УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ
JOINT ASSEMBLY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к узлу соединения двух соединяемых встык компонентов. Кроме того, изобретение относится к способу формирования такого узла соединения.
Уровень техники
Крылья традиционных воздушных судов содержат кессоны с передними и задними лонжеронами. Верхняя и нижняя обшивки крыла присоединяются к лонжеронам и проходят между ними, образуя верхние и нижние границы кессона. Конструкции передней и задней кромок, в частности панели или носовые обшивки, обычно присоединяются к верхней и нижней обшивке крыла при помощи стыковочных накладок. На фигурах 1 и 2 показаны традиционные конструкции со стыковочными накладками.
Верхняя обшивка 1 крыла присоединяется к неподвижно закрепленной конструкции 2 передней кромки стыковочной накладкой 3, двумя болтами 4, 5 и гайками 9, 10. Стыковочная накладка 3 содержит верхнюю и нижнюю горизонтальные части 6, 7, которые соединяются вертикальной частью 8. Нижняя часть 6 соприкасается с внутренней поверхностью обшивки 1, в то время как верхняя часть 7 соприкасается с внутренней поверхностью неподвижно закрепленной конструкции 2 передней кромки.
Для того чтобы получить гладкую аэродинамическую поверхность, наружная поверхность конструкции 2 и наружная поверхность обшивки 1 должны быть выровнены друг с другом в пределах жесткого допуска. За пределами этого допуска ступенька, образованная на наружной поверхности около узла соединения, приводит к возникновению лобового сопротивления и увеличивает потребление топлива, а также вызывает эрозию края конструкции 2. Для выполнения критерия выравнивания между внутренней поверхностью конструкции 2 и верхней частью 7 стыковочной накладки можно добавить уплотнение 11, как показано на фигуре 1. Альтернативно этому, как показано на фигуре 2, уплотнение 11 можно добавить между внутренней поверхностью панели 1 и нижней частью 6 стыковочной накладки. Однако, поскольку стыковочные накладки 3 обычно приходится устанавливать в различных полосах по всей длине крыла, этот процесс может быть сложным и требует большого расхода времени. Кроме того, во время сборки может оказаться необходимым вручную подгонять конструкцию 2 к обшивке 1. Это повышает сложность процесса.
Проблемы с традиционными стыковочными накладками становятся особенно очевидными при соединении компонентов из композиционных материалов, которые обычно имеют более высокие размерные допуски, чем их металлические аналоги.
Раскрытие изобретения
Первый аспект изобретения обеспечивает узел соединения, содержащий первый и второй соединяемые встык компоненты, и регулируемый узел накладки, перекрывающий соединяемые встык компоненты, при этом указанный узел накладки включает первую часть накладки, присоединенную к одному из компонентов, и вторую часть накладки, присоединенную к другому компоненту, причем первая и вторая части накладки имеют наклонные поверхности сопряжения для регулировки положения второй части накладки относительно первой части накладки таким образом, чтобы регулировать положение второй части накладки относительно первой части накладки в направлении наклона.
Второй аспект изобретения обеспечивает способ формирования узла соединения согласно первому аспекту, состоящий в том, что присоединяют первую часть накладки к первому компоненту, обеспечивают вторую часть накладки таким образом, что наклонные поверхности первой и второй частей накладки находятся в сопряжении, регулируют положение второй части накладки относительно первой части накладки в направлении наклона до обеспечения положения второй части накладки в требуемой позиции относительно первой части накладки, и присоединяют вторую часть накладки ко второму компоненту.
Достоинство настоящего изобретения заключается в том, что узел накладки, состоящей из двух частей, можно регулировать таким образом, чтобы использовать его для перекрытия различных соединяемых встык компонентов, при этом не требуется специально изготавливать индивидуальный узел накладки, применять дополнительные уплотняющие материалы или прокладки и т.п. Это позволяет сократить количество деталей и время сборки.
Вторую часть накладки можно присоединять ко второму компоненту до или после того, как будет отрегулировано относительное положение второй части накладки.
Наклонные поверхности сопряжения могут быть плоскими и гладкими, так, чтобы положение второй части накладки относительно первой части накладки можно было регулировать в направлении наклона за счет скольжения. Однако наклонные поверхности сопряжения не обязательно должны быть гладкими, вместо этого они могут быть обработаны таким образом, чтобы увеличить их шероховатость и обеспечить положительное сцепление между первой и второй частями накладки с целью предотвращения скольжения после регулировки положения. Тогда можно легко зафиксировать относительное расположение первой и второй частей накладки. Шероховатость поверхности можно получить, например, при помощи дробеструйной обработки.
