КОММЕРЧЕСКИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
COMMERCIAL AIRCRAFT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к коммерческим летательным аппаратам. Более конкретно настоящее изобретение относится к коммерческим летательным аппаратам с основной палубой, нижней палубой и фюзеляжем, диаметр которого типичен для широкофюзеляжных самолетов, причем на нижней палубе летательного аппарата размещается по меньшей мере одна пассажирская кабина, и под этой кабиной установлена энергопоглощающая деформируемая конструкция.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Экономическая целесообразность требует, чтобы при разработке коммерческого летательного аппарата обеспечивалось использование для коммерческого груза как можно большей части имеющегося объема фюзеляжа, иными словами, следует избегать возникновения внутри фюзеляжа неиспользуемых полостей. Подобная проблема может возникать, например, в современном широкофюзеляжном самолете, когда объем грузового отсека под основной палубой превышает объем, необходимый для транспортировки багажа пассажиров. Хотя в этом случае имеется достаточный объем для размещения дополнительных грузовых контейнеров, однако доходы снижаются по сравнению с более выгодной перевозкой пассажиров.
В широкофюзеляжных самолетах, в частности в таких, средний диаметр фюзеляжа которых превышает 5 м, под широкой основной палубой, которая проходит примерно в середине сечения фюзеляжа, размещается нижняя палуба соответствующего размера. Такая компоновка также обеспечивает доступ на нижнюю палубу, например, если часть пола грузового отсека опущена и образует центральный проход. Нижняя палуба, которая может быть использована для пассажиров, известна и описана, например, в документе DE 4416506 С2.
В соответствии с DE 4313592 С2 пассажиры могут размещаться на нижней палубе благодаря тому, что под нижней обшивкой фюзеляжа размещаются энергопоглощающие конструктивные элементы для защиты пассажиров путем ослабления ударных нагрузок, возникающих при аварии. В указанной публикации рассматривается обычный коммерческий самолет с низкорасположенным крылом, в котором использование нижней палубы существенно ограничивается из-за требований по размещению кессонов крыльев и шасси самолета. При этом нижняя палуба состоит из двух пассажирских салонов, расположенных спереди и сзади зоны крыльев и шасси, и эти салоны не соединяются между собой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является создание безопасной пассажирской кабины, которая размещена на нижней палубе и имеет максимально возможную длину для коммерческого летательного аппарата, диаметр фюзеляжа которого типичен для широкофюзеляжных летательных аппаратов и основная палуба которого предназначена для размещения пассажиров.
Существенным признаком настоящего изобретения является компоновка крыльев широкофюзеляжного летательного аппарата по схеме высокорасположенного крыла, и размещение шасси вне фюзеляжа так, что оно отстоит от центральной плоскости на некотором расстоянии. Такая компоновка обеспечивает использование для полезного груза максимально возможного объема нижней палубы, размещенной под основной палубой. Кроме того, может быть обеспечена возможность выполнения прохода, имеющего большую полезную ширину, для соединения пассажирских салонов на нижней палубе.
По сравнению со схемой с низкорасположенным крылом схема с высокорасположенным крылом обеспечивает возможность достижения более сбалансированного отношения между объемом грузового отсека для контейнеров с багажом и объемом зоны для размещения пассажиров на нижней палубе и в частности использование укороченного фюзеляжа летательного аппарата. Как указано выше, исключение центральных элементов крыльев и внутренних ниш для размещения шасси, которые используются в схеме с низкорасположенным крылом, может обеспечить более эффективное использование объема зоны нижней палубы летательного аппарата с высокорасположенным крылом. Это означает, что длина фюзеляжа может быть существенно сокращена, и в этом случае летательный аппарат будет иметь меньший вес. Благодаря геометрическим соотношениям для фюзеляжей летательных аппаратов с диаметром, превышающим 5 м, схема с высокорасположенным крылом может обеспечить вписывание крыла в верхнюю часть фюзеляжа с хорошей обтекаемостью так, что сопротивление воздушному потоку будет незначительным. В этом случае кессон крыла проходит в верхней части кабины основной палубы, в то время как верхняя часть крыла лишь немного выступает над фюзеляжем. Такая геометрия означает, что в салоне основной палубы в зоне крыла имеется достаточное свободное пространство вверху для размещения непрерывного ряда багажных полок для ручного багажа. Поскольку верхняя часть крыла лишь немного выступает над фюзеляжем, то можно использовать сравнительно небольшой обтекатель зоны фюзеляж/крыло, который будет создавать лишь незначительное сопротивление. В соответствии с иллюстративным вариантом реализации настоящего изобретения, главные опоры шасси устанавливаются снаружи на фюзеляже таким образом, что на нижней палубе обеспечивается достаточная ширина кабины для зон инфраструктуры (например, лестница, туалет, проход) между нишами шасси, образованными нижними балками-лонжеронами, и обтекатели шасси создают лишь небольшое аэродинамическое сопротивление.
