Кессонный узел стабилизатора и способ его изготовления

Кессонный узел стабилизатора и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится в основном к кессонным узлам стабилизатора и способам их изготовления, и в частности к кессонным узлам горизонтального и вертикального стабилизаторов и способам их изготовления для средств передвижения.

Уровень техники

Термопластичные композитные структуры или части имеют широкую область применений, включая изготовление воздушного судна, космического аппарата, винтокрылого аппарата, водного судна, автомобиля, грузового транспорта и других композитных структур. В конструкции воздушного судна термопластичные композитные структуры или части используются во все возрастающих количествах для формирования фюзеляжа, крыльев, хвостового оперения, панелей обшивки и других компонентов. В частности, части горизонтальных стабилизаторов воздушного судна, также известные как горизонтальное хвостовое оперение, и части вертикальных стабилизаторов воздушного судна, также известные как вертикальное хвостовое оперение, могут быть сконструированы из термопластичных композитных материалов.

Существуют известные конструкции термопластичных композитных и металлических горизонтальных и вертикальных стабилизаторов воздушного судна, в которых используется либо обшивка, усиленная стрингерами и стабилизированная несколькими нервюрами, либо конструкции с несколькими лонжеронами. Например, известные горизонтальные или вертикальные стабилизаторы для большого воздушного судна могут быть сконструированы из трех лонжеронов и нескольких нервюр и стрингеров. Основную нагрузку на изгиб могут выдерживать несущие обшивки и стрингеры внутри них, кессоны, расположенные с промежутком спереди и сзади между передним лонжероном и задним лонжероном. Нервюры, продолжающиеся вперед и назад, стабилизируют обшивку и стрингеры (например, сокращают длину стрингеров) и обеспечивают пути передачи сосредоточенных поперечных нагрузок, таких как ось горизонтального стабилизатора и шарниры руля высоты. Однако такие известные конструкции горизонтальных и вертикальных стабилизаторов могут обладать увеличенной массой из-за многочисленных стрингеров и нервюр, используемых для стабилизации обшивки (например, предотвращения коробления из-за нагрузок на сжатие).

Кроме того, существуют известные конструкции композитных и металлических горизонтальных и вертикальных стабилизаторов воздушного судна, в которых используются многослойные структуры с сотовым заполнителем, чтобы не использовать стрингеры и некоторые из нервюр. Однако когда нет стрингеров, конструктивно-силовая схема может потребовать дополнительные промежуточные лонжероны, которые могут аннулировать любую экономию массы, обеспечиваемую многослойной структурой с сотовым заполнителем, используемой между нервюрами и лонжеронами.

Кроме того, известные способы и системы для изготовления и монтажа горизонтальных или вертикальных стабилизаторов воздушного судна включают ручные способы и системы и обычно требуют несколько наборов технологической оснастки и операций формования. Такими известными способами и системами можно оказать давление посредством любого сердечника, сдавливая все его части вместе. Это может ограничить или исключить способы изготовления и обработки, в которых используются оплеточные машины для сплетения термопластичных композитных материалов, поскольку, когда части собраны вместе, может быть сложно, если это вообще возможно, пропустить собранные части через оплеточную машину. Кроме того, такие известные способы и системы для изготовления горизонтальных или вертикальных стабилизаторов воздушного судна могут потребовать большего времени и трудозатрат, что, в свою очередь, может повысить затраты на изготовление.

Соответственно, в этой области существует потребность в более эффективных кессонных узлах горизонтальных и вертикальных стабилизаторов для средств передвижения и более эффективных способах изготовления таких кессонных узлов горизонтальных и вертикальных стабилизаторов для средств передвижения, которые обеспечивают преимущества по сравнению с известными узлами, устройствами, системами и способами.