Наклонные поверхности сопряжения не обязательно должны быть плоскими и вместо этого могут иметь сцепляющиеся зубцы. Зубцы могут иметь относительно малую высоту, аналогичную размеру шероховатости поверхности, полученной, например, при помощи дробеструйной обработки, как указано выше.
В каждой из вышеуказанных конфигураций сопряженных поверхностей регулирование положения частей накладки путем скольжения может быть осуществлено, по существу, до любой относительной позиции вдоль наклона. Однако если требуется обеспечить регулирование положения частей накладки только между несколькими дискретными позициями, наклонные поверхности могут иметь зацепляющиеся зубцы значительной высоты. В этом случае регулирование положения частей накладки не осуществляется за счет скольжения, но обеспечивается положительное сцепление между частями накладки в дискретных позициях. Регулирование положения может осуществляться путем вывода сцепляющихся зубцов из зацепления, относительного перемещения частей накладки в направлении наклона, и повторного ввода сцепляющихся зубцов в зацепление.
Зубцы могут иметь, по существу, любую форму. Так, например, зубцы могут иметь ступенчатую или пилообразную конфигурацию. Независимо от их высоты зубцы могут быть выполнены на первой и второй частях накладки как единое целое с ними, или на отдельных деталях, присоединенных к первой и второй частям накладки. Последний вариант исполнения упрощает изготовление частей накладки и снижает их стоимость, а также позволяет изготавливать универсальные детали. Отдельные детали, снабженные зубцами, можно присоединять к частям накладки при помощи заклепок, клеев и других крепежных средств.
Регулируемый узел накладки может содержать фиксирующее устройство для фиксации относительного положения первой и второй частей накладки. Это является особенно предпочтительным, если регулирование положения частей накладки осуществляется путем скольжения. Фиксирующее устройство предпочтительно выполнено с возможностью ослабления для обеспечения возможности регулировки положения второй части накладки относительно первой части накладки. В предпочтительном варианте осуществления фиксирующее устройство представляет собой один или более болтов, которые расположены в соответствующих удлиненных прорезях, выполненных в первой части накладки. Затяжка указанного болта или болтов может быть ослаблена, чтобы не препятствовать регулировке положения путем скольжения. Регулировка положения путем скольжения осуществляется за счет перемещения болта в его прорези. Если регулировка положения частей накладки не может осуществляться путем скольжения, зацепление между сцепляющимися зубцами может быть достаточным для фиксации положения частей накладки без применения дополнительного фиксирующего устройства.
Соединяемые встык компоненты предпочтительно имеют соответствующие наружные поверхности. Они могут представлять собой, например, аэродинамические поверхности компонентов воздушного судна. Соединяемые встык компоненты могут представлять собой панельные элементы. В одном предпочтительном варианте осуществления первый компонент представляет собой панель задней кромки крыла, а второй компонент - обшивку крыла. Если требуется, узел соединения согласно настоящему изобретению позволяет устанавливать эти наружные поверхности соединяемых встык компонентов, по существу, заподлицо. Регулируемый узел накладки может быть присоединен к внутренним поверхностям первого и второго компонентов. В этом случае угол наклона наклонных поверхностей частей накладки будет образован относительно наружных поверхностей соединяемых компонентов.
В том случае, если вторая часть накладки присоединяется ко второму компоненту после того, как положение второй части накладки отрегулировано, относительное положение первой и второй частей накладки может быть зафиксировано перед присоединением второй части накладки ко второму компоненту. При этом фиксирующее устройство может быть скрыто под вторым компонентом в собранном узле соединения. Если требуется, относительные положения первой и второй частей накладки могут быть зафиксированными на постоянной основе, так что дополнительная настройка в готовом узле соединения является невозможной.
Изобретение является особенно выгодным, когда один или оба соединяемых компонента выполнены из композиционного материала. Так, например, допуск по толщине композиционных панелей, используемых в конструкции воздушного судна, может составлять ±5%. Такие панели имеют толщину примерно 5 мм. В отличие от этого может потребоваться допуск на ступень между аэродинамическими поверхностями соединяемых панелей воздушного судна, равный примерно ±0.5 мм (в зависимости от аэродинамических требований). Благодаря регулировке узла накладки в направлении толщины панели, можно увеличить допуски композиционной панели и обеспечить выполнение жестких аэродинамических требований к допуску ступени.
Первая и вторая части накладки обычно имеют удлиненную форму, при этом их длина проходит вдоль соединяемых кромок, хотя это является не существенным. Иными словами, части накладки могут быть не удлиненными, или их длина может быть ориентирована перпендикулярно соединяемым кромкам.
