СОЕДИНЕНИЕ ПАНЕЛЕЙ И СПОСОБ МОНТАЖА СОЕДИНЕНИЯ ПАНЕЛЕЙ
PANEL JOINT AND METHOD OF PANEL JOINT INSTALLATION

Изобретение касается соединения панелей, в котором, по меньшей мере, две панели соединены в длину одна с другой. Под соединением в длину понимают жесткое соединение встык. Более конкретно изобретение касается зоны стыка между двумя панелями панельного соединения. Изобретение касается также способа монтажа панелей, в котором по меньшей мере две панели жестко соединены в длину одна с другой.
Настоящее изобретение используется при необходимости жесткого соединения, по меньшей мере, двух панелей, таких как листовые пластины или пластины из композитных материалов. Изобретение, в частности, находит применение в области самолетостроения, где стык между двумя соседними панелями панельного соединения может играть не последнюю роль в аэродинамическом сопротивлении. Изобретение находит также применение в автомобилестроении, в железнодорожном транспорте, при соединении панелей, предназначенных для изготовления внешнего кузова автомобиля или железнодорожного вагона.
В области самолетостроения известно жесткое последовательное соединение в длину панелей для изготовления панельного соединения, в частности, для образования обшивки фюзеляжа или крыла самолета.
Например, как показано на фиг.1, известно использование элемента 3 связи, с которым жестко соединены панели 1, 2, для выполнения разборным стыка между двумя соседними панелями 1, 2. Первая панель установлена съемной на соединительной детали 3 с помощью разборного винта 4. Вторая панель 2 установлена неподвижно на соединительной детали 3 с помощью одного или нескольких структурных винтов 5. Таким образом, когда требуется получить доступ во внутренний объем, образованный панелями 1, 2, достаточно демонтировать первую панель 1, отвинчивая разборный винт 4.
Панели размещены встык без примыкания таким образом, что между соседними панелями 1, 2 образуется продольная щель 6. Эта продольная щель 6 является необходимой, однако она может исказить поток воздуха на внешней поверхности панелей 1, 2.
Для того чтобы уменьшить влияние этой продольной щели 6 в области стыка между двумя панелями 1, 2, известно заполнение продольной щели 6 герметизирующим уплотнением 7. Герметизирующее уплотнение 7 позволяет выполнить поверхность между двумя соседними панелями 1, 2 гладкой.
Соединительная деталь 3 выполнена с вертикальным смещением 8, предназначенным для компенсирования разности толщин между первой панелью 1 и второй панелью 2. Под толщиной панели понимают, в общем, размер этой панели в направлении, перпендикулярном ее внешней поверхности. Действительно, толщина е в зоне стыка между двумя панелями строго меньше толщины Е второй панели 2. Под зоной стыка понимают часть поверхности каждой из панелей 1, 2, входящей в соединение между упомянутыми панелями. Таким образом, высота детали 8 с вертикальным смещением соответствует разности между толщиной Е второй панели 2 и толщиной е первой панели 1. Деталь 8 с вертикальным смещением служит для удержания панелей 1, 2 на одном уровне в области зоны стыка для того, чтобы не прибегать к уравниванию между упомянутыми панелями, соединенными между собой.
Однако, как показано на фиг.2, вследствие допусков при изготовлении различных соединительных элементов, входящих в соединении, стык между двумя панелями 1, 2 в большинстве случаев требует выравнивания d. Под выравниванием понимают перемещение смежных панелей 1, 2, которые, в частности, должны выравниваться на один уровень при соединении между собой. Вследствие этого продольная щель 6 между панелями 1, 2 образует ступеньку, способную исказить поток воздуха по внешней поверхности соединения панелей 1, 2.
В настоящее время не представляется возможным исключить допуски при изготовлении, принятые для различных деталей соединения, без существенного повышения стоимости изготовления такого соединения.
В изобретении предлагается уменьшить влияние выравнивания между двумя соседними панелями панельного соединения, вызванного допусками изготовления и монтажа, на аэродинамическое сопротивление.
Для этого в изобретении предлагается рассредоточить выравнивание между двумя соседними панелями панельного соединения по значительной длине таким образом, чтобы уменьшить его влияние на аэродинамическое сопротивление.
