УСТРОЙСТВО, В ЧАСТНОСТИ СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТЯГА, ДЛЯ ПРИДАНИЯ ЖЕСТКОСТИ КОНСТРУКЦИИ ФЮЗЕЛЯЖА ВОЗДУШНОГО СУДНА И/ИЛИ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОМПОНЕНТА
DEVICE, IN PARTICULAR, AIRLINER FUSELAGE STIFFENING TIE ROD AND/OR COMPONENT LOCKING ELEMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству, в частности соединительной тяге (также известной как «тяга Самера» или «тяга конструкции Самера») для придания жесткости конструкции фюзеляжа воздушного судна и/или для закрепления компонента на конструкции фюзеляжа, каковая соединительная тяга состоит из центральной секции и двух примыкающих к ней оконечных секций.
Уровень техники
Согласно известным вариантам осуществления, соединительные тяги обычно включают в себя центральную секцию в виде полого цилиндра, к которой с обеих сторон примыкают оконечные секции. Диаметр центральной секции может соответствовать диаметру обеих оконечных секций. В качестве альтернативы, центральная секция может сужаться по направлению к оконечным секциям. Для того чтобы иметь возможность регулировать длину, в оконечные секции с обеих сторон предпочтительно могут ввинчиваться рым-болты. Соединительные тяги используют, например, для закрепления компонентов на конструкции фюзеляжа или для придания жесткости или укрепления конструкции фюзеляжа. Для того чтобы прикрепить соединительную тягу к конструкции воздушного судна, на конструкции обычно с помощью заклепок крепят проушину или вильчатый кронштейн. В проушине имеется отверстие, в котором можно закрепить болт для того, чтобы присоединить, с возможностью вращения, один из двух рым-болтов соединительной тяги. Выполненная по такому принципу соединительная тяга допускает регулировку длины, и ее можно дополнительно вращать относительно оси. Такой способ крепления не обеспечивает возможность вращения соединительной тяги относительно дополнительной оси.
Такое механическое крепление известных соединительных тяг к конструкции фюзеляжа имеет, в частности, недостаток, который заключается в том, что требуются несколько отдельных деталей, и, более того, для закрепления проушин в конструкции фюзеляжа необходимо выполнить заклепочные соединения. В результате такой способ придания жесткости или закрепления с помощью соединительной тяги ведет к значительному увеличению веса и производственных расходов.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое позволяет придать жесткость конструкции фюзеляжа и/или закрепить компоненты на конструкции фюзеляжа, уменьшив в то же самое время количество требуемых отдельных деталей, и которое позволяет обеспечить, по меньшей мере, возможность вращения с одной стороны, и помимо этого дает возможность прикладывать усилие в области нейтральных волокон.
Эта задача решается с помощью устройства с признаками п. 1 формулы изобретения.
Вследствие того факта, что соединительный узел расположен в области, по меньшей мере, одной оконечной секции, соединительный узел выполнен как одно целое с конструкцией фюзеляжа или с компонентом, и имеет возможность вращаться, по меньшей мере, относительно одной оси вращения, требуется меньшее количество отдельных деталей и, таким образом, обеспечивается снижение веса по сравнению с известными способами крепления, где, однако, предусмотрена возможность вращения относительно, по меньшей мере, одной оси.
Более того, усилия предпочтительно прикладываются в области нейтральных волокон конструкции фюзеляжа, вследствие чего удается в значительной степени избавиться от эффекта рычага, который возникает в случае прикладывания усилия в известном варианте осуществления устройства, представляющего собой соединительную тягу с проушинами или вильчатыми кронштейнами.
Одна предпочтительная конфигурация предусматривает, что, по меньшей мере, один соединительный узел выполнен в виде цилиндрической гайки, которая помещена, с возможностью вращения, внутри несущего отверстия в конструкции фюзеляжа для обеспечения неразъемного крепления устройства, представляющего собой соединительную тягу, к конструкции фюзеляжа.
В результате чрезвычайно упрощается конструктивное исполнение устройства согласно изобретению на конструкции фюзеляжа воздушного судна, для которого требуется минимальное количество компонентов, и которое, в то же время, обеспечивает возможность вращения относительно, по меньшей мере, одной пространственной оси.
