Силовые кессонные конструкции и способы их получения

Силовые кессонные конструкции и способы их получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[001] Область техники

[002] Изобретение относится в общем к силовым кессонным конструкциям и способам их получения, в частности к композитным связанным кессонным конструкциям для транспортных средств и архитектурных конструкций, а также способам их получения.

[003] Уровень техники

[004] Композитные структуры, такие как пластик, армированный углеродным волокном (углепластик), используются в широких областях применения, в том числе в производстве воздушного судна, космического аппарата, винтокрылого судна, автомобилей, плавучего судна и другого транспортного средства и структур, благодаря своей высокой удельной прочности, коррозионной стойкости и других подходящих свойств. Например, в конструкции воздушного судна композитные структуры применяются в увеличивающихся масштабах для изготовления крыла, хвостового оперения, фюзеляжа и других компонентов.

[005] Существующие кессонные конструкции композитного крыла и стабилизатора транспортного воздушного судна можно рассматривать как единую усиленную панельную конструкцию, состоящую из внешних композитных панелей обшивки крыла, т.е. "обшивок", механически прикрепленной или приклеенной к внутренней части конструкции крыла. Внутренняя часть конструкции крыла может, как обычно, состоять из усиливающих конструкций, таких как лонжероны, нервюры и стрингеры для повышения прочности, жесткости, сопротивления продольному изгибу и устойчивости обшивок.

[006] Такие композитные кессонные конструкции крыла и стабилизатора транспортного воздушного судна обычно изготавливают из трех отдельных секций, включающих левую консоль крыла или стабилизатора, правую консоль крыла или стабилизатора и центральную часть, а затем эти секции собирают вместе. Процесс изготовления может потребовать много времени и ручного труда для сборки большого количества комплектующих частей, что может привести к повышению стоимости производства. Кроме того, такие секции могут соединяться вместе многочисленными механическими крепежными деталями, такими как затяжные крепежные детали для первичного соединения. Такие крепежные детали могут быть изготовлены из прочных и тяжелых материалов, чтобы придать достаточную прочность секциям, удержать секции вместе во время эксплуатации воздушного судна и выдержать различные аэродинамические нагрузки и напряжения. Однако применение многочисленных тяжелых крепежных деталей может добавить вес воздушному судну, который, в свою очередь, может ухудшить рабочие характеристики воздушного судна и привести к увеличенному расходу топлива, необходимому для заданного профиля полета. Эта необходимость увеличенного расхода топлива может, в свою очередь, привести к увеличенным затратам на топливо. Кроме того, такие крепежные детали могут потребовать дополнительное уплотнение, не допускающее утечки топлива, что может увеличить сроки производства, рабочую силу и стоимость и, в свою очередь, может увеличить общую стоимость производства и эксплуатации. Более того, применение многочисленных крепежных деталей, изготовленных из металла и установленных через внешние композитные панели обшивки крыла, может привести к увеличенному риску повреждения молнией крыла.

[007] Кроме того, в существующих композитных кессонных конструкциях крыла и стабилизатора транспортного воздушного судна обычно используются известные конструкционные решения металлического крыла с кессонной полумонококовой схемой распределения основной нагрузки. В данном документе "полумонококовый" означает схему такой конструкции, которая несет нагрузку посредством только внешней обшивки и стрингеров объекта, в отличие от применения внутренней силовой части, которая, следовательно, покрыта ненагруженной несущей обшивкой. Этот подход обычно требует почти обычные 0°/±45°/90° (нулевые/плюс-минус сорокапятиградусные/девяностоградусные) квазиизотропные (например, с ориентацией волокон в нескольких направлениях в плоскости) ориентации аксиально усиленных слоев укладки, при которых в кессонных конструкциях крыла и стабилизатора воздушных судов изгиб и кручение распределяются как в обшивках, так и в стрингерах, чтобы обеспечить несколько безопасных путей передачи нагрузки. Однако такой подход может негативно сказаться на эффективности этих композитных компонентов и может существенно увеличить количество деталей в креплениях нервюр и стрингеров, для того чтобы поддержать устойчивость композитной кессонной конструкции крыла и стабилизатора воздушного судна.

