Аэродинамическая поверхность, летательный аппарат и способ его изготовления

Аэродинамическая поверхность, летательный аппарат и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[001] Область техники

[002] Настоящее изобретение относится, в основном, к несущим лонжеронам, и, более конкретно, к несущим плавно изогнутым лонжеронам в композитных аэродинамических поверхностях воздушных транспортных средств, и к способам их изготовления.

[003] Уровень техники

[004] Композитные структуры используются в широком диапазоне применений, включая изготовление летательных аппаратов, космических летательных аппаратов, винтокрылых летательных аппаратов, судов, автомобилей и других средств передвижения и структур, за счет их высокого отношения прочности к массе, коррозионной устойчивости и других предпочтительных свойств. В конструкции летательных аппаратов композитные структуры используются во все возрастающем количестве для формирования крыльев, хвостового оперения, фюзеляжа и других компонентов.

[005] Для известных композитных аэродинамических поверхностей, таких как крылья летательных аппаратов, могут использоваться верхняя и нижняя панели наружной композитной обшивки крыла, т.е. "обшивки", механически присоединенные или прикрепленные к внутреннему шпангоуту. Внутренний шпангоут обычно может содержать усиливающие структуры, такие как лонжероны, нервюры и стрингеры для повышения прочности и устойчивости обшивок крыла. Обшивки крыла могут быть присоединены к лонжеронам, и лонжероны обеспечивают структурную целостность крыльев. Кроме того, крылья многих летательных аппаратов могут содержать топливные баки внутри крыльев, которые могут содержаться между передним и задним лонжеронами.

[006] Известные несущие лонжероны могут обладать одной или более дискретными или раздельными областями по их длине, где существует резкое изменение угла, также называемое "изломом" или "изгибом". Такие известные лонжероны могут быть упомянуты, как "лонжероны с изломом", "лонжероны с изгибом" или "искривленные лонжероны", и они сформованы назад с такими дискретными изломами. Изготовление искривленного лонжерона может потребовать сборки и соединения нескольких деталей и нескольких накладок вместе. Использование и сборка нескольких таких деталей и нескольких накладок может увеличивать время, сложность, количество деталей и затраты физического труда, требуемые для изготовления искривленного лонжерона, что может, в свою очередь, увеличивать общие затраты на изготовление.

[007] Кроме этого, сборка нескольких таких деталей и нескольких накладок для известных искривленных лонжеронов может потребовать использование дополнительных механических крепежных деталей, зажимов или фиксаторов для соединения или помощи в соединении нескольких таких деталей и нескольких накладок вместе. Однако установка, использование и/или удаление таких дополнительных механических крепежных деталей, зажимов или фиксаторов может увеличивать время, сложность, количество деталей и затраты физического труда на изготовление такого лонжерона, что может, в свою очередь, увеличивать общие затраты на изготовление. Далее, установка и использование дополнительных механических крепежных деталей, зажимов или фиксаторов, которые нельзя удалить после сборки, могут увеличивать массу летательного аппарата, что, в свою очередь, может привести к повышенным требованиям наличия топлива для заданного полетного задания. Это повышенное требование к наличию топлива может, в свою очередь, привести к повышенным затратам на топливо. Наконец, использование многочисленных крепежных деталей, если они изготовлены из металла и расположены на поверхности наружных панелей композитной обшивки крыла, может привести к повышенному риску разряда молнии в крыло.

[008] Кроме того, резкое изменение угла одного или более дискретных изломов в известных искривленных лонжеронах может привести к значительной ударной нагрузке, которая должна быть распределена и разложена нервюрами и обшивками крыла у этих областей излома. Используемый в настоящем документе термин "ударная нагрузка" означает нагрузку, которая вызвана в структуре в результате резкого изменения пути нагружения. Ударная нагрузка может вызывать повышенную нагрузку на обшивки крыла, что может привести к короблению крыла. В известных изогнутых лонжеронах противодействие ударной нагрузке может быть оказано путем добавления предельной прочности обшивкам крыла и/или нервюрам, чтобы не допустить коробления крыла. Такая добавленная предельная прочность может включать повышение типоразмера деталей, модификации материала на систему более прочного материала и/или повышение размера крепежных деталей, которые соединяют части. Однако такая добавленная предельная прочность может привести к повышению массы и затрат.

[009] Соответственно, в этой области существует потребность в улучшенном несущем лонжероне и способе его изготовления, который обеспечивал бы преимущества по сравнению с известными искривленными лонжеронами, сборками узлов и способами.

Сущность изобретения

[0010] Эта потребность в улучшенном несущем лонжероне и способе его изготовления может быть удовлетворена. Как это будет указано далее подробно, варианты осуществления улучшенного несущего лонжерона, способа его изготовления могут обеспечивать значительное преимущество по сравнению с известными искривленными лонжеронами, сборками узлов и способами.

