СОЕДИНЕНИЕ, ПЕРЕДАЮЩЕЕ БОКОВУЮ НАГРУЗКУ, И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
LATERAL LOAD TRANSFER JOINT AND ITS APPLICATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится в целом к области соединительных элементов. Более конкретно, изобретение относится к соединениям, передающим боковые нагрузки, например к соединениям, обеспечивающим крепление лонжерона вертикального оперения к фюзеляжу летательного аппарата с уменьшением общего веса узла крепления. Кроме того, изобретение относится к лонжерону вертикального оперения, имеющему соответствующую конструкцию, обеспечивающую его установку на фюзеляже летательного аппарата с уменьшением общего веса узла крепления.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В полете вертикальное оперение летательного аппарата часто подвергается значительным нагрузкам, которые создаются воздушными потоками, воздействующими на внешнюю поверхность оперения. Такие ветровые нагрузки передаются как боковое усилие через лонжероны вертикального оперения (см. фиг. 1 и 2) на фюзеляж летательного аппарата. В этом случае крепление лонжеронов вертикального оперения обычно осуществляется с помощью соединения с двойными накладками. Такое соединение чаще всего содержит крепежную пластину, которая приклепывается к фюзеляжу летательного аппарата и снабжена двумя отверстиями, а также две пары крепежных накладок, которые крепятся с обеих сторон крепежной пластины и соединяют ее с лонжероном киля вертикального оперения с помощью болтов, проходящих сквозь отверстия.
Для безопасной передачи на фюзеляж летательного аппарата высоких нагрузок, воздействующих на лонжероны, они снабжаются крепежной площадкой, которая, как правило, значительно утолщена для уменьшения нагрузок, передаваемых болтами стенкам отверстий. Поскольку затем нагрузки передаются от крепежных накладок на крепежную пластину, она также должна иметь соответствующую большую толщину, чтобы нагрузки, действующие на стенки отверстий, были как можно ниже.
Проблемой такого технического решения является то, что при передаче на фюзеляж летательного аппарата нагрузок, равномерно распределенных по длине лонжерона, они сначала концентрируются на соединительных болтах, и в результате возникают очень высокие нагрузки, действующие на стенки отверстий в крепежной пластине, а также в самих лонжеронах. Однако увеличение размеров, необходимое для обеспечения выдерживания такой концентрации нагрузок в области соединения лонжеронов, приводит к существенному увеличению веса, что в авиастроении безусловно нежелательно.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, целью настоящего изобретения, среди прочего, является создание соединения для передачи боковых нагрузок, в котором исключается необходимость утолщения элементов зоны соединения, в результате чего может быть достигнуто снижение веса конструкции.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается в соединении, передающем боковые нагрузки, предназначенном для соединения двух пластин. Упоминаемые здесь пластины необязательно должны быть металлическими, напротив, для целей настоящего изобретения они могут быть изготовлены из пластмассы или из волоконного материала, такого как, например, углеволокно.
В соединении используются первая и вторая пластины, причем первая пластина снабжена сквозным отверстием, имеющим первый диаметр. На первой поверхности второй пластины сформирован цилиндр, диаметр которого соответствует первому диаметру сквозного отверстия в первой пластине. В результате можно обеспечить, чтобы цилиндр второй пластины свободно входил в сквозное отверстие первой пластины, так чтобы он мог передавать нагрузки, направленные перпендикулярно центральной линии цилиндра, от первой пластины ко второй пластине и, наоборот. Указание в описании на то, что диаметр цилиндра соответствует первому диаметру сквозного отверстия в первой пластине, означает, что диаметр цилиндра несколько меньше диаметра сквозного отверстия, так что он может помещаться в отверстии с небольшим зазором.
Таким образом, для снижения неприемлемо высоких напряжений, действующих на стенки отверстий, в предлагаемом в изобретении соединении, передающем боковые нагрузки, используется техническое решение, которое отличается от вышеописанной известной конструкции соединения с крепежными накладками. В известной конструкции уменьшение напряжений, действующих на стенки отверстий, достигается за счет увеличения толщины нижней части лонжерона, в то время как в соответствии с изобретением нагрузки, действующие на стенки отверстий, уменьшаются за счет использования максимально возможного диаметра сквозного отверстия и цилиндра, в результате чего увеличивается эффективная опорная площадь и, соответственно, уменьшается нагрузка на единицу площади стенки отверстия.