Согласно дальнейшему усовершенствованию изобретения, в конструкции фюзеляжа предусматривают сквозное отверстие, диаметр которого превышает диаметр резьбового стержня.
В результате обеспечивается достаточная подвижность, то есть, в частности, возможность вращения резьбового стержня, ввинченного в цилиндрическую гайку, относительно пространственной оси.
Согласно другому дальнейшему усовершенствованию изобретения, конструкция фюзеляжа умеет утолщение в области несущего отверстия.
Утолщение требуется для того, чтобы обеспечить посадочное гнездо для цилиндрической гайки, помещенной внутри несущего отверстия, которое может выдержать достаточно большие механические нагрузки.
Кроме того, дополнительно предусматривается внутренняя цилиндрическая гайка, которая помещена внутрь наружной цилиндрической гайки. Такая компоновка обеспечивает возможность вращения устройства согласно изобретению относительно дополнительной пространственной оси.
Дальнейшая предпочтительная конфигурация предусматривает, что оконечные секции, примыкающие к центральной секции с обеих сторон, снабжены резьбой.
В результате получается упрощенная конструкция устройства, в котором центральная секция и оконечные секции, примыкающие к ней с обеих сторон, предпочтительно выполнены в виде цельной детали, как резьбовые болты. Такая конфигурация особенно подходит для закрепления компонентов, в частности вертикальных стоек облицовочного каркаса, на конструкции фюзеляжа воздушного судна. Облицовочный каркас используют для подвешивания матерчатых сидений в воздушных судах военного назначения.
Возникающие усилия при помощи устройства прикладывают в области нейтральных волокон компонента. Подверженность линейного компонента к изгибанию под действием вертикальных нагрузок уменьшают путем использования шарнира в точке крепления компонента. В результате размеры соответствующего компонента можно выбрать так, что он станет статически легче, и тем самым обеспечит снижение веса.
Краткое описание чертежей
Далее будет представлено подробное объяснение дальнейших предпочтительных конфигураций устройства.
На чертежах:
фиг.1 показывает первый примерный вариант осуществления известной ранее соединительной тяги;
фиг.2 показывает первый вариант осуществления устройства согласно изобретению;
фиг.3-4 показывают упрощенный главный вид второго варианта осуществления устройства согласно изобретению;
фиг.5-7 показывают детальные виды второго варианта осуществления изобретения;
фиг.9-10 показывают дальнейший вариант устройства для одностороннего шарнирного крепления компонентов к конструкции фюзеляжа.
Одни и те же номера позиций на фигурах обозначают одинаковые конструктивные элементы.
Осуществление изобретения
Фиг.1 показывает устройство, которое представляет собой обычную соединительную тягу для придания жесткости конструкции фюзеляжа или для крепления компонентов к конструкции фюзеляжа.
Соединительная тяга 1 включает в себя, помимо прочего, центральную секцию 2 и две оконечные секции 3, 4. Рым-болты 5, 6 ввинчены, соответственно, в обе оконечные секции 3, 4. Рым-болты 5, 6 закреплены контргайками 7, 8. Крепление соединительной тяги 1 к конструкции 9, 10 фюзеляжа осуществляют при помощи двух проушин 11, 12, которые закреплены на конструкции 9, 10 фюзеляжа с помощью заклепок, которые не показаны более подробно. Шарнирное соединение между рым-болтами 5, 6 и проушинами 11, 12 выполняют при помощи двух болтовых соединений 13, 14. Благодаря тому, что рым-болты 5, 6 можно ввинчивать в оконечные секции 3, 4, имеется возможность регулировать длину соединительной тяги 1 в направлении, параллельном продольной оси 15. Болтовые соединения 13, 14 обеспечивают возможность вращения соединительной тяги 1 относительно проушин 11, 12, относительно своей оси, как показано двойными стрелками 16, 17.
Фиг.2 показывает первый вариант осуществления устройства согласно изобретению.
