КОЛПАЧОК, КРЕПЕЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ЭТОТ КОЛПАЧОК, И САМОЛЕТ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ В СЕБЯ КРЕПЕЖНУЮ КОНСТРУКЦИЮ
CAP, FASTENING STRUCTURE USING THIS CAP, AND AIRCRAFT COMPRISING FASTENING STRUCTURE

Область техники
Предлагаемое изобретение относится к колпачку, крепежной конструкции, использующей этот колпачок, и к летательный аппарату, содержащему эту крепежную конструкцию.
Уровень техники
Обшивка, образующая корпус летательного аппарата, усилена изнутри структурным элементом, а именно элементом каркаса, имеющим форму решетчатой структуры.
Обшивка и структурный элемент, размещенный с внутренней стороны обшивки, связаны элементом крепления. Поскольку элемент крепления изготавливают из металла (например, сплава титана), существует вероятность того, что грозовой разряд от удара молнии пройдет через него и приведет к возникновению искр внутри конструкции.
В этой связи в данной области техники была предложена конструкция, исключающая возможность прохождения разряда молнии через элемент крепления, например, описанная в патентном источнике 1.
В частности, в патентном источнике 1 предложено на внешнем конце головки элемента крепления устанавливать изоляционный колпачок, а также предложен ряд решений, препятствующих прохождению разряда молнии за счет выбора соответствующей структуры элемента крепления.
Перечень цитируемых источников
Патентный источник: ПИ1 - Японская заявка № 2007-126119 на изобретение, в отношении которой не проводилась экспертиза.
Сущность изобретения
Постановка задачи
В конструкциях известного уровня техники, в которых обшивка и структурный элемент связаны между собой элементом крепления, часть элемента крепления, выступающая из структурного элемента, изогнута углом. Поэтому при протекании тока через данный элемент крепления в указанном угловом участке происходит концентрация электрического поля. В случае, когда в летательный аппарат попадает молния, и через элемент крепления протекает ток, на этом угловом участке возникает концентрация электрического поля, даже если приняты соответствующие защитные меры. Следовательно, возможно появление искр. Между тем, при появлении искр, в частности в топливном баке, содержащем воспламеняющееся вещество (например, топливо), возникает опасность взрыва из-за воспламенения топлива.
С учетом вышесказанного, задачи предлагаемого изобретения можно сформулировать следующим образом: создание колпачка, обеспечивающего повышенную безопасность за счет предотвращения искрения, даже при протекании тока молнии через элемент крепления; создание крепежной конструкции с использованием этого колпачка; и создание летательного аппарата, включающего в себя указанную крепежную конструкцию.
Решение задач
В рамках решения поставленных задач в настоящем изобретении предложены следующие средства.
Согласно первому аспекту изобретения, предложен колпачок, прикрепляемый с обеспечением закрывания части элемента крепления, связывающего обшивку летательного аппарата со структурным элементом, размещенным с внутренней стороны обшивки, причем эта часть выступает из структурного элемента, при этом внешняя поверхность колпачка, проходящая во внутреннее пространство обшивки, является криволинейной, а колпачок выполнен из проводящего материала.
Колпачок, соответствующий первому аспекту изобретения, изготовлен из проводящего материала и выполнен прикрепляемым с обеспечением закрывания части элемента крепления, связывающего обшивку летательного аппарата со структурным элементом, размещенным с внутренней стороны обшивки, причем эта часть выступает из структурного элемента. Поэтому ток молнии, проходящий через элемент крепления, течет по внутренней части колпачка. Данное обстоятельство позволяет предотвратить концентрацию электрического поля на угловом участке элемента крепления, расположенном в пределах указанной части.
Поскольку внешняя поверхность колпачка, находящаяся во внутреннем пространстве обшивки, в частности поверхность, открытая внутрь бака, является криволинейной, внешняя поверхность колпачка, находящаяся во внутреннем пространстве обшивки, не имеет углов. Соответственно на внешней поверхности колпачка нет участков концентрации электрического поля, и, следовательно, возможно предотвращение искрения, вызванного концентрацией электрического поля.
Использование колпачка для топливного бака, заполненного горючим веществом, например топливом, позволяет уменьшить вероятность взрыва, обусловленного воспламенением топлива из-за возникновения искр, а следовательно, приводит к повышению безопасности.
