АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ САМОЛЕТА Российский патент 1995 года по МПК H05F1/02 B64D45/02 

Изобретение относится к авиастроению, в частности к аэродинамическим поверхностям, в которых необходимо предусмотреть устройство молниезащиты, и может быть использовано на самолетах всех типов.

Известна аэродинамическая поверхность самолета, содержащая неметаллические панели, силовые элементы и окантовочные профили [1].

Существенным недостатком этой поверхности является отсутствие устройства молниезащиты, что может в случае попадания в нее молнии привести к разрушению неметаллической панели. Так как существуют определенные зоны самолета, в которые возможен разряд молнии в полете (зоны А, Б), а в соответствии с нормами летной годности (ЕНЛГС п.5.14.3 и JAR 25.581) самолет должен быть защищен от катастрофического воздействия молнии, такая аэродинамическая поверхность имеет ограниченную область применения.

Известна также аэродинамическая поверхность самолета, содержащая внешнюю неметаллическую панель, силовые элементы с окантовочными профилями и встроенное во внешнюю неметаллическую панель устройство молниезащиты, выполненное в виде металлических элементов, связанных между собой с образованием единого контура и с металлической конструкцией самолета [2].

В этой аэродинамической поверхности устройство молниезащиты выполнено в виде металлической проволочной сетки, заделанной во внешнюю неметаллическую панель со стороны аэродинамического контура и электрически соединенной с металлической конструкцией самолета. Устройство молниезащиты работает следующим образом: при попадании молнии в поверхность разряд молнии привязывается к металлической сетке как к электропроводящему элементу конструкции, выходящему на аэродинамический контур и взаимодействующему с окружающей средой, и перетекает по ней на металлическую конструкцию самолета, не проникая внутрь неметаллической конструкции и не приводя к ее разрушению.

Недостатками этой аэродинамической поверхности являются:
1. Сложность и дороговизна промышленного изготовления устройства молниезащиты, так как заделка металлической сетки в неметаллическую панель - сложная технологическая операция, требующая специальной оснастки и высокой квалификации исполнителей, что приводит к высокой себестоимости изготовления.

2. Ухудшение качества аэродинамической поверхности. Для улучшения качества поверхности приходится зоны размещения сетки покрывать дополнительным количеством связующего материала, что приводит к существенному увеличению массы агрегата.

3. Ограниченный срок службы, так как при перетекании разряда молнии по металлической сетке, сплетенной из проволоки малого диаметра, из-за больших значений проходящего тока происходят значительное повышение температуры и частичное выгорание сетки, что приводит к снижению эффективности молниезащиты и увеличению вероятности повреждения конструкции композиционной аэродинамической поверхности.

4. Низкая ремонтопригодность. Ремонт и восстановление выгоревших участков металлической сетки очень сложны, так как заделка сетки происходит в процессе формования неметаллической панели.

Цель изобретения - уменьшение массы, повышение качества аэродинамической поверхности, повышение надежности и срока службы, простота и дешевизна промышленного изготовления и высокая ремонтопригодность.

Для этого в известной аэродинамической поверхности самолета, содержащей, по крайней мере, внешнюю неметаллическую панель, силовые элементы с окантовочными профилями и встроенное во внешнюю неметаллическую панель устройство молниезащиты, выполненное в виде металлических элементов, связанных между собой с образованием единого контура и с металлической конструкцией самолета, металлические элементы устройства молниезащиты выполнены в виде окантовочных профилей, а окантовочные профили снабжены внешними законцовками, взаимодействующими с окружающей средой при любом положении аэродинамической поверхности.

Уменьшение массы достигается за счет того, что устройство молниезащиты выполнено в виде окантовочных металлических профилей (обычно эти профили в сочетании с неметаллической панелью выполняются неметаллическими), являющихся силовыми элементами поверхности. Поэтому отсутствуют дополнительные элементы, например металлическая сетка, приводящие к увеличению массы.

Высокое качество аэродинамической поверхности без дополнительного увеличения массы достигается за счет того, что аэродинамическая поверхность свободна от ухудшающей ее качество металлической сетки. Поэтому не требуется дополнительного количества связующего материала для создания требуемого качества поверхности.

Повышение надежности и срока службы достигается за счет того, что металлические окантовочные профили устройства молниезащиты, соединенные между собой с образованием единого контура, образующего проводящий путь к металлической конструкции самолета, являются одновременно и силовыми элементами аэродинамической поверхности, поэтому имеют поперечное сечение, достаточное для того, чтобы при перетекании по ним тока молнии не происходило существенного повышения температуры, приводящего к их выгоранию.

В соответствии с нормами летней годности (ЕНЛГС п.5.14.2) проводящий контур должен иметь поперечное сечение не менее 6 мм² (для меди) или эквивалентную проводимость для другого материала.

Кроме того, наличие у окантовочных профилей внешних законцовок, взаимодействующих с окружающей средой при любом положении поверхности, значительно повышает надежность аэродинамической поверхности, так как обеспечивает с высокой степенью вероятности привязку разряда молнии именно к внешней законцовке одного из окантовочных профилей и защиту неметаллической конструкции. Высокая вероятность попадания молнии в кромку аэродинамической поверхности подтверждается мировой практикой эксплуатации самолетов, в частности анализом статистических данных о поражении самолетов ТУ-104, ТУ-134, ТУ-154 разрядами атмосферного электричества за десятилетний период эксплуатации и испытаниями моделей (М 1:18) самолетов ТУ-204 и ТУ-334 на избирательность разрядов молнии.

