Фюзеляжная конструкция воздушного судна и способ ее изготовления

Фюзеляжная конструкция воздушного судна и способ ее изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к фюзеляжной конструкции воздушного судна, имеющей шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию. Кроме того, изобретение относится к интегральному блоку для фюзеляжной конструкции воздушного судна этого типа, и к способу изготовления фюзеляжной конструкции.

Уровень техники

Герметизированные фюзеляжи пассажирских воздушных судов в настоящее время собираются из секций, каждая из которых изготавливается из множества оболочек, в которых обшивка, стрингеры и шпангоуты соединяют друг с другом Впоследствии к шпангоутам прикрепляются заклепками поперечные элементы багажного отсека, главная палуба и багажные полки, а опорные стойки устанавливаются между поперечными элементами и шпангоутами и крепятся болтами к соединительным узлам, которые, соответственно, прикреплены заклепками.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание такой фюзеляжной конструкции воздушного судна, которая имеет улучшенные весовые характеристики и может быть изготовлена из нескольких отдельных частей.

Этот результат достигается при помощи фюзеляжной конструкции воздушного судна с признаками пункта 1 формулы изобретения.

Изобретение также предусматривает интегральный блок для фюзеляжной конструкции воздушного судна этого типа и к способу изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна.

Зависимые пункты формулы изобретения характеризуют соответствующие варианты осуществления и усовершенствования.

Изобретение предусматривает фюзеляжную конструкцию воздушного судна, имеющую шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию. Согласно изобретению фюзеляжная конструкция воздушного судна включает в себя предварительно изготовленные интегральные блоки, каждый из которых проходит по окружности фюзеляжной секции и содержит шпангоут фюзеляжной секции и соединительные элементы для присоединения элементов обшивки, состоящих из стрингеров и обшивки.

Кроме того, изобретение предусматривает интегральный блок для фюзеляжной конструкции воздушного судна, имеющей шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию. Согласно изобретению интегральный блок содержит шпангоут фюзеляжной секции, а также соединительные элементы для присоединения элементов обшивки, включающих в себя стрингеры и обшивку, при этом интегральный блок представляет собой предварительно изготовленный узел.

Наконец, изобретение предусматривает способ изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна, имеющей шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию. Согласно изобретению предварительно изготавливают интегральные блоки, каждый из которых содержит шпангоут фюзеляжной секции, а также соединительные элементы для присоединения элементов обшивки, включающих в себя стрингеры и обшивку, кроме того, изготавливают элементы обшивки, включающие в себя стрингеры и обшивку, интегральные блоки устанавливают и подгоняют на монтажном устройстве, а элементы обшивки собирают с интегральными блоками и прикрепляют к ним.

Краткое описание чертежей

Примерные варианты осуществления изобретения объясняются ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи:

Фиг.1: вариант (а) показывает горизонтальную проекцию, а вариант (b) - боковую проекцию интегрального блока для фюзеляжной конструкции воздушного судна, согласно примерному варианту осуществления изобретения

Фиг.2: варианты (а) и (b) показывают соответствующие соединительные элементы для присоединения интегрального блока того типа, который показан на Фиг.1, к элементам обшивки, включающим в себя стрингеры и обшивку, согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг 3: варианты (а), (b) и (с) схематически показывают способ изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна, в которой предварительно изготовленные интегральные блоки и предварительно изготовленные элементы обшивки соединяют вместе, образуя фюзеляжную конструкцию воздушного судна, согласно одному примерному варианту осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 показан интегральный блок 10, который служит для изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна, состоящей из шпангоутов, проходящих по окружности, стрингеров, проходящих вдоль продольной оси, и закрепленной на них обшивки, которая обеспечивает наружную герметичность фюзеляжа воздушного судна, будучи устойчивой к сжатию. Интегральный блок 10, показанный в горизонтальной проекции на Фиг.1(а) и в боковой проекции на Фиг.1(b), включает в себя шпангоут 11 фюзеляжной секции, то есть плоскость, пересекающую фюзеляж воздушного судна перпендикулярно к его продольной оси, и соединительные элементы 18, 19, которые более подробно изображены далее, и предназначены для присоединения элементов обшивки, состоящих из стрингеров и обшивки.

В изображенном примерном варианте осуществления изобретения интегральные блоки 10 предварительно изготовлены в виде неразъемных узлов и представляют собой кольцевую конструкцию, охватывающую всю окружность фюзеляжной секции.

Интегральный блок 10 включает в себя основную часть, которая находится в плоскости фюзеляжного секции и образует шпангоут 11 и соединительные элементы 18, 19, которые выступают вперед и предназначаются для присоединения элементов обшивки, состоящих из стрингеров 22 и обшивки 21. Соединительные элементы 18, 19, которые более подробно изображены на Фиг.2(а) и (b), включают в себя гребенчатую структуру 18 для передачи усилий, образованную зубьями, выступающими вперед перпендикулярно по отношению к основной части интегрального блока 10, которая образует шпангоут 11. Элементы 20 обшивки прикрепляются к упомянутым зубьям и удерживаются на месте силой трения или взаимным сцеплением. Крепление может быть осуществлено путем выполнения заклепочного соединения с помощью титановых болтов, при этом также могут быть закрыты продольные стыки между элементами 20 обшивки.