Устройство 18 выполнено в виде «короткой» соединительной тяги 19, которая имеет постоянное поперечное сечение для снижения веса, в противоположность обычной соединительной тяге, описанной выше. Соединительная тяга 19 включает в себя, помимо прочего, центральную секцию 20, к которой с обеих сторон примыкают оконечные секции 21, 22. Центральная секция 20 выполнена в виде трубы, и с обоих концов снабжена внутренней резьбой. Внутренняя резьба в оконечных секциях 21, 22 может быть выполнена во встречном направлении или в одном направлении (левая и/или правая резьба). Внутренняя резьба в оконечных секциях 21, 22 предпочтительно выполнена во встречном направлении, чтобы регулировку длины соединительной тяги 19 можно было произвести простым вращением центральной секции 20 относительно ее продольной оси. Центральная секция 20 может быть снабжена плоскими участками, канавками, фрезерованными участками, чтобы облегчить вращение центральной секции 20 при помощи соответствующим образом изготовленного инструмента для регулировки длины. Резьбовые стержни 23, 24 могут, соответственно, вворачиваться в оконечные секции 21, 22. Во избежание случайного отсоединения резьбовые стержни 23, 24 фиксируют на оконечных секциях 21, 22 контргайками 25, 26. В качестве альтернативы, центральная секция 20 может быть также снабжена наружной резьбой, на которую в этом случае можно навинтить резьбовые стержни, выполненные в виде полого цилиндра с внутренней резьбой. Кроме того, оконечные секции 21, 22 могут иметь коническую форму (фиг.1). Оконечные секции 21, 22 и центральная секция 20 могут быть выполнены в виде полого цилиндра, и/или, по меньшей мере, частично, могут быть выполнены сплошными. Важно, чтобы резьбовые стержни 23, 24 можно было ввернуть в оконечные секции 21, 22 достаточно глубоко для регулировки длины.
Соединительный узел 29, 30, соответственно, выполнен как одно целое с конструкцией 27, 28 фюзеляжа. Конструкция 27, 28 фюзеляжа может представлять собой, например, неразъемную раму, раму или кольцевую раму. Соединительные узлы 29, 30 образованы двумя цилиндрическими гайками 31, 32, которые помещены, с возможностью вращения, соответственно, внутри несущих отверстий 33, 34 в конструкции 27, 28 фюзеляжа. Цилиндрические гайки 31, 32 помещены внутрь несущих отверстий 33, 34 с возможностью вращения относительно осей вращения 35, 36 (перпендикулярных плоскости чертежа), как показано двойными стрелками 37, 38. Как показано на фиг. 2, цилиндрические гайки 31, 32 снабжены резьбовым отверстием, которое не показано подробно для большей ясности чертежа, и в которое можно ввинтить резьбовые стержни 23, 24.
Для того чтобы разместить цилиндрические гайки 31, 32, на конструкции 27, 28 фюзеляжа предусмотрено утолщение 39, 40 в области несущих отверстий 33, 34. В конструкции 27, 28 фюзеляжа выполнены сквозные отверстия 41, 42, которые используют для того, чтобы пропустить через них резьбовые стержни 23, 24. Размер сквозных отверстий 41, 42 превышает размер резьбовых стержней 23, 24, то есть диаметр сквозных отверстий 41, 42 выбран так, чтобы он был больше диаметра резьбовых стержней 23, 24, что в достаточной степени обеспечивает возможность вращения обоих резьбовых стержней 23, 24. Прикладывание усилия посредством обеих цилиндрических гаек 31, 32 предпочтительно происходит в области нейтральных волокон 43, 44 в конструкции 27, 28 фюзеляжа. В результате снижается вероятность возникновения локальных пиков нагрузки в конструкции 27, 28 фюзеляжа, в отличие от известного уровня техники, где это является следствием рычажного действия проушин 11, 12 (см. фиг.1).
В результате того, что цилиндрические гайки 31, 32 выполнены как одно целое с конструкцией 27, 28 фюзеляжа, для прикрепления соединительной тяги 19 к конструкции 27, 28 фюзеляжа больше не нужны проушины 11, 12 (вильчатые кронштейны), рым-болты 5, 6 и связанные с ними болтовые соединения, которые обычно состоят из нарезного болта и гайки. Благодаря этому, из-за уменьшения количества составных частей, достигается значительное снижение веса и одновременно повышается надежность всего устройства 18 с точки зрения отказа.