Колпачок, соответствующий первому аспекту изобретения, в предпочтительном случае имеет контактную поверхность, соприкасающуюся со структурным элементом.
Это позволяет току, текущему от элемента крепления к колпачку, протекать к структурному элементу через контактную поверхность и, следовательно, сопротивление току, текущему от элемента крепления к структурному элементу, существенно уменьшается. Если снижается сопротивление току, протекающему от элемента крепления к структурному элементу, то уменьшается величина тока и, следовательно, дополнительно уменьшается вероятность искрения.
Указанная контактная поверхность соприкасается со структурным элементом и, таким образом, не является внешней поверхностью, находящейся во внутреннем пространстве обшивки, и поэтому допускает наличие углов.
Согласно второму аспекту изобретения, предложен колпачок, прикрепляемый с обеспечением закрывания части элемента крепления, связывающего обшивку летательного аппарата со структурным элементом, размещенным с внутренней стороны обшивки, причем эта часть выступает из структурного элемента, при этом колпачок имеет контактную поверхность, соприкасающуюся с указанным структурным элементом, и выполнен из проводящего материала.
Колпачок, соответствующий второму аспекту изобретения, изготовлен из проводящего материала и выполнен прикрепляемым с обеспечением закрывания части элемента крепления, связывающего обшивку летательного аппарата со структурным элементом, размещенным с внутренней стороны обшивки, причем эта часть выступает из структурного элемента. Поэтому ток молнии, проходящий через элемент крепления, течет по внутренней части колпачка. Данное обстоятельство позволяет предотвратить концентрацию электрического поля на угловом участке элемента крепления, расположенном в пределах указанной части.
Кроме того, поскольку ток, текущий от элемента крепления к колпачку, протекает к структурному элементу через контактную поверхность, сопротивление этому току существенно уменьшается. Если снижается сопротивление току, протекающему от элемента крепления к структурному элементу, то уменьшается величина тока и, следовательно, дополнительно уменьшается вероятность искрения.
Использование этого колпачка для топливного бака, заполненного горючим веществом, например топливом, позволяет уменьшить вероятность взрыва, обусловленного воспламенением топлива из-за возникновения искр, а следовательно, приводит к повышению безопасности.
Указанная контактная поверхность соприкасается со структурным элементом и, таким образом, не является внешней поверхностью, находящейся во внутреннем пространстве обшивки, и поэтому допускает наличие углов.
Согласно третьему аспекту изобретения, предложена крепежная конструкция, в которой обшивка летательного аппарата и структурный элемент, размещенный с внутренней стороны обшивки, соединены с помощью элемента крепления, причем часть элемента крепления, выступающая из структурного элемента, закрыта колпачком, выполненным в соответствии с первым или вторым аспектом изобретения.
При крепежной конструкции, соответствующей третьему аспекту изобретения, часть элемента крепления закрыта колпачком, соответствующим первому или второму аспекту изобретения, и поэтому обеспечивается возможность предотвращения искрения даже при протекании тока молнии через элемент крепления.
Использование этой крепежной конструкции для топливного бака, заполненного горючим веществом, например топливом, позволяет уменьшить вероятность взрыва, обусловленного воспламенением топлива из-за возникновения искр, а следовательно, приводит к повышению безопасности.
Согласно четвертому аспекту изобретения, предложен летательный аппарат, в котором обшивка и структурный элемент, размещенный с внутренней стороны обшивки, соединены по меньшей мере частично посредством крепежной конструкции, выполненной в соответствии с третьим аспектом изобретения.
В летательном аппарате, соответствующем четвертому аспекту изобретения, обшивка и структурный элемент, размещенный с внутренней стороны обшивки, соединены по меньшей мере частично посредством крепежной конструкции, позволяющей предотвратить искрение. Поэтому использование этой крепежной конструкции для топливного бака, заполненного горючим веществом, например топливом, позволяет уменьшить вероятность взрыва, обусловленного воспламенением топлива из-за возникновения искр, а следовательно, приводит к повышению безопасности.
Обеспечиваемый технический результат
Предложенный колпачок изготовлен из проводящего материала и выполнен прикрепляемым с обеспечением закрывания части элемента крепления, связывающего обшивку летательного аппарата со структурным элементом, размещенным с внутренней стороны обшивки, причем эта часть выступает из структурного элемента. Поэтому ток молнии, проходящий через элемент крепления, течет по внутренней части колпачка. Данное обстоятельство позволяет предотвратить концентрацию электрического поля на угловом участке элемента крепления, расположенном в пределах указанной части.