Краткое описание чертежей
Далее варианты осуществления изобретения описаны со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены:
фигуры 1 и 2 - традиционные конструкции стыковочных накладок;
фигура 3 - узел соединения, включающий узел накладки в изометрическом изображении;
фигура 4 - вид снизу узла соединения с фигуры 3;
фигура 5 - вид сбоку узла соединения с фигуры 3;
фигура 6 - частичный разрез по оси А-А с фигуры 4;
фигура 7 - частичный разрез по оси В-В с фигуры 4;
фигура 8 - частичный разрез, аналогичный фигуре 6, альтернативного узла соединения;и
фигура 9 - частичный разрез, аналогичный фигуре 7, альтернативного узла соединения.
Осуществление изобретения
Рассмотрим фигуры 3-7, на которых показан узел соединения панели 21 задней кромки крыла воздушного судна (первый компонент) и обшивки 22 кессона крыла воздушного судна (второй компонент). Узел соединения может быть расположен на верхней или нижней поверхности крыла. Панель 21 и обшивка 22 соединяются регулируемым узлом 23 накладки. Узел 23 накладки содержит первую часть 24 накладки и вторую часть 25 накладки, каждая из которых проходит вдоль соединяемых кромок панели 21 и обшивки 22.
Первая и вторая части 24, 25 накладки имеют наклонные поверхности 26, 27 сопряжения. Наклонные поверхности 26, 27 сопряжения имеют зубцы относительно малого размера (примерно от 0,1 до 2 мм), полученные при помощи механической обработки как единое целое с первой и второй частями 24, 25 накладки. Размер зубцов примерно соответствует требуемому аэродинамическому допуску узла соединения. Первая часть 24 накладки имеет, по существу, клинообразное поперечное сечение. Поперечное сечение второй части 25 накладки имеет, по существу, клинообразный участок и удлиненный фланцевый участок. Наклонные поверхности 26, 27 сопряжения образуют угол около 30° с наружной поверхностью 34 панели 21, хотя этот угол можно изменять, чтобы получить больший или меньший угол в зависимости от требований.
Панель 21 также имеет внутреннюю поверхность 28. Панель 21 имеет сужающуюся часть вблизи соединения, при этом первая и вторая части 24, 25 накладки могут быть размещены в этой сужающейся части. Панель 21 имеет конструкцию типа «сэндвич» с композиционными наружными слоями из пластмассы, армированной углеродным волокном, окружающими внутренний слой. Обшивка 22 имеет внутреннюю поверхность 29 и наружную поверхность 35. Обшивка 22 выполнена из композиционного материала, в частности, из пластмассы, армированной углеродным волокном.
Фланцевый участок второй части 25 накладки прикреплен к внутренней поверхности 29 обшивки 22 болтами (не показаны). Первая и вторая части 24, 25 накладки закрепляются шпильками 30. Каждая шпилька 30 проходит через раззенкованное отверстие 31 в первой части 24 накладки и удлиненную прорезь 32 во второй части 25 накладки. Верхняя поверхность первой части 24 накладки опирается на внутреннюю поверхность 28 панели 21. Первая и вторая части 24, 25 накладки прикрепляются к панели 21 болтами 33 (не показаны на фигуре 7). Каждый болт 33 проходит через раззенкованное отверстие 36 в панели 21, через сквозное отверстие 37 в первой части 24 накладки и через сквозное отверстие 38 во второй части 25 накладки. Наружная поверхность 35 обшивки 22 расположена, по существу, заподлицо с наружной поверхностью 34 панели 21. Зазор между кромками панели 21 и обшивки 22 учитывает допуски панели и/или обшивки и позиционные допуски узла 23 накладки.
Узел соединения собирают следующим образом. Первую и вторую части 24, 25 накладки соединяют шпильками 30 (2 позиции шпилек показаны на фигуре 4) через совмещенные предварительно просверленные раззенкованные отверстия 31 и прорези 32. На первой операции фланцевый участок второй части 25 накладки прикрепляют к обшивке 22 при помощи болтов (не показаны) через ряд предварительно просверленных отверстий (не показаны) на фланцевом участке второй части 25 накладки, которые совпадают с идентичным рядом предварительно просверленных отверстий (не показаны) в обшивке 22.
