УСТРОЙСТВО УЗЛА КРЫШКИ ЛЮКА В КЕССОНЕ КРЫЛА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И ПАНЕЛИ ОБШИВКИ ПО ОБВОДУ ЛЮКА

Полезная модель относится к авиастроению, в частности к организации конструкции смотровых и эксплуатационных люков крыла или горизонтального стабилизатора летательного аппарата (ЛА), закрываемых крышками с использованием резьбовых соединений.
Кессон крыла является наиболее распространенным типом авиационных конструкций и функционально выполняет роль силовой части элементов крыла. Кессоны представляет собой силовую конструкцию балочного типа, на которые установлена работающая обшивка.
В зависимости от режима полета, на конструкцию кессона крыла ЛА действуют сложные изменяющиеся нагрузки, вызывающие его деформацию.
Кессонная конструкция крыла имеет внутренние объемы, достаточные для размещения топлива или каких-либо агрегатов, для обслуживания которых в кессона крылах выполняются отверстия - люки (люки-лазы), закрываемые крышками с использованием резьбовых соединений. Подобные люки выполняются по ОСТ 103771-75 «Люки эксплуатационные самолетов и вертолетов», тип 8 – люки, открываемые при периодических формах технического обслуживания.
Проблема выбора конструкции крышки люка ЛА заключается в том, что крышка должна быть максимально легкой, простой в установке, при этом фиксация крышки к обшивке кессона крыла по обводу люка должна минимизировать взаимные нагрузки между крышкой и панелями панели обшивки кессона крыла, возникающие в результате допустимых деформаций кессона крыла в полете под действием изгибающих и крутящих моментов, а также обеспечить удобство снятия крышки при внеполетном положении ЛА
Известно устройство узла закрытия люка в кессоне крыла летательного аппарата, снабженное двумя крышками - внутренней и наружной. Крышки соединены дуг с другом болтами и охватывают кромками по периметру обшивку по контуру обвода люка. Наружная крышки выпалена выпуклой и сопряжена с наружной поверхностью панели обшивки. Фиксация крышки люка к панели обшивки происходит за счет защемления поверхностей панели обшивки у обвода люка между поверхностями кромок крышек, соответственно (патент US9079656 В2; МПК В64С 1/14; опубл. 14.07.2015 г.).
При использовании подобного устройства происходит утяжеление конструкции из-за необходимости использования двух крышек.
Известно Устройство узла крышки люка в кессоне крыла летательного аппарата и панели обшивки, включающее прижимной фланец и крышку люка. Крышка люка, выполнена с отбортовкой, контактирующей с внутренней поверхностью обшивке по обводу люка и снабжена втулками, с внутренней резьбой, зафиксированными в сквозных отверстиях по перемету отбортовки. Прижимной фланец выполнен со сквозными отверстиями, охватывает наружную поверхность отбортовки по контуру люка и стянут с крышкой болтами, проходящими через эти отверстия и ввернутыми во втулки, соответственно. Фиксация крышки люка к панели обшивки происходит за счет прижатия поверхности панели обшивки по обводу люка поверхностями отбортовки крышки и прижимного фланца (патент US9027882 В2; МПК В64С 1/14; опубл. 12.05.2015 г.).
Приведенная конструкция является сложной, предусматривающей увеличение трудоемкости монтажа, при этом надежность фиксации обеспечивается точностью выполнения посадочных мест крышки люка, панели и прижимного фланца.
Прототипом полезной модели выбран узел крышки люка в кессоне крыла летательного аппарата и панели обшивки по обводу люка, в котором крышка, выполнена с отбортовкой, оборудованной резьбовыми элементами с внутренней резьбой и расположена таким образом, что поверхность отбортовки контактирует с поверхностью внутренней панели обшивки в зоне возле контура обвода люка, при этом крышка прижата к панели болтами, проходящими через выполненные в обшивке сквозные отверстия, и вкрученными в резьбовые элементы (Заявка РСТ WO2009083575 A3, МПК В64С 1/14, опубл. 24.09, Фиг. 3, 4).
Снабжение устройства исключительно одной крышкой, закрывающей люк, уменьшает массу конструкции, что значительно влияет на уменьшение массы всего кессона крыла.