Сущность изобретения

Такая потребность в более эффективных кессонных узлах горизонтальных и вертикальных стабилизаторов средств передвижения и более эффективных способах изготовления таких кессонных узлов горизонтальных и вертикальных стабилизаторов средств передвижения может быть удовлетворена. Как указано далее подробно, варианты осуществления более эффективных кессонных узлов горизонтальных и вертикальных стабилизаторов средств передвижения и более эффективных способов изготовления таких кессонных узлов горизонтальных и вертикальных стабилизаторов средств передвижения могут обеспечивать значительные преимущества относительно существующих узлов, устройств, систем и способов.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для обеспечения упрочнения панелей. Устройство содержит наружную плетеную трубку из термопласта. Устройство дополнительно содержит внутреннюю плетеную трубку из термопласта, расположенную внутри наружной плетеной трубки из термопласта. Устройство дополнительно содержит слой разделительной прокладки, одновременно отвержденный и расположенный между наружной плетеной трубкой из термопласта и внутренней плетеной трубкой из термопласта. Слой разделительной прокладки обеспечивает внутренней плетеной трубке из термопласта упрочнение и сопротивление повреждению при ударе, чтобы не допустить потери способности нагружения конструкции.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается термопластичный кессонный узел стабилизатора. Узел содержит множество плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта, расположенных с промежутком, чтобы был образован внутренний участок кессона. Каждый плетеный трубчатый пояс лонжерона из термопласта содержит наружную плетеную трубку из термопласта, внутреннюю плетеную трубку из термопласта, расположенную внутри наружной плетеной трубки из термопласта, и слой разделительной прокладки, одновременно отверждаемый между наружной плетеной трубкой из термопласта и внутренней плетеной трубкой из термопласта. Слой разделительной прокладки обеспечивает усиление и сопротивление повреждению при ударе внутренней плетеной трубки из термопласта, чтобы не допустить потери способности нагружения конструкции. Узел дополнительно содержит термопластичную панель обшивки, одновременно отвержденную с множеством плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта для образования наружного участка кессона. Термопластичная панель обшивки содержит внутренний термопластичный обшивочный лист, внешний термопластичный обшивочный лист и множество заполнителей. Узел дополнительно содержит одну или более плетеных трубчатых ферменных нервюр из термопласта, присоединенных к одному или более плетеным трубчатым поясам лонжерона из термопласта посредством одного или более соединительных узлов.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора. Способ включает создание множества плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта. Способ дополнительно включает крепление одного или более соединительных элементов к одному или более плетеным трубчатым поясам лонжерона из термопласта. Способ дополнительно включает размещение по меньшей мере одного плетеного трубчатого пояса лонжерона из термопласта в каждом углу внутренней части технологической оснастки кессона для образования внутренней части кессона. Способ дополнительно включает укладку внутреннего термопластичного обшивочного листа непрерывным образом вокруг плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта для образования кессонной структуры вокруг плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта и образования по меньшей мере внутренней поверхности кессона. Способ дополнительно включает присоединение множества элементов стабилизации панели обшивки к внутреннему термопластичному обшивочному листу для образования четырех боковых участков кессона. Способ дополнительно включает укладку наружного термопластичного обшивочного листа непрерывным образом вокруг множества элементов стабилизации панели обшивки и крепление к ним для образования внешней поверхности кессона. Способ дополнительно включает размещение плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта, внутренней и наружной термопластичных обшивочных листов и элементов стабилизации панели обшивки в технологической оснастке для совместного формования кессона. Способ дополнительно включает нагрев при эффективной температуре и под эффективном давлением плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта, внутреннего и наружного термопластичных обшивочных листов и элементов стабилизации панели обшивки в технологической оснастке для совместного формования кессона с целью формирования термопластичного кессонного узла стабилизатора. Способ может дополнительно включать охлаждение термопластичного кессонного узла стабилизатора. Способ дополнительно включает удаление термопластичного кессонного узла стабилизатора из технологической оснастки для совместного формования кессонов. Способ может дополнительно включать присоединение одной или более плетеных трубчатых ферменных нервюр из термопласта к одному или более плетеным трубчатым поясам лонжерона из термопласта посредством одного или более соединительных элементов. Способ может дополнительно включать присоединение элементов сопряжения передней кромки и задней кромки к термопластичному кессонному узлу стабилизатора.

Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство обеспечивает упрочнение панелей, при этом устройство содержит: наружную плетеную трубку из термопласта; внутреннюю плетеную трубку из термопласта, расположенную внутри наружной плетеной трубки из термопласта; и слой разделительной прокладки, одновременно отвержденный между наружной плетеной трубкой из термопласта и внутренней плетеной трубкой из термопласта, а также обеспечивающий усиление и сопротивление повреждению при ударе внутренней плетеной трубки из термопласта, чтобы не допустить потери способности нагружения конструкции.