[0011] В одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается аэродинамическая поверхность. Аэродинамическая поверхность содержит одну или более топливных емкостей, расположенных в аэродинамической поверхности. Аэродинамическая поверхность дополнительно содержит один или более плавно изогнутых лонжеронов, продолжающихся от корневого участка аэродинамической поверхности к оконечному участку аэродинамической поверхности. По меньшей мере один плавно изогнутый лонжерон содержит цельную конструкцию, содержащую один или более плавных изгибов вдоль плавно изогнутого лонжерона, и либо содержит участок, формирующий структурную стенку по меньшей мере одной из одной или более областей топливных емкостей, либо находится внутри одной или более областей топливных емкостей.

[0012] В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается летательный аппарат. Летательный аппарат содержит фюзеляж. Летательный аппарат дополнительно содержит две или более аэродинамических поверхности, присоединенных к фюзеляжу и продолжающихся от фюзеляжа. Каждая аэродинамическая поверхность содержит одну или более областей топливных емкостей, расположенных внутри аэродинамической поверхности. Каждая аэродинамическая поверхность дополнительно содержит один или более плавно изогнутых лонжеронов, продолжающихся от корневого участка аэродинамической поверхности к оконечному участку аэродинамической поверхности. По меньшей мере один плавно изогнутый лонжерон содержит цельную конструкцию, содержит один или более плавных изгибов вдоль плавно изогнутого лонжерона и содержит либо участок, формирующий структурную стенку по меньшей мере одной из указанных одной или более областей топливных емкостей, либо является внутренним по отношению к указанным одной или более областям топливных емкостей. Каждая аэродинамическая поверхность дополнительно содержит множество нервюр, присоединенных по существу перпендикулярно к указанным одному или более плавно изогнутым лонжеронам и между ними. Каждая аэродинамическая поверхность дополнительно содержит верхнюю и нижнюю усиленные панели, покрывающие одну или более областей топливных емкостей, один или более плавно изогнутых лонжеронов и множество нервюр.

[0013] В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ изготовления летательного аппарата. Способ включает этап формирования и отверждения одного или более композитных плавно изогнутых лонжеронов, при этом по меньшей мере один плавно изогнутый лонжерон обладает цельной конструкцией и одним или более плавными изгибами вдоль плавно изогнутого лонжерона. Способ дополнительно включает присоединение первого конца каждого из одного или более плавно изогнутых лонжеронов к секциям фюзеляжа летательного аппарата и продолжение каждого из одного или более плавно изогнутых лонжеронов от секции фюзеляжа. Способ дополнительно включает позиционирование участка одного или более из указанных одного или более плавно изогнутых лонжеронов для формирования несущей стенки области топливной емкости. Способ дополнительно включает присоединение множества нервюр по существу перпендикулярно указанным одному или более плавно изогнутым лонжеронам и между ними. Способ дополнительно включает формирование сэндвич-структур, в каждой из которых содержатся один или более плавно изогнутых лонжеронов, несколько нервюр и области топливной емкости между верхней и нижней усиленными панелями для формирования аэродинамической поверхности летательного аппарата.

[0014] Описанные особенности, функции и преимущества могут быть достигнуты независимо в различных вариантах осуществления настоящего изобретения или могут быть скомбинированы в других вариантах осуществления, дополнительные детали которых можно видеть со ссылкой на следующее подробное описание и чертежи.

Краткое описание чертежей

[0015] Настоящее изобретение может быть лучше понято со ссылкой на следующее подробное описание в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых показаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, и которые необязательно вычерчены в масштабе, и на которых:

[0016] Фиг. 1 изображает вид сверху и в плане воздушного транспортного средства с одной или более аэродинамическими поверхностями, содержащими один или более вариантов осуществления плавно изогнутых лонжеронов, выполненных по настоящему изобретению;

[0017] Фиг. 2 - блок-схема способа изготовления и обслуживания летательного аппарата;

[0018] Фиг. 3 изображает принципиальную блок-схему летательного аппарата;

[0019] Фиг. 4А изображает вид сверху и в сечении известной аэродинамической поверхности с изломанными лонжеронами;

[0020] Фиг. 4В изображает осевое сечение изломанных лонжеронов по Фиг. 4А;

[0021] Фиг. 5А изображает вид сверху и в сечении варианта осуществления аэродинамической поверхности, выполненной по настоящему изобретению и показывающий плавно изогнутые лонжероны;

[0022] Фиг. 5В изображает осевые сечения одного или более плавно изогнутых лонжеронов по Фиг. 5А;