Недостатком прототипа является то, что беззазорное расположение элементов болта в сквозных отверстиях может вызывать концентрацию напряжений в зонах контакта между поверхностями панели обшивки по контуру обвода сквозных отверстий и расположенными в них элементами болтов при деформациях кессона крыла, возникающих под действия подъемной силы, следствием чего является уменьшение долговечности и снижение надежности узла.
При разработке полезной модели была поставлена задача создания конструкции узла крышки люка в кессоне крыла летательного аппарата и панели обшивки по обводу люка, исключающая вышеприведенный недостаток прототипа.
Поставленная задача решается созданием конструкции узла крышки люка в кессоне крыла летательного аппарата и панели обшивки по обводу люка, в котором крышка, выполнена с отбортовкой, оборудованной резьбовыми элементами с внутренней резьбой и расположена таким образом, что поверхность отбортовки контактирует с поверхностью внутренней панели обшивки в зоне возле контура обвода люка, при этом крышка прижата к панели болтами, проходящими через выполненные в обшивке сквозные отверстия и вкрученными в резьбовые элементы, кроме того, крышка застопорена относительно панели обшивки по оси стопорного болта, беззазорно проходящего через одно из сквозных отверстий - отверстия под стопорный болт, при этом при этом форма и размеры других сквозных отверстий выполнены таким образом, что при статическом внеполетном положении ЛА, а также при любых допустимых значениях деформаций кессона крыла в полете, конструктивно обеспечивают гарантированные радиальные зазоры между обводами панели обшивки по контуру этих отверстий и расположенными в них элементами других болтов, одновременно, при деформациях кессона крыл, обеспечивается возможность взаимного перемещения крышки и панели обшивки относительно друг друга в плоскостях перпендикулярных осям других болтов.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в снижении напряжений у обводов по контуру сквозных отверстий в обшивке, что приводит к увеличению долговечности и повышению надежности узла при минимальной массе устройства, одновременно достигается удобство снятия крышки при внеполетном положении.
В частных случаях исполнения:
- для улучшения аэродинамических характеристик кессона крыла, крышка может быть выполнена выпуклой, таким образом, что наружная поверхность крышки сопряжена с наружной поверхностью панели обшивки; при этом для исключения усталостных трещин, форма и размеры крышки в зоне наружной поверхности при любых допустимых значениях деформации кессона крыла в полете конструктивно обеспечивают гарантированные радиальные зазоры между обводами панели обшивки по контуру люка и наружной поверхностью люка;
- для повышения надежности конструкции устройства посредством повышения твердости, поверхность панели обшивки по контуру стопорного отверстия под стопорный болт может быть упрочнена холодной пластической деформацией;
- для увеличения прочности конструкции за счет снижения полей допусков формы размеры других сквозных отверстий могут быть рассчитаны индивидуально при выполнении каждого из этих отверстий;
- для улучшения ремонтопригодности конструкции устройства, резьбовой элемент выполнен в виде футорки, ввернутой в сквозное отверстие, выполненное в отбортовке
- для герметичности конструкции, например в случае использования кессона крыла в качестве топливной емкости, между контактирующими поверхностями отбортовки и внутренней поверхностью панели обшивки, могут быть установлены эластичные герметизирующие элементы, выполненные в виде сплошного кольца, зафиксированного на поверхности отбортовки крышки.
Сущность полезной модели поясняется следующими графическими материалами:
Фиг. 1. Кессон крыла планера летательного аппарата, снабженный закрываемыми люками;
Фиг. 2. Узел крышки люка в кессоне крыла ЛА и панели обшивки по обводу люка;
Фиг. 3. Схема нагрузок, действующих по сечению Б-Б при деформации кессона крыла в полете, в случае отсутствия зазоров между обводами по контуру сквозных отверстий в обшивке и расположенными в них элементами болтов (схема, поясняющая недостаток прототипа);
Фиг. 4. Сечение Б-Б Фиг. 2 при статическом внеполетном положении ЛА;
Фиг. 5. Вид В Фиг. 4;
Фиг. 6. Сечение Б-Б Фиг. 2 в случае возможного взаимного перемещения при деформации кессона крыла в полете;
Фиг. 7. Вид В Фиг. 6.
Осуществление полезной модели раскрывается на примере кессона крыла ЛА.
В текстовых материалах, под внешними поверхностями панели обшивки и крышки люка подразумеваются их поверхности, обращенные вневнутреннего пространства кессона крыла.