[008] Соответственно, на данном уровне техники существует потребность в улучшенных композитных связанных кессонных конструкциях и способах их получения, которые обеспечат преимущества над известными конструкциями и способами.

Сущность изобретения

[009] Эта потребность в улучшенных композитных связанных кессонных конструкциях и способах их получения удовлетворена. Как описано ниже в подробном описании, варианты осуществления более совершенных композитных связанных кессонных конструкций крыла и стабилизатора транспортных средств передвижения и способов их получения могут предоставить значительные преимущества над существующими конструкциями и способами.

[0010] В одном из вариантов осуществления изобретения предлагается силовая кессонная конструкция. Эта кессонная конструкция содержит верхнюю и нижнюю композитные комплексные сэндвичевые панели. Комплексные сэндвичевые панели включают листовые обшивки, образующие сэндвичевую конструкцию с одной или более заполнителями и смежными плотными пакетами, ориентированными в аксиальном направлении. Кессонная конструкция дополнительно содержит множество лонжеронов. Каждый лонжерон содержит стенку и настеночный крепежный элемент, при этом лонжерон расположен длинной стороной в аксиальном направлении. Эти множество лонжеронов прикреплены к комплексным сэндвичевым панелям посредством настеночных крепежных элементов лонжерона, приложенных к плотным пакетам. Листовые обшивки выполнены с возможностью выдерживать главным образом торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении, а плотные пакеты выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении.

[0011] В другом варианте осуществления изобретения предлагается воздушное транспортное средство со связанной силовой кессонной конструкцией. Воздушное транспортное средство содержит аэродинамический каркас, имеющий первую законцовку и вторую законцовку. Воздушное транспортное средство дополнительно содержит связанную кессонную конструкцию, прикрепленную к аэродинамическому каркасу. Связанная кессонная конструкция содержит верхнюю и нижнюю композитные комплексные сэндвичевые панели, неразрывно простирающиеся от первой законцовки до второй законцовки аэродинамического каркаса. Комплексные сэндвичевые панели включают листовые обшивки, образующие сэндвичевую конструкцию с одной или более заполнителями и смежными плотными пакетами, ориентированными в аксиальном направлении. Связанная кессонная конструкция дополнительно содержит множество лонжеронов. Каждый лонжерон содержит стенку и настеночные крепежные элементы, при этом лонжерон расположен длинной стороной в аксиальном направлении. Эти множество лонжеронов прикреплены к комплексным сэндвичевым панелям посредством настеночных крепежных элементов лонжерона, расположенных возле плотных пакетов. Листовые обшивки выполнены с возможностью выдерживать основные торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении. Плотные пакеты выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении.

[0012] В другом варианте осуществления изобретения предлагается способ получения связанной кессонной конструкции для воздушного транспортного средства. Способ содержит шаг формирования пары комплексных сэндвичевых панелей. Каждая комплексная сэндвичевая панель образована изготовлением композитной обшивки посредством образования сэндвичевой структуры с заполнителем между по меньшей мере двумя композитными листовыми панелями. Каждая композитная листовая панель образована посредством формирования укладки слоев композитной листовой панели, по существу содержащей смешанные ориентированные слои и выполнения укладки слоев композитной листовой панели для предоставления возможности композитной обшивке обеспечить пути передачи распределенных торсионных, изгибающих и сжимающих нагрузок. Каждая комплексная сэндвичевая панель дополнительно образована соединением множества плотных пакетов с композитной обшивкой. Каждый плотный пакет образован формированием укладки слоев композитных плотных пакетов, при этом укладка содержит по существу ортогональный, однонаправленный композитный ленточный ламинат, и выполнением укладки слоев композитных плотных пакетов для предоставления возможности плотным пакетам обеспечить пути передачи распределенных изгибающих и аксиальных нагрузок. Способ дополнительно содержит шаг связывания множества лонжеронов и стабилизирующих нервюр между парой комплексных сэндвичевых панелей для образования связанной кессонной конструкции воздушного транспортного средства. Связанная кессонная конструкция имеет цельную конфигурацию.