Для обеспечения возможности регулирования положения цилиндра второй пластины относительно сквозного отверстия в первой пластине, и цилиндр, и сквозное отверстие выполнены с эксцентриситетом на отдельном элементе (или в отдельном элементе) первой или второй пластины, который устанавливается с возможностью вращения в плоскости первой или второй пластины. Таким образом, первая пластина содержит первый подшипник скольжения, который вставляется в первую пластину, так чтобы он мог поворачиваться вокруг своей оси вращения в плоскости первой пластины. Сквозное отверстие первой пластины выполнено с эксцентриситетом в первом подшипнике скольжения, так что вращение подшипника может изменять положение сквозного отверстия для выравнивания его с положением цилиндра второй пластины.
Подшипник скольжения может представлять собой цилиндрическое полое тело, снабженное на одном конце кольцевым фланцем, опирающимся на первую поверхность первой пластины. Этот кольцевой фланец обеспечивает фиксацию положения подшипника скольжения относительно первой пластины.
Для обеспечения возможности соединения первой пластины со второй пластиной на второй поверхности первой пластины, противолежащей первой поверхности, первый подшипник скольжения на его конце, противолежащем кольцевому фланцу, располагается примерно на одном уровне со второй поверхностью первой пластины.
Специалистам в данной области техники ясно из вышеприведенных объяснений, что когда первый подшипник скольжения используется с выполненным в нем с эксцентриситетом сквозным отверстием, возможно регулирование положения только по линии окружности. Однако для обеспечения возможности точного регулирования соединения, передающего боковые нагрузки, для любой точки, вторая пластина дополнительно снабжена кольцевым диском, на котором с эксцентриситетом сформирован цилиндр второй пластины. Для обеспечения возможности регулирования положения цилиндра кольцевой диск выполнен в плоскости второй пластины с возможностью поворота вокруг его оси вращения, так что в сочетании с возможностью вращения подшипника скольжения первой пластины становится возможным регулирование положения относительно почти любой точки.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения кольцевой диск второй пластины выполнен в форме подшипника скольжения. Это означает, что кольцевой диск в форме подшипника скольжения также снабжен сквозным отверстием для снижения веса, в которое может быть введен предохранительный болт для фиксации взаимного положения первой и второй пластин. В том случае, когда в качестве кольцевого диска второй пластины используется подшипник скольжения, цилиндр второй пластины выполнен в форме полого цилиндра со сквозным отверстием. В этом случае кольцевой диск представляет собой перфорированный диск с отверстием, причем сквозное отверстие полого цилиндра выровнено относительно отверстия кольцевого перфорированного диска.
Для фиксации положения подшипника скольжения второй пластины, так чтобы он не мог выпасть из нее, подшипник снабжен кольцевым фланцем, который выполнен так, чтобы он опирался на вторую поверхность второй пластины, противолежащую первой поверхности.
Для обеспечения возможности соединения первой и второй пластин на одном уровне подшипник скольжения второй пластины находится на одном уровне с первой поверхностью второй пластины, которая соприкасается с первой пластиной, когда обе пластины соединены.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается лонжерон для вертикального оперения, который по меньшей мере в зоне соединения выполнен таким образом, чтобы его можно было установить на фюзеляже летательного аппарата в качестве первой пластины вышеописанного соединения. Благодаря такой конструкции лонжерона его можно прикрепить к крепежной пластине, установленной на фюзеляже летательного аппарата, когда эта крепежная пластина устроена как вторая пластина вышеописанного соединения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описывается ниже более подробно со ссылками на прилагаемые иллюстрирующие чертежи. На чертежах показано:
фиг. 1 - вид известной конструкции крепления вертикального оперения к фюзеляжу летательного аппарата;
фиг. 2 - более подробный вид конструкции фигуры 1 для зоны соединения вертикального оперения с фюзеляжем летательного аппарата;
фиг. 3 - вид вертикального оперения с предлагаемым в изобретении соединением, передающим боковую нагрузку, на фюзеляже летательного аппарата;
фиг. 4 - более подробный вид конструкции фигуры 3 для зоны соединения на фюзеляже летательного аппарата;
фиг. 5 - вид в перспективе разобранного соединения, передающего боковую нагрузку, в соответствии с изобретением; и
фиг. 6 - вид в перспективе предлагаемого в изобретении соединения, передающего боковую нагрузку, представленного на фигуре 5, в собранном виде.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже со ссылками на фиг. 1 и 2 приведено описание известной конструкции соединения киля 7 вертикального оперения с фюзеляжем 8 летательного аппарата. Киль 7 формируется с двух сторон двумя боковыми поверхностями, усиленными в поперечном и боковом направлениях стенками и стрингерами и прикрепленными спереди и сзади к лонжеронам 2 вертикального оперения. Лонжероны 2, в свою очередь, прикреплены к фюзеляжу 8 летательного аппарата с использованием известного соединения, которое описано ниже более подробно. Поскольку в полете на боковые поверхности вертикального оперения, имеющие большую площадь поверхности, действуют значительные аэродинамические нагрузки, то конструкция оперения должна обеспечивать передачу этих нагрузок на фюзеляж 8 летательного аппарата через лонжероны 2. В полете вся конструкция вертикального оперения испытывает действие боковых ветровых нагрузок, и эти нагрузки могут быть переданы только на фюзеляж 8 летательного аппарата посредством известного соединения, подробно описанного ниже.
