цели изобретения
Целью изобретения является обеспечение интерфейса (устройства сопряжения) нагрузок, в частности интерфейса нагрузок конструкции летательного аппарата, который подходит для плавной передачи концентрированной сосредоточенной нагрузки в несущую конструкцию, выполненную из армированного волокном пластика, и из нее, и обеспечение применения указанного интерфейса нагрузок.
Сущность изобретения
Решение обеспечивает интерфейс нагрузок, в частности интерфейс нагрузок конструкции летательного аппарата с признаками по п.1, и с применением указанного интерфейса нагрузок с признаками по п.8. Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены зависимыми пунктами.
Согласно изобретению интерфейс нагрузок, в особенности интерфейс нагрузок конструкции летательного аппарата, содержит краевую деталь и несущую конструкцию, которые обе предпочтительно выполнены из армированного волокном пластика. Несущая конструкция является, в частности, решетчатой несущей конструкцией, содержащей по меньшей мере одну балку. Краевая деталь адаптирована к несущей конструкции.
Интерфейс нагрузок содержит также передающий нагрузки фланец, приспособленный и установленный на указанной краевой детали, причем указанный передающий нагрузки фланец сконструирован для передачи нагрузок в несущую конструкцию, а именно  поперечных нагрузок, возникающих из-за внутреннего давления и/или нагрузок по окружности, возникающих из-за фрикционного движения между дверью и контактными точками фюзеляжа, и изгибающих моментов и/или торсионных моментов, возникающих из-за указанных нагрузок. Указанная краевая деталь выполнена с по меньшей мере одной угловой (наклонной) плоскостью, и указанный передающий нагрузки фланец выполнен с двумя угловыми (наклонными) плоскостями, и соответствующие угловые (наклонные) передающие плоскости указанной краевой детали и указанные плоскости указанного передающего нагрузки фланца являются, по существу, параллельными. Указанные две плоскости указанного передающего нагрузки фланца ориентированы относительно друг друга под углом приблизительно 90°. Решетчатая несущая конструкция с указанной по меньшей мере одной балкой ориентирована под углом предпочтительно 90° к указанной краевой детали.
Являющийся предметом изобретения интерфейс нагрузок позволяет передавать концентрированные, сосредоточенные нагрузки от, например, дверной конструкции на фюзеляж летательного аппарата, а именно через передающий нагрузки фланец так, что указанные поперечные нагрузки и любые изгибающие моменты, возникающие на интерфейсе указанного передающего нагрузки фланца и указанной краевой детали из-за указанных поперечных нагрузок, становятся в основном плоскостными поверхностными нагрузками, избегая таким образом избыточного напряжения материала краевой детали и/или любой присоединенной детали. Являющийся предметом изобретения интерфейс нагрузок является подходящей конструкцией для того, чтобы гарантировать устойчивую передачу нагрузки при состоянии многоосной нагрузки. Являющийся предметом изобретения интерфейс нагрузок обеспечивает передачу/введение нагрузок в волокнистый композит, решетчатую несущую конструкцию за счет сжатия, увеличения сдвига и непосредственного введения изгибающих моментов в полки балки. Являющийся предметом изобретения интерфейс нагрузок гарантирует, что в дополнение к плоскостным поверхностным нагрузкам значительная часть переданных нагрузок будет передана на решетчатую несущую конструкцию из волокнистого композита путем сжимающей нагрузки, что является предпочтительным по сравнению с передачей нагрузки путем растягивающего напряжения краевой детали и опорной конструкции, выполненной из армированного волокном пластика, поперечного относительно соответствующих продольных осей детали. Кроме того, являющийся предметом изобретения интерфейс нагрузок улучшает введение нагрузки с увеличением в результате доли сдвигающих нагрузок, причем указанные сдвигающие нагрузки являются также предпочтительным путем передачи нагрузки на решетчатую конструкцию из волокнистого композита изобретения. Являющийся предметом изобретения интерфейс нагрузок обеспечивает хорошую доступность и хорошую возможность замены передающего нагрузки фланца путем установки его на краевой детали, и улучшенную компенсацию крутящего момента посредством двух соответствующих угловых плоскостей.