[0013] Рассмотренные признаки, функции и преимущества могут быть достигнуты независимо в различных вариантах осуществления изобретения или могут сочетаться еще и в других вариантах осуществления, подробности которых видны из следующего описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

[0014] Настоящее изобретение может быть понятнее, исходя из следующего подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых представлены предпочтительные и иллюстративные варианты осуществления, необязательно выполненные в масштабе, при этом:

[0015] на фиг. 1А представлен вид в перспективе воздушного транспортного средства, включающего кессонную конструкцию по одному из вариантов осуществления изобретения;

[0016] на фиг. 1В представлен вид сзади в перспективе кессонной конструкции по одному из вариантов осуществления изобретения;

[0017] на фиг. 2А представлен частичный вид сверху верхней поверхности кессонной конструкции по одному из вариантов осуществления изобретения;

[0018] на фиг. 2В представлено сечение по линии 2В-2В по фиг. 2А, на котором показана комплексная сэндвичевая панель, соединенная с лонжероном по одному из вариантов осуществления изобретения;

[0019] на фиг. 2С представлен частичный вид сверху нижней поверхности кессонной конструкции по одному из вариантов осуществления изобретения, показывающий отверстия доступа;

[0020] на фиг. 3А представлен вид в перспективе кессонной конструкции по одному из вариантов осуществления изобретения в конфигурации с несколькими лонжеронами;

[0021] на фиг. 3В представлено сечение по линии 3В-3В по фиг. 3А, на котором показаны виды конфигураций с множеством лонжеронов, в крупном масштабе;

[0022] на фиг. 3С представлено увеличенное сечение круга 3С по фиг. 3В;

[0023] на фиг. 3D представлено увеличенное сечение круга 3D по фиг. 3В;

[0024] на фиг. 3Е представлено увеличенное сечение круга 3Е по фиг. 3В;

[0025] на фиг. 4-10 представлены различные варианты прилегающих к лонжерону соединений, которые можно применять с кессонными конструкциями по вариантам осуществления изобретения;

[0026] на фиг. 11 представлена схема последовательности операций способа производства и обслуживания воздушного судна;

[0027] на фиг. 12 представлена блок-схема воздушного судна; и

[0028] на фиг. 13 представлена схема последовательности операций, изображающая вариант осуществления способа изобретения.

Подробное описание

[0029] Далее в настоящем документе раскрытые варианты осуществления описываются более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны лишь некоторые, но не все, из этих раскрытых вариантов осуществления. Действительно, можно предложить несколько разных вариантов осуществления, но их не следует рассматривать как ограничение к вариантам осуществления, приведенным далее в настоящем документе. На самом деле, эти варианты осуществления преподносятся так, чтобы они полностью передавали объем изобретения специалистам в данной области техники.

[0030] Из прилагаемых чертежей, на фиг. 1А представлен вид в перспективе воздушного транспортного средства 10, такого как воздушное судно, включающее варианты кессонной конструкции 12, выполненные или изготовленные по одному из вариантов осуществления способа 300 (см. фиг. 13) настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1А, воздушное транспортное средство 10, содержит конструкцию 13 крыла, содержащую аэродинамический каркас 14. Аэродинамический каркас 14 крыла включает в себя переднюю кромку 15, первую законцовку 16, заднюю кромку 17, вторую законцовку 18 и множество управляющих 19 поверхностей. В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 1А, кессонная конструкция 12 может быть кессонной конструкцией 12 крыла транспортного судна, которая может быть прикреплена или выполнена как единое целое с аэродинамическим каркасом 14 конструкции крыла 13 транспортного средства передвижения. Кессонная конструкция 12 крыла транспортного судна может крепиться над верхней частью 20 (см. фиг. 1А), через среднюю часть 21 (см. фиг. 1А) или под нижней частью (не показана) фюзеляжа 22 воздушного транспортного средства 10. Как показано на фиг. 1А, воздушное транспортное средство 10 дополнительно содержит один или более конструкций 24 стабилизаторов, в том числе горизонтальные стабилизаторы 24а и вертикальный стабилизатор 24b. Конструкция стабилизатора 24, такого как горизонтальные стабилизаторы 24а, в сочетании, может иметь аэродинамический каркас 14а, содержащий первую законцовку 16а и вторую законцовку 18а. В другом варианте осуществления, как показано на фиг. 1А, кессонная конструкция 12 может быть кессонной конструкцией 12b стабилизатора, которая может быть прикреплена или выполнена как единое целое с аэродинамическим каркасом 14а одной или более конструкций 24 стабилизатора. В предпочтительном исполнении, кессонная конструкция 12 получена связыванием, имеет цельную (состоящую из одной детали) конфигурацию 26 (см. фиг. 1А) и обеспечивает один или более путей 28 передачи распределенной нагрузки через кессонную конструкцию 12.