[0023] Фиг. 6А изображает вид сверху и в сечении другого варианта осуществления аэродинамической поверхности, выполненной по настоящему изобретению, показывающий плавно изогнутые лонжероны;

[0024] Фиг. 6В изображает осевые сечения одного или более плавно изогнутых лонжеронов по Фиг. 6А;

[0025] Фиг. 7А изображает вид справа и в перспективе варианта осуществления аэродинамической поверхности, выполненной по настоящему изобретению, показывающий плавно изогнутые лонжероны;

[0026] Фиг. 7В изображает сечение вдоль линий 7В-7В на Фиг. 7А, в увеличенном масштабе;

[0027] Фиг. 7С изображает вид круга 7С по Фиг. 7В, в увеличенном масштабе; и

[0028] Фиг. 8 изображает блок-схему осуществления способа изготовления плавно изогнутых лонжеронов по настоящему изобретению.

Подробное описание

[0029] Описанные варианты осуществления изобретения далее представлены более полно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны некоторые, но не все, описанные варианты осуществления изобретения. Действительно, может быть предусмотрено несколько различных вариантов осуществления изобретения, но это не подразумевает ограничения изложенными выше вариантами осуществления. Напротив, эти варианты осуществления изобретения предусмотрены таким образом, что это описание будет полным и тщательным и будет полностью передавать объем настоящего изобретения специалистам в этой области.

[0030] На Фиг. 1 показан вид сверху и в плане воздушного транспортного средства 10, выполненного, например, в виде летательного аппарата 11, с двумя или более аэродинамическими поверхностями 14. Каждая аэродинамическая поверхность 14 может включать один или более вариантов осуществления плавно изогнутого лонжерона 26, выполненного по настоящему изобретению. Как это показано на Фиг. 1, воздушное транспортное средство 10, выполненное, например, в виде летательного аппарата 11, содержит фюзеляж 12 с секциями 12а фюзеляжа, и дополнительно содержит две или более аэродинамические поверхности 14, такие как аэродинамические поверхности 14а, например, в виде крыльев 18 летательного аппарата, и такие как аэродинамические поверхности 14b, например, в виде горизонтальных стабилизаторов 16а хвостового оперения 16. Кроме того, в дополнение к крыльям 18 летательного аппарата и горизонтальным стабилизаторам 16а аэродинамическая поверхность 14 может содержать вертикальный стабилизатор, хвостовой стабилизатор, оперение или другую подходящую структуру аэродинамической поверхности.

[0031] Как это дополнительно показано на Фиг. 1, каждая аэродинамическая поверхность 14а, например, в виде крыла 18а летательного аппарата, содержит переднюю кромку 20а, заднюю кромку 20b, оконечный участок 22 крыла, корневой участок 23 крыла, каркас 24, один или более вариантов осуществления плавно изогнутых лонжеронов 26, и одну или более областей 28 топливных емкостей. Один или более вариантов осуществления плавно изогнутых лонжеронов 26 (см. Фиг. 1) может содержать плавно изогнутый передний лонжерон 26а (см. Фиг. 1), плавно изогнутый задний лонжерон 26b (см. Фиг. 1), и плавно изогнутый промежуточный лонжерон 26с (см. Фиг. 1). Одна или более областей 28 топливных емкостей может содержать топливный бак 28а (см. Фиг. 1) или топливный отсек 28b (см. Фиг. 1). Как это дополнительно показано на Фиг. 1, хвостовое оперение 16 содержит горизонтальные стабилизаторы 16а и вертикальный стабилизатор 16b. Как показано на Фиг. 1, каждый горизонтальный стабилизатор 16а может содержать один или более вариантов осуществления плавно изогнутых лонжеронов 26, и одну или более областей 28 топливных емкостей.

[0032] Хотя летательный аппарат 10, показанный на Фиг. 1, в основном является репрезентативным примером коммерческого пассажирского летательного аппарата с одной или более аэродинамических поверхностей 14, с одним или более вариантами осуществления плавно изогнутых лонжеронов 26, но принципы описанных вариантов осуществления могут быть применены к другим пассажирским летательным аппаратам, в том числе к грузовым летательным аппаратам, военным летательным аппаратам, винтокрылым летательным аппаратам и другим типам летательных аппаратов или транспортных летательных аппаратов, к спутникам, космическим ракетоносителям, ракетам и другим аэрокосмическим устройствам, а также к кораблям и другим водным судам, к таким структурам, как ветряные мельницы, или к другим подходящим структурам, которые могут использовать варианты осуществления плавно изогнутого лонжерона 26, описанным в настоящем документе.

