СЕГМЕНТ ФЮЗЕЛЯЖА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕГМЕНТА ФЮЗЕЛЯЖА
FUSELAGE SEGMENT AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к сегменту фюзеляжа самолета согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения и к способу изготовления сегмента фюзеляжа такого рода.
Известный сегмент фюзеляжа описан в заявке DE 10 2007 003 275 A1. Этот сегмент фюзеляжа выполнен в виде оболочечного элемента, включающего в себя две обшивки из углепластики (CFK), между которыми расположена серединная часть с сотовой структурой или со вспененной структурой. Оболочечный элемент образует с множеством подобных оболочечных элементов фюзеляж самолета, который для стабилизации усилен множеством стрингеров и шпангоутов. Все канальные туннели, служащие для инсталляции систем, таких как, например, электрические кабели и трубы кондиционирования, закреплены на соответствующих держателях стрингеров или, соответственно, шпангоутов.
Недостатком этого решения является то, что системы оснащения и элементы кабины инсталлируются отдельно друг от друга от первичной структуры. Для крепления канальных туннелей необходимы многочисленные держатели, которые делают монтаж фюзеляжа затратным. Кроме того, наличие этих держателей негативно сказывается на весе самолета.
Задачей настоящего изобретения является создать сегмент фюзеляжа самолета, который устранит вышеназванные недостатки и обеспечит возможность упрощенного монтажа, а также способ изготовления сегмента фюзеляжа такого рода.
Эта задача решается с помощью сегмента фюзеляжа с признаками п.1 формулы изобретения и с помощью способа по п.10 формулы изобретения.
Предлагаемый изобретением сегмент фюзеляжа включает в себя серединную часть, которая ограничена внутренней обшивкой со стороны кабины и наружной обшивкой. В соответствии с изобретением канальные туннели, предназначенные для инсталляции систем, интегрированы в серединную часть.
Предлагаемое изобретением решение обладает тем преимуществом, что отсутствует необходимость в держателях, предназначенных для крепления канальных туннелей, например труб кондиционирования. Благодаря этому уменьшается сложность монтажа фюзеляжа самолета. Кроме того, благодаря отказу от держателей вес самолета по сравнению с известными самолетами, в которых использованы решения с держателями, уменьшается. За счет соответствующего расположения канальных туннелей друг относительно друга возможно, например, целенаправленное предотвращение электромагнитных взаимодействий между токоведущими кабелями. Благодаря отсутствию держателей возможно также сокращение затрат на монтаж и изготовление. Кроме того, предлагаемый изобретением сегмент фюзеляжа может быть выполнен таким образом, чтобы можно было обойтись без стрингеров и шпангоутов или, соответственно, прочих продольных элементов жесткости и элементов жесткости по периметру фюзеляжа самолета, что также позитивно сказывается на монтаже и весе самолета. Возможна оптимизация сегмента фюзеляжа в отношении его структуры в соответствии с возникающими нагрузками.
В одном из примеров осуществления конструкция сегмента фюзеляжа состоит из нескольких частей. При этом серединная часть изготовлена отдельно от наружной обшивки и внутренней обшивки. Например, серединная часть имеет сотовую структуру.
В другом примере осуществления сегмент фюзеляжа имеет не многослойную структуру, а цельную пенистую структуру, у которой внутренняя обшивка, наружная обшивка и серединная часть выполнены цельно. Т.е., внутренняя обшивка и наружная обшивка не склеены с серединной частью или не соединены с серединной частью аналогичным образом, а получены во время одного из этапов изготовления серединной части. Т.е., внутренняя обшивка и наружная обшивка состоят из одного и того же вспененного материала, который местами подвергается обработке иного рода. В этом примере осуществления предпочтительно, если вспененный материал усилен углеродными волокнами, так что усиление углеродными волокнами как бы распространяется от наружной обшивки через серединную часть к внутренней обшивке.
Серединная часть и наружная обшивка или, соответственно, внутренняя обшивка могут обладать различной твердостью материала. В частности, предпочтительно, если твердость материала серединной части увеличивается от области, со стороны кабины, в направлении наружной обшивки. Благодаря этому может быть улучшена стабильность сегмента фюзеляжа, а также за счет меньшей твердости материала может быть улучшена изоляция в области, со стороны кабины.
Серединная часть может быть образована из многослойного вспененного материала, что способствует целенаправленной изоляции. Благодаря осознанному распределению вспененного материала сильно уменьшается конденсация внутри сегмента фюзеляжа, так как практически отсутствуют скачкообразные перепады температуры.
В одном из вариантов канальные туннели представляют собой трубчатые элементы.
Для дополнительного уменьшения веса самолета в другом варианте канальные туннели интегрированы в серединную часть таким образом, что их стенки образованы материалом серединной части.
Внутренняя обшивка может образовывать боковые стенки кабины. Исполнение боковых стенок в виде части первичной структуры способствует уменьшению количества компонентов кабины и приводит, таким образом, к дополнительному уменьшению сложности монтажа.
Один из примеров осуществления предлагаемого изобретением способа предусматривает, что канальные туннели монтируются в серединную часть во время ее изготовления.
Другой пример осуществления предусматривает, что канальные туннели монтируются в серединную часть после ее изготовления. Для этого канальные туннели при изготовлении серединной части воспроизводятся или, соответственно, заменяются соответствующими замещающими наполнителями. Эти наполнители после изготовления серединной части удаляются из нее, так что материал серединной части сам образует стенки канальных туннелей. Наполнители могут, например, представлять собой тела трубчатого исполнения на основе воска, которые сжижаются при соответствующей обработке после изготовления серединной части, вытекают из серединной части, и таким образом в серединной части возникает соответственно выполненная полость в виде канального туннеля.