[0031] В одном из вариантов осуществления изобретения, как показано на фиг. 1А-2С, предлагается силовая кессонная конструкция 12. Как было рассмотрено выше, кессонная конструкция 12 может быть в одном варианте осуществления, как показано на фиг. 1А, кессонной конструкцией 12 крыла транспортного судна, а в другом варианте осуществления может быть кессонной конструкцией 12b стабилизатора. В частности, кессонная конструкция 12 может быть, например, кессонной конструкцией крыла воздушного судна, кессонной конструкцией стабилизатора, в том числе горизонтального стабилизатора, вертикального стабилизатора, хвостового оперения, а также передним оперением, лопастью несущего винта винтокрылого судна, вертолетной лопастью, консольной конструкцией воздушного транспортного средства, искривленной кессонной конструкцией воздушного транспортного средства или другой подходящей структурой кессонной конструкции, такой как изогнутый кессонный тип конструкции. Хотя воздушное транспортное средство 10, показанное на фиг. 1А, в общем является представителем коммерческого пассажирского воздушного судна, один или более вариант осуществления кессонной конструкции 12, раскрытый в настоящем документе, может быть также применен и в других типах воздушных транспортных средств. В частности, основные положения раскрытых вариантов осуществления можно распространить на другое пассажирское транспортное судно, транспортное воздушное судно, военное воздушное судно, винтокрылое судно и другие типы воздушных транспортных средств, имеющих структуру кессонной конструкции, такую как изогнутый тип кессонной конструкции. Кроме того, основные положения раскрытых вариантов осуществления можно распространить на воздушные конструкции винта, в том числе лопасти воздушного винта; конструкции автомобиля, в том числе спойлеры автомобиля; плавучие конструкции судна, в том числе лопасти гребного винта лодки; и другие транспортные средства или архитектурные конструкции, в которых применяется структура кессонных конструкций, такая как изогнутый тип кессонной конструкции.

[0032] На фиг. 1В представлен вид в перспективе сзади одного из вариантов кессонной конструкции 12, например в виде кессонной конструкции 12 крыла транспортного судна. Как показано на фиг. 1А-1В, в предпочтительном исполнении кессонная конструкция 12 включает первый торец 30, второй торец 32, тело 34 (см. фиг. 1А), переднюю кромку 36 (см. фиг. 1А) и заднюю кромку 38 (см. фиг. 1А). Кессонная конструкция 12 дополнительно включает верхнюю поверхность 11а (см. фиг. 2А) и нижнюю поверхность 11b (см. фиг. 2С). На фиг. 2А представлен частичный вид сверху верхней поверхности На одного из вариантов осуществления изобретения - кессонной конструкции 12. На фиг. 2С представлен частичный вид сверху нижней поверхности 11b одного из вариантов осуществления изобретения - кессонной конструкции 12.

[0033] Как показано на фиг. 1В и 2А, кессонная конструкция 12 содержит множество лонжеронов 40 и множество стабилизирующих нервюр 48, расположенных между парой комплексных сэндвичевых панелей 62 и связанных с ними. Как показано на фиг. 3А, каждый лонжерон 40 содержит стенку 112 и настеночные крепления 114 и расположен длинной стороной в аксиальном направлении крыла. Как показано далее на фиг. 1В и 2А, в предпочтительном исполнении эти множество лонжеронов 40 представляют собой три лонжерона 40, в том числе передний лонжерон 42, задний лонжерон 44 и промежуточный лонжерон 46. В предпочтительном исполнении передний лонжерон 42 расположен по размаху крыла вдоль передней кромки 36 кессонной конструкции 12. В предпочтительном исполнении задний лонжерон 44 расположен по размаху крыла вдоль задней кромки 38 кессонной конструкции 12. В предпочтительном исполнении промежуточный лонжерон 46 расположен по размаху крыла по центру тела 34 кессонной конструкции 12. Множество лонжеронов 40 могут быть выполнены в изогнутой конфигурации 41 (см. фиг. 1В). Как показано на фиг. 1В, множество лонжеронов 40 предпочтительно проходят непрерывно между первой законцовкой 16 и второй законцовкой 18 аэродинамического каркаса 14, и в предпочтительном исполнении передний лонжерон 42 и задний лонжерон 44 проходят непрерывно от первой законцовки 16 до второй законцовки 18 аэродинамического каркаса 14. Множество лонжеронов 40 могут придать прочность кессонной конструкции 12 и выдерживать аксиальные силы и изгибающие моменты.