Простота и дешевизна промышленного изготовления достигается за счет того, что изготовление и установка устройства молниезащиты в виде окантовочных профилей, являющихся силовыми элементами, не требует специальной оснастки и высокой квалификации и не приводит к усложнению изготовления аэродинамической поверхности.

Высокая ремонтопригодность достигается за счет того, что повреждения трудноремонтируемой неметаллической конструк- ции при разряде молнии не происходит, а восстановление в случае необходимости поврежденных участков металлических окантовочных профилей, входящих в устройство молниезащиты, не представляет сложностей в процессе эксплуатации самолета.

На фиг.1 показана аэродинамическая поверхность самолета, вид сбоку; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1 с изображением аэродинамической поверхности в двух положениях; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - узел I на фиг. 3.

Аэродинамическая поверхность, например щиток 1 воздушного тормоза, расположенный в хвостовой части самолета, состоит из внешней 2 неметаллической и внутренней 3 панелей, продольных 4 и поперечных 5 силовых элементов, кронштейнов 6, шарнирно сочлененных с ответными кронштейнами 7 металлического планера 8 по оси вращения 9 щитка, металлических окантовочных профилей 10, электрически соединенных через перемычки металлизации 11 с планером 8. При этом внешние законцовки 12 окантовочных профилей 10 выходят на аэродинамический контур 13 и взаимодействуют с окружающей средой при любом положении щитка 1. Управление щитком 1 осуществляется с помощью рулевого привода 14, шарнирно с ним соединенного.

Рассмотрим функциональное действие устройства на примере воздушного тормоза, расположенного в хвостовой части самолета.

Воздушный тормоз, выполненный из двух симметрично расположенных щитков, используется для увеличения скорости снижения самолета в основном во время захода на посадку, а также при пробеге.

Применение в конструкции щитка воздушного тормоза композиционных материалов, в том числе неметаллических панелей, позволяет уменьшить массу воздушного тормоза на 15%.

Щиток воздушного тормоза находится в зоне самолета с высокой вероятностью попадания молнии (зона А), и его разрушение от удара молнии может привести к аварийной или катастрофической ситуации в полете. Следовательно, в соответствии с нормами летной годности (ЕНЛГС п.5.14.3 и JAR 25.581) щиток воздушного тормоза, содержащий внешнюю неметаллическую панель, должен иметь устройство молниезащиты.

Для выполнения своего функционального назначения щиток воздушного тормоза с помощью рулевого привода открывается (отклоняется на определенный угол от нейтрального положения), увеличивая аэродинамическое сопротивление и уменьшая скорость самолета.

В рабочем (открытом) положении щитка 1 металлические окантовочные профили 10, входящие в устройство молниезащиты, взаимодействуют с окружающей средой большей частью своей поверхности, и при попадании молнии в щиток 1 ее разряд привязывается к любой открытой зоне одного из окантовочных профилей 10. В связи с тем что окантовочные профили 10 соединены между собой с образованием единого контура, образующего проводящий путь к металлическому планеру 8 через перемычки металлизации 11, ток молнии перетекает на планер 8, не попадая на неметаллическую часть конструкции щитка 1 и не приводя к ее повреждению.

В случае выполнения неметаллическими как внешней, так и внутренней панелей упомянутые окантовочные профили предохраняют от повреждения обе панели.

В нейтральном (закрытом) положении щитка 1 большая часть поверхности законцовочных профилей 10 закрыта от взаимодействия с окружающей средой внешней неметаллической панелью 2 и только внешние законцовки 12 профилей 10 открыты для взаимодействия с окружающей средой. При попадании молнии в щиток 1 ее разряд привязывается к внешней законцовке 12 одного из окантовочных профилей 10 и по проводящему пути, образованному металлическими окантовочными профилями 10, через перемычки металлизации 11 перетекает на металлический планер 8, не попадая на неметаллическую конструкцию и не приводя к ее повреждению. При этом не происходит и повреждения окантовочных профилей 10, так как они имеют поперечные сечения, достаточные для того, чтобы при перетекании по ним тока молнии не происходило существенного повышения температуры, приводящего к их выгоранию.

Таким образом, при любом положении щитка воздушного тормоза обеспечивается выполнение его функционального назначения с высокой степенью надежности в течение длительного срока службы. При этом щиток по сравнению с прототипом проще и дешевле в изготовлении, более ремонтопригоден, имеет меньшую массу и более высокое качество аэродинамической поверх- ности.

Использование: в авиастроении, в частности при создании поверхностей, обеспечивающих защиту от молнии. Сущность изобретения: аэродинамическая поверхность содержит, по крайней мере, внешнюю неметаллическую панель, силовые элементы с окантовочными профилями и устройство молниезащиты, встроенное по внешнюю неметаллическую панель. Устройство молниезащиты выполнено в виде металлических окантовочных профилей, связанных между собой с образованием единого контура. Окантовочные профили снабжены внешним законцовками, взаимодействующими с окружающей средой при любом положении аэродинамической поверхности. 4 ил.

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ САМОЛЕТА, содержащая по крайней мере внешнюю неметаллическую панель, силовые элементы с окантовочными профилями и встроенное во внешнюю неметаллическую панель устройство молниезащиты, выполненное в виде металлических элементов, связанных между собой с образованием единого контура и с металлической конструкцией самолета, отличающаяся тем, что металлические элементы устройства молниезащиты выполнены в виде окантовочных профилей, а окантовочные профили снабжены внешними законцовками, взаимодействующими с окружающей средой при любом положении аэродинамической поверхности.