ФЮЗЕЛЯЖ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT FUSELAGE

Настоящее изобретение относится к фюзеляжам летательных аппаратов, в частности к пуленепробиваемым фюзеляжам.
Обычные системы изоляции в конструкциях пассажирских самолетов в качестве основных частей содержат заполнитель и оболочку. Заполнитель должен обеспечивать выполнение требований в отношении термо- и акустической изоляции. Для этого, как правило, используются волоконные материалы. Чаще всего используются материалы на основе стекловолокна. Для того чтобы эти сравнительно аморфные полуфабрикаты были пригодны для установки, их заключают в оболочку из пленки. К краям оболочек прикрепляются усиливающие элементы для прикрепления упаковки с заполнителем с помощью крепежных элементов к конструкции фюзеляжа летательного аппарата. Крепежные элементы обычно изготавливаются из пластмасс, например из полиамида.
Типичное устройство изоляции для фюзеляжа описано, например, в документе DE 102004001049, и схематично показано на фигуре 11. Такая изоляция фюзеляжа содержит изоляционный материал 1102, заключенный в оболочку 1108. Изоляционный материал 1102 прикрепляется к шпангоуту 1119 фюзеляжа летательного аппарата с использованием первого крепежного элемента 1105 и второго крепежного элемента 1106.
В документе DE 10252886 описано монтажное устройство панели обшивки для летательного аппарата, в котором используется броневая панель, прикрепляемая к корпусу летательного аппарата для защиты от пуль и других быстролетящих объектов или от излучений. Модульная панель снабжена желобом, в котором имеется по меньшей мере два сквозных отверстия. В канавке устанавливается монтажная рейка с вырезами, которые могут быть выравнены со сквозными отверстиями для того, чтобы можно было вставить монтажные болты.
В патенте US 6286785 описана несущая конструкция летательного аппарата, в которой предлагается улучшение существующих конструкций за счет усиления алюминиевой обшивки корпуса фюзеляжа и каркаса фюзеляжа без замены каких-либо существующих несущих элементов. К улучшениям относятся: высокие эксплуатационные характеристики, кожухи секций фюзеляжа из прочной ткани, внешние металлические панели каркаса фюзеляжа и адгезионный материал, стойкий к действию высоких и низких температур.
В патенте US 5102723 описывается облегченная гибридная несущая энергопоглощающая панель, состоящая из нескольких слоев мягкого энергопоглощающего материала, такого как, например Kevlar, размещенного между слоями покрытия, с жесткими стержневыми элементами, проходящими между слоями покрытия через слои энергопоглощающего материала для структурного соединения слоев покрытия; описанная панель предназначена для поглощения энергии баллистических тел.
В патенте US 2925098 описывается специальная ткань, используемая для улучшения защиты от проникновения летящих осколков, ракет и аналогичных тел.
В патенте US 5654518 описывается броневой несущий элемент с двойными стяжками, который содержит первый лист покрытия, промежуточный лист напротив первого листа покрытия, первый внутренний элемент стяжки, размещенный между первым листом покрытия и промежуточным листом, второй лист покрытия напротив промежуточного листа, второй внутренний элемент стяжки, размещенный между вторым листом покрытия и промежуточным листом, и ламинирующие материалы, размещенные между внутренними выемками первого и второго внутренних элементов стяжки.
В патенте US 3575786 описан двухслойный композиционный материал, состоящий из войлока из полиамидных волокон с периферийным герметизирующим покрытием и уретановым эластомером, прикрепленным к внутренней поверхности корпуса транспортного средства или к другой стороне его конструкции.
Целью настоящего изобретения является создание фюзеляжа летательного аппарата, отвечающего современным требованиям.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается за счет применения фюзеляжа летательного аппарата, который содержит слой пуленепробиваемого материала по меньшей мере в некоторых зонах.