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, указанная краевая деталь снабжается двумя угловыми передающими плоскостями, причем указанные две угловые передающие плоскости являются единым целым и спарены, по существу, параллельно указанным двум угловым плоскостям передающего нагрузки фланца для улучшения передачи нагрузки.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения решетчатая несущая конструкция содержит по меньшей мере одну балку с главной плоскостью (полотном) и верхней полкой и нижней полкой с соответствующими плоскостями полки, по существу прямоугольными относительно указанной главной плоскости. Изгибающие моменты от передающего нагрузки фланца компенсируются вдоль продольной оси компонента за счет предпочтительно прямого введения момента в указанные плоскости полки указанной верхней полки и указанной нижней полки балки. В результате введения нагрузок непосредственно в полки балки при являющемся предметом изобретения интерфейсе нагрузок металлические подвесные конструкции и скобы, применяемые в существующих вариантах интерфейсов нагрузок при конструкциях из волокнистого композита, могут быть удалены или сведены к минимуму, что допускает уменьшение производственных этапов, времени, издержек и веса конструкции при поддержании устойчивости и прочности.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту реализации изобретения указанная по меньшей мере одна балка выполнена из армированного волокном пластика с основным направлением волокна в указанной главной плоскости указанной по меньшей мере одной балке и указанные верхняя полка и нижняя полка выполнены из армированного волокном пластика с соответствующим основным направлением волокна в указанных соответствующих плоскостях полки для улучшения жесткости и прочности при сдвиге.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения передающий нагрузки фланец соединяется с нижней полкой балки крепежными деталями, такими как болты, заклепки, крепления, …, с нижней полкой, повернутой в направлении передающего нагрузки фланца. Части концентрированных сосредоточенных нагрузок, приложенных к передающему нагрузки фланцу, передаются на решетчатый компонент путем сжатия для улучшения поглощения в балке из волокнистого композита, допускающей использование крепежных деталей, таких как болты, заклепки, крепления, … , для остаточных нагрузок.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения передающий нагрузки фланец непосредственно соединяется с указанной верхней и с указанной нижней полками балки, с верхней полкой и нижней полкой, каждая из волокнистого композита, содержащими каждая концевые секции, каждая из которых скошена или завернута в направлении передающего нагрузки фланца. Согласно этому варианту осуществления изобретения любой изгибающий момент, приложенный к передающему нагрузки фланцу, будет непосредственно введен посредством сдвига в верхней и нижней полке балки.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения обеспечивается наружная обшивка, предпочтительно выполненная из армированного волокном пластика, причем указанная наружная обшивка и указанная краевая деталь приспособлены к указанной балке.
Дополнительное преимущество являющегося предметом изобретения интерфейса нагрузок с передающим нагрузки фланцем, непосредственно соединенным с обеими угловыми плоскостями краевой детали, заключается в том, что любой крутящий момент вокруг оси балки, приложенный к передающему нагрузки фланцу, будет частично воздействовать через сдвигающие усилия в краевой детали, выполненной из волокнистого композита.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения интерфейс нагрузок применяется для внесения/реагирования сосредоточенной нагрузки на/от конструкционной детали из волокнистого композита, такого как двери и люки самолета, конструкции, окружающие дверь самолета типа дверных рам на фюзеляже, корпус вертолета или конструкционные детали вертолета, напольные решетки в кабине самолета, кузов транспортного средства и другие решетчатые конструкции.
