ШПАНГОУТ КАРКАСА ФЮЗЕЛЯЖА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
BULKHEAD OF AIRCRAFT BODY FRAME

Область техники
Настоящее изобретение относится к способному выдерживать большие нагрузки и имеющему при этом небольшую массу шпангоуту каркаса фюзеляжа летательного аппарата, на котором располагается настил.
Предшествующий уровень техники
Элементы каркаса фюзеляжа летательного аппарата включают в себя шпангоуты, располагаемые перпендикулярно оси фюзеляжа, при этом нижняя часть шпангоутов обычно называется дугой.
Чтобы не допустить возможности деформации настила, в частности, под воздействием повышения давления внутри кабины во время нахождения летательного аппарата в полете желательно, чтобы элементы поперечной балки, удерживающей настил, т.е. пол отсека летательного аппарата, крепились к шпангоутам.
Настоящее изобретение, в частности, может быть использовано для создания шпангоутов каркаса летательных аппаратов, образующих средства удержания настила летательного аппарата и представляющих собой конструкцию, состоящую из металлической дуги и поперечной балки, изготовленной из композитных материалов, при этом поперечная балка удерживает настил.
Краткое изложение существа изобретения
Настоящее изобретение относится в основном к шпангоуту каркаса фюзеляжа, который содержит элемент нижней дуги, поперечную балку, удерживающую элемент настила, и решетчатую ферму, соединяющую между собой элемент нижней дуги и поперечную балку.
Такая конструкция, в которой поперечная балка расположена на расстоянии от элемента нижней дуги и соединяется с ней посредством решетчатой фермы, изготовленной из металла или из композитных материалов, позволяет создать шпангоут, обладающий большой инерционностью и имеющий большую высоту при минимально возможной массе и себестоимости производства; при этом нижняя часть конструкции, обеспечивающая общую прочность шпангоута, представлена поперечной балкой, решетчатой фермой и нижней дугой.
Кроме того, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения использование соединительной решетчатой фермы, включающей в себя изготовленные из композитных материалов стержни, концы которых накладками соединяются с поперечными балками и элементом нижней дуги, позволяет минимизировать теплообменные процессы, возникающие между обшивкой фюзеляжа и поперечной балкой шпангоута, на которой устанавливаются комплектующие элементы (конструкции или системы).
Краткое описание чертежей
Другие преимущества и характеристики изобретения станут более понятными из нижеследующего описания варианта воплощения изобретения, который не носит ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает вид спереди шпангоута каркаса фюзеляжа согласно изобретению;
фиг.2а, 2b - общие виды деталей шпангоута, представленного на фиг.1, согласно изобретению;
фиг.3 - общий вид детали решетчатой фермы шпангоута, представленного на фиг.1, согласно изобретению;
фиг.4 - вид спереди нижней части элемента шпангоута согласно изобретению;
фиг.5 - общий вид двух шпангоутов каркаса фюзеляжа согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
На фиг.1 представлен вид спереди шпангоута каркаса фюзеляжа, причем шпангоут содержит нижнюю дугу 1, поперечную балку 2, удерживающую элемент настила 3, и решетчатую ферму, соединяющую между собой нижнюю дугу 1 и поперечную балку 2.
Такая конструкция, в которой поперечная балка 2 расположена на расстоянии от нижней дуги 1 и соединена с последней посредством решетчатой фермы 4, позволяет создать шпангоут, обладающий очень большой инерционностью и большой высотой.
Нижняя часть конструкции содержит поперечную балку 2, решетчатую ферму, состоящую из стержней 4а, 4b, концы которых крепятся накладками к нижней дуге 1 и поперечной балке 2. Нижняя дуга 1 надежно удерживает настил и придает прочность всей конструкции шпангоута, что, например, может успешно применяться в конструкции транспортного самолета. Пространство между поперечной балкой 2 и нижней дугой 1, а также использование композитных материалов при изготовлении поперечной балки 2 и решетчатой фермы 4 позволяют минимизировать теплообменные процессы, возникающие между обшивкой фюзеляжа и поперечной балкой шпангоута, на которой установлены комплектующие элементы.