Фиг.3 и 4, на которые делается ссылка в следующей части описания, показывают упрощенный (односторонний) вид второго варианта осуществления устройства согласно изобретению. Фиг.3 показывает вид сверху, а фиг.4 показывает вид сбоку второго варианта осуществления. Оси x-, y- и z-координатной системы задают пространственную ориентацию.
В отличие от вида по фиг.2, виды показывают только одну сторону конструкции фюзеляжа с размещенным на ней соединительным узлом с ввинченным резьбовым стержнем. Для ясности на фиг.3, 4 не показана, соответственно, соединительная тяга и правая часть устройства, включая правую конструкцию фюзеляжа. Упомянутые узлы осуществлены зеркально симметрично по отношению к показанным частям. В отличие от варианта осуществления по фиг.2 «двухосный» цилиндрический соединительный узел, показанный на фиг.3, 4, допускает вращение резьбового стержня, или, соответственно, связанной с ним соединительной тяги, относительно двух пространственных осей вращения.
Наружная цилиндрическая гайка 47, которая имеет возможность вращаться относительно оси z, утоплена в конструкцию 45 фюзеляжа в несущем отверстии 46. Для того чтобы предотвратить осевое смещение наружной цилиндрической гайки 47 параллельно оси z, используют, например, фланец 48 и стопорное кольцо 49, размещенное в канавке, которая не показана на фигуре. Для того чтобы можно было разместить наружную цилиндрическую гайку 47, конструкция 45 фюзеляжа снабжена утолщением 50 в районе несущего отверстия 46. Внутренняя цилиндрическая гайка 51 меньшего размера помещена, с возможностью вращения, внутри дополнительного отверстия 52 в наружной цилиндрической гайке 47. Внутренняя цилиндрическая гайка 51 имеет возможность вращаться относительно оси x, то есть оси вращения (ось z и ось x) наружной цилиндрической гайки 47 и внутренней цилиндрической гайки 51 образуют угол 90°, вместе образуют карданное соединение 53, или так называемый «двухосный» цилиндрический соединительный узел, который имеет две степени свободы. Для того чтобы прикрепить соединительную тягу, не показанную на фиг.3, 4, внутренняя цилиндрическая гайка снабжена резьбовым отверстием, которое не имеет номера позиции, и в которое можно ввернуть резьбовой стержень 54. Для того чтобы в достаточной степени обеспечить возможность вращения резьбового стержня 54, и, следовательно, навинченной соединительной тяги или трубы с внутренней резьбой, на конструкции 45 фюзеляжа предусмотрено сквозное отверстие 55, диаметр которого в достаточной степени превышает диаметр резьбового стержня 54.
По сравнению с вариантом осуществления по фиг.2, вариант осуществления по фиг.3, 4 обеспечивает более высокую подвижность соединительной тяги по отношению к конструкции 45 фюзеляжа, относительно двух пространственных осей вращения 56, 57 (ось x, ось z, две степени свободы), как показано двойными стрелками 58, 59, при этом количество необходимых составных частей увеличивается лишь незначительно.
В наружной цилиндрической гайке 47 предусмотрено дополнительное отверстие 60, которое обеспечивает достаточно высокую степень подвижности резьбового стержня 54. Диаметр отверстия 60 в определенной степени превышает диаметр резьбового стержня 54.
Конструкция 9, 10, 27, 28, 45 фюзеляжа предпочтительно выполнена из алюминиевого сплава. Все цилиндрические гайки 31, 32, 47, 51 можно снабдить покрытием из антифрикционного материала, такого, например, как Teflon, который обеспечивает смазку на весь срок службы. В качестве альтернативы, цилиндрические гайки 31, 32, 47, 51 могут быть полностью выполнены из антифрикционного материала, совместимого с алюминиевым сплавом конструкции 9, 10, 27, 28, 45 фюзеляжа, такого, например, как бронза или другие цветные тяжелые металлы.