Затем, на второй операции шпильки 30 отвинчивают. Когда шпильки 30 отвинчены, первая часть 24 накладки может свободно скользить относительно второй части 25 накладки вверх и вниз по наклонной поверхности 26. Во время этого перемещения шпильки 30 с потайной головкой передвигаются вместе с первой частью 24 накладки, поскольку они вставлены в разенкованные отверстия 31, но свободно перемещаются в прорезях 32. При скольжении первой части 24 накладки вверх и вниз по наклонной поверхности 26 высота первой части 24 накладки изменяется относительно второй части накладки в направлении, нормальном наружным поверхностям 34, 35 первой и второй частей 24, 25 накладки. Таким образом, регулируя высоту, можно установить ступень между верхней поверхностью первой части 24 накладки и обшивкой 22 в точном соответствии с конкретным размером. Определение этого размера основано на известной величине толщины "t" сопрягаемой панели 21, поэтому, когда панель присоединяют к первой части 24 накладки, наружные поверхности 34, 35 панели 21 и обшивки 22 располагаются, по существу, заподлицо. Ступень, которая может образоваться между наружными поверхностями 34 и 35, будет находиться в пределах аэродинамических требований к допуску ступени. После этого затягивают шпильки 30 с потайной головкой, чтобы установить высоту первой части 24 накладки относительно второй части 25 накладки. Следует отметить, что даже будучи затянутыми, шпильки 30 обеспечивают только фиксацию относительного положения частей 24, 25 накладки и, по существу, не несут нагрузки.
Затем, на третьей и последней операции выполняют сверление отверстий (положения 3 отверстий показаны на фигуре 3) сквозь панель 21 (раззенкованное отверстие 36), первую часть 24 накладки (сквозное отверстие 37) и вторую часть 25 накладки (сквозное отверстие 38) и прикрепляют панель 21 к первой части 24 накладки болтами 33 (не показаны на фигуре 7). Болты 33 несут нагрузку, которая передается от панели 21 на узел 23 накладки, в то время как шпильки 30, по существу, не несут нагрузки.
Узел соединения в соответствии с альтернативным вариантом осуществления показан на фигурах 8 и 9. Детали, аналогичные деталям, которые используются в описанном выше варианте осуществления, обозначены идентичными ссылочными номерами, но со штрихом. Узел накладки этого альтернативного узла соединения отличается от узла накладки вышеописанного узла соединения только тем, что сопрягаемые наклонные поверхности 26', 27' имеют зубцы относительно большого размера, а шпильки 30, отверстия 31 и прорези 32 отсутствуют.
Зубцы фактически образуют наклонную лесенку из ступеней на сопрягаемых поверхностях. Высота ступеней может составлять несколько миллиметров. Шесть таких ступеней, показанных на фигурах 8 и 9, соответствуют шести дискретным положениям, в которых можно устанавливать узел накладки. Однако может быть предусмотрено большее или меньшее количество ступеней. Увеличенный размер зубцов в этом альтернативном варианте осуществления обеспечивает большее положительное сцепление между частями 24', 25' накладки, поэтому фиксирующее устройство (шпильки 30, отверстия 31 и прорези 32) не требуется. Однако в случае необходимости фиксирующее устройство может быть также предусмотрено.
Регулировку положения можно выполнить путем вывода сцепляющихся зубцов из зацепления, относительного перемещения частей 24', 25' накладки в направлении наклона и ввода сцепляющихся зубцов в зацепление. За исключением различного способа регулировки и отсутствия фиксирующего устройства этот альтернативный узел соединения выполнен точно так же, как узел соединения, описанный выше.
В предпочтительных вариантах осуществления, описанных выше, наклонные сопрягаемые поверхности частей накладки имеют зубцы, выполненные при помощи механической обработки как единое целое с частями накладки, однако, эти зубцы можно альтернативно изготовить как отдельную деталь для того, чтобы упростить изготовление и уменьшить расходы. Благодаря этому, можно изготавливать универсальные детали. Отдельные зубчатые детали можно присоединять к частям накладок при помощи заклепок или аналогичных крепежных средств. Кроме того, в качестве альтернативы применению зубцов малого размера для получения положительного сцепления двух частей накладки можно использовать обработку сопрягаемых поверхностей, которая увеличивает трение, в частности, дробеструйную обработку.
В вариантах осуществления, описанных выше, узлы соединения расположены между обшивкой крыла и панелью задней кромки, однако, такие узлы соединения применимы к любым соединяемым компонентам воздушного судна или любой другой конструкции. Так, например, узлы соединения могут быть расположены между конструкцией здания и панелью. В последнем случае зубцы могут иметь высоту несколько миллиметров или даже один сантиметр или более, если требования к допускам являются менее жесткими.
Количество, размер и тип крепежных элементов, применяемых в узлах соединения, описанных выше, изменяется в зависимости от узла соединения, и вариант осуществления, описанный выше, не является в этом отношении ограничивающим в какой-либо степени.
Материалы соединяемых компонентов могут отличаться от тех материалов, которые используются в вариантах осуществления, описанных выше, и вместо этого могут представлять собой металлы, в частности, алюминий или титан, или иные композиционные материалы, в частности кевлар (ТМ) или пластмассу, армированную стекловолокном.
Изобретение описано выше со ссылками на один или более предпочтительных вариантов осуществления, однако, следует понимать, что различные изменения или модификации могут быть внесены без отклонения от объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.