[0034] В одном из вариантов осуществления множество лонжеронов 40 могут быть образованы из сэндвичевой лонжеронной конструкции 97 (см. фиг. 10), включающей внутреннюю часть 66, расположенную между по меньшей мере двумя лонжеронными листовыми панелями 98. В предпочтительном исполнении каждая лонжеронная листовая панель 98 содержит композитную укладку 103 слоев лонжеронной листовой панели (см. фиг. 10), являющуюся по существу квазиизотропным композитным ленточным ламинатом 87 (см. фиг. 10). В одном варианте осуществления множество стабилизирующих нервюр 48 могут быть сэндвичевой конструкцией, аналогичной лонжеронной сэндвичевой конструкции 97 (см. фиг. 10), содержащей внутреннюю часть, расположенную между по меньшей мере двумя листовыми панелями. В предпочтительном исполнении каждая листовая панель (не показана) нервюры содержит композитную укладку слоев (не показана) листовой панели нервюры, являющуюся по существу квазиизотропного композитного ленточного ламината, аналогичного по существу квазиизотропным композитным ленточным ламинатом 87 (см. фиг. 10).

[0035] Как показано далее на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 обеспечивают поддержку кессонной конструкции 12а и изолированных автономных топливных баков внутри конструкции 13 (см. фиг. 1А) крыла транспортного воздушного судна. Множество стабилизирующих нервюр 48 предпочтительно пересекаются с множеством лонжеронов 40 в теле 34 кессонной конструкции 12. Как показано на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 в предпочтительном исполнении могут включать торцевые нервюры топливного бака 50, граничащие с запасными топливными баками 52 и проходящие между передним лонжероном 42 и задним лонжероном 44. Как показано на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 могут в предпочтительном исполнении дополнительно содержать нервюры 54 с узлом крепления со стойкой, проходящие между передним лонжероном 42 и промежуточным лонжероном 46 или проходящие между задним лонжероном 44 и промежуточным лонжероном 46. Как показано на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 могут в предпочтительном исполнении дополнительно включать нервюры 56, на которых крепится направляющая закрылка и на которых заканчивается промежуточный лонжерон, и эти нервюры проходят от переднего лонжерона 42 через конец промежуточного лонжерона 46 к заднему лонжерону 44. Как показано на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 могут в предпочтительном исполнении дополнительно включать боковые нервюры 58 интегрированные в фюзеляж около средней линии нервюры 60 кессонной конструкции 12 и проходящие от переднего лонжерона 42 через промежуточный лонжерон 46 к заднему лонжерону 44. Стабилизирующие нервюры 48 могут передавать нагрузку на множество лонжеронов 40 и комплексные сэндвичевые панели 62.

[0036] Как показано на фиг. 2А, 2В, 2С, кессонная конструкция 12 содержит пару комплексных сэндвичевых панелей 62. В предпочтительном исполнении комплексные сэндвичевые панели 62 представляют собой композитные комплексные сэндвичевые панели. Пара комплексных сэндвичевых панелей 62 в предпочтительном исполнении расположена неразрывно от первой законцовки 16 до второй законцовки 18 аэродинамического каркаса 14 крыла (см. фиг. 1А), к которой может крепиться кессонная конструкция 12. Комплексные сэндвичевые панели 62 в предпочтительном исполнении включают верхнюю комплексную сэндвичевую панель 62а (см. фиг. 2А) и нижнюю комплексную сэндвичевую панель 62b (см. фиг. 2С). На фиг. 2В представлено сечение по линии 2В-2В по фиг. 2А, в котором показан один из вариантов осуществления комплексной сэндвичевой панели 62, соединенной с лонжероном 40.

