ПАНЕЛЬ ОБШИВКИ ВОЗДУШНОГО СУДНА С УЛЬТРАЗВУКОВЫМ ДАТЧИКОМ
AIRCRAFT SKIN PANEL WITH ULTRASOUND TRANSDUCER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к панели обшивки воздушного судна с ультразвуковым датчиком и к способу изготовления такой панели.
Уровень техники
Ультразвуковой топливомер для воздушного судна описан в WO 2005/015134. Ультразвуковой приемопередатчик прикреплен к ленте-носителю, которая присоединена к внутренней поверхности стенки топливного бака. Проблемой таких монтируемых изнутри систем является то, что провода и приемопередатчик, являясь электрическими компонентами, потенциально могут воспламенить топливо. Еще одной проблемой таких систем является то, что для ремонта или осмотра приемопередатчика персонал должен входить внутрь бака. Это может быть длительным и сложным.
Обе эти проблемы могут быть решены путем наружного монтажа приемопередатчика, как в US 5761955. Однако это является неприемлемым в случае панели обшивки воздушного судна, поскольку приемопередатчик будет увеличивать аэродинамическое сопротивление.
Раскрытие изобретения
Согласно первому аспекту изобретения, предлагается панель обшивки воздушного судна, представляющая собой в процессе использования стенку бака для текучей среды, содержащая обшивочный слой с наружной поверхностью, представляющей собой в процессе использования аэродинамическую поверхность воздушного судна; отверстие в обшивочном слое; ультразвуковой датчик; и панель доступа, которая заполняет указанное отверстие и может быть отделена для получения доступа к указанному датчику снаружи указанного бака.
Наличие панели доступа в обшивочном слое позволяет устанавливать, осматривать и/или ремонтировать датчик снаружи бака. Предпочтительно, панель доступа находится по существу на одном уровне с наружной поверхностью панели обшивки с тем, чтобы свести к минимуму аэродинамическое сопротивление.
Панель может иметь монолитную конструкцию лишь с одним слоем. Альтернативно панель может иметь конструкцию типа сэндвич с внутренним слоем и сердцевиной, имеющей более низкую массовую плотность, чем внутренний слой и обшивочный слой, причем сердцевина расположена между внутренним слоем и обшивочным слоем. Преимуществом этого является то, что датчик и, возможно, также сигнальный провод могут быть отделены от топлива или паров топлива внутренним слоем. Панель обшивки типа сэндвич может быть собрана путем помещения сердцевины и датчика на первый из слоев с последующей укладкой другого слоя на указанные сердцевину и датчик.
Предпочтительно ультразвуковой датчик сопряжен с внутренней поверхностью обшивочного слоя. Датчик может также быть приклеен к обшивочному слою.
Ультразвуковой датчик может состоять лишь из ультразвукового приемопередатчика либо представлять собой узел датчика, содержащий приемопередатчик в сборе с одним или более соединительными приспособлениями. Узел датчика может иметь наклонную поверхность, которая сопряжена с внутренним слоем, а внутренний слой образует уклон в том месте, где он сопряжен с этой наклонной поверхностью. Обычно приемопередатчик имеет плоскую поверхность, которая сопряжена с внутренним слоем.
Панель доступа может быть смонтирована на обшивочном слое. Однако это представляет проблему, заключающуюся в том, что в обшивочном слое должны быть выполнены отверстия, ослабляющие обшивочный слой и увеличивающие аэродинамическое сопротивление. Поэтому, более предпочтительно, панель доступа смонтирована на ультразвуковом датчике, обычно с помощью одного или более отделяемых крепежных элементов.
Бак для текучей среды обычно представляет собой топливный бак, однако и другие текучие среды могут отслеживаться приемопередатчиком, такие как вода или текучая среда для гидравлических приводов. Обычно датчик используется для отслеживания уровня текучей среды в баке.
Краткое описание чертежей
Далее будут описаны варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фигура 1 - вид в сечении панели обшивки воздушного судна с конструкцией типа сэндвич,
фигура 2 - перспективный вид в сечении панели,
фигура 3 - перспективный вид в сечении узла датчика,
фигуры 4-7 - перспективные виды в сечении, показывающие последовательность этапов при изготовлении панели,
фигура 8 - схематичный вид топливного бака, содержащего панель, и
фигуры 9 и 10 - перспективные виды в сечении панели обшивки воздушного судна с монолитной конструкцией.
Осуществление изобретения
Фигура 1 - это вид в сечении панели обшивки воздушного судна. Панель имеет так называемую конструкцию типа «сэндвич» с композитным внутренним слоем 1, композитным обшивочным слоем 2, панелью 3 доступа и имеющей низкую плотность вспененной сердцевиной 4.
Кроме того, между внутренним и обшивочным слоями панели обшивки расположены узел 14 ультразвукового датчика, сигнальный провод 9 и канал 10 для провода. Сигнальный провод 9 показан на фигуре 1, но не показан на других фигурах.
Узел 14 датчика, показанный на фигуре 3, содержит приемопередатчик 5 (к которому присоединен сигнальный провод 9), внутреннее соединительное приспособление 15 с резьбовым отверстием 16, вспененный наполнитель 17 и наружное соединительное приспособление 18. Наружное соединительное приспособление 18 имеет поверхность 19 в форме усеченного конуса, которая сопряжена с внутренним слоем 1. Внутренний слой 1 формирует соответствующий уклон 20 в том месте, где он сопряжен с поверхностью в форме усеченного конуса наружного соединительного приспособления 18, что лучше всего видно на фигуре 2. Приемопередатчик 5 имеет наружную резьбу, которая образует резьбовое соединение с отверстием 16 во внутреннем соединительном приспособлении.