[0033] На Фиг. 2 показана технологическая блок-схема, иллюстрирующая способ 30 изготовления и обслуживания летательного аппарата. На Фиг. 3 показана блок-схема самого летательного аппарата 50. Посредством Фиг. 2-3 варианты осуществления настоящего изобретения могут быть описаны в контексте способа 30 изготовления и обслуживания летательного аппарата, как это показано на Фиг. 2, и летательного аппарата 50, как это показано на Фиг. 3. Во время пре-производства пример способа 30 изготовления и обслуживания может включать спецификацию и этап конструирования 32 летательного аппарата 50, и этап материального снабжения 34. Во время производства происходит изготовление 36 компонентов, частей и узлов летательного аппарата, и далее системная интеграция 38 летательного аппарата 50. Затем летательный аппарат 50 проходит сертификацию и поставку 40, чтобы его передали в эксплуатацию 42. При эксплуатации 42 потребителем летательного аппарата 50 составляется график рутинного технического обслуживания и заправки 44 (которые также могут включать модификацию, реконструкцию, восстановление и другое подходящее обслуживание).

[0034] Каждый из этапов способа 30 изготовления и обслуживания летательного аппарата может быть выполнен или осуществлен компанией, занимающейся системной интеграцией, третьей стороной и/или оператором (например, потребителем). Для целей настоящего описания компания, занимающаяся системной интеграцией, может включать, без ограничения, любое число изготовителей самолета и субподрядчиков крупных систем; третья сторона может включать, без ограничения, любое число поставщиков, субподрядчиков и предприятий-поставщиков; и оператором может быть авиакомпания, лизинговая компания, военное подразделение, обслуживающая организация и другие подходящие операторы.

[0035] Как это показано на Фиг. 3, летательный аппарат 50, изготовленный по способу 30 изготовления и обслуживания, может включать корпус 52 летательного аппарата с множеством систем 54 высокого уровня и внутреннюю компоновку 56. Примеры систем 54 высокого уровня могут включать одну или более силовые установки 58, электрическую систему 60, гидравлическую систему 62, и систему 64 сохранения окружающей среды. Может быть включено любое число других систем. Хотя показан пример для авиакосмического применения, различные иллюстративные варианты осуществления могут быть применены в других областях промышленности, таких как автомобильная промышленность.

[0036] Способы и системы, включенные в настоящий документ, могут быть осуществлены во время любого одного или более этапов способа 30 изготовления и обслуживания летательного аппарата. Например, компоненты или части узлов, соответствующие изготовлению 36 компонентов и частей узлов, могут быть изготовлены или произведены по способу, аналогичному способу изготовления компонентов или частей узлов, изготовленных при обслуживании летательного аппарата 50. Кроме того, один или более вариантов осуществления устройств, вариантов осуществления способов, или их комбинации, могут быть использованы во время изготовления 36 компонентов и сборок узлов и системной интеграции 38, например, по существу значительно ускоряя сборку или снижая стоимость летательного аппарата 50. Аналогично этому один или более вариантов осуществления устройств, вариантов осуществления способов, или их комбинации, могут быть использованы при обслуживании летательного аппарата 50, например, и без ограничения, для технического обслуживания и заправки 44.

[0037] На Фиг. 4А показано сечение в виде сверху аэродинамической поверхности 14, т.е. в виде известной аэродинамической поверхности 14с, имеющей искривленные лонжероны 66. Как это показано на Фиг. 4А, известная аэродинамическая поверхность 14с может быть в виде крыла 18b самолета с искривленными лонжеронами 66, которые продолжаются от фюзеляжа 12 к оконечному участку 22 крыла, при этом область 28 топливной емкости имеет форму топливного бака 28а, и несколько нервюр 90 присоединены перпендикулярно и между искривленными лонжеронами 66. На Фиг. 4А показан передний искривленный лонжерон 66а с дискретным изгибом 68а и контур 70а искривленного лонжерона. На Фиг. 4А дополнительно показан задний искривленный лонжерон 66b с дискретными изгибами 68b, 68с и контуром 70b искривленного лонжерона. Используемый в настоящем документе термин "дискретный изгиб" означает отдельную область вдоль длины искривленного лонжерона 66 (см. Фиг. 4А), в которой имеет место резкое изменение угла и направления вдоль плоскости лонжерона. На Фиг. 4 В показаны осевые направления 80 для осей х, y и z трехмерной системы координат, относящиеся к контуру 70а искривленного лонжерона 66а и контуру 70b искривленного лонжерона 66b по Фиг. 4А. Осевые направления 80 включают продольное направление 80а по оси х, поперечное направление 80b по оси y и вертикальное направление 80с по оси z. Направление по оси z проходит через крыло 18b летательного аппарата, и на Фиг. 4В показана только точка оси z, а не ось z сама по себе.