Основная идея одного из вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в снабжении фюзеляжа летательного аппарата по крайней мере в некоторых зонах слоем пуленепробиваемого материала. В настоящем описании термин "фюзеляж летательного аппарата" означает как основную конструкцию фюзеляжа, то есть внешнюю обшивку, прикрепленную к стрингерам и лонжеронам, изоляцию фюзеляжа, а также внутреннюю обшивку кабины, охватывающую герметизированную кабину с внутренней стороны конструкции фюзеляжа. Однако такие части внутренней конструкции герметизированной кабины, как, например, двери кабины экипажа, не относятся к фюзеляжу летательного аппарата, поскольку они не относятся к части конструкции, охватывающей снаружи герметизированную кабину.
Использование фюзеляжа летательного аппарата в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения позволяет обеспечить пуленепробиваемость фюзеляжа летательных аппаратов как гражданской, так и военной авиации, в отличие от стандартных фюзеляжей, которые не имеют никаких специальных свойств в отношении пуленепробиваемости. Отсутствие специальных свойств в отношении пуленепробиваемости может создавать опасность для пассажиров гражданского летательного аппарата в случае его захвата террористами, когда возникает довольно высокая вероятность выстрела. В этом случае выстрел может быть произведен изнутри фюзеляжа наружу или, наоборот, снаружи внутрь. В обоих случаях возникает опасность для жизни пассажиров. Конструкция фюзеляжа в соответствии с настоящим изобретением может защищать пассажиров, предотвращая проникновение пуль сквозь фюзеляж летательного аппарата. В этом случае находящиеся внутри пассажиры могут быть защищены от смертельной опасности.
Предлагаемый в настоящем изобретении фюзеляж летательного аппарата также может предотвращать повреждения жизненно важных бортовых систем, которые могут приводить к выходу их из строя, что также представляет большую опасность для жизни пассажиров. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения внешняя обшивка, изоляция летательного аппарата и внутренняя обшивка устроены таким образом, чтобы они противостояли произведенному выстрелу, причем обеспечение защиты от огнестрельного оружия будет все более важным в будущем для повышения безопасности пассажиров даже в случае атаки террористов с применением огнестрельного оружия.
Поэтому в настоящем изобретении предлагается фюзеляж летательного аппарата, который в большей степени отвечает современным требованиям, чем известные конструкции.
Ниже описываются более подробно варианты осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения слой пуленепробиваемого материала содержит листы, предпочтительно размещаемые таким образом, чтобы они частично перекрывались.
За счет такого по меньшей мере частичного перекрытия отдельных листов можно обеспечить защиту от проникновения пуль в зонах соединения таких листов, которые могут быть выполнены в форме пленок или покрытий.
В соответствии еще с одним вариантом осуществления изобретения пуленепробиваемый слой содержит волокнистые материалы, в качестве которых предпочтительно используются материалы на основе ароматических полиамидов и/или фибергласа.
Поэтому пуленепробиваемые волокнистые материалы, которые известны по использованию в других областях, например, для изготовления пуленепробиваемых жилетов, могут использоваться в качестве пуленепробиваемого слоя. В качестве таких материалов могут использоваться ароматические полиамиды, известные, например, под торговым наименованием Kevlar. Ароматические полиамиды, также называемые арамидами, также характеризуются высокой огнестойкостью. Поэтому при использовании таких материалов могут быть выполнены новые требования к прогоранию, установленные организацией American aviation authorities, например, в документе FAR§25.856(b). Кроме того, арамид - легкий конструкционный материал, который особенно ценится за его исключительную прочность, высокую пластичность и высокую устойчивость к действию агрессивных сред, таких как кислоты и щелочи, и поэтому он является особенно подходящим материалом для авиационной промышленности.
Пуленепробиваемый слой также может быть выполнен с использованием материалов на основе фибергласа.
В соответствии еще с одним вариантом осуществления изобретения пуленепробиваемый слой содержит многослойную структуру и/или сотовую структуру.