Определенное преимущество обеспечивается тем, что наружная плетеная трубка из термопласта и внутренняя плетеная трубка из термопласта вместе выдерживают разрушающую нагрузку, и при этом дополнительно внутренняя плетеная трубка из термопласта выдерживает предельную нагрузку, причем слой разделительной прокладки содержит материал прокладки, выбранный из группы, включающей: металлическую фольгу, такую как титан, сталь или алюминий; неуглеродный материал и стекловолокнистый материал.

Определенное преимущество обеспечивается и тем, что устройство содержит плетеный трубчатый пояс лонжерона из термопласта, одновременно отвержденный с термопластичной панелью обшивки, причем термопластичная панель обшивки содержит внутренний термопластичный обшивочный лист, наружный термопластичный обшивочный лист и множество элементов стабилизации обшивки; внутренний и наружный термопластичные обшивочные листы содержат материал, выбранный из группы, включающей термопласт, формированный с применением плетения, и термопласт на основе разрезных лент; элементы стабилизации панели обшивки, содержат заполнители, выбранные из группы, включающей термопластичный многослойный сотовый заполнитель и заполнитель из пеноматериала; и элементы стабилизации панели обшивки содержат множество стрингеров и множество профилей усиления панели.

Кроме того, устройство содержит плетеный трубчатый пояс лонжерона из термопласта, связанный с соединительным элементом, содержащим штыревую часть, спроектированную для соединения с гнездовой частью, связанной с плетеной трубчатой ферменной нервюрой из термопласта; причем соединительный элемент содержит материал, выбранный из группы, включающей титан, углепластик, алюминий и нержавеющую сталь.

Еще в одном варианте осуществления предлагается термопластичный кессонный узел стабилизатора, содержащий: множество плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта, расположенных с промежутком для образования внутреннего участка кессона, причем каждый плетеный трубчатый пояс лонжерона из термопласта содержит: наружную плетеную трубку из термопласта; внутреннюю плетеную трубку из термопласта, расположенную внутри наружной плетеной трубки из термопласта; слой разделительной прокладки, одновременно отвержденный между наружной плетеной трубкой из термопласта и внутренней плетеной трубкой из термопласта, при этом слой разделительной прокладки обеспечивает усиление и сопротивление повреждению при ударе внутренней плетеной трубки из термопласта, чтобы не допустить потери способности нагружения конструкции; термопластичную панель обшивки одновременно отвержденную с множеством плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта для образования наружного участка кессона, причем термопластичная панель обшивки содержит: внутренний термопластичный обшивочный лист; наружный термопластичный обшивочный лист; и множество элементов стабилизации панели обшивки; и одну или более плетеных трубчатых ферменных нервюр из термопласта, присоединенных к одному или более плетеных трубчатым поясам лонжерона из термопласта посредством одного или более соединительных узлов.

Определенное преимущество заключается в том, что наружная плетеная трубка из термопласта и внутренняя плетеная трубка из термопласта вместе выдерживают разрушающую нагрузку и, кроме того, внутренняя плетеная трубка из термопласта выдерживает предельную нагрузку; причем слой разделительной прокладки содержит материал, выбранный из группы, включающей металлическую фольгу, такую как титан, сталь или алюминий; неуглеродный материал; и стекловолокнистый материал.

Кроме того, слой разделительной прокладки содержит титан и обладает электрической проводимостью для обеспечения пути громозащитного заземления, причем внутренняя и наружная термопластичные обшивочные листы содержат материал, выбранный из группы, включающей термопласт, сформированный с применением плетения, и термопласт на основе разрезной ленты; элементы стабилизации панели обшивки содержат заполнители, выбранные из группы, включающей термопластичный многослойный сотовый заполнитель и заполнитель из пеноматериала; элементы стабилизации панели обшивки содержат множество стрингеров и множество профилей усиления панелей; один или более соединительных узлов включают соединительный элемент, состоящий из материала, выбранного из группы, включающей титан, углепластик, алюминий и нержавеющую сталь; и термопластичный кессонный узел стабилизатора используется в средстве передвижения, выбранном из группы, включающей воздушное судно, космический аппарат, винтокрылый аппарат, водное судно, автомобиль, грузовое транспортное средство, автобус и поезд.