[0038] На Фиг. 5А показано сечение в виде сверху варианта осуществления аэродинамической поверхности 14, т.е. в виде аэродинамической поверхности 14а (см. также Фиг. 1) по настоящему изобретению, показывающее плавно изогнутые лонжероны 26. Как дополнительно показано на Фиг. 5А, аэродинамическая поверхность 14а предпочтительно включает крыло 18 летательного аппарата, т.е. она выполнена в виде крыла 18а летательного аппарата. Аэродинамическая поверхность 14 (см. Фиг. 1, 5А, 6А, 7А) включает одну или более областей 28 топливных емкостей (см. Фиг. 1, 5А, 6А, 7А), расположенных внутри аэродинамической поверхности 14. Одна или более областей 28 топливных емкостей предпочтительно содержит топливный бак 28а (см. Фиг. 1, 5А), топливный отсек (см. Фиг. 1), или другую подходящую область 28 топливной емкости или структуру. Как это показано на Фиг. 5А, область 28 топливной емкости, выполненная, например, в виде топливного бака 28а, предпочтительно обладает границами 29а, 29b, 29с, 29d топливной емкости, которые образуют периметр области 28 топливной емкости. Хотя область 28 топливной емкости, показанная на Фиг. 5А, имеет четыре стороны, и она в основном имеет прямоугольную конфигурацию, но нужно понимать, что область топливной емкости может быть сформирована с другой подходящей конфигурацией.

[0039] Как это показано на Фиг. 5А, аэродинамическая поверхность 14, выполненная, например, в виде аэродинамической поверхности 14а, дополнительно содержит один или более плавно изогнутых лонжеронов 26 (см. Фиг. 1). Как это показано на Фиг. 5А, каждый плавно изогнутый лонжерон 26 имеет первый конец 72а, второй конец 72b, и удлиненную основную часть 74 между ними. Как это показано на Фиг. 5А, было бы предпочтительно, чтобы каждый из одного или более плавно изогнутых лонжеронов 26 включал бы один из переднего плавно изогнутого лонжерона 26а, заднего плавно изогнутого лонжерона 26b или промежуточного плавно изогнутого лонжерона 26с. Передний плавно изогнутый лонжерон 26а предпочтительно расположен продольно вдоль передней кромки 20а (см. Фиг. 1) аэродинамической поверхности 14а (см. Фиг. 1). Задний плавно изогнутый лонжерон 26b предпочтительно расположен продольно вдоль задней кромки 20b (см. Фиг. 1) аэродинамической поверхности 14а (см. Фиг. 1). Промежуточный плавно изогнутый лонжерон 26с предпочтительно расположен продольно между передним плавно изогнутым лонжероном 26а и задним плавно изогнутым лонжероном 26b. Один или более плавно изогнутых лонжеронов 26 предпочтительно обеспечивают прочность аэродинамической поверхности 14 и могут выдерживать осевые силы и изгибающие моменты.

[0040] Как это дополнительно показано на Фиг. 5А, первый конец 72а каждого из одного или более плавно изогнутых лонжеронов 26 предпочтительно предназначен для присоединения к секции 12а фюзеляжа воздушного транспортного средства 10 (см. Фиг. 1), такого как летательный аппарат 11 (см. Фиг. 1). Плавно изогнутые лонжероны 26 (см. Фиг. 1, 5А) могут быть присоединены к секциям 12а (см. Фиг. 1) фюзеляжа 12 (см. Фиг. 1) воздушного транспортного средства 10 (см. Фиг. 1), например, такого как летательный аппарат 11 (см. Фиг. 1) и/или могут быть присоединены к соответствующей аэродинамической поверхности 14, такой как крыло 18 летательного аппарата, расположенной на другой стороне летательного аппарата 11 посредством соединительной системы (не показана). Такая соединительная система может проходить по существу вдоль центральной линии 17 (см. Фиг. 1) фюзеляжа 12 (см. Фиг. 1) летательного аппарата 11 (см. Фиг. 1). В других вариантах осуществления плавно изогнутые лонжероны 26 могут быть присоединены к другим подходящим структурам воздушного транспортного средства 10, такого как летательный аппарат 11.

