КОНСТРУКЦИЯ КРЕПЛЕНИЯ КОНСОЛИ КРЫЛА К ФЮЗЕЛЯЖУ
DESIGN OF CONNECTION OF CONSOLE WING WITH FUSELAGE

Изобретение относится к области авиастроения, в частности к конструкции соединения крыла с фюзеляжем.
В настоящее время в самолетах соединение крыла и фюзеляжа осуществляется, в основном, посредством кессона центроплана, к которому крепятся левая и правая консоли крыла, например патентный документ US 2017066520 (А1); МПК В64С 1/06, В64С 1/26; опубл. 03.09.2017.
Конструкция с использованием центроплана уменьшает внутренний свободный объем фюзеляжа и накладывает ограничение на проектирование установки узлов и агрегатов шасси, а также на распределение внутрисамолетных коммуникаций.
Известна конструкция соединения крыла и фюзеляжа, в которой кессон крыла ограничен бортом фюзеляжа, силовые шпангоуты фюзеляжа скреплены с лонжеронами крыла, а панели обшивки фюзеляжа - с панелями кессона крыла (Патент US 8322656 (В2); МПК: В64С 1/06, В64С 1/08, В64С 1/18; опубл. 04.12.2012).
Известна конструкция крепления крыла и фюзеляжа, использующая основную раму, выполненную в виде центральной кольцеобразной секции, закрепленной по внутреннему корпусу фюзеляжа, с которой жестко скрепляются лонжероны левой и правой консоли крыла. (Патентный документ US 4198018 (А); МПК В64С 1/06, опубл. 15.04.1980 г.)
Известна конструкция крепления консолей крыла и фюзеляжа, в которой кессон каждой консоли, пересекая боковые панели обшивки фюзеляжа, продолжен внутрь фюзеляжа на расстояние, ограниченное размером функционального отсека фюзеляжа, все шпангоуты фюзеляжа, расположенные на участке кессона крыла, выполнены силовыми, строительные высоты их боковин также ограничены размером функционального отсека фюзеляжа, а верхние и нижние панели обшивки кессона каждой консоли соединены внутри фюзеляжа со стенками боковин силовых шпангоутов (Патент RU 2154003; МПК В64С 1/06, опубл.).
В вышеприведенных конструкциях обеспечивается использования внутреннего пространства отсека, включающего область соединения крыла (левой и правой консоли крыла) с фюзеляжем, при этом сам отсек, можно представить как центроплан с большим вырезом внутри.
При проектировании планера следует учитывать, что отсек, содержащий области соединения консолей крыла и фюзеляжа является одной из самых нагруженных зон конструкции планера, в которой происходит передача больших по величине усилий с крыла на силовые элементы фюзеляжа, которые должны быть связаны с другими силовыми элементами в замкнутом контуре, обеспечивающих жесткость конструкции планера. Обычно, область соединения крыла с фюзеляжем включается в конструкцию грузового (функционального) отсека фюзеляжа, расположенного между носовой и хвостовой частями. В случае необходимости модификации конструкции функционального отсека связанной с «размыканием» какого либо из элементов замкнутого контура, например оснащение его люком для десантирования груза в полете, при использовании вышеуказанных конструктивных схем, требуется изменение всей силовой схемы планера.
Прототипом изобретения является конструкция соединения крыла с фюзеляжем, раскрытая в патенте RU 2268196 С1; МПК В64С 1/26; Опубл. 20.01.2006. В конструкции крепление производится с использованием бортовой (стыковой) нервюры с образованием области соединения крыла с фюзеляжем, включенной в конструкцию отсека фюзеляжа расположенного между носовой и хвостовой частями.
При этом соединение консолей крыла и фюзеляжа, осуществляется креплением кессона крыла к силовым шпангоутам фюзеляжа, пояса лонжеронов и силовые панели кессонов каждой консоли, пересекая с переломом по борту в вертикальной плоскости боковые панели обшивки фюзеляжа, продолжены внутри фюзеляжа и замкнуты по верхней и нижней границам функционального отсека фюзеляжа, не нарушая поперечное сечение отсека, при этом шпангоуты фюзеляжа, соединенные с лонжеронами крыла, выполнены силовыми; боковины силовых шпангоутов ограничены шириной функционального отсека фюзеляжа и соединены с верхней и нижней панелями обшивки кессона каждой консоли.
Недостатком прототипа является то, что рассматриваемую конструкцию нельзя модифицировать с «размыканием» какого либо из элементов замкнутого контура, без изменения всей силовой схемы планера.
При создании изобретения была поставлена техническая задача разработки конструкции крепления консолей крыла к фюзеляжу, обеспечивающей наиболее полное использования внутреннего пространства отсека, включающего область соединения, с возможностью модернизации этого отсека, связанной с необходимостью размыкания замкнутого силового контура фюзеляжа, без изменения схемы этого контура.
Поставленная задача решается конструкцией крепления консоли крыла с фюзеляжем, с образованием области соединения крыла с фюзеляжем, включенной в конструкцию отсека фюзеляжа, расположенного между носовой и хвостовой частями, снабженной коробчатой балкой, содержащей короб, состоящий из наружной и внутренней продольных стенок, соединенных с верхней и нижней панелями и размещенных внутри короба силовых шпангоутов коробчатой балки, состыкованных и скрепленных с каждой из боковых стенок и панелями, при этом каждый из лонжеронов консоли крыла закреплен на силовом шпангоуте коробчатой балки соответственно, а торцы короба коробчатой балки жестко соединены с силовыми шпангоутами фюзеляжа, с образованием замкнутого контура фюзеляжа.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, которые можно использовать при проектировании летательных аппаратов, при этом в случае использования изобретения достигается увеличение свободного полезного объема (функционального пространства) фюзеляжа и возможность модификации отсека фюзеляжа, включающего области соединения с консолями крыла, без изменения схемы замкнутого силового контура.