В частности при выполнении пуленепробиваемого слоя из фибергласовых материалов может использоваться сотовая многослойная структура. Такая структура, например, используется в пуленепробиваемых дверях пилотских кабин в соответствии с FAR§25.772. Другие сочетания арамидных волокон, например волокон, известных под торговым наименованием Dyneema, и пеноматериалов для получения пуленепробиваемых материалов могут быть осуществлены в форме многослойных структур.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения фюзеляж летательного аппарата также содержит элемент системы изоляции, который содержит заполнитель и оболочку, причем оболочка имеет пуленепробиваемый слой, и/или пуленепробиваемый слой выполняется в заполнителе. В частности, сам заполнитель может быть выполнен в форме пуленепробиваемого слоя, и/или дополнительный пуленепробиваемый слой может быть выполнен в заполнителе. Однако также и другие части, например оболочка, могут быть выполнены в форме пуленепробиваемого слоя, то есть часть элемента системы изоляции может быть выполнена таким образом, чтобы она была пуленепробиваемой.
Заполнитель элемента системы изоляции, который может быть пакетом с изоляционным материалом, может быть выполнен пуленепробиваемым. Заполнитель может выполнять не только функцию задерживания пуль, но также и обычную функцию термо- и звукоизоляции, то есть отпадает необходимость в дополнительном слое термоизоляции и/или акустической изоляции. Также слой, задерживающий пули, может обеспечивать выполнение недавно введенных требований к прогоранию в соответствии с FAR §25.856(b). Такая изоляция пуленепробиваемого фюзеляжа летательного аппарата обладает тем достоинством, что летательные аппараты, уже находящиеся в эксплуатации, могут быть модернизированы с использованием такой пуленепробиваемой изоляции путем простой замены существующей изоляции фюзеляжа, причем такая замена может осуществляться непосредственно на летательном аппарате во время регулярного технического обслуживания.
В качестве альтернативного варианта или в дополнение к использованию изоляционного материала элемента системы изоляции в качестве материала, задерживающего пули, могут также использоваться пакеты с изоляционным материалом, содержащие заполнитель из обычного материала с дополнительным пуленепробиваемым слоем. Наиболее выгодно использовать заполнитель в пакете с изоляционным материалом, который является пуленепробиваемым и одновременно удовлетворяет всем другим требованиям, предъявляемым к изоляции летательных аппаратов, в частности по весовым, термическим и акустическим характеристикам. Обычные пакеты с изоляционным материалом могут быть эффективно модифицированы, если дополнительный пуленепробиваемый слой интегрируется в пакет с изоляционным материалом.
В соответствии еще с одним вариантом осуществления изобретения оболочка выполнена таким образом, что она является пуленепробиваемым слоем.
Кроме заполнителя пакет с изоляционным материалом содержит также оболочку, которая может представлять собой пластмассовый пакет, в котором используется пуленепробиваемая пленка. Пленка может обеспечивать захват летящей пули или по меньшей мере ее достаточное торможение, так что пассажирам летательного аппарата не будет причинено никакого вреда. Элемент системы изоляции размещается по существу между конструкцией фюзеляжа и системами летательного аппарата, в результате чего системы летательного аппарата будут также защищены в случае стрельбы снаружи летательного аппарата.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения фюзеляж летательного аппарата также содержит внутреннюю обшивку кабины, и пуленепробиваемый слой выполнен в качестве части такой обшивки.
Обеспечение пуленепробиваемости кабины путем модификации ее обшивки представляет собой еще одну возможность реализации пуленепробиваемого фюзеляжа летательного аппарата. Поскольку внутренняя обшивка полностью охватывает кабину, то можно обеспечить дополнительную защиту находящихся в кабине пассажиров, даже в случае выстрела на борту летательного аппарата, если в частях обшивки используются пуленепробиваемые материалы. Для внутренней обшивки кабины могут использоваться пуленепробиваемые материалы, которые были рассмотрены выше в связи с пуленепробиваемой изоляцией фюзеляжа, например арамидные волокна. Части внутренней обшивки кабины также могут быть снабжены вспомогательной обшивкой, то есть изоляцией, прикрепленной к задней поверхности обшивки. Вспомогательная обшивка может быть выполнена так же, как вышеописанная пуленепробиваемая изоляция фюзеляжа. Например, она может быть выполнена в форме многослойной конструкции, которая хорошо подходит для таких пуленепробиваемых материалов, как арамидные волокна. Например, обычно используемые ткани из фибергласовых волокон могут быть заменены тканями из арамидных волокон аналогично тому, как это делается, например, в пуленепробиваемых автомобилях. Аналогичные технологии уже применяются при изготовлении пуленепробиваемых дверей кабин экипажа, которые должны использоваться в конструкции пассажирских самолетов в соответствии с документом FAR§25.772. Одновременно такое применение до настоящего времени ограничивалось исключительно дверями для кабин экипажа, которые не являются частью фюзеляжа летательного аппарата в соответствии с изобретением. Пуленепробиваемая обшивка может сочетаться с системой пуленепробиваемой изоляции.