Фиг.5-7, на которые ниже делается ссылка, подробно показывают внутренний вид используемого (карданного) соединительного узла 53 (см. фиг.3, 4) в различных проекциях. Три направления в пространстве заданы осями x, y и z системы координат. Внутренняя цилиндрическая гайка 51 помещена внутри наружной цилиндрической гайки 47 с возможностью вращения, и совместно с наружной цилиндрической гайкой 47 образует соединительный узел 53 или карданный соединительный узел, который обеспечивает подвижность устройства согласно изобретению относительно двух осей вращения.
В наружной цилиндрической гайке 47 имеется отверстие 60 увеличенного размера. На фиг.7 особенно хорошо видно, что отверстие 60 в сечении имеет овальную форму, что позволяет обеспечить достаточно высокую степень подвижности резьбового стержня (подвижность соединительного узла 53). В равной степени отверстие 60 может иметь другую геометрическую форму, например круглую или эллиптическую.
Фиг.8-10 показывают дальнейший вариант осуществления устройства, которое предназначено, в частности, для закрепления вертикальных стоек так называемого облицовочного каркаса на конструкции фюзеляжа воздушного судна. В отличие от описанных выше вариантов осуществления, при помощи этого устройства выполняют только одностороннее шарнирное крепление. Положение устройства в пространстве обозначено с помощью осей x, y и z, которые образуют координатную систему.
Фиг.8 показывает поперечный разрез устройства 61. Фиг.9 показывает то же самое устройство 61, но в проекции, повернутой на 90° относительно оси y, чтобы далее можно было делать ссылки на обе фиг.8 и 9.
Устройство 61 включает в себя, помимо прочего, центральную секцию 62, цилиндрическую или в виде полого цилиндра, к которой с обеих сторон примыкают две оконечные секции 63, 64. Оконечные секции 63, 64 снабжены резьбой, которая не обозначена более подробно. Обе оконечные секции 63, 64 вместе с центральной секцией 62 образуют неразъемный болт с нарезкой, но там, где требуется, для уменьшения веса эти секции могут быть выполнены полыми на отдельных участках. Для того чтобы закрепить компонент 65, последний снабжен несущим отверстием 66, внутри которого, с возможностью вращения, помещена наружная цилиндрическая гайка 67. Компонент 65, который, в показанном примерном варианте осуществления по фиг.8-10 представляет собой вертикальную стойку так называемого облицовочного каркаса, имеет утолщение 68 в области несущего отверстия 66, обеспечивая, тем самым, достаточную прочность материала для выполнения несущего отверстия 66. Наружная цилиндрическая гайка имеет возможность вращаться относительно оси z как оси вращения. Вторая, внутренняя цилиндрическая гайка 69 помещена, с возможностью вращения, внутри цилиндрической гайки 67. Для этого наружная цилиндрическая гайка 67 снабжена отверстием, диаметр которого соответствует размеру несущей внутренней цилиндрической гайки 69. Внутренняя цилиндрическая гайка 69 имеет возможность вращаться относительно оси x как оси вращения, то есть оси поворота, или относительно осей вращения (ось z, ось x) двухосного соединительного узла 70, образованного обеими цилиндрическими гайками 67, 69 с двумя степенями свободы, которые пересекаются друг с другом под углом 90°. Точка пересечения осей поворота или вращения предпочтительно выбрана таким образом, чтобы она лежала приблизительно в области нейтрального волокна компонента 65, чтобы обеспечить оптимальное прикладывание усилия в компоненте 65. «Безмоментная» передача усилия между компонентом 65 и конструкцией фюзеляжа, которая не показана на фиг.8, 9 обеспечена в этом случае шарнирным креплением с помощью двухосного цилиндрического соединительного узла. Благодаря «безмоментному» прикладыванию усилия, как следствие подвижности точки крепления, уменьшается риск изгибания, который, по существу, имеет решающее значение, например, при определении размеров таких вертикальных стоек. По этой причине можно уменьшить вес вертикальной стойки, прикрепленной к конструкции фюзеляжа при помощи устройства согласно изобретению, в противоположность «жесткомоментному» (неподвижному) креплению к основной конструкции фюзеляжа.