[0041] Плавно изогнутые лонжероны 26 (см. Фиг. 5А) предпочтительно продолжаются от фюзеляжа 12 (см. Фиг. 5А) в продольном направлении 77 (см. Фиг. 1, 5А), от корневого участка 23 (см. Фиг. 1) аэродинамической поверхности 14а к оконечному участку 22 (см. Фиг. 1) аэродинамической поверхности 14а, или, например, от внутренней стороны к наружной стороне летательного воздушного транспортного средства 10 (см. Фиг. 1), такого как летательный аппарат 11 (см. Фиг. 1). Как это показано на Фиг. 5А, второй конец 72b каждого из плавно изогнутых лонжеронов 26 продолжается к оконечному участку 22 и/или ближе к оконечному участку 22. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 5А, плавно изогнутый передний лонжерон 26а и задний плавно изогнутый лонжерон 26b расположены ближе к оконечному участку 22, чем промежуточный плавно изогнутый лонжерон 26с, который может обладать вторым концом 72b, оканчивающимся около внутреннего участка 86 (см. также Фиг. 6А) области 28 топливной емкости. Однако второй конец 72b промежуточного плавно изогнутого лонжерона 26с может оканчиваться дальше или ближе в пределах области 28 топливной емкости.

[0042] Предпочтительно, как это показано на Фиг. 5А, передний плавно изогнутый лонжерон 26а и задний плавно изогнутый лонжерон 26b продолжаются в продольном направлении 77 и через наливную секцию 102 (см. также Фиг. 7А) аэродинамической поверхности 14, содержащий область 28 топливной емкости, и через сухую секцию 104 (см. также Фиг. 7А) аэродинамической поверхности 14 (см. Фиг. 7А), не содержащий области 28 топливной емкости. Используемое в настоящем документе выражение "наливная секция" означает барьерную область, заполненную топливом, и "сухая секция" означает область, в которой топливо не содержится.

[0043] Как это показано на Фиг. 5А, по меньшей мере один плавно изогнутый лонжерон 26 дополнительно содержит цельную конструкцию 88 и один или более плавных изгибов 76 вдоль плавно изогнутого лонжерона 26. Один или более плавно изогнутых лонжеронов 76 могут продолжаться по меньшей мере в одном осевом направлении 80 (см. Фиг. 5В). Было бы предпочтительно, чтобы осевое направление 80 плавного изгиба 76 включало бы одно или более продольное направление 80а по оси x (см. Фиг. 5В), поперечное направление 80b по оси у (см. Фиг. 5 В) и вертикальное направление 80с по оси z (см. Фиг. 5В). Как это дополнительно показано на Фиг. 5А, передний плавно изогнутый лонжерон 26а обладает плавным изгибом 76 и контуром 78а изогнутого лонжерона, задний плавно изогнутый лонжерон 26b обладает плавным изгибом 76 и контуром 78b изогнутого лонжерона, и промежуточный плавно изогнутый лонжерон 26с обладает плавным изгибом 76 и контуром 78с изогнутого лонжерона.

[0044] На Фиг. 5А показан один вариант осуществления аэродинамической поверхности 14а с тремя плавно изогнутыми лонжеронами 26. Как это показано на Фиг. 5А, контур 78а изогнутого лонжерона переднего плавно изогнутого лонжерона 26а сравнивается с контуром 70а искривленного лонжерона (показан штриховой линией) переднего искривленного лонжерона 66а (см. Фиг. 4А), а контур 78b лонжерона с изгибом заднего плавно изогнутого лонжерона 26b сравнивается с контуром 70b искривленного лонжерона (показан штриховыми линиями) для переднего искривленного лонжерона 66b (см. Фиг. 4А). Как это показано на Фиг. 5А, контуры 78а, 78b изогнутых лонжеронов образуют более широкие изгибы вдоль границ 29b, 29d топливных емкостей, чем контуры 70а, 70b искривленных лонжеронов, и в этом варианте осуществления аэродинамической поверхности 14а объем области 28 топливной емкости, например, в виде топливного бака 28а, может быть увеличен по сравнению с областью топливной емкости (см. Фиг. 4А) известной аэродинамической поверхности 14с с искривленными лонжеронами 66, показанной на Фиг. 4А.

[0045] Один или более плавно изогнутых лонжеронов 26 предпочтительно включают композитные лонжероны 27 (см. Фиг. 5А, 6А). Каждый из одного или более плавно изогнутых лонжеронов 26 предпочтительно содержит цельную композитную структуру 27а (см. Фиг. 7А).

[0046] В различных предпочтительных вариантах осуществления изобретения учитывается и принято во внимание большое число соображений. Например, в различных предпочтительных вариантах осуществления изобретения учитывается тот факт, что аэродинамическая поверхность 14 (см. Фиг. 1), выполненная, например, в виде крыла 18 летательного аппарата (см. Фиг. 1), может содержать один плавно изогнутый лонжерон 26 (см. Фиг. 1) отдельно или в комбинации с другими лонжеронами, не обладающими плавным изгибом 76 (см. Фиг. 5А), может содержать несколько плавно изогнутых лонжеронов 26 (см. Фиг. 5А) или может содержать лонжеронный кессон 106 крыла (см. Фиг. 7А) с одним или более плавно изогнутыми лонжеронами 26. Все эти варианты осуществления предпочтительно изготовлены, по меньшей мере частично, из композитных материалов.