Внешняя поверхность колпачка, находящаяся во внутреннем пространстве обшивки, например поверхность, открытая внутрь бака, является криволинейной, и/или колпачок имеет контактную поверхность, соприкасающуюся со структурным элементом, и поэтому возможно предотвращение искрения, вызванного электрическим полем.
Использование этого колпачка для топливного бака, заполненного горючим веществом, например топливом, позволяет уменьшить вероятность взрыва, обусловленного воспламенением топлива из-за возникновения искр, а следовательно, приводит к повышению безопасности.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 в аксонометрии иллюстрирует конфигурацию основного крыла, снабженного топливным баком, использующим крепежную конструкцию в соответствии с одним из вариантов предлагаемого изобретения.
Фиг.2 изображает сечение по Х-Х, иллюстрирующее конфигурацию топливного бака, представленного на фиг.1.
Фиг.3 изображает сечение, поясняющее конфигурацию показанной на фиг.2 крепежной конструкции между верхней обшивкой и стрингером.
Описание вариантов изобретения
Ниже крепежная конструкция, соответствующая одному из вариантов изобретения, подробно описана со ссылкой на фиг.1-3.
На фиг.1 представлен вид в аксонометрии, показывающий конфигурацию основного крыла, снабженного топливным баком, использующим крепежную конструкцию в соответствии одним из вариантов предлагаемого изобретения. На фиг.2 показано сечение по X-X конструкции топливного бака, представленного на фиг.1.
Как показано на фиг.1 и 2, основное крыло 1 состоит главным образом из верхней обшивки (обшивки) 3, нижней обшивки (обшивки) 5, лонжеронов (структурные элементы) 7, ребер (структурные элементы) 9 и стрингеров (структурные элементы) 11.
Топливный бак 13 выполнен как необъемлемая часть основного крыла 1 и находится внутри него, или, говоря другими словами, во внутреннем пространстве основного крыла 1.
Верхняя обшивка 3 и нижняя обшивка 5 представляют собой тонкие листы, определяющие внешнюю форму основного крыла 1. Вместе с лонжеронами 7, ребрами 9 и стрингерами 11 они принимают на себя часть растягивающей и сжимающей нагрузок, действующих на основное крыло 1.
Верхняя обшивка 3 и нижняя обшивка 5 - это тонкие листы, образующие верхнюю и нижнюю поверхности основного крыла 1.
Верхнюю обшивку 3 и нижнюю обшивку 5 изготавливают, например, из пластика, армированного углеродным волокном, (ПАУВ), в котором в качестве основы использован эпоксидный компаунд и углеродистое волокно в качестве упрочняющих волокон. Возможно также выполнять верхнюю обшивку 3 и нижнюю обшивку 5 из металла, в частности, из алюминиевого сплава.
Как показано на фиг.1 и 2, лонжероны 7 представляют собой структурные элементы, проходящие вдоль основного крыла 1 (в случае фиг.2 в направлении, перпендикулярном плоскости листа бумаги). Они расположены между верхней обшивкой 3 и нижней обшивкой 5.
Применимо к данному варианту изобретения для примера рассмотрены лонжероны 7, размещенные соответственно на передней кромке (ПК) и задней кромке (ЗК) основного крыла 1.
Как показано на фиг.1 и 2, стрингеры 11 представляют собой структурные элементы, проходящие между парой лонжеронов 7 вдоль основного крыла 1 (в случае фиг.2 в направлении, перпендикулярном плоскости листа бумаги). Они служат для повышения прочности, обеспечиваемой лонжеронами 7.
Лонжероны 7 и стрингеры 11 передают на фюзеляж (не показан), к которому крепится основное крыло 1, изгибающие и скручивающие силы, приложенные к основному крылу 1, действующие в прямом-обратном направлении и в направлении вверх-вниз.
Как показано на фиг.1 и 2, ребра 9 представляют собой структурные элементы, проходящие в направлении хорд основного крыла 1 (направление слева-направо на фиг.2) и распределенные между верхней обшивкой 3 и нижней обшивкой 5. Другими словами, ребра 9 являются структурными элементами, по существу перпендикулярными лонжеронам 7 и стрингерам 11. Это пластинчатые элементы, которым придана форма поперечного сечения основного крыла 1.