Схема с высокорасположенным крылом обеспечивает использование большей части пространства нижней палубы, которое занято крыльями и шасси в схеме с низкорасположенным крылом, для размещения полезного груза. Как указывалось выше, летательный аппарат рассматриваемого типа может перевозить гораздо большее количество пассажиров. Это позволяет снизить эксплуатационные расходы, которые напрямую связаны с количеством пассажирских мест.
В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения балки-лонжероны расположены сбоку таким образом, что они разнесены друг от друга на расстояние, которое соответствует примерно 40-60% диаметра фюзеляжа. Нижние балки лонжеронов современных широкофюзеляжных самолетов с низкорасположенным крылом, которые имеют вышеуказанные размеры, разнесены на гораздо меньшее расстояние, а именно примерно на ширину ниши шасси так, что нижняя палуба не может использоваться в зоне ниш шасси.
Для защиты пассажиров, размещаемых на нижней палубе, в изобретении предлагается оптимальное поглощение или отклонение энергии, развиваемой при аварии, за счет совместного использования специальных инженерных решений. Кабина нижней палубы выполняется в форме модуля с использованием конструктивных усиливающих элементов, и деформируемая конструкция, которая действует в качестве так называемой "зоны смятия", размещается на обшивке фюзеляжа под кабиной нижней палубы. При таком конструктивном решении обеспечивается защита кабины нижней палубы от нагрузок, которые действуют сверху в случае аварии, а также снизу при ударе. Когда происходит удар, деформируемая конструкция поглощает энергию с помощью соответствующих энергопоглощающих материалов, например, разрушаемых элементов, которые сминаются под действием нагрузки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описывается ниже более подробно со ссылками на фигуры 1-3.
Фигура 1 - виды различных сечений известной конструкции коммерческого летательного аппарата с низкорасположенным крылом и с фюзеляжем, диаметр которого превышает 5 м.
Фигура 2 - виды предлагаемой в изобретении конструкции коммерческого летательного аппарата с высокорасположенным крылом, в котором нижняя палуба используется в качестве пассажирской кабины.
Фигура 3 - вид сечения фюзеляжа летательного аппарата с высокорасположенным крылом в соответствии с иллюстративным вариантом настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1
2
На фигуре 1 представлены виды горизонтальных и вертикальных сечений известной конструкции самолета с низкорасположенным крылом (фигуры 1.1 и 1.2), а также поперечные сечения фюзеляжа (фигуры 1.3 и 1.4). Основная пассажирская кабина 4 образована по существу основной палубой 2 и верхней частью обшивки 3 фюзеляжа. Передняя нижняя палуба 5 и задняя нижняя палуба 6, а также центральная часть 7 кессона крыла и ниши 8 шасси размещаются под основной палубой 2. Нижняя балка-лонжерон 9, расположенная между этими нишами шасси, усиливает фюзеляж 1, ослабленный вырезами для больших ниш 8 шасси. Для нижних балок-лонжеронов 9 и шасси 10 требуется так много места, что задняя нижняя палуба 6 не может быть продолжена сквозь эту зону. При практической реализации длина L нижней палубы, занимаемая центральной частью 7 крыла, и длина L, занимаемая нишами 8 шасси, составляют значительную часть длины фюзеляжа. Поскольку эта часть нижней палубы не может быть использована для полезных грузов, проектировщики вынуждены увеличивать длину фюзеляжа. Поэтому фюзеляжи таких самолетов с низкорасположенным крылом имеют сравнительно большую длину и увеличенную площадь поверхности.