[0037] Как показано на фиг. 2В, каждая комплексная сэндвичевая панель 62 представляет сэндвичевую конструкцию, которая обеспечивает повышенную прочность комплексной сэндвичевой панели 62. Как показано далее на фиг. 2В, каждая из комплексных сэндвичевых панелей 62 содержит листовые обшивки 70 (см. фиг. 2В), такие как композитные листовые обшивки, образующие сэндвичевую структуру с одним или более заполнителями 66 и смежными плотными пакетами 80, ориентированными в аксиальном направлении. Как показано на фиг. 2В, внутренняя часть 66 и плотный пакет 80 располагаются между двумя листовыми обшивками 70. Композитная обшивка 64 (см. фиг. 2В) в предпочтительном исполнении образует сэндвичевую структуру с заполнителем 66 между по меньшей мере двумя листовыми обшивками 70, такими как две композитные листовые обшивки. Внутренняя часть 66 в предпочтительном исполнении содержит сотовый заполнитель 68 (см. фиг. 2В). Однако внутренняя часть 66 может также содержать вспененный заполнитель, вспененный заполнитель с волоконным армированием, пеноматериалом с закрытыми порами, ферменной конструкцией или другим подходящим заполнителем или конструкцией, понятными специалистам. Плотный пакет 80 является типом полки 108 лонжерона (см. фиг. 2В). В настоящем документе "плотный пакет" означает тип полки лонжерона, которая крепится к листовой обшивке (такой как композитные листовые обшивки) комплексных сэндвичевых панелей и действует как полка лонжерона. Как показано на фиг. 3А, множество лонжеронов 40 соединены с комплексными сэндвичевыми панелями 62 с настеночными крепежными элементами 114, приложенными к плотным пакетам 80.

[0038] Как показано далее на фиг. 2В, листовые обшивки 70 могут быть внешними листовыми обшивками 72 и внутренними листовыми обшивками 74. Как показано на фиг. 2В, в одном из вариантов осуществления каждая из листовых обшивок 70, как внешняя листовая обшивка 72, так и внутренняя листовая обшивка 74, содержит композитную укладку 76 слоев, состоящую по существу из косо ориентированных слоев 86. В настоящем документе термин "косо ориентированные слои" означает любые слои, расположенные под углом отличным от нуля (0°) или около нуля (0°) и отличным от девяноста градусов (90°), и в данном контексте "около нуля (0°)" означает диапазон от нуля (0°) до десяти градусов (10°). В предпочтительном исполнении косо ориентированные слои 86 являются слоями с волокнами, направленными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°). В данном контексте "около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°)" означает диапазон от плюс или минус сорока градусов (±40°) до плюс или минус пятидесяти градусов (±50°). В более предпочтительном исполнении композитная укладка 76 слоев листовой обшивки может содержать 70-80% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°); 10-20% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°), где "около девяноста градусов (90°)" означает диапазон от восьмидесяти пяти градусов (85°) до девяноста пяти градусов (95°); и 0-20% однонаправленных слоев 85 (см. фиг. 2В) с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом. В наиболее предпочтительном исполнении композитная укладка 76 слоев листовой обшивки может содержать 80% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°); 10% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°); и 10% однонаправленных слоев 85 с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом. Листовые обшивки 70 выполнены с возможностью выдерживать основные торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении. Композитная укладка 76 слоев листовой обшивки в предпочтительном исполнении предназначена для предоставления возможности листовым обшивкам 70 обеспечить пути 28 (см. фиг. 1А) передачи только распределенных торсионных, срезающих и сжимающих нагрузок через кессонную конструкцию 12 (см. фиг. 1А) и через конструкцию 13 (см. фиг. 1А) крыла или конструкцию 24 (см. фиг. 1А) стабилизатора транспортного воздушного судна.

[0039] Листовые обшивки 70, например в виде композитных листовых обшивок, могут быть образованы укладыванием косо ориентированных слоев 86, а в предпочтительном исполнении косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок-пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°), слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°), и/или однонаправленных слоев 85 с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом, на оснастке, такой как пресс-форма, в заданной укладке 76 слоев композитной листовой обшивки и расположением листовых обшивок 70 так, чтобы задать пространство между ними, которое должно быть заполнено заполнителем 66, или, по-другому, расположением листовых обшивок 70 по поверхностям заполнителя 66 так, чтобы образовать сэндвичевую конструкцию с заполнителем 66.