Краткое описание чертежей
Предпочтительный вариант осуществления изобретения будет описан со ссылкой на следующее описание и прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан перспективный вид интерфейса нагрузок согласно изобретению;
на фиг. 2 показан вид сбоку интерфейса нагрузок согласно изобретению; и
на фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе дополнительного варианта осуществления интерфейса нагрузок согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных примерных вариантов осуществления и наилучший способ выполнения изобретения
Согласно фиг. 1, интерфейс 1 нагрузок содержит передающий нагрузки фланец 2, который поддерживается с возможностью отделения на фланце со стороны фюзеляжа 3 конструкции летательного аппарата (не показана). Передающий нагрузки фланец 2 установлен на двери самолета 4 с наружной оболочкой 5 типа, по существу, плоского или слегка изогнутого корпуса, и краевой детали 6. Поперечные нагрузки передаются через передающий устойчивые нагрузки фланец 2 от двери самолета 4 во время полета, когда внутреннее давление смещает дверь самолета 4 относительно любой из соответствующих контактных точек 3 на фюзеляже. Нагрузки в передающем нагрузки фланце 2 возникают в результате трения между соединительными точками двери 4 летательного аппарата и фюзеляжа, причем указанные последние нагрузки являются прямоугольными относительно указанных упомянутых сначала поперечных нагрузок. Передача указанных многоосных нагрузок через передающий устойчивые нагрузки фланец 2 приводит в результате к возникновению изгибающих моментов от внутреннего давления и торсионных моментов от фрикционных нагрузок на интерфейсе 1 передающего фланца 2 с краевой деталью 6.
Винтовые средства 7 обеспечены для регулирования расстояния указанного передающего нагрузки фланца 2 относительно указанной контактной точки на фюзеляже 3, причем указанное расстояние является прямоугольно регулируемым относительно внешней оболочки 5 путем вращения указанных винтовых средств 7 относительно указанного передающего нагрузки фланца 2.
Передающий нагрузки фланец 2 содержит верхнюю передаточную плоскость 8 и нижнюю передаточную плоскость 9, расположенные относительно друг друга под углом около 90°. Верхняя передаточная плоскость 8 и нижняя передаточная плоскость 9 снабжены каждая проемами для фиксации передающего нагрузки фланца 2 посредством болтов, заклепок или соответствующих крепежных изделий (не показаны). Передающему нагрузки фланцу 2 придается жесткость посредством разрезов между верхней передаточной плоскостью 8 и нижней передаточной плоскостью 9. Передающий нагрузки фланец 2 изготавливают из металла или композитного материала.
Верхняя передаточная плоскость 10 краевой детали и нижняя передаточная плоскость 11 краевой детали расположены относительно друг друга под углом около 90°. Краевая деталь 6 выполнена из волокнистого композитного материала. Краевая деталь 6 крепится указанной верхней передаточной плоскостью 10 краевой детали и указанной нижней передаточной плоскостью 11 краевой детали к двум расположенным под ними верхней и нижней конечным секциям 12, 13 (см. фиг. 2) внутренней решетчатой конструкции с по меньшей мере одной балкой 14. Две расположенные под ними верхняя и нижняя конечные секции 12, 13 располагаются под углом, соответствующим верхней передаточной плоскости 10 краевой детали и нижней передаточной плоскости 11 краевой детали 6 несущей конструкции. Внутренняя балка 14 снабжена верхней полкой 15 и нижней полкой 16, причем указанные полки 15, 16 скошены или заворачиваются в направлении находящихся под ними верхней и нижней конечных секций 12, 13. Краевая деталь 6 тянется от нижней передаточной плоскости 11 краевой детали с нижним профилем краевой детали 17, который прикреплен к внешней обшивке 4. Внутренняя балка 14 и ее верхняя и нижняя полка 15, 16 выполнены из волокнистого композитного материала с волокном, направленным вдоль соответствующих плоскостей полок.
Расположенные ниже верхняя и нижняя конечные секции 12, 13 находятся предпочтительно под углом 45° (135°) относительно внешней обшивки 5.