На фигуре 1.1 показан вид продольного сечение части фюзеляжа 1 по вертикали. Кроме вышеупомянутых элементов, на этой фигуре также показано размещение пассажирских кресел 11 и стандартных контейнеров 12.
На фигуре 1.2 представлен вид соответствующего сечения в горизонтальной плоскости. В соответствии с этой фигурой большие ниши 8 шасси и нижняя балка-лонжерон 9 делают невозможным продолжение вперед задней нижней палубы 6. Центральная часть 7 крыла также делает невозможным продолжение назад передней нижней палубы 5.
На поперечном сечении фюзеляжа, представленном на фигуре 1.3, можно видеть размещение кресел 11 с двумя проходами на основной палубе 2, а также устройства для размещения ручного багажа или багажные полки 13, установленные над креслами. Под основной палубой 2 расположены контейнеры 12 или доступные зоны 14 инфраструктуры нижней палубы с опущенным центральным проходом 15. К зонам 14 инфраструктуры относятся туалеты, зоны отдыха членов экипажа или встроенные кухни, за исключением пассажирских кабин. Фигура 1.3 также показывает, что практически невозможно разместить в фюзеляже под нижними палубами 5, 6 какую-то конструкцию для защиты пассажиров в случае аварии.
На фигуре 1.4 иллюстрируется, как центральная часть 7 крыла, ниши 8 шасси и нижняя балка-лонжерон 9 самолета с низкорасположенным крылом почти полностью заполняют поперечное сечение зоны нижней палубы. Это означает, что в этих зонах не может быть размещен полезный груз и что передняя нижняя палуба 5 и задняя нижняя палуба 6 не могут быть соединены между собой. На фигуре 1.4 также видно, что для летательного аппарата с низкорасположенным крылом необходим довольно большой обтекатель 17 для размещения шасси.
На фигуре 2 представлены виды предлагаемой в изобретении конструкции коммерческого летательного аппарата с высокорасположенным крылом, в котором нижняя палуба используется для размещения пассажиров. Существенные элементы коммерческого летательного аппарата соответствуют элементам, указанным выше со ссылками на фигуру 1, и они указаны теми же самыми ссылочными номерами. В соответствии с фигурой 2.1 кабина 4 основной палубы имеет достаточную высоту Н свободного пространства под центральной частью крыла 7 для размещения непрерывного ряда багажных полок 13 для ручного багажа. Поскольку крыло частично утоплено в фюзеляж, то в этом случае необходим только обтекатель 17 для зоны крыло/фюзеляж, имеющий сравнительно небольшие размеры и вызывающий сравнительно небольшое аэродинамическое сопротивление. Грузовые контейнеры 12, зона пассажирской кабины 16 и зоны 14 инфраструктуры, которые могут находиться между нишами 8, 8', располагаются на передней нижней палубе 5 (см. фигуру 2.2). Эти зоны соединены с другой зоной пассажирской кабины 16' на задней нижней палубе 6. Коридор 18 ограничен с боков нишами 8, 8' шасси и нижними балками - лонжеронами 9, 9', которые передают вперед напряжения от задней части фюзеляжа 1 и таким образом усиливают фюзеляж в области вырезов, необходимых для устройства ниш 8 шасси. Балки 9 и 9' разнесены друг от друга на расстояние В, которое предпочтительно соответствует 40-60% диаметра фюзеляжа или ширины фюзеляжа (D). Компоновка в соответствии с изобретением позволяет иметь в коридоре 18 достаточно места, в котором могут быть размещены: проход 15, лестница 19 и встроенная кухня 20; и кроме того, обтекатели 21 и 21' шасси могут иметь сравнительно небольшие размеры. Как можно видеть, пассажиры не размещаются в коридоре, поскольку в нем нет иллюминаторов. Энергопоглощающая деформируемая конструкция 22 размещается на фюзеляже 1 под кабинами 16 и 16' нижней палубы. Эта деформируемая конструкция не приводит к существенному увеличению аэродинамического сопротивления, поскольку она встроена в обтекатели 21 и 21' шасси.