Для соединения нижней дуги и поперечной балки в верхней части шпангоута 5 предусмотрены плечи 6а, 6b, 7a, 7b, предназначенные для соединения с поперечной балкой 2 и нижней дугой 1. Элемент верхнего шпангоута 5 и нижняя дуга 1 являются составными конструктивными элементами шпангоута каркаса фюзеляжа.
Как это следует из фиг.1, плечи 6а, 6b, 7a, 7b образуют на каждом краю верхней части шпангоута 5 вилкообразную деталь, при этом нижняя дуга 1 и поперечная балка 2 крепятся к плечам 6а, 6b, 7a, 7b каждой вилкообразной детали методом соединения накладками.
Крепление плечей к поперечной балке и нижней дуге осуществляется методом соединения накладками, пример крепления плеча 6а к концу поперечной балки 2 изображен на фиг.2а.
Как следует из данного примера, нижняя дуга 1 и поперечная балка 2 крепятся к плечам 6а, 6b, 7a, 7b каждой вилкообразной детали встык методом соединения при помощи накладок 11, 12 и болтов 13.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, изображенным на фиг.3, стержнями 4 являются перекладины, изготовленные из композитных материалов и имеющие поперечное сечение в виде буквы U, а поперечная балка 2 также изготовлена из композитных материалов и, согласно этому же примеру, имеет вид вертикальной стенки 2а с двумя продольными, горизонтально расположенными полосами 2b, 2c, вытянутыми в противоположных относительно стенки направлениях и располагаемыми на боковых кромках стенки 2а, при этом свободный край одной из полос может иметь направленный вниз скос 2d, способный препятствовать возможным деформациям полосы 2с.
Нижняя дуга 1, как и поперечная балка 2, может быть изготовлена из композитных материалов, а также из металла, в том числе из обработанного алюминия.
В том случае если нижняя дуга 1 изготовлена из металла, то перед креплением к нему стержней и верхней части шпангоута производится ее покраска, а между концами стержней 4а, 4b и поверхностью нижней дуги 1 размещается слой стекловолокна 9, чтобы не допустить коррозии в месте соприкосновения стержня с нижней дугой.
Согласно примеру на фиг.2b нижняя дуга 1 представляет собой балку с ребрами жесткости, снабженную отверстиями 10, через которые проходят продольные стрингеры 8, удерживающие листы 14 обшивки фюзеляжа.
На фиг.5 представлен вариант изготовления конструкции части фюзеляжа со стрингерами 8 и лонжеронами 16, соединяющими шпангоуты.
Шпангоуты располагаются друг за другом в продольном направлении конструкции фюзеляжа и имеют различные размеры, которые зависят от их продольного места расположения и формы фюзеляжа.
Шпангоут каркаса фюзеляжа согласно изобретению может изготавливаться из металлических элементов или иметь смешанную конструкцию, состоящую из деталей, изготовленных из металла или композитных материалов, при этом решетчатая ферма изготавливается из композитных материалов и соединяется накладками на дуге, изготовленной из металла или из композитных материалов.
Настоящее изобретение, согласно которому совокупность элементов дуги, поперечных шпангоутов и связывающей решетчатой фермы обеспечивают прочность конструкции, не ограничивается приведенным примером. В частности на фиг.4 изображен вариант, в соответствии с которым верхняя часть шпангоута имеет асимметричную форму и содержит на одном конце вилкообразную деталь с плечами 6а, 6b, а на другом - единую крепежную пластину 15, при этом элементы дуги, поперечной балки и стержней могут быть изготовлены из композитных материалов или, по меньшей мере, один из элементов может быть металлическим, а другие изготовлены из композитных материалов.