Еще в одном обладающем преимуществом варианте осуществления предлагается способ изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора, причем способ включает: обеспечение множества плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта; присоединение одного или более соединительных элементов к одному или более плетеным трубчатым поясам лонжерона из термопласта; размещение по меньшей мере одного плетеного трубчатого пояса лонжерона из термопласта в каждом углу внутренней части технологической оснастки кессона для образования внутреннего участка кессона; укладку внутреннего термопластичного обшивочного листа непрерывным образом вокруг плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта для образования кессонной структуры вокруг плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта и для образования по меньшей мере внутренней поверхности кессона; присоединение множества элементов стабилизации панели обшивки к внутреннему термопластичному обшивочному листу для образования четырех боковых участков кессона; укладку и присоединение наружного термопластичного обшивочного листа непрерывным образом вокруг множества элементов стабилизации панели обшивки для образования периферии кессона; размещение плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта, внутренней и наружной термопластичных обшивочных листов и элементов стабилизации панели обшивки в технологической оснастке для совместного формования кессона; нагрев при эффективной температуре и под эффективным давлением плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта, внутреннего и наружного термопластичных обшивочных листов и элементов стабилизации панели обшивки в технологической оснастке для совместного формования кессонов с целью формирования термопластичного кессонного узла стабилизатора; и удаление термопластичного кессонного узла стабилизатора из технологической оснастки для формования кессона.

В предпочтительном исполнении способ дополнительно включает: крепление одной или более плетеных трубчатых ферменных нервюр из термопласта к одному или более из плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта посредством одного или более соединительных узлов; присоединение элементов сопряжения передней и задней кромки к термопластичному кессонному узлу стабилизатора; охлаждение после нагрева термопластичного кессонного узла стабилизатора; при этом каждый плетеный трубчатый пояс лонжерона из термопласта изготавливается по способу, включающему: применение оплеточной машины для плетения термопластичного материала поверх съемного сердечника и съемной втулки для формирования внутренней трубки плетеной из термопласта; обертывание слоя разделительной прокладки, содержащего неуглеродный материал вокруг наружной поверхности внутренней плетеной трубки из термопласта; применение оплеточной машины для плетения дополнительного термопластичного материала поверх наружной поверхности слоя разделительной прокладки для формирования наружной плетеной трубки из термопласта; размещение внутренней плетеной трубки из термопласта, слоя разделительной прокладки и наружной плетеной трубки из термопласта в трубчатой технологической оснастке для формования; нагрев и совместное отверждение при эффективной температуре и под эффективным давлением внутренней плетеной трубки из термопласта, слоя разделительной прокладки и наружной плетеной трубки из термопласта в трубчатой технологической оснастке для формования с целью получения плетеного трубчатого пояса лонжерона из термопласта; охлаждение плетеного трубчатого пояса лонжерона из термопласта; и удаление съемного сердечника и съемной втулки из плетеного трубчатого пояса лонжерона из термопласта.

Кроме того, укладка внутреннего термопластичного обшивочного листа и укладка наружного термопластичного обшивочного листа проводятся устройством, выбранным из группы, включающей оплеточную машину и станок для автоматической выкладки волокон (AFP); причем множество элементов стабилизации панели обшивки выбраны из группы, включающей термопластичный многослойный сотовый заполнитель, заполнитель из пеноматериала и комбинацию из множества стрингеров и множества профилей усиления панели; каждая плетеная трубчатая ферменная нервюра из термопласта изготавливается по способу, включающему: использование оплеточной машины для плетения термопластичного материала поверх съемного сердечника и съемной втулки для формирования внутренней плетеной трубки из термопласта; обертывание слоя разделительной прокладки, содержащей неуглеродный материал, вокруг наружной поверхности внутренней плетеной трубки из термопласта; использование оплеточной машины для плетения дополнительного термопластичного материала поверх наружной поверхности слоя разделительной прокладки для формирования наружной плетеной трубки из термопласта; размещение внутренней плетеной трубки из термопласта, слоя разделительной прокладки и наружной плетеной трубки из термопласта в трубчатой технологической оснастке для совместного формования; нагрев и совместное отверждение при эффективной температуре и эффективном давлении внутренней плетеной трубки из термопласта, слоя разделительной прокладки и наружной плетеной трубки из термопласта в трубчатой технологической оснастке для совместного формования с целью получения плетеной трубчатой ферменной нервюры из термопласта; охлаждение плетеной трубчатой ферменной нервюры из термопласта; и удаление съемного сердечника и съемной втулки из плетеной трубчатой ферменной нервюры из термопласта; причем нагрев дополнительно включает соединение плетеных трубчатых поясов лонжерона из термопласта, внутренней и наружной термопластичных обшивочных листов и элементов стабилизации панели обшивки вместе посредством способа, выбранного из группы, включающей совместное отверждение и сварку.