На фиг. 2 соответствующие признаки обозначаются в соответствии с обозначениями на фиг. 1. Верхняя полка 15 и нижняя полка 16 скошены или заворачиваются в направлении верхней передаточной плоскости 8 и нижней передаточной плоскости 9 с расположенными ниже верхней и нижней конечными секциями 12, 13. Любые поперечные нагрузки, воздействующие на передающий нагрузки фланец 2, будут передаваться через верхнюю передаточную плоскость 8 и нижнюю передаточную плоскость 9 передающего нагрузки фланца 2 на верхнюю передаточную плоскость 10 краевой детали и нижнюю передаточную плоскость 11 краевой детали 6 и в наибольшей степени на расположенные ниже верхнюю и нижнюю конечные секции 12, 13 балки 14 с увеличением сдвигающего усилия за счет скошенных фланцев. Значительная часть поперечных нагрузок будет внесена на нижнюю передаточную плоскость 9 и расположенную ниже нижнюю конечную секцию 13 нижней полки 16 в качестве сжимающей нагрузки.
Любому крутящему моменту, возникающему под воздействием передающего нагрузки фланца 2, будут противостоять противодействующие сдвигающие усилия в верхней передаточной плоскости 10 краевой детали и нижней передаточной плоскости 11 краевой детали 6.
Согласно фиг. 3 соответствующие признаки рассмотрены со ссылками фиг. 1, 2. Верхняя полка 15 и нижняя полка 16 скошены или заворачиваются в направлении верхней передаточной плоскости 8 и нижней передаточной плоскости 9 с находящимися под ними верхней и нижней конечными секциями 12, 13. Любые поперечные нагрузки, воздействующие на передающий нагрузки фланец 2, будут передаваться через верхнюю передаточную плоскость 8 и нижнюю передаточную плоскость 9 передающего нагрузки фланца 2 на одну передаточную плоскость 18 краевой детали 6 и в наибольшей степени на расположенные ниже верхнюю и нижнюю конечные секции 12, 13 верхней полки 15 и нижней полки 16 балки 14 с увеличением сдвигающего усилия за счет скошенных фланцев. Значительная часть поперечных нагрузок будет внесена на одну передаточную плоскость 18 и на расположенную ниже конечную секцию 13 в качестве сжимающей нагрузки, а крутящему моменту, возникающему в результате передающего нагрузки фланца 2, будут частично противостоять противодействующие сдвигающие усилия в передающей плоскости 18 краевой детали 6, причем указанная краевая деталь 6 приспособлена и прикреплена к внешней обшивке 4, выполненной из армированного волокном пластика.
Допускается также применение передающего нагрузки фланца 2 к металлическим дверным конструкциям, что может привести к значительному уменьшению веса. Интерфейс 1 нагрузок может применяться к дверям и люкам самолета, конструкциям, окружающим дверь самолета, таким как дверные рамы, охваченные фюзеляжем, корпуса вертолетов или конструкционные детали вертолетов (не показано).
Основополагающим принципом для внесения/реагирования нагрузки сосредоточенной нагрузки конструкционным деталям из волокнистого композита применяется также ко многим другим продуктам из волокнистого композита кроме дверей самолетов, таким как напольные решетки в кабине самолета, кузов транспортного средства и другие решетчатые конструкции.
Список числовых позиций
№
Описание
Примечание
1
Интерфейс нагрузок
2
Передающий нагрузки фланец
3
Фланец, помещенный в фюзеляже
4
Дверь самолета
5
Внешняя обшивка
6
Краевая деталь
7
Винтовые средства
8
Верхняя передаточная плоскость передающего нагрузки фланца
Часть 2
9
Нижняя передаточная плоскость передающего нагрузки фланца
Часть 2
10
Верхняя передаточная плоскость краевой детали
Часть 6
11
Нижняя передаточная плоскость краевой детали
Часть 6
12
Верхняя конечная секция балки
Часть 14
13
Нижняя конечная секция балки
Часть 14
14
Балка
15
Верхняя полка балки
Часть 14
16
Нижняя полка балки
Часть 14
17
Нижний профиль краевой детали
Часть 6
18
Отдельная передаточная плоскость краевой детали (дополнительный вариант осуществления)
Часть 6