На фигуре 3 представлен вид сечения фюзеляжа коммерческого летательного аппарата с высокорасположенным крылом в соответствии с иллюстративным вариантом настоящего изобретения. В нем предусматривается размещение пассажирских кабин 16 и 16' в зонах 5 и 6 нижней палубы летательного аппарата. Пассажирская кабина 16, 16' выполнена в форме модуля, защита которого обеспечивается конструктивными усиливающими элементами (обозначенными на фигурах жирными линиями) и деформируемой конструкцией 22, которая размещается за пределами обшивки 3 фюзеляжа, а именно, под пассажирскими кабинами 16, 16', расположенными на нижних палубах 5 и 6. Деформируемая конструкция содержит внутри элементы 24, имеющие определенные характеристики поглощения энергии. В представленном варианте реализации изобретения эти элементы могут быть размещены по длине нижних палуб 5 и 6 внутри фюзеляжа 1. Элементы 24 и зона смятия обозначены на фигуре вертикальной штриховкой. Совершенно ясно, что зона смятия с элементами 24 снаружи и внутри фюзеляжа 1 имеет достаточную длину деформации. Защита, обеспечиваемая модулем 16, 16' нижней палубы, дополнительно усиливается секциями 26 жесткости, которые устроены на вертикальных балках 25 и 25' и соединены с обшивкой 3 фюзеляжа. Эти секции также обеспечивают сокращение дуги изгиба балок 27 основной палубы и таким образом способствуют предотвращению ее обрушивания при аварии. Пассажиры нижней палубы также защищены в случае удара со стороны прочных опор шасси. Если смотреть спереди, форма обтекателей 21 и 21' шасси частично согласуется с формой обтекателя деформируемой конструкции 23 так, чтобы обеспечить достаточно хорошее обтекание воздушным потоком. В случае аварии эвакуация пассажиров может осуществляться в зоне кабин 16 и 16' нижней палубы через соответствующие двери или аварийные выходы. В случае аварийной посадки на воду пассажиры нижней палубы используют лестницу 19, по которой они поднимаются на основную палубу и затем покидают летательный аппарат через двери кабины 4 основной палубы.
Что касается внешней формы, то деформируемая конструкция выполняется аналогично современным обтекателям зоны крыло/фюзеляж для обеспечения минимального веса и аэродинамического сопротивления. Например, деформируемая конструкция может состоять из композитной оболочки, имеющей аэродинамическую форму, внутри которой размещаются энергопоглощающие элементы 24. Это обеспечивает поглощение высоких перегрузок при аварии за счет деформации материалов в зоне смятия, а усиленная кабина нижней палубы действует как защитный модуль. Для защиты основной палубы от обрушивания на нижнюю палубу, вертикальные стойки, предусмотренные в кабине нижней палубы (для балок верхнего перекрытия), усилены, и стойки содержат стенку жесткости, которая, соответственно, соединена с отсеком фюзеляжа и каркасом, например, на каждом втором шпангоуте так, что вид из иллюминаторов нижней палубы не будет слишком ограничен. Если упомянутая стенка жесткости спроектирована соответствующим образом, то становится возможным уменьшить дугу изгиба балок перекрытия основной палубы так, что устойчивость основной палубы в отношении ударных нагрузок будет существенно повышена.
Могут использоваться различные энергопоглощающие элементы 24, например, в форме каркаса сминающихся или складывающихся стоек, или энергопоглощающего пенопластового наполнителя или трубчатых композитных конструкций. Критерии выбора: малый вес и высокая энергопоглощающая способность.