[0047] В одном варианте осуществления изобретения один или более плавно изогнутых лонжеронов 26 (см. Фиг. 5А) содержат участок 82а, 82b (см. Фиг. 5А, 6А), образующий несущую стенку 84а, 84b (см. Фиг. 6А, 7А) по меньшей мере одной из одной или более областей 28 топливных емкостей (см. Фиг. 5А, 6А, 7А). Например, как это показано на Фиг. 5А, участок 82а (см. также Фиг. 6А) переднего плавно изогнутого лонжерона 26а предпочтительно образует несущую стенку 84а (см. Фиг. 6А, 7А) области 28 топливной емкости (см. Фиг. 6А, 7А) вдоль границы 29d топливной (см. также Фиг. 6А, 7А). Так же, как это показано на Фиг. 5А, участок 82b (см. также Фиг. 6А) заднего плавно изогнутого лонжерона 26b предпочтительно образует несущую стенку 84b (см. Фиг. 6А, 7А) области 28 топливной емкости (см. Фиг. 6А, 7А) вдоль границы 29b топливной емкости (см. также Фиг. 6А, 7А). Предпочтительно участки 82а, 82b являются внутренними участками 85 (см. Фиг. 7А) переднего плавно изогнутого лонжерона 26а (см. Фиг. 5А) и заднего плавно изогнутого лонжерона 26b (см. Фиг. 5А).

[0048] В других вариантах осуществления один или более плавно изогнутых лонжеронов 26 (см. Фиг. 5А, 6А) могут быть расположены внутри одной или более областей 28 топливной емкости (см. Фиг. 5А, 6А). Как это показано на Фиг. 5А, промежуточный плавно изогнутый лонжерон 26с расположен около внутреннего участка 86 области 28 топливной емкости, такой как топливный бак 28а.

[0049] Аэродинамическая поверхность 14 (см. Фиг. 5А, 6А, 7А) дополнительно содержит множество нервюр 90 (см. Фиг. 5А, 6А, 7А), присоединенных по существу перпендикулярно и между одним или более плавно изогнутыми лонжеронами 26. Множество нервюр 90 предпочтительно пересекаются с плавно изогнутыми лонжеронами 26. Множество нервюр 90 могут быть сформированы из композитного материала, металлического материала, или другого подходящего для изготовления нервюр материала. Множество нервюр 90 предпочтительно стабилизируют и обеспечивают опору плавно изогнутым лонжеронам 26 (см. Фиг. 5А), и отделяют одну или более областей 28 топливных емкостей (см. Фиг. 5А) внутри аэродинамической поверхности 14 (см. Фиг. 5А).

[0050] Аэродинамическая поверхность 14 (см. Фиг. 7А) дополнительно содержит верхнюю усиленную панель 92а (см. Фиг. 7А) и нижнюю усиленную панель 92b (см. Фиг. 7А). Верхняя и нижняя усиленные панели 92а, 92b покрывают или проложены слоями с одной или более областями 28 топливных емкостей, одним или более плавно изогнутыми лонжеронами 26, и с множеством нервюр 90 между верхней и нижней усиленными панелями 92а, 92b. Верхняя и нижняя усиленные панели 92а, 92b предпочтительно сформированы из композитного материала, но также могут быть сформированы из другого подходящего материала. Множество нервюр 90 могут передавать нагрузку среди плавно изогнутых лонжеронов 26, и верхней и нижней усиленными панелями 92а, 92b.

[0051] Предпочтительно, чтобы один или более плавно изогнутых лонжеронов 26 (см. Фиг. 5А, 6А) не имели бы дискретные изломы 68а, 68b, 68с (см. Фиг. 4А), и были бы изогнуты плавно. Используемый в настоящем документе термин "плавно изогнутый лонжерон" включает лонжерон с одним или более по существу прямыми участками, соединенными одним или более плавно изогнутыми участками, т.е. плавными изгибами, а также включает лонжерон с одним плавным изгибом с постоянным неменяющимся радиусом. Используемый в настоящем документе термин "плавно изогнут" и "плавный изгиб" означает изгиб без изломов, разрывов, резких изменений в направлении, или изменений углов, и/или в котором все изгибы или изогнутые участки присоединены по существу к прямым участкам, расположенным по касательной линии к изгибам или изогнутым участкам. Эта плавно изогнутая конструкция может давать улучшенное распределение нагрузок по множествам нервюр 90, и по верхней и нижней усиленным панелям 92а, 92b, по сравнению с распределение нагрузок существующих или известных искривленных лонжеронов 66 (см. Фиг. 4А), которые дают концентрацию нагрузок в области дискретных изломов 68а, 68b, 68с (см. Фиг. 4А). Кроме того, плавно изогнутые верхняя и нижняя усиленные панели 92а, 92b могут быть легче, поскольку цельный плавно изогнутый лонжерон 26, вместо изгиба назад за счет дискретных изломов 68а, 68b, 68с (см. Фиг. 4А), может быть изогнут назад с постоянным большим радиусом, т.е. радиус лонжеронного сегмента обладает размером от 4000 до 5000 дюймов.