Как видно на Фиг.1, интегральный блок 10 включает в себя поперечный элемент 12 багажного отсека, элементы 13 жесткости багажной полки, и поперечный элемент 14 главной палубы. Поперечный элемент 12 багажного отсека крепится к основной части интегрального блока 10 с помощью соответствующих опорных элементов 15, 15а, поперечный элемент 13 багажной полки крепится к основной части интегрального блока 10 с помощью соответствующих опорных элементов 16, 16а, и поперечный элемент 14 главной палубы крепится к основной части интегрального блока 10 с помощью соответствующих опорных элементов 17, 17а. В примерном варианте осуществления изобретения поперечный элемент 12 багажного отсека поперечный элемент 13 багажной полки и поперечный элемент 14 главной палубы, а также их опорные элементы 15, 15а, 16, 16а, и 17, 17а выполнены в виде компонентов интегрального блока 10, составляющих с ним одно целое.

Интегральные блоки 10 в описанном примерном варианте осуществления изобретения изготавливаются из армированного волокном пластика, а именно из пластика, армированного углеродным волокном.

Изготовление интегрального блока 10 может быть осуществлено, в частности, за одну технологическую операцию, когда все необходимые компоненты изготавливаются как одно целое, то есть за одно. Изготовление может быть осуществлено, в частности, в негативной форме таким образом, чтобы возникающие отклонения распределялись по той стороне, которая не важна с точки зрения монтажа, например по внутреннему фланцу основной части интегрального блока 10, которая образует шпангоут, и по нижней стороне поперечных элементов 12, 13 и 14.

Выполнение всех имеющихся в фюзеляжной секции опорных и соединительных элементов как одно целое с интегральным блоком, а также использование в качестве конструкционного материала пластика, армированного углеродным волокном, позволяет снизить вес и повысить прочность конструкции. Кроме того, это позволяет избавиться от большого числа точек соединения между соответствующими элементами

Ниже со ссылкой на Фиг.3 описывается способ изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна согласно изобретению. Упомянутый способ предусматривает изготовление интегральных блоков 10 описанного выше типа, которые необходимы для фюзеляжной конструкции воздушного судна и включают в себя шпангоут 11 фюзеляжной секции, соединительные элементы 18, 19 для присоединения элементов 20 обшивки, состоящих из стрингеров 22 и обшивки 21, а также поперечных элементов 12, 13, 14, и опорных элементов 15, 15а, 16, 16а, и 17, 17а, и дополнительно-вспомогательных элементов, которые не показаны на иллюстрациях. Кроме того, изготавливают элементы 20 обшивки, состоящие из обшивки 21 и стрингеров 22. Элементы 20 обшивки могут быть укомплектованы рамами иллюминаторов, рамами дверей и тому подобным. На Фиг.3(а) схематически показаны полностью изготовленные интегральные блоки 10. Затем интегральные блоки 10 размещают и подгоняют на монтажном устройстве 30, а элементы 20 обшивки собирают с интегральными блоками 10 и прикрепляют к ним, как схематически изображено на Фиг.3(с).

Во время изготовления элементов 20 обшивки в критических точках конструкции могут быть предусмотрены композитные лапки из стекловолокна и алюминия («GLARE»), в частности, в тех точках, которые впоследствии окажутся в районе интегральных блоков 10. Композитные лапки этого типа изготавливают путем ламинирования слоев тонкого листового алюминиевого сплава и текстильного волокнистого материала, представляющего собой тканый материал или вставку из стеклянных волокон или аналогичных подходящих волокон, поочередно уложенных друг на друга. Композитные лапки служат для компенсации различных коэффициентов теплового расширения сплавов из легких металлов и армированных волокном пластиков. Их комплексная структура позволяет адаптировать различные коэффициенты теплового расширения используемых материалов. Композитные лапки типа могут быть также предусмотрены в точках соединения элементов 20 обшивки, прилегающих к обшивке 21.

Угловые кронштейны 19 шпангоута, выполненные на интегральном блоке 10, приклепывают к элементам 20 обшивки. После этого устанавливают и закрепляют болтами все продольные элементы, предусмотренные в фюзеляжной конструкции воздушного судна, такие как салазки сидений и их опоры.

Элементы 20 обшивки, обшивка 21 и стрингеры 22 могут изготавливаться из армированного волокном пластика или из легкого металла. Если для изготовления этих элементов не будет использоваться армированный волокном пластик, то придется бороться с различными коэффициентами теплового расширения интегрального блока 10 и элемента 20 обшивки, путем использования гребенчатой структуры 18 для передачи усилий, выполнения заклепочных соединений и укладки обшивки 21 по окружности. Компенсация различных коэффициентов теплового расширения может быть осуществлена с помощью описанных выше композитных лапок из стекловолокна и алюминия. Композитные лапки этого типа могут также использоваться для усиления элементов 20 обшивки с тем, чтобы предотвратить продольные разрывы в случае, когда фюзеляжная конструкция воздушного судна подвергается воздействию аномально больших нагрузок.