Как можно видеть на фиг. 2, лонжерон 2 имеет утолщенную площадку 17 соединения с фюзеляжем летательного аппарата, которая снабжена двумя отверстиями. С другой стороны, на фюзеляже 8 летательного аппарата имеется крепежная пластина 18, также снабженная двумя отверстиями. Крепежная пластина 18 имеет такую же толщину, как и утолщение 17 лонжерона 2 в зоне соединения. Лонжерон 2 своей утолщенной площадкой 17 соединяется с крепежной пластиной 18 с помощью соединения с двойными накладками в форме двух стыковых накладок 19, установленных парами и прикрепленных к утолщенной площадке 17 и к крепежной пластине 18 с помощью болтов, проходящих через соответствующие отверстия.
Утолщенная площадка 17 лонжерона 2 необходима, поскольку боковые силы, которые должны передаваться, достаточно велики, и в противном случае на стенках отверстий, через которые проходят болты, крепящие накладки 19, будут создаваться недопустимо высокие напряжения. Поскольку такое присоединение лонжерона 2 является очень сложным в связи с необходимостью использования утолщенной площадки 17 и крепежной пластины 18, имеющей соответствующую толщину, а также дополнительных стыковых накладок 19 и влечет за собой утяжеление летательного аппарата, то в настоящем изобретении предлагается другое техническое решение для присоединения вертикального оперения к фюзеляжу летательного аппарата, которое подробно описывается ниже со ссылками на фиг. 3-6.
Прежде всего, на фиг. 3 и 4 показано предлагаемое в изобретении соединение, передающее боковую нагрузку от вертикального оперения 7 на фюзеляж 8 летательного аппарата. Хотя конструкция вертикального оперения 7 в основном соответствует конструкции вертикального оперения, описанного со ссылками на фиг. 1 и 2, зона соединения лонжеронов 2 с фюзеляжем 8 летательного аппарата имеет отличия. Как можно видеть на фиг. 4, толщина пластинчатого лонжерона 2 постоянна по всей его длине, и у его основания отсутствует какое-либо утолщение, так что может быть получено снижение веса по сравнению с конструкцией, описанной выше со ссылками на фиг. 1 и 2. Как лучше всего видно на фиг. 4, на фюзеляже 8 летательного аппарата установлена вторая пластина или крепежная пластина 3 фюзеляжа, на которую опирается лонжерон 2, присоединяемый с помощью соединения, передающего боковую нагрузку, которое будет описан ниже более подробно.
На фиг. 5 показано предлагаемое в изобретении соединение, передающее боковую нагрузку, состоящее из двух пластин 2, 3 в форме лонжерона 2 и крепежной пластины 3 фюзеляжа в разобранном виде, причем пластина 2 находится напротив пластины 3 на некотором расстоянии. Как можно видеть, первая пластина 2 снабжена сквозным отверстием 14, а вторая пластина 3 снабжена цилиндром 13 (показан полый цилиндр). Сквозное отверстие 14 и цилиндр 13 имеют внутренний и внешний диаметры, соответствующие друг другу, так что полый цилиндр 13 может быть свободно введен в сквозное отверстие 14, в результате чего формируется соединение пластин 2, 3 по центральной линии цилиндра 3, обеспечивающее передачу на пластину 3 сил, действующих в поперечном направлении на пластину 2, и, наоборот (от пластины 3 к пластине 2). Выбирая диаметры сквозного отверстия 14 и цилиндра 13 как можно большими, можно минимизировать усилие, передаваемое стенкам отверстия от одной пластины 2 к другой пластине 3, так что исключается возникновение недопустимо высоких напряжений в материале.