В соответствии с изобретением преобразуют ступенчатый допуск из известного уровня техники в волнообразный допуск с использованием панелей, поверхность которых в области зоны стыка имеет вертикальное смещение, предназначенное для минимизации выравнивания между двумя панелями. Иначе говоря, каждая панель содержит две размещенные последовательно платформы, отделенные одна от другой ступенькой. Самые нижние, или расположенные ниже, платформы каждой из панелей образуют стык, когда упомянутые панели соединены одна с другой в области их нижних платформ. Таким образом, выравнивание вместо того, чтобы быть сконцентрированным в области продольной щели между двумя панелями, распределяется по совмещенной поверхности двух соседних нижних платформ. Недостаток выравнивания не исключается, но в случае его возникновения, он рассредоточивается по большей поверхности таким образом, что в некоторых случаях можно увеличить допуски изготовления и монтажа элементов, участвующих в соединении двух панелей. Возможное выравнивание двух панелей при их жестком соединении одна с другой осуществляется в полости, выполненной между ступеньками двух стыкуемых панелей. Полученная полость может иметь изменяемую высоту от одного до другого края полости, а также от одного соединения до другого. Под высотой полости понимают расстояние по вертикали до поверхности панелей.
Целесообразно изготавливать такие ступеньки, чтобы сумма высот двух стыкующихся ступенек, по существу, была равна сумме интервалов допусков изготовления и монтажа, принятых в области зоны стыка двух панелей. Под высотой ступеньки понимают расстояние, перпендикулярное поверхности панели. Под интервалами допуска понимают интервалы допуска, принятые для каждой из деталей, участвующей в жестком соединении двух панелей панельного соединения. Таким образом, при соединении панелей между собой возможное выравнивание между панелями полностью осуществляется в полости, образованной нижними платформами каждой из двух панелей.
Для полного подавления влияния выравнивания между двумя панелями возможно заливание материалом, таким как мастика, полостей, требующих выравнивания. Таким образом, выравнивание осуществляется в полости и закрывается мастикой. Мастика обеспечивает сглаживание, позволяющее получить качественную ровную поверхность, то есть без разницы по уровню двух панелей панельного соединения.
Объектом изобретения является панельное соединение, в котором две панели жестко соединены одна с другой, отличающееся тем, что поверхность каждой из двух панелей выполнена с вертикальным смещением для создания нижнего горизонтального участка и верхнего горизонтального участка, при этом обе панели жестко соединены одна с другой на уровне их нижних горизонтальных участков.
Целесообразно, чтобы сумма высот вертикальных смещений двух панелей была равна сумме интервалов допуска в зоне стыка между двумя панелями.
Целесообразно также, чтобы каждая высота смещения была равна половине суммы интервалов допуска в зоне стыка между двумя панелями.
Целесообразно также, чтобы две панели были жестко соединены одна с другой посредством соединительного элемента.
Целесообразно также, чтобы продольная щель, выполненная между двумя панелями, была заполнена герметизирующим уплотнением.
Целесообразно также, чтобы полость в зоне стыка была заполнена сглаживающим уплотнением.
Объектом изобретения является также способ монтажа вышеуказанного соединения панелей, в котором две панели жестко связаны одна с другой, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы:
- суммируют интервалы допусков, принятые для элементов соединения, входящих в жесткое соединение двух панелей;
- изготавливают две панели таким образом, что каждая из них имеет поверхность, содержащую нижний горизонтальный участок и верхний горизонтальный участок, при этом вертикальное смещение их поверхностей является таковым, что сумма высот вертикальных смещений двух панелей по существу равна сумме интервалов допусков элементов соединения, входящих в жесткое соединение двух панелей;
- жестко соединяют две панели, располагая два нижних горизонтальных участка встык для образования зоны стыка.
Предпочтительно, чтобы полость заполнялась в зоне соединения сглаживающим уплотнением.
Предпочтительно также, чтобы панели были изготовлены путем прессования в формах, снабженных противоформой, обеспечивающей ожидаемое вертикальное смещение.