[0040] Как показано далее на фиг. 2В, каждая комплексная сэндвичевая панель 62 дополнительно содержит плотные пакеты 80, смежные с одним или более заполнителями 66 и соединенные, предпочтительно связыванием, с листовыми обшивками 70. Как показано на фиг. 2В, в одном из вариантов осуществления каждый плотный пакет 80 в предпочтительном исполнении имеет композитную укладку 82 слоев плотного пакета, содержащую по существу ортогональный, однонаправленный композитный ленточный ламинат 84, состоящий из однонаправленных слоев, ориентированных под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом. В данном контексте "около нулевой (0°)" означает диапазон от нуля градусов (0°) до десяти градусов (10°). В другом, более предпочтительном, варианте осуществления композитная укладка 82 слоев плотного пакета может содержать 70-100% по существу ортогонального однонаправленного композитного ленточного ламината 84, состоящего из однонаправленных слоев 85 с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или почти нулевым (0°) углом; 0-25% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом в диапазоне от плюс-минус пятидесяти градусов (±50°) до плюс-минус семидесяти пяти градусов (±75°), а в более предпочтительном исполнении под углом плюс-минус шестьдесят пять градусов (±65°); и 0-10% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°). В самом предпочтительном исполнении композитная укладка 82 слоев плотного пакета может содержать 80% по существу ортогональных однонаправленных слоев с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или почти нулевым (0°) углом; 20% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом в области от плюс-минус пятидесяти градусов (±50°) до плюс-минус семидесяти пяти градусов (±75°), а в более предпочтительном исполнении под углом плюс-минус шестьдесят пять градусов (±65°); и 0% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°).

[0041] Плотные пакеты 80 выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении. Композитная укладка 82 слоев плотного пакета предназначена для предоставления возможности плотным пакетам 80 обеспечить пути 28 (см. фиг. 1А) передачи всех значимых распределенных изгибных и аксиальных нагрузок через кессонную конструкцию 12 (см. фиг. 1А) и через конструкцию 13 (см. фиг. 1А) крыла или конструкцию 24 (см. фиг. 1А) стабилизатора транспортного средства. Плотные пакеты 80 в предпочтительном исполнении являются сплошными между первой законцовкой 16 (см. Фиг. 1А) и второй законцовкой 18 (см. фиг. 1А) аэродинамического каркаса 14 (см. фиг. 1А).

[0042] Композитный материал, используемый для изготовления компонентов кессонной конструкции 12, такой как комплексные сэндвичевые панели 62, лонжероны 40 и/или стабилизирующие нервюры 48, могут содержать известные композитные материалы, такие как углеродные, стеклянные, или полиамидные волокна в тканой, нетканой и плетенной конфигурации. На стадии сырых материалов волокна могут быть в виде лент, филаментов и/или тканевых листов, которые могут быть предварительно пропитаны неотвержденной смолой. Сырые материалы могут превращаться в компоненты кессонной конструкции 12 посредством их укладки и/или прокатки на поверхности оснастки с последующим нагревом под давлением для отверждения смолы и упрочнения слоистой конструкции. Примеры дополнительных подходящих композитных материалов, которые могут найти применение, включают в себя композитный материал с углеродным волокном; армированный углеродным волокном полимерный материал, включающий армированный углеродным волокном полифениленсульфид (ПФС), армированный углеродным волокном полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), армированный углеродным волокном полиэфиркетонкетон (ПЭКК) и армированный углеродным волокном полиэтиленимин; нейлон или другой подходящий композитный материал, который признается специалистами в данной области техники. Композитный материал может быть в виде композитного ленточного материала, предварительно пропитанной однонаправленной ленты, предварительно пропитанной ткани или другой подходящий композитный материал.

