СИЛОВОЙ УЗЕЛ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1995 года по МПК B64C3/24 

Изобретение относится к конструкции планера самолета и может быть использовано при проектировании узлов конструкций, воспринимающих сосредоточенные нагрузки и подверженных интенсивному нагреву. Известна конструкция крепления к продольной балке кронштейна, нагруженного поперечной силой [1] В известном устройстве имеются пересекающиеся продольная и поперечная балки и монолитный кронштейн, закрепленный к ним в месте пересечения балок.

Известная конструкция имеет следующие недостатки при работе в условиях нагрева:
1. В плоских стенках балок возникнут температурные напряжения и коробление;
2. Градиент массы в самом кронштейне за счет наличия стенок, приливов и ребер влечет за собой температурные напряжения и коробление кронштейна;
3. Фитинги, усиливающие место крепления кронштейна к каркасу, приводят к увеличению массы каркаса.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является конструкция силового узла летательного аппарата, содержащего кронштейн в виде фермы, включающий в себя два шарнирно соединенных между собой звена и закрепленный к конструкции в месте пересечения продольной и поперечной балок, каждая из которых имеет два пояса и соединяющую их стенку, причем пояса выполнены плоскими с отбортовками, а стенки гофрированными и пояса со стенками соединены при помощи угольников, продольная балка подвешена встык к поперечной, кроме того, пояса поперечной балки расположены между поясами продольной балки и пояса обеих балок соединены между собой в месте их пересечения при помощи кронштейна [2]
Недостатком известной конструкции является сложность закрепления кронштейна в виде фермы в месте пересечения продольной и поперечной балок, а также необходимость изменения конструкции этого места при организации проушин для закрепления звеньев фермы кронштейна в указанном месте.

Целью изобретения является уменьшение весовых затрат и повышение надежности путем обеспечения необходимой прочности и жесткости конструкции с одновременным обеспечением ее податливости при нагревании.

Для достижения этой цели силовой узел конструкции летательного аппарата содержит кронштейн в виде фермы, включающий в себя два шарнирно соединенных между собой звена и закрепленный к конструкции в месте пересечения продольной и поперечной балок, каждая из которых имеет два пояса и соединяющую их стенку, причем пояса выполнены плоскими, а стенки гофрированными, и пояса со стенками соединены при помощи угольников, продольная балка подведена встык к поперечной, кроме того, пояса поперечной балки расположены между поясами продольной балки и пояса обеих балок соединены между собой в месте их пересечения при помощи кронштейна, гофрированная стенка поперечной балки вырезана в месте пересечения балок, в котором установлены два соединенных между собой профиля корытообразного сечения с отбортовками с образованием профиля замкнутого контура, один из вышеуказанных профилей соединен со стенкой продольной балки при помощи дополнительных профилей, а другой в местах отбортовок с двумя швеллерами, расположенными симметрично по обе стороны от профилей корытообразного сечения, у швеллеров полки со свободными краями направлены в противоположные друг от друга стороны, а между профилями корытообразного сечения и швеллерами размещены звенья кронштейна, которые шарнирно соединены с одним из профилей корытообразного сечения и швеллерами, полки со свободными краями одного из профилей корытообразного сечения и швеллеров соединены с гофрированной стенкой поперечной балки при помощи гофрированных профилей, а швеллеры и профили корытообразного сечения соединены с поясами поперечной балки посредством соединительных деталей.

На фиг. 1 изображен силовой узел конструкции летательного аппарата, вид спереди; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 5 сечение Г-Г на фиг. 2; на фиг. 6 сечение Д-Д на фиг. 1; на фиг. 7 сечение Е-Е на фиг. 2.

Силовой узел конструкции летательного аппарата 1 включает в себя следующие детали и конструктивные элементы. Кронштейн 2 выполнен в виде фермы и включает в себя звенья 3, 4, которые шарнирно соединены между собой в узле 5, служащем для восприятия сосредоточенной силы P. Два других узла фермы 6, 7 являются узлами закрепления фермы к каркасу и также выполнены шарнирными. Звенья фермы выполнены в виде стержней, Ось кронштейна является его осью симметрии. Узлы фермы 6, 7 закреплены к каркасу в месте пересечения продольной 8 и поперечной 9 балок, каждая из которых имеет два пояса 10 и 11, соединяющие их гофрированные стенки 12 и 13. Пояса со стенками соединяются при помощи соединительных профилей 14, 15. Пояса 10, 11 балок соединены между собой деталями 16 для обеспечения передачи горизонтальных составляющих силы P, направленных вдоль оси ОХ, на пояса 11 продольной балки.