Внутренняя цилиндрическая гайка 69 снабжена резьбовым отверстием, которое не имеет номера позиции для большей ясности чертежа, в которое можно ввернуть первую оконечную секцию 63 устройства 61. Для того чтобы оконечная секция 63 могла пройти через компонент 65, последний снабжен отверстием 71. Достаточная подвижность оконечной секции 63 в направлениях, показанных двойными стрелками, относительно обеих осей поворота, обеспечена тем, что диаметр сквозного отверстия 71 превышает наружный диаметр оконечной секции 63. Вторая оконечная секция 64 также снабжена резьбой, и в этом случае ее используют, по существу, для жесткого крепления компонента 65 к тем частям конструкции фюзеляжа воздушного судна, которые не показаны на фиг.8, 9.
На фиг.10 показано крепление компонента 65 к части конструкции 74 фюзеляжа воздушного судна при помощи устройства 61.
Для этого вторую оконечную секцию 64 центральной секции 62 устройства 61 направляют посредством отверстий в конструкции 74 фюзеляжа, которые не показаны более подробно, и, например, вворачивают и жестко крепят к конструкции 74 фюзеляжа при помощи гаек 75, 76, которые навинчивают на левую и/или правую оконечные секции 63, 64.
В этом смысле устройство 61 представляет собой механический элемент жесткости компонента 65, препятствующий его изгибанию в том случае, когда повышенные нагрузки проходят параллельно оси x, или средство крепления для присоединения компонента 65 к конструкции 74 фюзеляжа.
В показанном примерном варианте осуществления компонент 65 представляет собой проходящую перпендикулярно плоскости чертежа вертикальную стойку облицовочного каркаса (вторичная конструкция), который используют для подвешивания большого количества матерчатых сидений, размещенных поперек по отношению к направлению полета воздушного судна, и образующих два ряда по обе стороны вдоль бортов фюзеляжа.
Перечень позиций
1 Соединительная тяга
2 Центральная секция
3 Оконечная секция
4 Оконечная секция
5 Рым-болт
6 Рым-болт
7 Контргайка
8 Контргайка
9 Конструкция фюзеляжа
10 Конструкция фюзеляжа
11 Проушина
12 Проушина
13 Болтовое соединение
14 Болтовое соединение
15 Продольная ось
16 Двойная стрелка
17 Двойная стрелка
18 Устройство
19 Соединительная тяга
20 Центральная секция
21 Оконечная секция
22 Оконечная секция
23 Резьбовой стержень
24 Резьбовой стержень
25 Контргайка
26 Контргайка
27 Конструкция фюзеляжа
28 Конструкция фюзеляжа
29 Соединительный узел
30 Соединительный узел
31 Цилиндрическая гайка
32 Цилиндрическая гайка
33 Несущее отверстие
34 Несущее отверстие
35 Ось вращения (цилиндрическая гайка)
36 Ось вращения (цилиндрическая гайка)
37 Двойная стрелка
38 Двойная стрелка
39 Утолщение
40 Утолщение
41 Сквозное отверстие
42 Сквозное отверстие
43 Нейтральные волокна
44 Нейтральные волокна
45 Конструкция фюзеляжа
46 Несущее отверстие
47 Наружная цилиндрическая гайка
48 Фланец
49 Стопорное кольцо
50 Утолщение
51 Внутренняя цилиндрическая гайка
52 Отверстие
53 Соединительный узел
54 Резьбовой стержень
55 Сквозное отверстие
56 Ось вращения (ось x)
57 Ось вращения (ось z)
58 Двойная стрелка
59 Двойная стрелка
60 Отверстие
61 Устройство
62 Центральная секция
63 Первая оконечная секция
64 Вторая оконечная секция
65 Компонент
66 Несущее отверстие
67 Наружная цилиндрическая гайка
68 Утолщение
69 Внутренняя цилиндрическая гайка
70 Соединительный узел
71 Сквозное отверстие
72 Двойная стрелка
73 Двойная стрелка
74 Конструкция фюзеляжа
75 Гайка
76 Гайка