Фигуры 4-7 - это перспективные виды в сечении, показывающие последовательность этапов при изготовлении панели.
Композитный обшивочный слой 2 состоит из композитных «препреговых» подслоев, а каждый подслой содержит систему однонаправленных углеродных волокон, пропитанную эпоксидной смолой. Каждый подслой может быть уложен вручную либо при помощи лентоукладочного автомата, в виде рядов лентообразных полос.
В обшивочном слое 2 вырезают отверстие 30, как показано на фигуре 4. Далее узел 14 датчика, канал 10 для провода и сердцевину 4 помещают на обшивочный слой, как показано на фигуре 5. Узел 14 датчика помещают внутрь круглого отверстия в сердцевине, а канал 10 для провода помещают внутрь удлиненного отверстия в сердцевине. Узел 14 датчика и канал 10 для провода входят в соответствующие отверстия в сердцевине 4 с плотной посадкой, так что они сопряжены с сердцевиной на всех сторонах.
Далее внутренний слой 1 укладывают на узел 14 датчика, канал 10 для провода и сердцевину 4, как показано на фигуре 6. Внутренний слой 1 имеет такую же конструкцию, что и обшивочный слой 2, а именно, он содержит композитные «препреговые» подслои, а каждый подслой содержит систему однонаправленных углеродных волокон, пропитанную эпоксидной смолой. Каждый подслой может быть уложен вручную либо при помощи лентоукладочного автомата, в виде рядов лентообразных полос.
Вспененная сердцевина 4 имеет более низкую массовую плотность, чем композитный внутренний слой 1 и композитный обшивочный слой 2.
Канал 10 для провода имеет такую же высоту, что и сердцевина 4, так что он сопряжен как с внутренним слоем 1, так и с наружным обшивочным слоем 2, и поддерживает как внутренний слой 1, так и наружный обшивочный слой 2. Малый угол уклона позволяет относительно легко уложить внутренний слой 1.
Далее сигнальный провод 9 пропускают вдоль канала 10 для провода до тех пор, пока его свободный конец не войдет в открытую камеру 31 под приемопередатчиком. Свободный конец сигнального провода затем присоединяют к приемопередатчику, при этом доступ для этой операции обеспечивается отверстием 30 в обшивочном слое. Сигнальный провод 9 может быть присоединен к приемопередатчику посредством клемм с винтовым креплением, путем навивания или любым другим подходящим способом.
Наконец, отверстие 30 закрывают путем привинчивания панели 3 доступа к внутреннему соединительному приспособлению 15 посредством ряда винтов (не показаны), проходящего вдоль ее периферии. Необходимо отметить, что благодаря привинчиванию панели 3 доступа к внутреннему соединительному приспособлению 15 не требуется прохождение крепежных элементов сквозь обшивочный слой 2. Панель 3 доступа и узел датчика защищены от выпадения из отверстия 30 за счет сопряжения фланца 21 внутреннего соединительного приспособления 15 с внутренней поверхностью обшивочного слоя 2 вдоль периферии отверстия 30. При необходимости панель 3 доступа впоследствии может быть отвинчена для получения доступа к приемопередатчику с целью его ремонта или осмотра.
Фигура 8 - это схематичный вид топливного бака воздушного судна, содержащего панель обшивки из фигур 1-7. При использовании, как показано на фигуре 8, внутренний слой 1 представляет собой стенку топливного бака, содержащего топливо 40, а обшивочный слой 2 и панель 3 доступа образуют аэродинамическую поверхность воздушного судна, испытывающую воздействие воздушного потока 41. Таким образом, желательно, чтобы внутренний слой 1 был неповрежденным (для предотвращения утечки топлива), а обшивочный слой 2 и панель 3 доступа были гладкими (для сведения к минимуму аэродинамического сопротивления).
Приемопередатчик подает ультразвук 43 внутрь топлива. Ультразвук отражается от границы 44 раздела топлива и воздуха, в результате чего создается ультразвуковое эхо, которое принимается приемопередатчиком и передается через сигнальный провод 9 процессору 45, находящемуся в удаленном месте, таком как фюзеляж воздушного судна. Процессор 45 затем определяет уровень топлива на основании времени прибытия ультразвукового эха. В частности, для каждого топливного бака имеется прямая зависимость между временем прохождения ультразвука и высотой топлива, содержащегося в баке, при условии, что приемопередатчик находится в известной измерительной позиции на баке.
Фигуры 9 и 10 - это перспективные виды в сечении панели обшивки воздушного судна согласно второму варианту осуществления изобретения с монолитной конструкцией. Панель имеет один композитный обшивочный слой 52, панель 53 доступа и узел 54 ультразвукового датчика.
Узел 54 датчика содержит приемопередатчик 55, к которому присоединен сигнальный провод (не показан), и напоминающий по форме цветочный горшок корпус 56 с резьбовым стаканом 57 и каналом 58, который действует в качестве канала для провода. Приемопередатчик 55 имеет наружную резьбу, которая образует резьбовое соединение со стаканом 57.
Корпус 56 прикреплен к внутренней поверхности обшивочного слоя 52 вдоль периферии панели 53 доступа, а панель 53 доступа прикреплена болтами к корпусу 56.
Изобретение описано со ссылками на один или более предпочтительных вариантов осуществления, однако следует понимать, что различные изменения или модификации могут быть внесены в него без отклонения от объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.