Пуленепробиваемая внутренняя обшивка кабины обладает тем достоинством, что может быть получена практически замкнутая пуленепробиваемая поверхность. Таким образом, возможность проникновения пули может быть минимизирована и эффективность обеспечения пуленепробиваемости может быть повышена. В частности, в пуленепробиваемой обшивке практически отсутствуют какие-либо проемы, которые могут быть в некоторых случаях в пуленепробиваемой изоляции фюзеляжа, поскольку она может иметь многочисленные проемы, связанные с системами, установленными на борту. В результате проникновение пули все-таки возможно в некоторых случаях, даже если приняты специальные меры предосторожности.
Пуленепробиваемая внутренняя обшивка кабины также может защищать системы летательного аппарата, которые размещаются за обшивкой, то есть между обшивкой кабины и конструкцией фюзеляжа, в том случае, когда выстрел произведен изнутри кабины.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения фюзеляж летательного аппарата также содержит основную конструкцию, которая содержит пуленепробиваемый слой. Конструкция фюзеляжа предпочтительно содержит внутреннюю обшивку, снабженную пуленепробиваемым слоем.
Такой вариант конструкции пуленепробиваемого фюзеляжа может обеспечивать эффективную защиту от пуль при выстрелах снаружи внутрь летательного аппарата. Внутренняя обшивка, которая может быть прикреплена к внешней обшивке конструкции фюзеляжа летательного аппарата, может быть особенно эффективной для защиты пассажиров, поскольку она находится дальше от пассажиров и предотвращает проникновение пуль внутрь. Если основная конструкция фюзеляжа выполнена из пуленепробиваемых материалов или же содержит такие пуленепробиваемые материалы в форме слоя, например полотнища из арамидных волокон, то в случае выстрела, произведенного снаружи, находящиеся внутри пассажиры, а также обеспечивающие полет аппарата бортовые системы, находящиеся внутри, могут быть защищены.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения пуленепробиваемый слой выполняется с использованием композиционного материала, в котором используются углеродные волокна и/или стекловолокна и смола.
Также можно оптимизировать гибридные конструкции, используемые в некоторых областях авиастроения, которые содержат алюминий и углеродные волокна и/или стекловолокна, связанные в системах смол, для получения пуленепробиваемости. В этом случае обеспечивается наиболее эффективное достижение цели изобретения по созданию пуленепробиваемого фюзеляжа летательного аппарата. Также в этом случае могут быть использованы арамидные ткани, поскольку они обеспечивают получение особенно легких конструкций и особенно хорошо подходят для авиационных конструкций. Для этой цели целесообразно обшивать таким материалом только внешнюю обшивку летательного аппарата, для того чтобы можно было использовать как можно меньше материала, и, соответственно, уменьшить общий вес. Иными словами, пуленепробиваемый слой наносится снаружи на фюзеляж летательного аппарата. Элементы жесткости, обеспечивающие целостность конструкции фюзеляжа летательного аппарата, шпангоуты и лонжероны, могут быть выполнены из обычных материалов, так как они находятся на внутренней стороне внешней обшивки летательного аппарата и защищены от выстрелов пуленепробиваемой обшивкой.