В месте закрепления узлов фермы 6, 7 к каркасу гофрированная стенка 12 поперечной балки разорвана и в разрыв установлен профиль корытообразного сечения 17, свободные полки 18, 19 которого направлены в противоположные стороны, а стенки 20, 21 параллельны между собой. К свободным полкам 18, 19 профиля 17 закреплены полки 22, 23 швеллеров 24, 25, которые направлены также в противоположные стороны, а стенки 26, 27 этих швеллеров параллельны стенкам 20, 21 профиля корытообразного сечения 17. Профили 17, 24, 25 соединены с поясами 10 поперечной балки 9 соединительными деталями 28, 29. Детали 29 одновременно усиливают места закрепления шарнирных узлов 6, 7 кронштейна 2. К свободным полкам профиля корытообразного сечения 17 закреплены полки 30, 31 профилированной детали 32, стенка 33 которой закреплена на стенке 13 продольной балки 8. Деталями закрепления являются угольник 34 и профиль зетового сечения 35, который является компенсирующий деталью по причине применения в конструкции стенки 13 продольной балки 8 гофра, корытообразный профиль 17 совместно с профилированной деталью 32 образует профиль замкнутого сечения. Стенка 12 поперечной балки 9 закреплена к корытообразному профилю 17 и швеллерам 24, 25 при помощи гофрированных профилей 36, 37, которые одновременно выполняют функцию компенсаторов и обеспечивают возможность использования в конструкции узла гофрированных стенок с типовым гофром. Профили 36, 37 могут быть съемными для обеспечения возможности монтажа физических осей шарниров 6, 7 и закреплены к поясам 10 поперечной балки соединительными деталями 38, которые для обеспечения монтажа и демонтажа деталей 36, 37 могут быть также съемными.

Сборка силового узла конструкции летательного аппарата производится в следующей последовательности.

Начало сборки осуществляется соединением стенки поперечной балки 12 с профилем корытообразного сечения 17 швеллерами 24, 25, профилированной деталью 32 и соединительными профилями 36, 37. К профилированной детали 32 перед ее установкой в сборку закрепляется угольник 34. Дальше производится соединение вышеуказанной сборки с поясами поперечной балки 10 при помощи соединительных деталей 14, 15, 28, 29, 38. При осуществлении этой технологической операции детали 16 могут быть закреплены к поясам поперечной балки 10.

Далее производится изготовление продольной балки 8 и закрепление ее к поперечной балке 9. Детали 16 могут быть установлены и при соединении продольной балки 8 с поперечной 9, если будут использованы в качестве компенсаторов. После проведения вышеуказанных работ производится сборка кронштейна 2, т. е. соединение звеньев 3, 4 в шарнирном узле 5.

Завершающей технологической операцией является закрепление кронштейна 2 к конструкции, т. е. закрепление к ней шарнирных узлов 6, 7. Во время этой операции возможен демонтаж с последующим окончательным монтажом деталей 36, 37, 38.

Предлагаемое изобретение позволяет создать силовой узел конструкции летательного аппарата, обладающий следующими свойствами, позволяющими ему эффективно работать при интенсивном нагреве конструкции и воздействии на нее действующих нагрузок функционирования;
1. Шарнирный кронштейн, установленный в конструкцию вместо монолитного, обладает податливостью и достаточной прочностью в плоскости ХОУ за счет того, что при интенсивном нагреве, когда происходит удлинение стержней, осуществляется поворот их относительно друг друга в шарнирных узлах крепления к конструкции и в общем шарнире, местоположение которого несколько меняется в пространстве, за счет чего исключаются температурные напряжения и вызванное ими коробление и паразитное нагружение кронштейна.

2. Корытообразный профиль совместно со швеллерами позволяет воспринимать нагрузку составляющими их конструктивными элементами, что позволяет уменьшить интенсивность нагружения каждого элемента и, следовательно, выполнить каждый элемент менее массивным, т. е. более тонкостенным.