Лонжероны 7, ребра 9 и стрингеры 11 изготавливают, например, из металла, в частности из сплава алюминия. В альтернативном случае, их изготавливают из металла лишь частично, или полностью из пластика, упрочненного стекловолокном, например из пластика ПАУВ.
Топливный бак 13 - это бак, в котором содержится авиационное топливо (горючее). Его место определяется внутренним пространством основного крыла 1, разделенным на секции верхней обшивкой 3, нижней обшивкой 5, лонжеронами 7 и рядом ребер 9, как показано на фиг.1 и 2. Топливный бак 13 представляет собой бак, выполненный за одно целое с основным крылом 1.
Внутри топливного бака 13 смонтированы топливопроводы (не показаны на чертеже), предназначенные для приема и выдачи топлива, а также проводка (не показана на чертеже) для системы контроля топлива, предназначенной для измерения количества топлива.
Лонжероны 7, стрингеры 11 и ребра 9 прикреплены к верхней обшивке 3 и нижней обшивке 5 с помощью элементов 15 крепления, выполненных из металла. Элементы 15 крепления могут быть изготовлены, например, из алюминиевого сплава или титана.
Фиг.3 изображает сечение, поясняющее конфигурацию крепежной конструкции 17 между верхней обшивкой 3 и стрингером 11, показанными на фиг.2.
Элемент 15 крепления включает в себя вытянутый цилиндрический стержень 19 и головку 21, расположенную на одном конце стержня 19.
Головка 21 имеет форму усеченного конуса. Часть головки с малым диаметром имеет конфигурацию, обеспечивающую ее сочленение со стержнем 19, диаметр которого по существу равен малому диаметру указанной части головки. На другом конце стержня 19 (противоположном концу с головкой 21) предусмотрена внешняя резьба 23.
Элемент 15 крепления установлен таким образом, что стержень 19 проходит через сквозное отверстие, образованное в верхней обшивке 3 и стрингере 11, а головка 21 утоплена в верхней обшивке 3.
Стержень 19 сконфигурирован так, что выступает из стрингера 11 во внутреннее пространство топливного бака 13. Элемент 15 крепления скрепляет верхнюю обшивку 3 и стрингер 11 с помощью гайки 25, навинчиваемой на внешнюю резьбу 23 стержня 19, а следовательно, перемещаемой в направлении стрингера 11.
Кроме того, в конструкции используется колпачок 27, который закрывает часть элемента 15 крепления, находящуюся внутри топливного бака 13, (или говоря другими словами, часть, выступающую из стрингера 11 внутрь топливного бака 13), а также гайку 25.
Колпачок 27 имеет форму по существу сферического тела, обрезанного по плоскости. Эта секущая плоскость образует контактную поверхность 29, соприкасающуюся со стрингером 11, выполняющим функции структурного элемента.
По центру контактной поверхности 29 предусмотрена полость 31, в которой размещается выступающая из стрингера 11 часть элемента 15 крепления и целиком гайка 25. Колпачок 27 устанавливают при таком состоянии, когда в полости 31 размещены часть элемента 15 крепления, выступающая из стрингера 11, и полностью гайка 25, и когда контактная поверхность 29 соприкасается со стрингером 11. Говоря другими словами, колпачок 27 прикрепляют, чтобы закрыть часть элемента 15 крепления, выступающую из стрингера 11, и всю гайку 25.
Внешняя поверхность 33 колпачка 27, за исключением контактной поверхности 29, обращена в пространство, находящееся с внутренней стороны верхней обшивки 3 или, говоря другими словами, во внутреннее пространство топливного бака 13. При установке колпачка 27 его внешняя поверхность 33 входит во внутреннее пространство верхней оболочки 3. С другой стороны, контактная поверхность 29 соприкасается со стрингером 11 и, таким образом, не связана с внутренним пространством верхней обшивки 3.
Внешняя поверхность 33 образована по существу частью сферы и поэтому является криволинейной поверхностью. Между тем, внешняя поверхность 33 не ограничивается лишь случаем части сферы, а может представлять собой криволинейную поверхность любой подходящей формы.