Фигуры выполнены приблизительно в масштабе, и из них можно видеть, что над основной палубой 2 имеется достаточная высота Н, предпочтительно порядка 2,2-2,4 м, для установки багажных полок 13 для ручного багажа. Центральная часть 7 крыла лишь немного выступает над фюзеляжем так, что обтекатель 17 зоны фюзеляж/крыло может иметь сравнительно небольшие размеры и будет создавать лишь незначительное аэродинамическое сопротивление. На сечениях зоны нижней палубы можно видеть, например, что пассажирская кабина 16 расположена на левой стороне передней нижней палубы 5. Деформируемая конструкция 22 располагается под этой пассажирской кабиной. Зона шасси и коридор 18, размещенные между нижними балками-лонжеронами 9 и 9', которые разнесены друг от друга на расстояние В, показаны с правой стороны. Шасси 10 размещается снаружи фюзеляжа 3 таким образом, чтобы оно находилось на определенном расстоянии от центральной плоскости. Полученная ширина В дает возможность разместить в этом месте лестницу 19, проход 15 и другие зоны инфраструктуры, причем ширина В предпочтительно составляет 40-60% ширины фюзеляжа (или диаметра фюзеляжа) D. Если выбранная величина В будет больше, шасси будет сдвинуто наружу так, что аэродинамическое сопротивление увеличится, а если выбранная величина В будет меньше, то будет ограничено полезное пространство и траектория движения опор шасси будет ограниченной, что приведет к негативному эффекту. Коридор 18 соединяет пассажирские кабины 16 передней и задней зон 5 и 6 нижней палубы. В результате улучшается гибкость использования по сравнению с летательным аппаратом с низкорасположенным крылом. Кроме того, по сравнению с летательным аппаратом с низкорасположенным крылом, пространство, выигранное на нижней палубе за счет исключения шасси и центральной части крыла может быть почти полностью использовано в коммерческих целях, то есть будет использоваться почти весь объем фюзеляжа.
Также в летательном аппарате с высокорасположенным крылом, в зависимости от диаметра фюзеляжа может быть достигнуто увеличение подъемной аэродинамической силы, по сравнению со схемой низкорасположенного крыла. В результате могут быть использованы более короткие и более легкие крылья. Кроме того, фюзеляж летательного аппарата с высокорасположенным крылом при его нахождении на земле может быть на 1 м ближе к земле, в результате чего упрощается доступ, техническое обслуживание и эвакуация. Таким образом, могут быть снижены расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание в течение срока службы летательного аппарата, что, естественно, улучшает позиции на рынке как производителя, так и авиалинии.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Фюзеляж
2 Основная палуба
3 Обшивка фюзеляжа
4 Пассажирская кабина основной палубы
5 Передняя нижняя палуба, впереди коридора 18
6 Задняя нижняя палуба, сзади коридора 18
7 Центральная часть (кессон) крыла
8, 8' Ниша шасси
9, 9' Нижняя балка-лонжерон
10 Шасси, 10" = опущено
1
L Длина нижней палубы для центральной части крыла
2
L Длина нижней палубы для шасси
11 Пассажирские кресла, размещение кресел
12 (Стандартный) грузовой контейнер
13 Багажные полки для ручного багажа
14 Зоны инфраструктуры нижней палубы
15 Центральный проход нижней палубы
16 Пассажирская(ие) кабина(ы) нижней палубы
17 Обтекатель зоны крыло/фюзеляж
18 Коридор
В Расстояние между балками 9, 9'
D Диаметр фюзеляжа (или ширина фюзеляжа)
Н Высота кабины основной палубы, примерно 2,3 м
19 Лестница
22 Туалет или служебные зоны
21, 21' Обтекатели шасси
22 Деформируемая конструкция
23 Обтекатель деформируемой конструкции 22
24 Энергопоглощающие элементы
25 Вертикальная стойка
26 Секция жесткости
27 Балка основной палубы, подвергающаяся изгибу