Описанные особенности, функции и преимущества могут быть достигнуты независимо в различных вариантах осуществления настоящего изобретения или могут быть скомбинированы в других вариантах осуществления, подробности которых можно понять из следующего описания и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

Изобретение должно быть более понятно из следующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные и иллюстративные варианты осуществления, необязательно выполненные в масштабе, и на которых:

на фиг. 1 показан вид в перспективе воздушного судна, который может включать одно или более устройств и узлов, изготовленных по предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 показан вид сверху с местным разрезом существующего горизонтального стабилизатора хвостового оперения воздушного судна;

на фиг. 3 показан покомпонентный вид в перспективе существующего горизонтального стабилизатора хвостового оперения воздушного судна, иллюстрирующий структурный кессонный узел с упрочненной обшивкой из панелей с двутавровым профилем усиления;

на фиг. 4А показана функциональная блок-схема, иллюстрирующая устройство для изготовления элемента усиления панели по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4В показана функциональная блок-схема, иллюстрирующая термопластичный кессонный узел стабилизатора по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4С показана функциональная блок-схема, иллюстрирующая термопластичную панель обшивки по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5А схематично показан вид сверху термопластичного кессонного узла стабилизатора по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5В показано сечение по 5В-5В по фиг. 5А;

на фиг. 6 показано сечение элемента сопряжения передней и задней кромки по одному из вариантов осуществления, который может быть присоединен в каждом углу термопластичного кессонного узла стабилизатора по фиг. 5А;

на фиг. 7 показан перспективный вид в изометрии соединительного элемента термопластичного кессонного узла стабилизатора по одному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 8А показана известная плетеная заготовка с плетением по двум осям;

на фиг. 8В показана известная плетеная заготовка с плетением по трем осям;

на фиг. 9 показан вид в изометрии термопластичного кессонного узла стабилизатора по другому варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 10 показан вид в изометрии термопластичного кессонного узла стабилизатора по еще одному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 11А показан съемный сердечник технологической оснастки, применяемый в одном из вариантов осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11В показаны съемный сердечник оснастки по фиг. 11А и съемная втулка, используемые в одном из вариантов осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11С показаны съемный сердечник оснастки и съемная втулка по фиг. 11В и плетеный трубчатый пояс лонжерона из термопласта, одновременно отвержденные по одному варианту осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11D показан плетеный трубчатый пояс лонжерона из термопласта по фиг. 11С, размещенный в первой половине трубчатой технологической оснастки для совместного формования, используемый в одном варианте осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11Е показан плетеный трубчатый пояс лонжерона из термопласта по фиг. 11С, зафиксированный в трубчатой технологической оснастке типа пресс-формы для совместного отверждения, применяемый в одном варианте осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11F показан разрез одновременно отвержденного плетеного трубчатого пояса лонжерона из термопласта в трубчатой технологической оснастке для совместного формования по фиг. 11Е;

на фиг. 11G показан изготовленный, одновременно отвержденный плетеный трубчатый пояс лонжерона из термопласта, расположенный в углу внутренней части технологической оснастки кессона, применяемый в одном варианте осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11Н показаны изготовленные, одновременно отвержденные плетеные трубчатые пояса лонжерона из термопласта, внутренняя и наружная термопластичные обшивочные листы и элементы стабилизации панели обшивки, добавленные вокруг внутренней части технологической оснастки кессона, используемой в одном варианте осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11I показаны изготовленные, одновременно отвержденные плетеные трубчатые пояса лонжерона из термопласта, внутренняя и наружная термопластичные обшивочные листы и элементы стабилизации панели обшивки по фиг. 11Н, размещенные в первой половине технологической оснастки типа пресс-формы для совместного формования кессонов, применяемой в одном из вариантов осуществления способа изготовления горизонтального или вертикального стабилизатора воздушного судна по настоящему изобретению;

на фиг. 11J показаны изготовленные, одновременно отвержденные плетеные трубчатые пояса лонжерона из термопласта, внутренняя и наружная термопластичные обшивочные листы и элементы стабилизации панели обшивки по фиг. 11Н, зафиксированные в технологической оснастке типа пресс-формы для совместного формования кессона с целью отверждения, используемой в одном варианте осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11K показан вид в разрезе одновременно отвержденного термопластичного кессонного узла стабилизатора в технологической оснастке типа пресс-формы для совместного формования по фиг. 11J;