Как можно видеть также на фиг. 5, в первую пластину 2 вставлен подшипник 5 скольжения, который может поворачиваться в плоскости первой пластины вокруг своей оси вращения. Сквозное отверстие 14 пластины 2 выполнено в подшипнике 5 скольжения с эксцентриситетом е, так что центр сквозного отверстия 14 описывает круг при вращении указанного подшипника.
На верхнем конце подшипник 5 скольжения снабжен кольцевым фланцем 15, который, как можно видеть на фиг. 5, опирается на верхнюю поверхность 9 пластины 2, в результате чего фиксируется положение подшипника 5 скольжения относительно пластины 2. Нижняя поверхность 10 пластины 2 находится на одном уровне с нижним концом подшипника 5 скольжения, так что ни одна часть пластины 2 не выступает, и она может быть плотно прижата к пластине 3.
В пластину 3, в качестве ее части, вставлен кольцевой диск 4. так что он может поворачиваться в плоскости второй пластины 3 вокруг своей оси вращения. На кольцевом диске 4 установлен с эксцентриситетом е цилиндр 13 второй пластины 3, так что при вращении кольцевого диска 4 центр цилиндра описывает окружность.
Благодаря возможности вращения кольцевого диска 4 положение цилиндра 13 может быть согласовано с соответствующим положением сквозного отверстия подшипника 5 скольжения. И, наоборот, возможность вращения подшипника 5 скольжения обеспечивает согласование положения сквозного отверстия 14 с соответствующим положением цилиндра 13 кольцевого диска 4.
В варианте осуществления предлагаемого в изобретении соединения, передающего боковую нагрузку, который представлен на фиг. 5, кольцевой диск 4 также выполнен в форме подшипника скольжения, что означает, что сквозь кольцевой диск 4, включая цилиндр 13, может проходить сквозное отверстие. Это сквозное отверстие может быть использовано в собранном виде предлагаемого в изобретении соединения, передающего боковую нагрузку (см. фиг. 6), насколько это возможно, для введения в него, например, предохранительного болта, предназначенного для предотвращения самопроизвольного рассоединения выполненного соединения.
На нижнем конце кольцевого диска 4 имеется кольцевой фланец (см. фиг. 5) в форме подшипника скольжения, опирающегося на нижнюю поверхность 12 второй пластины 3, который однако на виде в перспективе, представленном на фиг. 5, не просматривается. На верхнем конце кольцевой диск 4 находится на одном уровне с верхней поверхностью 11 второй пластины 3, так что вперед выступает только цилиндр 13.
Для предотвращения возможности вращения подшипника 5 скольжения первой пластины 2 относительно подшипника 4 скольжения второй пластины 3 в собранном положении предлагаемого в изобретении соединения, передающего боковую нагрузку, оба подшипника снабжены соответствующими запирающими устройствами для фиксации их относительного положения. Например, оба подшипника 4, 5 скольжения могут быть снабжены отверстиями по их кольцевым фланцам, в которые может быть введен фиксирующий штифт 6, для фиксации взаимного положения подшипников 4, 5 скольжения.
Перечень ссылочных обозначений
1 полый цилиндр
2 первая пластина или лонжерон
3 вторая пластина или крепежная пластина фюзеляжа
4 кольцевой перфорированный диск (второй подшипник скольжения)
5 первый подшипник скольжения
6 фиксирующее устройство
7 киль (вертикальное оперение)
8 фюзеляж летательного аппарата
9 первая поверхность первой пластины
10 вторая поверхность первой пластины
11 первая поверхность второй пластины
12 вторая поверхность второй пластины
13 цилиндр
14 сквозное отверстие
15 кольцевой фланец первого подшипника скольжения
16 кольцевой фланец второго подшипника скольжения
17 утолщение
18 крепежная пластина
19 крепежная накладка