Другой предлагаемый изобретением способ предусматривает, что после извлечения сегмента фюзеляжа из формы инструмента внутренняя обшивка, наружная обшивка и серединная часть уже имеют свою окончательную структуру, обладающую требуемыми свойствами материала и структурами материала.
Однако можно также придать вспененному материалу и, в частности, внутренней обшивке и наружной обшивке на последующем этапе после извлечения сегмента фюзеляжа из формы инструмента требуемые свойства материала, такие как, например, степень твердости. Возможна, например, обработка УФ-светом.
В качестве подходящего вспененного материала возможен как материал на основе полимера, так и материал на основе металла. Материалы внутренней обшивки и наружной обшивки также не ограничены материалами CFK, а возможны также другие усиленные волокнами композитные материалы, такие как материалы, усиленные стекловолокном (материалы GFK), сплавы из полимеров и металлов, а также чисто металлические сплавы. Кроме того, возможно, чтобы внутренняя обшивка и наружная обшивка состояли из различных материалов.
Канальные туннели не ограничиваются упомянутыми примерами, а распространяются на все магистрали, прокладываемые в самолете. Другими примерами являются электрические кабели для электроснабжения бортовой сети, сигнальные провода для управления самолетом и водопроводные линии.
Проемы для иллюминаторов или, соответственно, для люков выполняются либо во время изготовления отделения фюзеляжа, либо впоследствии сделать в отделении фюзеляжа.
Осевая длина сегмента фюзеляжа, а также его протяженность по периметру могут варьироваться. Так, можно выполнить сегмент фюзеляжа в виде оболочечного элемента, который, в принципе, распространяется по всей длине самолета. Также можно выполнить сегмент фюзеляжа в виде бочкообразного элемента, который может соединяться с фюзеляжем самолета посредством поперечных стыковых соединений.
Прочие предпочтительные примеры осуществления являются предметом других зависимых пунктов формулы изобретения.
Ниже предпочтительные примеры осуществления изобретения поясняются более подробно с помощью схематичного изображения.
На единственной фиг.1 показано поперечное сечение предлагаемого изобретением сегмента 2 фюзеляжа самолета. Сегмент 2 фюзеляжа выполнен в виде дугообразного оболочечного элемента многослойной конструкции, включающей в себя внутреннюю обшивку 4 и наружную обшивку 6, между которыми расположена серединная часть 8. Сегмент 2 фюзеляжа в области его узких сторон 10, 12 монтируется с другими не изображенными предлагаемыми изобретением сегментами фюзеляжа с получением бочкообразной формы фюзеляжа.
Внутренняя обшивка 4 образует боковые стенки кабины самолета. Наружная обшивка 6 служит собственно известной наружной поверхностью фюзеляжа самолета и защищает серединную часть 8 от воздействий окружающей среды. Внутренняя обшивка 4 и  наружная обшивка 6 состоят из усиленного углеродными волокнами материала (материал CFK) и соединены с серединной частью 8. Внутренняя обшивка 4 и наружная обшивка обладают более высокой твердостью материала, чем серединная часть 8.
Серединная часть 8 образована из вспененного материала и включает в себя внутренний в радиальном направлении слой 14 и наружный в радиальном направлении слой 16. Внутренний в радиальном направлении слой 14 с целью улучшения изоляции обладает меньшей твердостью, чем наружный в радиальном направлении слой 16.
В серединную часть 8 интегрированы канальные туннели 20, 22, предназначенные для инсталляции систем, таких как, например, линии токоведущих кабелей, кабельные линии, передающие информационные сигналы или трубы кондиционирования. Вместо всех этих канальных туннелей на фигуре ссылочными позициями обозначены только два канальных туннеля 20, 22. канальные туннели 20, 22 образованы введенными в серединную часть 8 трубчатыми элементами 24, 26. Каждый из них по своему положению в серединной части 8 и по своему внутреннему диаметру соответствует своей функции. Канальные туннели 20, предназначенные для помещения кабельных линий передачи информационных сигналов, как правило, выполнены с меньшим внутренним диаметром, чем канальные туннели 22 для образования труб кондиционирования.
Степени твердости внутренней обшивки 4, наружной обшивки 6 и серединной части 8 выбраны так, что для образования фюзеляжа самолета можно обойтись без стрингеров и шпангоутов или, соответственно, продольных элементов жесткости и расположенных по периметру элементов жесткости иного рода.
В предлагаемом изобретением способе трубчатые элементы 24, 26 для канальных туннелей 20, 22 размещаются в форме инструмента, который воспроизводит серединную часть 8. Затем форма наполняется надлежащим сырьевым материалом на основе полимера, предназначенным для образования серединной части 8. Потом осуществляется регулировка формы инструмента таким образом, что образуется пенообразная серединная часть 8. Внутренняя обшивка 4 и наружная обшивка 6 изготавливаются известным образом. После изготовления серединной части 8, внутренней обшивки 4 и наружной обшивки 6 они соответственно соединяются друг с другом.
Раскрыт сегмент 2 фюзеляжа самолета, включающий в себя наружную обшивку 6 и внутреннюю обшивку 4, которые удалены на расстояние друг от друга посредством серединной части 8, при этом в серединную часть интегрированы канальные туннели 20, 22, предназначенные для инсталляции систем, а также способ изготовления сегмента 2 фюзеляжа такого рода.
Список ссылочных позиций
2 Сегмент фюзеляжа
4 Внутренняя обшивка
6 Наружная обшивка
8 Серединная часть
10 Узкая сторона
12 Узкая сторона
14 Внутренний в радиальном направлении слой
16 Наружный в радиальном направлении слой
20 Канальный туннель
22 Канальный туннель
24 Трубчатый элемент
26 Трубчатый элемент