на фиг. 11L показан термопластичный кессонный узел стабилизатора с удаленной технологической оснасткой кессона, используемый в одном варианте осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11М показан термопластичный кессонный узел стабилизатора по фиг. 11L с плетеной трубчатой ферменной нервюрой из термопласта, присоединенной посредством соединительных элементов к двум плетеным трубчатым поясам лонжерона из термопласта, применяемый в одном варианте осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11N показан термопластичный кессонный узел стабилизатора по фиг. 11L с двумя плетеными трубчатыми ферменными нервюрами из термопласта, присоединенными посредством соединительных элементов к четырем плетеным трубчатым поясам лонжерона из термопласта, применяемый в одном варианте осуществления способа изготовления термопластичного кессонного узла стабилизатора по настоящему изобретению;

на фиг. 11Р показана в увеличенном виде плетеная трубчатая ферменная нервюра из термопласта, присоединенная посредством соединительного элемента к плетеному трубчатому поясу лонжерона из термопласта; и

на фиг. 12 приведена схема последовательности операций одного из вариантов осуществления способа по настоящему изобретению.

Подробное описание

Раскрытые варианты осуществления далее описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны некоторые, но не все, предложенные варианты осуществления. Действительно, могут быть предложены несколько вариантов осуществления, но их не следует рассматривать как ограничение, предусмотренное настоящим документом. Точнее, эти варианты осуществления предусмотрены лишь для полноты описания и в полной мере передают объем настоящего изобретения специалистам в данной области.

На фиг. 1 показан вид в перспективе воздушного судна 10, в которое могут быть внедрены термопластичный кессонный узел 160 стабилизатора и устройство 50 для обеспечения элемента 52 жесткости панели по одному или более обладающих преимуществом вариантам осуществления, описанным в настоящем документе. Как показано на фиг. 1, воздушное судно 10 содержит фюзеляж 12, носовую часть 14, кабину 16, консолей 18 крыла, функционально присоединенных к фюзеляжу 12, одну или более силовых установок 20, хвостовой вертикальный стабилизатор 22 и один или более хвостовых горизонтальных стабилизаторов 24. Воздушное судно 10 может быть изготовлено из композитных и/или металлических материалов, которые могут быть использованы в определенных частях воздушного судна 10, в том числе фюзеляже 12, носовой части 14, консолях 18 крыла, хвостовом вертикальном стабилизаторе 22 и одном или более хвостовых горизонтальных стабилизаторах 24. Хотя воздушное судно 10, показанное на фиг. 1, в основном является типичным представителем коммерческого пассажирского воздушного судна, устройство 50 и термопластичный кессонный узел 160 стабилизатора, описанные в настоящем документе, также могут быть использованы в других типах воздушного судна. Более конкретно, принципы описанных вариантов осуществления могут быть применены к другому пассажирскому воздушному судну, грузовому воздушному судну, военному воздушному судну, винтокрылому воздушному судну и другим типам воздушных судов или летательных средств передвижения, а также аэрокосмическим средствам передвижения, спутникам, космическим ракетоносителям, ракетам и другим аэрокосмическим средствам передвижения. Также очевидно, что варианты осуществления устройств, способов и систем по настоящему изобретению могут быть использованы в других транспортных средствах, таких как суда и другие водные средства передвижения, поезда, автомобили, грузовики, автобусы или другие подходящие транспортные средства.

На фиг. 2 показан вид сверху с местным разрезом известного горизонтального стабилизатора 24а хвостового оперения 26 воздушного судна с центральной линией 28 воздушного судна. Консоль 30 горизонтального стабилизатора 24а продолжается кнаружи от хвостового отсека 26 воздушного судна и зафиксирована на нем передними лонжеронами 32а и задними лонжеронами 32b. Между передними лонжеронами 32а и задними лонжеронами 32b находятся множество продолжающихся кнаружи стрингеров 34. На фиг. 2 также показана передняя кромка 36 и задняя кромка 38, нервюры 40, передний кессон 42а и задний кессон 42b.