Для обеспечения жесткости кессона крыла, люк 1 выполняется (вырезается) в зоне панели обшивки, расположенной между замкнутыми контурами силовых элементов каркаса, например между нервюрами 2 и стингерами 3 (Фиг. 1).
Устройство узла крышки 4 люка в кессоне крыла летательного аппарата ЛА и панели обшивки по обводу люка (Фиг. 2, 4, 5) характеризуется тем, что для закрытия люка применяется одна крышка 4, выполненная с отбортовкой 5, оборудованной резьбовыми элементами 6 с внутренней резьбой 7. Резьбовые элементы 6 могут быть выполнены в виде резьбовых отверстий или, в виде футорок, ввернутых в сквозное отверстие 22, выполненное в отбортовке.
Крышка 4 расположена таким образом, что поверхность 8 отбортовки 5 контактирует с поверхностью 10 внутренней панели обшивки 11 в зоне возле контура обвода люка 9. Крышка 4 прижата к панели 11 болтами 12, проходящими через выполненные в обшивке сквозные отверстия 13, и вкрученными в резьбовые элементы 6.
Одновременно крышка 4 застопорена относительно панели обшивки по оси стопорного болта, беззазорно проходящего через одно из сквозных отверстий - отверстия под стопорный болт 14.
Форма и размеры других сквозных отверстий выполнены таким образом, что при статическом внеполетном положении ЛА, а также при любых допустимых значениях деформаций кессона крыла в полете, конструктивно обеспечивают гарантированные радиальные зазоры между обводами панели обшивки по контуру этих отверстий и расположенными в них элементами других болтов, например образующими головки 18 и части стержня болта 17.
В узле обеспечивается возможность взаимного перемещения крышки и панели обшивки относительно друг друга, в плоскостях перпендикулярных осям других болтов при деформациях кессона крыла,
тр.cт
деф
изг
крут.
деф
деф.X
деф.
Возможность перемещения обеспечивается тем, что созданная при выполнений сборочных операций сила прижатия контактирующих поверхностей крышки и элементов болтов с панелью панели обшивки и шероховатость поверхностей крышки, элементов болтов и панели обшивки по обводу люка в зонах контакта, определяющих статическую силу трения конструкции F. выбираются таким образом, что, при превышении установленного конструктором значения силы деформации F возникающей на обшивке кессона крыла в результате суммарного воздействия изгибающего М. и крутящего М моментов, вызываемых подъемной силой, обеспечена возможность взаимного перемещения крышки и панели обшивки относительно друг друга в пределах гарантированных зазоров под действием проекции силы F {F} в плоскостях, перпендикулярных осям других болтов. (Фиг. 3). Установленное значение силы деформации F может быть рассчитано из учета исключения необратимой деформации конструкции, например изгиба или среза стержней других болтов под воздействием нагрузки. Одновременно форма и размеры других отверстий (т.е. сквозных отверстий под другие болты крепления, за исключением стопорного болта), выполнены таким образом, что при статическом внеполетном положении ЛА, а также при любых допустимых значениях деформаций кессона крыла в полете, конструктивно обеспечивают гарантированные радиальные зазоры между обводами панели обшивки по контуру этих отверстий и расположенными в них элементами других болтов - 17, 18.
Форма и размеры других сквозных отверстий 13 определяются конструкторской проработкой, например, посредством расчета с учетом максимальных допустимых значениях деформаций кессона крыла при различных режимах полета и подтверждаются летными испытаниями. При этом первоначально, для внеполетного положения устанавливаются гарантированные радиальные зазоры для внеполетного положения (фиксируемые радиальные зазоры) 15, 16 между обводами панели обшивки по контуру этих отверстий и расположенными в них элементами других болтов 12 (Фиг. 4, 5), которые потом могут быть «выбраны» но не более чем до минимальной величины, соответствующей принятым минимальным гарантированным зазорам 19, 20. (Фиг. 6, 7). Размеры фиксируемых зазоров в других сквозных выбираются большими, чем максимальные локальные перемещения панели обшивки в областях, прилегающих к этим отверстиям при допустимых деформациях кессона крыла в полете.
Формы и размеры других сквозных отверстий 13 могут быть выполнены одинаковыми, либо, для увеличения прочности конструкции за счет снижения полей допусков фиксируемых радиальных зазоров, могут быть рассчитаны индивидуально для каждого из этих отверстий.