Изготовленная описанным способом фюзеляжная конструкция воздушного судна затем может быть дополнена кабиной экипажа и угловой секцией, на которую опирается хвостовое оперение, чтобы получить полностью готовый фюзеляж воздушного судна.

Список обозначений

10 Интегральный блок

11 Шпангоут, основная часть

12 Поперечный элемент багажного отсека

13 Поперечный элемент багажной полки

14 Поперечный элемент главной палубы

15, 15а Опорный элемент

16, 16а Опорный элемент

17, 17а Опорный элемент

18 Гребенчатая структура для передачи усилий

19 Угловой кронштейн шпангоута

20 Элемент обшивки

21 Обшивка

22 Стрингер

30 Монтажное устройство

1. Фюзеляжная конструкция воздушного судна, имеющая шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию, причем указанная фюзеляжная конструкция включает в себя предварительно изготовленные интегральные блоки (10), каждый из которых проходит в окружном направлении фюзеляжной секции и содержит шпангоут (11) и соединительные элементы (17, 18) для присоединения элементов (20) обшивки, состоящих из стрингеров (22) и обшивки (21), отличающаяся тем, что каждый интегральный блок (10) дополнительно включает в себя поперечный элемент (12, 13, 14), выполненный в виде единого целого с интегральным блоком (10).

2. Фюзеляжная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что каждый интегральный блок (10) предварительно изготовлен как одно целое.

3. Фюзеляжная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что каждый интегральный блок (10) имеет основную часть, проходящую, по существу, в плоскости фюзеляжной секции и образующую шпангоут (11), а также соединительные элементы (17, 18), выступающие наружу и предназначенные для присоединения элементов (20) обшивки, состоящих из стрингеров (22) и обшивки (21).

4. Фюзеляжная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что интегральные блоки (10) представляют собой кольцевую конструкцию, охватывающую всю окружность фюзеляжной секции.

5. Фюзеляжная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что интегральные блоки (10) включают в себя поперечный элемент (12) багажного отсека.

6. Фюзеляжная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что интегральные блоки (10) включают в себя элементы (13) жесткости багажной полки.

7. Фюзеляжная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что интегральные блоки (10) включают в себя поперечный элемент (14) главной палубы.

8. Фюзеляжная конструкция по п.5, отличающаяся тем, что интегральные блоки (10) включают в себя опорные элементы (15, 15а, 16, 16а, 17, 17а) для поперечных элементов (12, 13, 14).

9. Фюзеляжная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что интегральные блоки (10) изготовлены из армированного волокном пластика.

10. Фюзеляжная конструкция по п.9, отличающаяся тем, что интегральные блоки (10) изготовлены из пластика, армированного углеродным волокном.

11. Фюзеляжная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что собрана из предварительно изготовленных интегральных блоков (10) и предварительно изготовленных элементов (20) обшивки, которые присоединены к интегральным блокам (10) и состоят из обшивки (21) и стрингеров (22).

12. Фюзеляжная конструкция по п.11, отличающаяся тем, что соединительные элементы (17, 18) образованы посредством гребенчатой структуры (18) для передачи усилий, снабженной зубьями, выступающими вперед по отношению к основной части интегрального блока (10), которая образует шпангоут (11), при этом элементы (20) обшивки прикреплены к указанной гребенчатой структуре.

13. Способ изготовления фюзеляжной конструкции воздушного судна, имеющей шпангоуты, проходящие в окружном направлении, стрингеры, проходящие в продольном направлении, и закрепленную на них обшивку, которая герметизирует снаружи фюзеляж воздушного судна с обеспечением устойчивости к сжатию, содержащий следующие этапы: изготовление интегральных блоков (10), причем каждый указанный блок изготавливают как одно целое и каждый из указанных блоков включает в себя шпангоут (11) фюзеляжной секции, соединительные элементы (17, 18) для присоединения элементов (20) обшивки, состоящих из обшивки (21) и стрингеров (22), и поперечные элементы (12, 13, 14); изготовление элементов (20) обшивки, состоящих из обшивки (21) и стрингеров (22); установка и подгонка интегральных блоков (10) на монтажном устройстве (30); и сборка элементов (20) обшивки с интегральными блоками (10) и присоединение их друг к другу.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что к элементам (20) обшивки присоединяют гребенчатые структуры (18) для передачи усилий, выполненные на интегральных блоках (10).

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что к элементам (20) обшивки приклепывают угловые кронштейны (19) шпангоута, выполненные на интегральном блоке (10).

16. Способ по п.13, отличающийся тем, что в области интегральных блоков (10) выполняют композитные лапки из стекловолокна и алюминия, служащие в качестве элементов жесткости на внутренней стороне обшивки (21), входящей в состав элементов (20) обшивки.

17. Способ по п.13, отличающийся тем, что в точках присоединения элементов (20) обшивки выполняют композитные лапки из стекловолокна и алюминия и соединяют обшивку (21) прилегающих друг к другу элементов (20) обшивки.

18. Способ по п.13, отличающийся тем, что элементы (20) обшивки снабжают стрингерами (22), а также рамами иллюминаторов и рамами дверей до начала монтажа.