Особым достоинством пуленепробиваемой конструкции фюзеляжа летательного аппарата в соответствии с изобретением является то, что не используются дополнительные компоненты, и поэтому можно сэкономить затраты, а общий вес при этом не увеличится. Кроме того, по сравнению с известными техническими решениями может быть обеспечена оптимальная защита пассажиров от выстрелов, произведенных по кабине снаружи. Также может быть обеспечена оптимальная защита систем обеспечения полета, находящихся в фюзеляже летательного аппарата, в результате чего может быть повышена жизнестойкость летательного аппарата в отношении атак террористов, производимых снаружи.
Необходимо отметить, что признаки или стадии, которые были описаны со ссылками на один из вышеуказанных вариантов осуществления изобретения или на вышеуказанные особенности изобретения, могут быть также использованы совместно с другими признаками или стадиями других вышеуказанных вариантов или особенностей.
Настоящее изобретение описывается ниже более подробно на примерах вариантов его осуществления со ссылками на фигуры, на которых одинаковые или сходные элементы указываются одинаковыми или сходными ссылочными обозначениями.
Фигура 1 - схематический вид пуленепробиваемой оболочки пакета с изоляционным материалом в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 2 - схематический вид пакета с изоляционным материалом, в котором используется пуленепробиваемый заполнитель, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 3 - схематический вид пакета с изоляционным материалом, в котором имеется дополнительное устройство задерживания пуль, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фигура 4 - схематический вид пуленепробиваемой изоляции в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 5 - схематический вид изоляции пуленепробиваемого фюзеляжа летательного аппарата в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 6 - схематический вид пуленепробиваемой кабины летательного аппарата в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 7 - схематический вид пуленепробиваемого фюзеляжа летательного аппарата в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 8 - схематический вид устройства конструкции пуленепробиваемого фюзеляжа летательного аппарата в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 9 - схематический вид летательного аппарата, который обстреливается снаружи.
Фигура 10 - схематический вид системы отсчета в испытаниях на пуленепробиваемость.
Фигура 11 - схематический вид изоляции фюзеляжа в соответствии с известными техническими решениями.
На фигуре 1 приведен схематический вид пуленепробиваемой оболочки пакета с изоляционным материалом в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Пуленепробиваемый пакет 100 с изоляционным материалом содержит пуленепробиваемую оболочку 101 и заключенный в ней заполнитель 102.
На фигуре 2 приведены схематические виды пакета с изоляционным материалом, содержащего пуленепробиваемый заполнитель, в соответствии с двумя вариантами осуществления изобретения. На фигуре 2,а показан пакет 200 с изоляционным материалом, состоящий из оболочки 201, в которой размещается пуленепробиваемый заполнитель 202. Этот пуленепробиваемый заполнитель 202 полностью заполняет пакет 200 с изоляционным материалом на фигуре 2,а, в то время как на фигуре 2,b заполнитель 202 заполняет пакет 200 с изоляционным материалом лишь частично. Остальная часть пакета 200 с изоляционным материалом на фигуре 2,b заполнена обычным заполнителем 203. Этот вариант может представлять более простое и экономическое техническое решение, поскольку в нем частично используется обычный изоляционный материал. Однако при этом гарантируется, что пуленепробиваемый заполнитель обеспечивает достаточную степень пуленепробиваемости.
На фигуре 3 представлен схематический вид пакета с изоляционным материалом, содержащего дополнительное устройство для задерживания пуль, причем пакет 300 с изоляционным материалом также содержит оболочку 301, в которой размещается заполнитель 302. В этом случае заполнитель 302 не обладает характеристиками пуленепробиваемости. Оболочка 301 также не является пуленепробиваемой. Для обеспечения пуленепробиваемости пакет 300 с изоляционным материалом содержит дополнительное устройство 304 для задерживания пуль, которое может быть выполнено, например, в форме пленки или фольги на заполнителе 302.
В соответствии с настоящим изобретением вышеописанные варианты, представленные на фигурах 1-3, могут использоваться в различных сочетаниях друг с другом.