[0052] На Фиг. 5В показаны осевые сечения 80 для осей x, у и z трехмерной системы координат, связанной с плавным изгибом 76 контуров 78а, 78b, 78с плавно изогнутых лонжеронов, переднего плавно изогнутого лонжерона 26а, заднего плавно изогнутого лонжерона 26b и промежуточного плавно изогнутого лонжерона 26с, соответственно, по Фиг. 5А. Осевые сечения 80 включают продольное направление 80а по оси x, поперечное направление 80b по оси y и вертикальное направление 80с по оси z. Вертикальное направление 80с по оси z проходит через крыло 18а летательного аппарата, и на Фиг. 5В показана только точка вертикального направления 80с по оси z, а не сама ось z. Продольное направление 80а по оси x (т.е. продольная ось) по существу является осью, продолжающейся через фюзеляж 12 (см. Фиг. 1) воздушного транспортного средства 10 (см. Фиг. 1) от хвостового оперения 16 (см. Фиг. 1) до носовой части 13 (см. Фиг. 1) обычного направления полета. Поперечное направление 80b по оси у (т.е. поперечная ось или ось тангажа) по существу представляет собой ось, параллельную крыльям 18 (см. Фиг. 1) воздушного транспортного средства 10 (см. Фиг. 1). Вертикальное направление 80с по оси z (т.е. ось рыскания) по существу представляет собой ось, продолжающуюся перпендикулярно продольному направлению 80а по оси x и поперечному направлению 80b по оси у.

[0053] На Фиг. 6А показан вид сверху в сечении другого варианта осуществления аэродинамической поверхности 14, например, в виде аэродинамической поверхности 14d, по настоящему изобретению, показывающий плавно изогнутые лонжероны 26, формирующие область 28 топливной емкости, такой как топливный бак 28а, с уменьшенным объемом по сравнению с областью 28 топливной емкости с искривленными лонжеронами 66 по Фиг. 4А. Аэродинамическая поверхность 14d предпочтительно имеет форму крыла 18 летательного аппарата, например, крыла 18 с летательного аппарата. Как показано на Фиг. 6А, аэродинамическая поверхность 14d, например, в виде крыла 18с летательного аппарата, содержит одну или более областей 28 топливной емкости, такой как топливный бак 28а, расположенной внутри аэродинамической поверхности 14d, причем область 28 топливной емкости имеет границы 29а, 29b, 29с, 29d топливной емкости.

[0054] Как дополнительно показано на Фиг. 6А, аэродинамическая поверхность 14d, например, в виде крыла 18с летательного аппарата, дополнительно содержит один или более плавно изогнутых лонжеронов 26, каждый имеет первый конец 72а и второй конец 72b, и они включают один из переднего плавно изогнутого лонжерона 26а, заднего плавно изогнутого лонжерона 26b или промежуточного плавно изогнутого лонжерона 26с. Как дополнительно показано на Фиг. 6А, плавно изогнутые лонжероны 26 могут быть присоединены к секции 12а фюзеляжа 12 и продолжаться от фюзеляжа 12 в продольном направлении 77 к оконечному участку 22. Для варианта осуществления, показанного на Фиг. 6А, передний плавно изогнутый лонжерон 26а и задний лонжерон 26b расположены ближе к оконечному участку 22, чем промежуточный плавно изогнутый лонжерон 26с, который может обладать вторым концом 72b, оканчивающимся около внутреннего участка 86 области 28 топливной емкости. Предпочтительно передний плавно изогнутый лонжерон 26а и задний плавно изогнутый лонжерон 26b продолжаются в продольном направлении 77 через и наливную секцию 102 (см. Фиг. 7А) аэродинамической поверхности 14, содержащий область 28 топливной емкости, и через сухую секцию 104 (см. Фиг. 7А) аэродинамической поверхности 14 (см. Фиг. 7А), не содержащий области 28 топливной емкости.

[0055] В альтернативном варианте плавно изогнутые лонжероны 26 могут быть присоединены к соответствующей аэродинамической поверхности 14, например, в виде крыла 18 летательного аппарата, расположенной на другой стороне летательного аппарата 11, посредством соединительной системы (