3. Профиль замкнутого контура, образованный корытообразным профилем совместно с профилированной деталью, обеспечивает достаточную прочность, жесткость и одновременно податливость конструкции в месте закрепления к ней кронштейна, что позволяет создать тонкостенный узел при достаточной площади поперечного сечения за счет длины периметра профиля замкнутого контура.

4. Конструктивные элементы балок за счет профилирования обеспечивают достаточную прочность и жесткость конструкции при необходимой податливости.

5. Высота стенок корытообразного профиля и швеллеров может меняться, так как не связана с высотой гофров, и при обеспечении тонкостенности элементов указанных профилей создается возможность обеспечения необходимой прочности, жесткости и податливости.

6. Предлагаемая конструкция в целом за счет сочетания определенных конструктивных элементов с максимально уменьшенной массой позволяет в то же время обеспечить в ней минимальный градиент массы, что уменьшает паразитные нагрузки в конструкции и ее коробление за счет уменьшения температурных перепадов.

Изобретение относится к области самолетостроения, в частности к силовым узлам летательного аппарата. Целью изобретения является уменьшение весовых затрат и повышение надежности эксплуатации при обеспечении расчетной прочности и жесткости конструкции за счет реализации одновременной компенсации ее расширения при нагревании. Для достижения цели силовой узел конструкции летательного аппарата включает в себя кронштейн, состоящий из двух шарнирно скрепленных между собой звеньев фермы. К общему шарниру звеньев подводится состредоточенная нагрузка, а два других шарнира являются крепежными, так как служат для закрепления звеньев к конструкции и находятся в месте пересечения продольной и поперечной балок, каждая из которых включает в себя верхний и нижний пояса и гофрированную стенку. Стенки с поясами соединены при помощи профилей. Кронштейн в конструкции закреплен к профилю корытообразного сечения и двум швеллерам. С профилем корытообразного сечения соединена профилированная деталь, которая совместно с ним образует профиль замкнутого контура. Свободные полки профиля корытообразного сечения и полки швеллеров направлены в противоположные стороны. Профилированная деталь соединена со стенкой продольной балки при помощи угольника и профиля зетового сечения, а корытообразный профиль и швеллеры соединены со стенкой поперечной балки при помощи соединительных профилей. Профиль корытообразного сечения, швеллеры и соединительные профили соединены с поясами балок, а пояса балок соединены между собой. Для монтажа и демонтажа осей шарниров соединительные профили и детали, соединяющие их с поясами, могут быть съемными. 7 ил.

СИЛОВОЙ УЗЕЛ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, содержащий кронштейн в виде фермы, включающей в себя два шарнирно соединенных между собой зерна, прикрепленный к месту пересечения продольной и поперечной балок, каждая из которых выполнена в виде гофрированной стенки, соединяющей при помощи угольников два плоских пояса с отбортовками, при этом продольная балка подведена встык к поперечной, пояса которой расположены между поясами продольной балки, причем пояса обеих балок соединены между собой в месте их пересечения при помощи кронштейна, отличающийся тем, что, с целью снижения весовых затрат и повышения надежности эксплуатации при обеспечении расчетных прочности и жесткости конструкции за счет реализации одновременной компенсации ее расширения при нагревании, в нем гофрированная стенка поперечной балки выполнена в месте пересечения с продольной с пазом, в котором установлены два соединенных между собой профиля корытообразного сечения с отбортовками с образованием профиля замкнутого контура, при этом один из профилей соединен со стенкой продольной балки при помощи дополнительных профилей, а другой в местах отбортовок с двумя швеллерами, расположенными симметрично по обе стороны от профилей корытообразного сечения/ полки которых направлены в противоположные друг от друга стороны, при этом между профилями корытообразного сечения и швеллерами размещены звенья кронштейна, шарнирно соединенные с одним из профилей корытообразного сечения и швеллерами, а полки со свободными краями одного из профилей корытообразного сечения и швеллеров соединены с гофрированной стенкой поперечной балки при помощи гофрированных профилей, а швеллеры и профили корытообразного сечения соединены с поясами поперечной балки посредством соединительных деталей.