Для улучшения аэродинамических характеристик кессона крыла, крышка может быть выполнена выпуклой, таким образом, что наружная поверхность крышки сопряжена с наружной поверхностью панели обшивки, при этом, для исключения усталостных трещин, форма и размеры крышки в зоне наружной поверхности могут быть выполнены таким образом, что при любых допустимых значениях деформации кессона крыла в полете конструктивно обеспечивают гарантированные радиальные зазоры 21 между обводами панели обшивки по контуру люка и наружной поверхностью люка. Форма и размеры крышки определяются конструкторской проработкой, аналогично выбору формы и размеров других сквозных отверстий.
Для герметичности конструкции, например, в случае использования кессона крыла в качестве топливной емкости, между контактирующими поверхностями отбортовки 8 и внутренней поверхностью 10 панели обшивки 6, могут быть установлены эластичные герметизирующие элементы 23. Каждый герметизирующий элемент 23 может быть изготовлен в виде сплошного кольца, зафиксированного на поверхности отбортовки 8 крышки и выполненные из топливо-маслостойкой резины марки 51-1570НТА. ТУ 38 005 1166-98.
При внеполетном положении (Фиг. 3, 4), позиционирование и фиксация крышки 4 относительно элементов кессона крыла обеспечивается тем, что она застопорена относительно панели обшивки посредством стопорного болта, беззазорно проходящего через отверстия под стопорный болт 14.. Предусмотрены фиксируемые радиальные зазоры 15, 16 между обводами панели обшивки по контуру других отверстий и расположенными в них элементами других болтов 12. Фиксированные зазоры, могут выть выбраны до гарантированных зазоров (минимальных расчетных зазоров).
изг.
.
крут..
деф.
В полете ЛА, под действием подъемной силы, на кессоне крыла возникают изгибающий и крутящий моменты ММ, суммарно образующие силу деформации F, вызывающую деформацию кессона крыла.
Возможность допустимых деформаций в полете предусматривается при конструкторской разработке планера ЛА.
деф.
деф.Y
деф.Х
деф.Y
В сечении Б-Б (Фиг. 3) F может быть разложена на осевую F, действующую в направлении силы прижатия резьбового соединения по осям болтов, и радиальную F действующую в перпендикулярно направлению силы прижатия резьбового соединения, перпендикулярно осям болтов. F
деф.Y
деф.Х
х
Динамически. F компенсируется силой прижатия резьбового соединения. При отсутствии гарантированных зазоров между обводами по контуру сквозных отверстий в обшивке и расположенными в них элементами болтов (Фиг. 3) F может вызывать концентрацию напряжений σ в зонах контакта между поверхностями панели обшивки по контуру обвода сквозных отверстий и расположенными в них элементами болтов (недостаток прототипа).
деф.X
тр.ст.
деф.
В соответствии с сущностью полезной модели, под действием F F, превышающим силы статического трения F, обеспечивающие жесткость сборочного узла до момента достижения F установленного значения, происходит взаимное перемещения крышки и панели обшивки относительно друг друга с выборкой фиксированных зазоров 16, 15, но с обеспечением гарантированных радиальных 19, 20 зазоров между обводами панели обшивки по контуру других отверстий и расположенными в них элементами других болтов 12.
Гарантированные радиальные зазоры исключают контакт, между поверхностями панели обшивки по контуру обвода других отверстий и расположенными в них элементами болтов, что приводит к снижению радиальных напряжений во всем узле, следствием чего является увеличение долговечности и повышение надежности при минимальной массе устройства.
При внеполетном положении, за счет стопорения крышки относительно панели обшивки по оси стопорного болта, беззазорно проходящего через одно из сквозных отверстий - отверстия под стопорный болт 14, в отсутствии деформаций кессона крыла, конструкция узла приводится к первоначальному положению и обеспечиваются гарантированные радиальные зазоры для внеполетного положения.
деф.
Отверстие под стопорный болт предпочтительно выполнять в местах, с минимальной деформацией панели обивки по контуру люка, т.е. с минимальным расчетным значением F
Для компенсации концентрации напряжения поверхности панели обшивки по контуру отверстия под стопорный болт 14, оно может быть упрочнено методом холодной пластической деформации, например, дорнированием и обжатием кромок.
Стопорный болт может быть усилен по отношению к другим болтам, например способом изменения сечения.