На фигуре 4 представлен схематический вид пуленепробиваемой изоляции и принцип ее крепления. Пуленепробиваемая изоляция содержит заполнитель 402, к которому прикреплен пуленепробиваемый слой 404. Изоляция прикрепляется к каркасу 408 с помощью первого крепежного элемента 405, такого как, например, фиксирующая кнопка, и второго крепежного элемента 406, который может иметь форму усеченного конуса. Кроме того, на фигуре 4 ссылочным номером 407 указана зона перекрытия, в которой перекрываются пуленепробиваемые слои 404 двух смежных пакетов с изоляционным материалом.
На фигуре 5 представлен схематический вид изоляции пуленепробиваемого фюзеляжа летательного аппарата. На фигуре 5 схематически показана часть поперечного сечения корпуса летательного аппарата, в котором используется изоляция 504 фюзеляжа летательного аппарата в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, причем изоляция фюзеляжа выполнена пуленепробиваемой в соответствии с одним из вариантов, представленных на фигурах 1-3. Кроме того, показана внутренняя обшивка 509 кабины, которая охватывает пассажирскую кабину с внутренней стороны фюзеляжа летательного аппарата. Далее на фигуре 5 ссылочным номером 519 обозначена внешняя обшивка фюзеляжа летательного аппарата. На фигуре 5 также схематически изображен пассажир 510 и первое направление 512 выстрела, произведенного в направлении изнутри наружу, и второе направление 511 выстрела, произведенного в направлении снаружи внутрь.
На фигуре 6 представлен схематический вид пуленепробиваемой кабины летательного аппарата. На фигуре 6 схематически показана часть поперечного сечения корпуса летательного аппарата, и так же, как и на фигуре 5, схематически изображен пассажир 610 и внутренняя обшивка 604 пуленепробиваемой кабины летательного аппарата. Такая внутренняя обшивка 604 пуленепробиваемой кабины летательного аппарата полностью охватывает пассажирскую кабину и изготавливается из пуленепробиваемого материала или содержит слой пуленепробиваемого материала, такого как, например, ткань из арамидных волокон. Внутренняя обшивка 604 пуленепробиваемой кабины летательного аппарата показана на фигуре 6 утолщенной линией, которая проходит по периметру всей пассажирской кабины, в том числе схематически показанные багажные полки. Кроме того, на фигуре 6 ссылочным номером 619 обозначена внешняя обшивка фюзеляжа летательного аппарата.
На фигуре 7 представлен схематический вид пуленепробиваемого фюзеляжа летательного аппарата. На фигуре 7 схематически показана, как и на фигурах 5 и 6, часть поперечного сечения корпуса летательного аппарата со схематически изображенным пассажиром 710. Однако в варианте осуществления изобретения, представленном на фигуре 7, пуленепробиваемость фюзеляжа обеспечивается не его изоляцией или внутренней обшивкой 709 кабины летательного аппарата, а пуленепробиваемой обшивкой 704, которая показана на фигуре 7 утолщенной линией 704 и более подробно изображена на фигуре 8.
На фигуре 8 представлен схематический вид конструкции пуленепробиваемого фюзеляжа летательного аппарата. Пуленепробиваемая обшивка 804 прикрепляется к лонжерону 804 фюзеляжа летательного аппарата, причем лонжерон может прикрепляться с помощью шпангоутов 813.
На фигуре 9 показан схематический вид летательного аппарата 900, обстреливаемый снаружи по направлениям 911, а на фигуре 10 представлен схематический вид системы отсчета для испытаний на пуленепробиваемость. На фигуре 10 направление полета пули указано ссылочным номером 1015, угол падения пули - ссылочным номером 1016, нормаль к поверхности объекта, в отношении которого проводятся испытания пуленепробиваемости, - ссылочным номером 1017, и поверхность объекта - ссылочным номером 1018. В испытаниях пуленепробиваемости может быть проверено соответствие требованиям пуленепробиваемости по методике, аналогичной методике, приведенной в FAA AC25.795-2. Материалы, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, могут обеспечивать защиту от пуль, выпущенных из такого оружия, как, например, Magnum JHP калибра 0,44.