На фиг. 3 показан покомпонентный вид в перспективе другого известного горизонтального стабилизатора 24b с кессонным узлом 44, содержащем упрочненную обшивку с профилями усиления 46 из панели с двутавровым сечением. На фиг. 3 также показана верхняя панель 48а обшивки, нижняя панель 48b обшивки, передние лонжероны 32а, задние лонжероны 32b, задняя кромка 38 и нервюры 40а с сотовым заполнителем известного горизонтального стабилизатора 24b.

На фиг. 4А приведена функциональная блок-схема устройства 50 для обеспечения упрочнения панелей, например посредством элемента 52 жесткости панели, по одному из вариантов осуществления, описанного в настоящем документе. Устройство 50 также показано в сечении на фиг. 5В, в перспективе на фиг. 9 и в сечении на фиг. 11Р в увеличенном масштабе. В предпочтительном исполнении устройство 50 представляет собой плетеный трубчатый пояс 54 лонжерона из термопласта (см. фиг. 4А). Устройство 50 содержит наружную плетеную трубку 56 из термопласта с наружной поверхностью 58 (см. фиг. 11Р) и внутренней поверхностью 60 (см. фиг. 11Р). Устройство 50 дополнительно содержит внутреннюю плетеную трубку 62 из термопласта (см. фиг. 4А), расположенную внутри наружной плетеной трубки 56 из термопласта и обладающую наружной поверхностью 64 (см. фиг. 11Р) и внутренней поверхностью 66 (см. фиг. 11Р). В предпочтительном исполнении наружная плетеная трубка 56 из термопласта и внутренняя плетеная трубка 62 из термопласта обладают конфигурацией 69 трехосевого плетения (см. фиг. 8В). На фиг. 8В показана известная заготовка 71 для конфигурации 69 трехосевого плетения. Изготовление и оснастка для наружной плетеной трубки 56 из термопласта и внутренней плетеной трубки 62 из термопласта описаны далее подробно.

В предпочтительном исполнении наружная трубка 56 из термопласта и внутренняя трубка 62 из термопласта изготовлены из термопластичного материала, такого как углепластик, армированный углеродным волокном полукристаллический полимерный материал, например армированный углеродным волокном полифениленсульфид (ПФС), армированный углеродным волокном полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), армированный углеродным волокном полиэфиркетонкетон (ПЭКК), армированный углеродным волокном полиэтиленимин (ПЭИ) или другой подходящий термопластичный материал. Использование плетеного термопластичного материала для наружной трубки 56 из термопласта и внутренней трубки 62 из термопласта могут обеспечивать специфические характеристики по всей толщине относительно известных твердых ленточных многослойных материалов и дополнительно могут обеспечивать сопротивление повреждению и отказоустойчивость.

Наружная трубка 56 из термопласта (см. фиг. 4А) и внутренняя трубка 62 из термопласта в предпочтительном исполнении обладают размером, позволяющим им совместно выдерживать разрушающую нагрузку 72 (см. фиг. 4А). Кроме того, внутренняя трубка 62 из термопласта в предпочтительном исполнении обладает размером, позволяющим выдерживать предельную нагрузку 74 (см. фиг. 4А). Предельные нагрузки задаются как максимальные нагрузки, ожидаемые при эксплуатации. В части 25 Федерального авиационного устава (FAR) Федерального авиационного управления (FAA) указывается, что не должно существовать остаточной деформации структуры при предельной нагрузке. Разрушающие нагрузки задаются как предельные нагрузки, умноженные на уровень безопасности. В части 25 FAR FAA указан уровень безопасности 1,5. Для некоторых исследовательских или военных воздушных судов уровень безопасности может быть снижен до 1,20.

Устройство 50 дополнительно содержит слой 76 разделительной прокладки (см. фиг. 4А и 11D), одновременно отвержденный между наружной трубкой из термопласта 56 и внутренней трубкой из термопласта 62. Слой 76 разделительной прокладки обладает наружной поверхностью 78 (см. фиг. 11Р) и внутренней поверхностью 80 (см. фиг. 11Р) и обеспечивает упрочнение 82 (см. фиг. 4А) и сопротивление 84 повреждению при ударе (см. фиг. 4А) внутренней трубки 62 из термопласта, чтобы предотвратить потерю способности нагружения конструкции, т.е., отдельный источник, такой как объект, ударяющийся о термопластичную сборку 160 кессона стабилизатора, потенциально может повредить один или более плетеных трубчатых поясов 54 лонжерона из термопласта, но остальная часть термопластичного кессонного узла 160 стабилизатора все еще может обладать с