В частных случаях исполнения:
- для усиления жесткости конструкции и удобства монтажа, Боковые стенки и панели могут быть выполнены с законцовочными утолщениями в местах стыков;
- для передачи изгибающего момента с консолей крыла в крутящий момент коробчатой балки, без дополнительных изгибающих моментов, действующих на короб балки, линии стыка силовых шпангоутов с боковыми стенками и панелями могут находиться в одной плоскости;
- для сохранения заданной формы поперечного сечения короба, он может содержать вспомогательные (не силовые) шпангоуты, состыкованные и скрепленные с каждой из боковых стенок и панелями.
Для пояснения сущности изобретения используются следующие графические материалы:
- Фиг. 1, Летательный аппарат, вид сбоку;
- Фиг. 2, Разрез А-А фиг. 1;
- Фиг. 3, Сечение Б-Б фиг. 2;
- Фиг. 4, Силовая схема замыкания изгибающего момента консоли крыла на контур фюзеляжа.
Область соединения (2) консоли (1) крыла с фюзеляжем (Фиг. 1) включается в конструкцию отсека фюзеляжа (3), расположенного между носовой (4) и хвостовой (5) частями (Фиг. 1). Конструкция крепления консоли (1) крыла с фюзеляжем снабжена коробчатой балкой (6), содержащей короб, состоящий из наружной (7) и внутренней (8) продольных стенок, соединенных с верхней (9) и нижней (10) панелями (Фиг. 2, 3). Внутри короба размещены силовые шпангоуты (11) коробчатой балки. Силовые шпангоуты (11) состыкованы и скреплены с каждой из боковых продольных стенок (7, 8) и панелями фюзеляжа (9, 10). В конструкции, каждый из лонжеронов (12) консоли (1) крыла закреплен (13) на силовом шпангоуте (11) коробчатой балки (6) соответственно, то есть каждый лонжерон и соответствующий ему силовой шпангоут коробчатой балки соединены друг с другом. Торцы (14, 15) короба коробчатой балки жестко соединены с силовыми шпангоутами (16, 17) фюзеляжа.
Жесткое соединение торцов коробчатой балки с силовыми шпангоутами фюзеляжа, позволяет образовать замкнутый контур фюзеляжа, на котором замыкается изгибающий момент с консолей крыла (1). Силовые шпангоуты фюзеляжа (16, 17) по существу, являются элементами замкнутых контуров отсеков, соседствующих с отсеком, включающим область соединения консоли крыла с фюзеляжем (носовая (4) и концевая (5) части).
Линии стыка силовых шпангоутов (11) с боковыми стенками (7, 8) и панелями (9, 10) могут находиться в одной плоскости.
Короб балки может содержать вспомогательные (не силовые) шпангоуты (18), состыкованные и скрепленные с каждой из боковых стенок и панелями. Места установки и количество дополнительных шпангоутов определяются после проведения прочностного расчета конструкции.
Изготовление и сборка элементов конструкции соединения консоли (1) крыла с фюзеляжем может быть реализована с помощью известных средств и методов (например А.Л. Абибов и др. «Технология самолетостроения», Учебник для авиационных вузов, М. Машиностроение 1982 г.)
Боковые стенки и шпангоуты могут быть выполнены цельно фрезерованные или из катаных плит с законцовочными утолщениями в местах стыков, для усиления жесткости конструкции и удобства монтажа
Соединения между боковыми стенками и панелями коробчатой балки, а также панелей со шпангоутами может быть выполнено с помощью болтовых соединений, с использованием накладок, фитингов и/или непрерывными или многоточечными сварочными швами.
Силовые шпангоуты коробчатой балки могут быть выполнены сборными, из металлических материалов разного сечения,.
Лонжероны (12) консоли крыла могут закрепляться к силовым шпангоутам (11) коробчатой балки через стыковую нервюру, или непосредственно через стыковые фитинги, с продолжением лонжеронов внутрь коробчатой балки, при этом силовые шпангоуты (11) коробчатой балки и лонжероны консолей крыла имеют общую линию стыка.
Конc. изг.
Конс. изг.
Кор.балк. крут
Фюз
Конс изг.
Кор.балк. крут
Фюз.
Во время полета летательного аппарата силовые шпангоуты коробчатой балки воспринимая изгибающий момент с консолей крыла М(Фиг. 4) закручивают короб, трансформируя изгибающий момент (М) в крутящий момент коробчатой балки (М), который замыкается на силовых шпангоутах фюзеляжа (М.), таким образом М переходит через (М) и замыкается изгибающим моментом шпангоутов фюзеляжа (М). Очевидно что приведенная силовая схема применима как для правой - Прав., так и для левой - Лев. консолей крыла.
В разработанной конструкции не используется кессон центроплана, поэтому, очевидно, что происходит увеличение полезного объема (функционального пространства) фюзеляжа, и, поскольку отсек фюзеляжа (3) не содержит поперечный элемент силового контура, возможна его модификация без дополнительной доработки всего замкнутого силового контура фюзеляжа, например (Фиг. 3) оснащение его проемом в днище отсека, закрываемого поворотными створками (19) не изменяя силовую схему планера.
Наибольший эффект от использования заявляемого решения может быть достигнут для летательных аппаратов, у которых ширина поперечного сечения фюзеляжа больше его высоты, например, для летательных аппаратов с аэродинамическим несущим фюзеляжам, поскольку рассматриваемая конструкция позволяет уменьшить мидель фюзеляжа.