Предпочтительно также, чтобы панели были изготовлены путем выполнения пластин с использованием ожидаемых вертикальных смещений.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает вид в разрезе вышеописанного концептуального панельного соединения;
Фиг.2 изображает вид в разрезе детали соединений между двумя панелями в области продольной щели между двумя панелями в соответствии с известным уровнем техники;
Фиг.3 изображает поперечный разрез двух соседних панелей, жестко соединенных между собой в соответствии с изобретением;
Фиг.4 изображает схематически сечение в разрезе двух панелей согласно изобретению;
Фиг.5 схематично изображает вид в поперечном разрезе крыла самолета, которое может быть снабжено панельным соединением в соответствии с изобретением.
Фиг.3 изображает поперечный разрез панельного соединения 100, в котором две панели 101, 102 жестко соединены одна с другой посредством соединительной детали 103.
Соединительная деталь 103 содержит вертикальное смещение 104, предназначенное для компенсации разности толщин между первой панелью 101 и второй панелью 102. В связи с тем, что первая панель 101 имеет толщину, строго меньшую толщины панели 102, вертикальное смещение направлено таким образом, что дополнительная толщина панели 102 будет находиться в полости детали 104 вертикального смещения соединительной детали 103. Таким образом, теоретически поверхности двух панелей 101, 102 будут находиться в продолжении одна другой после крепления упомянутых панелей 101, 102 к соединительной детали 103.
Однако, как будет показано выше, из-за наличия допусков при изготовлении соединительной детали 103, а также каждой из панелей 101 и 102, вытекает, что в конце монтажа совмещение между поверхностями с полостями двух панелей 101, 102 не может быть получено, и требуется выравнивание в области соединения между двумя панелями 101, 102.
Так, в соответствии с изобретением каждая из панелей 101, 102 имеет двухуровневую поверхность, образованную соответственно верхним горизонтальным участком 112, 114 и нижним горизонтальным участком 113, 115. Высота h вертикального смещения 105, 106 между верхними 112, 114 и нижними 113, 115 горизонтальными участками может зависеть от допусков изготовления и монтажа, обычно принятых для элементов панельного соединения, и изменяться в зависимости от применений, используемых материалов и т.д.
В примере, представленном на фиг.4, панель 101, размещенная на чертеже слева по отношению к панели 102, размещенной справа, имеет вертикальное смещение 105, спускающееся слева направо, в то время как панель 102 имеет вертикальное смещение 106, спускающееся справа налево. Таким образом, при соединении панелей 101, 102 горизонтальные участки образуют поверхность полости или полость 107, ограниченную верхними горизонтальными участками 112, 114.
Предпочтительно, чтобы высота h каждого из вертикальных смещений, по существу, была равна половине суммы допустимых интервалов, объединенных с допусками элементов соединения, входящих в соединение двух панелей 101, 102.
В примере, представленном на фиг.3, сумма допустимых интервалов соответствует допустимым интервалам, принятым в области каждой из двух панелей 101, 102, и соединительной детали 103. Таким образом, сумма высот h двух вертикальных смещений 105 и 106 равна сумме объединенных допустимых интервалов, принятых для деталей 101, 102 и 103.
Когда панели 101 и 102 закреплены на соединительной детали 103, возможное вертикальное смещение между панелями 101 и 102 рассредоточивается по всей длине L полости 107. Под длиной L полости подразумевают размер полости между двумя вертикальными смещениями 105, 106.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения возможно совместить продольную щель 108, протянувшуюся между краями панели 101, 102, образующими упомянутую продольную щель 108, с герметизирующим уплотнением 109, таким как герметизирующая пастообразная мастика.
Вместе с тем, впрочем, для сглаживания профиля соединения панелей в области стыка между двумя соседними панелями 101, 102 можно заполнить полость 107 сглаживающим уплотнением 110, таким как жидкая покрывающая мастика. Таким образом, получают практически гладкую поверхность, полностью закрывающую возможные перепады по высоте между двумя панелями 101 и 102.
Более того, в случае когда панели 101 и 102 жестко соединены с соединительной деталью 103 посредством соединительных винтов 111, упомянутые винты 111 размещаются в полости 107 и они также полностью покрываются сглаживающим уплотнением 110. Возможно также увеличить допуски к появлению трещин при изготовлении посадочных мест для винтов 111.
Как видно на фиг.4, толщина панели 101, 102 является одинаковой с обеих сторон вертикальных смещений 105, 106.