Хотя на границе между контактной поверхностью 29 и внешней поверхностью 33 образуется угловой участок, этот участок не является частью внешней поверхности 33, входящей во внутреннее пространство верхней обшивки 3, поскольку контактная поверхность 29 соприкасается со стрингером 11.
Колпачок 27 изготавливают, например, из алюминиевого сплава. Однако материал, используемый при создании колпачка 27, не ограничивается только случаем алюминиевого сплава - в качестве него можно использовать любой подходящий проводящий материал.
В этом случае для замедления электролитической коррозии желательно использовать материал, имеющий по существу такое же электрическое сопротивление, как у материалов элемента 15 крепления и стрингера 11.
Крепление колпачка 27 может быть осуществлено путем нарезания внутренней резьбы в полости 31 и сцепления этой внутренней резьбы с внешней резьбой 25 элемента 15 крепления с обеспечением в результате прочного контакта между контактной поверхностью 29 и стрингером 11.
Если между контактной поверхностью 29 и стрингером 11 образуется зазор, то между ними для обеспечения электрической проводимости следует поместить проводящую смазку.
Другая возможность заключается в использовании между контактной поверхностью 29 и стрингером 11 уплотнения, обеспечивающего повышенную адгезионную способность. В этом случае желательно снабдить контактную поверхность 29 выступом и плотно прижать ее, чтобы она вошла в поверхность стрингера 11, благодаря чему будет обеспечена электрическая проводимость.
Крепежная конструкция, снабженная элементом 15 крепления, связывающим верхнюю обшивку 3 и нижнюю обшивку 5 с лонжеронами 7 и ребрами 9, включает в себя рассмотренный выше колпачок 27.
Далее рассмотрено функционирование крепежной конструкции 17, соответствующей описанному выше варианту изобретения.
При ударе молнии в зоне элемента 15 крепления через элемент 15 крепления протекает ток молнии. Ток молнии, протекающий через элемент 15 крепления, течет от элемента 15 крепления к стрингеру 11, причем ток, протекая от элемента 15 крепления через внутреннюю часть колпачка 27 к стрингеру 11, проходит через контактную поверхность 29.
Поскольку ток молнии течет от элемента 15 крепления через внутреннюю часть колпачка 27 к стрингеру 11, появляется возможность предотвратить концентрацию электрического поля на угловом участке элемента 15 крепления, например, на дальнем конце внешней резьбы 23 или на конце элемента 15 крепления.
Поскольку колпачку 27 придана криволинейная внешняя поверхность 33, крепежная конструкция не имеет углов. Соответственно, внешняя поверхность 33 колпачка 27 не имеет участков, где концентрируется электрическое поле, и, следовательно, предотвращается искрение, обусловленное концентрацией электрического поля.
Кроме того, поскольку ток молнии, прошедший от элемента 15 крепления к колпачку 27, течет к стрингеру 11 через контактную поверхность 29, площадь которой для передачи тока является увеличенной по сравнению со случаем конструкции, обеспечивающей только прямое протекание тока от элемента крепления 15 к стрингеру 11, то существенно снижается сопротивление току, протекающему от элемента 15 крепления к стрингеру 11. При снижении сопротивления току, протекающему от элемента 15 крепления к стрингеру 11, уменьшается величина тока, и, следовательно, появляется дополнительная возможность предотвращения искрения.
Соответственно, существенно снижается вероятность взрыва вследствие воспламенения топлива, вызванного искрением внутри топливного бака 13, и таким образом, повышается безопасность летательного аппарата. Кроме того, благодаря упрощению конструкции средства защиты от молнии для элемента 15 крепления и повышению ее технологичности, становится возможным снизить стоимость изготовления.
Следует иметь в виду, что предлагаемое изобретение не ограничено описанными выше вариантами выполнения и может претерпевать различные модификации, не выходящие за рамки его правовой охраны.
Например, в случае, когда возможна широкая контактная поверхность 29 и сопротивление току, протекающему от элемента 15 крепления к стрингеру 11, достаточно мало, на внешней поверхности 33 допустимо наличие угла.
Номер позиций
1 Основное крыло
3 Верхняя обшивка
5 Нижняя обшивка
7 Лонжерон
9 Ребро
11 Стрингер
15 Элемент крепления
17 Крепежная конструкция
27 Колпачок
29 Контактная поверхность
33 Внешняя поверхность.