[0043] Объединение кессонной конструкции 12 в единое целое с аэродинамическим каркасом 14 (см. фиг. 1В) конструкции крыла 13 (см. фиг. 1А) транспортного воздушного судна предоставляет возможность значительного сокращения количества стабилизирующих нервюр 48 (см. фиг. 1B, 2А), расположенных между комплексными сэндвичевыми панелями 62 от первой законцовки 16 (см. фиг. 1В) до второй законцовки 18 (см. фиг. 1В) аэродинамического каркаса 14 (см. фиг. 1В). В предпочтительном исполнении сокращение указанного количества стабилизирующих нервюр 48 (см. фиг. 1B, 2А), расположенных между комплексными сэндвичевыми панелями 62 от первой законцовки 16 (см. фиг. 1В) до второй законцовки 18 (см. фиг. 1В) аэродинамического каркаса 14 (см. фиг. 1В), может быть в диапазоне от около 50% до около 90% по сравнению с аэродинамическими каркасами, отличными от вариантов кессонной конструкции 12, раскрытых в данном документе. Каждая комплексная сэндвичевая панель 62 в предпочтительном исполнении имеет повышенный коэффициент жесткости панели, благодаря твердым, аксиально жестким плотным пакетам 80, полностью стабилизированным комплексной сэндвичевой панелью 62 и стенками лонжеронов 112. Листовые обшивки 70 комплексной сэндвичевой панели 62 в предпочтительном исполнении мягкие, а плотные пакеты 80 комплексной сэндвичевой панели 62 в предпочтительном исполнении твердые и аксиально жесткие.

[0044] Кессонная конструкция 12 может дополнительно содержать связующий элемент 88 (см. фиг. 2В), выполненный для дополнительного связывания множества лонжеронов 40 и стабилизирующих нервюр 48 с каждой комплексной сэндвичевой панелью 62. Как показано на фиг. 2В, лонжерон 40 дополнительно связан с комплексной сэндвичевой панелью 62 связующим элементом 88. В частности лонжерон 40 дополнительно связан с внутренней листовой обшивкой 74 комплексной сэндвичевой панели 62 в месте соединения 96 (см. фиг. 2В). В предпочтительном исполнении связующий элемент 88 содержит адгезивный материал 90 (см. фиг. 2В), такой как эпоксидный клей, акриловая смола, полиуретан или другой подходящий адгезивный материал, который признается специалистами в данной области техники.

[0045] Кессонная конструкция 12 может дополнительно содержать один или более элементов 92 предупреждения повреждений (см. фиг. 2В). В предпочтительном исполнении один или более элементов 92 предупреждения повреждений содержат один или более механических крепежных деталей 94 (см. фиг. 2В), такие как болты, струбцины, заклепки или другие подходящие механические крепежные детали, которые признаются специалистами в данной области техники. Один или более элементов 92 предупреждения повреждений могут быть выполнены для крепления множества стабилизирующих нервюр 48 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62, могут быть выполнены для крепления множества лонжеронов 40 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62 или могут быть выполнены для крепления множества лонжеронов 40 и множества стабилизирующих нервюр 48 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62. Как показано на фиг. 2В, лонжерон 40 прикреплен к комплексной сэндвичевой панели 62 элементом 92 предупреждения повреждений. В частности, лонжерон 40 прикреплен к внутренней листовой обшивке 74 комплексной сэндвичевой панели 62.

[0046] Как показано на фиг. 2С, отверстия доступа 110 могут быть расположены в разных местах вдоль нижней поверхности 11b кессонной конструкции 12. Такие отверстия доступа 110 могут быть необходимы для доступа к внутренним конструкциям, например, в процессе производства, обслуживания и ремонта. В предпочтительном исполнении нижняя поверхность 11b может иметь отверстия доступа 110, благодаря уменьшению количества стабилизирующих нервюр 48 (см. фиг. 2А), что предоставляет возможность для улучшенного доступа во внутрь. Приведенное число отверстий доступа 110 в предпочтительном исполнении численно соответствует сокращенному количеству стабилизирующих нервюр 48. Это может быть обусловлено улучшением доступа во внутрь топливного бака в результате уменьшения количества стабилизирующих нервюр 48.

[0047] На фиг. 3А-3Е представлены иллюстрации различных вариантов осуществления конфигураций лонжеронов 40, которые можно применять с вариантами осуществления кессонной конструкции 12 по настоящему изобретению. На фиг. 3А представлена иллюстрация частичного вида в перспективе одного из вариантов осуществления кессонной конструкции 12 по настояще