В примере, изображенном на фиг.3, только первая панель 101 имеет переменную толщину. Точнее говоря, толщина первой панели 101 в области верхнего горизонтального участка 112 строго превышает толщину первой панели 101 в области нижнего горизонтального участка 113. Верхний горизонтальный участок 116 и нижний горизонтальный участок 115 второй панели 102 имеют постоянную и одинаковую толщину.
На фиг.5 изображен поперечный разрез крыла 120 самолета, могущего содержать панельное соединение по изобретению.
Действительно, в случае крыла самолета необходимо иметь доступ к системам и ходам, размещенным перед передним лонжероном 121 и сзади заднего лонжерона 122 упомянутого крыла 120. Для этого панели 124, 125 крыла 120 соединены между собой с образованием четырех продольных щелей 123, в области которых возможно вертикальное смещение между соседними панелями 124, 125.
Возможно, таким образом, в области панелей 124, 125, имеющих, по меньшей мере, одну из продольных щелей 123, выполнить панельное соединение по изобретению.
Согласно варианту выполнения такого крыла 120 для осуществления панельного соединения используют:
- композитную панель 125 крыла с прессованной верхней поверхностью и выпуклой внутренней поверхностью, толщиной 10 мм +/-4%, соответственно +/-0,4 мм;
- панель 124, образующую выступ ребра атаки крыла 120 из композитного материала и снабженную монолитной частью толщиной 4 мм +/-4%, соответственно +/-0,16 мм.
- металлический язычок 126, вертикальный выступ которого имеет точность +/-2%, соответственно +/-0,2 мм, при этом упомянутый язычок 126 служит соединительной деталью между двумя панелями 124, 125.
Общая величина допустимых интервалов, объединенных в области стыка между двумя панелями 124, 125, соответствует, таким образом, сумме допустимых интервалов в области двух панелей 124, 125 и язычка 126, то есть +/-0,76 мм. Таким образом, получают аэродинамическое расхождение +0,76 мм по длине спереди по отношению к относительному потоку воздуха и -0,76 мм по длине сзади, если расхождение отцентровано по теоретическому профилю. Диапазон допусков изготовления, который может быть получен в конце монтажа, составляет, таким образом, 1,52 мм.
Такое расхождение в +/-0,76 мм не является приемлемым. Непосредственное использование композитной панели является, таким образом, невозможным при соединении панелей в соответствии с известным уровнем техники. Необходимо использовать при машинном изготовлении прессование в форме композитной панели по пяти направлениям, чтобы локально довести ее толщину до +/-0,1 мм. Оборудование адаптировано к форме панели крыла с последовательным скреплением, и изготовление должно осуществляться в трех измерениях с использованием фрезеровки в 5-ти направлениях.
При металлической панели расхождение составляет +/-0,46 мм, что является приемлемым для самолета, летящего со скоростью 0,8 от скорости звука.
В случае когда панельное соединение 124, 125 выполнено в соответствии с изобретением, известно, что в области стыков, чтобы оказаться в пределах аэродинамических допусков, сумма высот h вертикальных смещений, деленная на длину L полости, образованной нижними горизонтальными участками, должна быть меньше или равна 0,01, то есть htotale/L0,01. Под htotale подразумевают сумму высот h вертикальных смещений в области панелей, которые должны быть жестко соединены.
Для получения интервала допусков 1,52 мм используют панели 124, 125, сумма высот h вертикальных смещений которых равна 1,52 мм. Длина L полости в области зоны стыка должна равняться, таким образом, 152 мм. Эта величина рассредоточивания хорошо согласуется с определением мест крепления каждой из панелей, например 60 мм для панели ребра атаки 124 и 10 мм для панели 125 крыла. Более того, созданные таким образом незначительные полости позволяют защитить раззенкованные винтовые углубления, которые могут иметь увеличенное вертикальное смещение, так как они покрыты сглаживающим веществом.
Это применимо также для металлических панелей для улучшения аэродинамического профиля.
Вышеописанные панели по изобретению, имеющие искомую высоту h вертикального смещения, могут быть получены прессованием с использованием матриц или противоформ в соответствующих пресс-формах. Возможно также изготовление панелей из панелей большей толщины для получения необходимых панелей с заданными вертикальными смещениями.