ДНИЩЕВАЯ ЧАСТЬ ГИДРОСАМОЛЕТА Российский патент 1998 года по МПК B64C35/02 B63B3/26 

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в конструкциях лодок легких гидросамолетов.

Известна днищевая часть быстроходного судна, имеющая килеватую в сечении форму и включающая килевой и скуловой профили, скрепленные флорами шпангоутов, и днищевую панель [1].

Поскольку судно испытывает ударные нагрузки, особенно в носовой части, кроме указанных элементов на днище установлены продольные ребра жесткости (стрингеры) для обеспечения устойчивости сравнительно тонких днищевых панелей.

Недостаток такой конструкции днищевой части - сравнительно большой вес из-за наличия большого количества продольных ребер жесткости и невысокая долговечность, так как на днищевой панели между ребрами жесткости задерживается морская вода и днище подвергается усиленной коррозии. Эти недостатки ограничивают применение подобной конструкции в днищах лодок гидросамолетов.

Известна днищевая часть плоскодонного судна, содержащая килевые и скуловые балки, флоры шпангоутов, обшивку и поперечные балки [2].

Однако такая конструкция может быть использована только на плоскодонном судне, является тяжелой и не отвечающей условиям эксплуатации из-за возможности скопления воды на продольных силовых элементах днища.

Днищевая часть гидросамолета во время посадки на воду испытывает значительные динамические нагрузки по всей длине днищевой части, а не только носовой как для быстроходного судна, поэтому днищевой части придается не только килеватая в сечении, но и лекальная (вогнутая) форма.

Технической задачей изобретения является снижение веса конструкции днищевой части гидросамолета без снижения прочности, а также повышение надежности и увеличение срока службы днища.

Указанная задача решается тем, что в днищевой части гидросамолета, содержащей килевой и скуловой профили, скрепленные флорами шпангоутов, днищевую панель и поперечные ребра жесткости, связанные с килевым и скуловым профилями, поперечные ребра жесткости расположены по одному и равноудаленно между каждыми двумя флорами, а связь их с килевым и скуловым профилями выполнена в виде упругих шарниров.

При этом жесткость поперечного ребра жесткости в 5 - 50 раз меньше средней жесткости флоров шпангоутов, между которыми оно установлено, и монотонно убывает в законцовках до величины жесткости на изгиб полотна днищевой панели в местах стыка ребра с килевым или скуловым профилем, т.е., величины жесткости упругого шарнира.

Упругий шарнир имеет жесткость в 10 - 100 раз меньше жесткости середины поперечного ребра жесткости.

Упругий шарнир может быть выполнен в виде отводной площадки от килевого или скулового профилей или в виде накладной пластины, или в виде утолщения на днищевой панели.

Авторам не известны источники информации, в которых была бы описана днищевая часть, содержащая поперечные ребра жесткости, расположенные по одному равноудаленно между каждыми двумя флорами и связанные с килевым и скуловым профилями посредством упругих шарниров.

Авторам также не известны источники информации, в которых были бы приведены сведения о том, что установка ребер и связь их с элементами конструкции посредством упругих шарниров может позволить снизить вес конструкции без снижения прочности. Поэтому заявленная днищевая часть гидросамолета соответствует критериям "Новизна" и "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан общий вид заявляемой днищевой части гидросамолета; на фиг. 2 - пример закрепления поперечного ребра жесткости, вид днища в плане; на фиг.3 - то же, вид днища в поперечном сечении; на фиг.4 - 6 - примеры конструктивного выполнения упругого шарнира, в частности: на фиг.4 - с использованием отводной площадки на соответствующем килевом или скуловом профиле; на фиг.5 - с использованием накладной пластины; на фиг.6 - с использованием утолщения, выполненного за одно целое с днищевой панелью.

На фиг. 1 - 6 обозначены: килевой профиль 1; скуловой профиль 2; флоры шпангоутов 3; шпангоуты 4; днищевая панель 5; поперечные ребра жесткости 6; соединение упругий шарнир ребра жесткости с килевым профилем 7; соединение упругий шарнир ребра жесткости со скуловым профилем 8; утолщение на днищевой панели 9; отводная площадка 10; накладная пластина 11; бортовая обшивка 12.

Заявленная днищевая часть гидросамолета (фиг.1) содержит килевой профиль 1, скуловой профиль 2, которые соединены между собой флорами 3 шпангоутов 4, днищевую панель 5, прикрепленную к профилям 1 и 2 и флорам 3, на которой между флорами 3 установлены поперечные ребра 6 жесткости, расположенные посредине между флорами. Каждое ребро 6 соединено упругим шарниром 7 с профилем 1 и упругим шарниром 8 с профилем 2 (фиг.2). Крепление днищевой панели 5 к профилям 1 и 2 и флорам 3 осуществляется с помощью заклепок или точечной сваркой. Ребра 6 скреплены с днищевой панелью 5 тоже с помощью заклепок или точечной сваркой. Упругий шарнир 7, через который законцовка ребра 6 соединена с килевым профилем 1, и (или) упругий шарнир 8, через который законцовка ребра 6 соединена со скуловым профилем 2, могут быть выполнены в виде утолщения 9 на днище (фиг.6) или отводной площадки 10 на профиле 1 или 2 (фиг. 4), или в виде накладной пластины 11 (фиг.5). Бортовая обшивка 12 крепится к шпангоутам 4 (фиг.1).

Ребро 6 может быть выполнено из профиля произвольного сечения (уголок, тавр, двутавр, Z-образный). С точки зрения механических свойств, предпочтение следует отдать двутавру или профилю с Z-образным сечением. Законцовка ребра должна иметь плавный срез верхней части профиля до нижней полочки, чтобы было обеспечено плавное снижение жесткости ребра 6 до жесткости на изгиб полотна днищевой панели в местах стыка ребра 6 с профилем 1 или 2, то есть образование упругого шарнира (фиг.2, 3).

Работает днищевая панель следующим образом.

Общая прочность обеспечивается профилями 1 и 2 и флорами 3 шпангоутов 4, а также днищевой панелью 5 и бортовой обшивкой 12. Местная прочность днища обеспечивается за счет кривизны днищевой панели 5 в поперечном сечении и тем, что клетки днищевой панели 5 опираются на профили 1 и 2 и флоры 3. Для снижения концентрации напряжений вдоль флоров 3 и выравнивания распределения напряжений в продольном и поперечном направлениях днищевой панели 5, между флорами 3, посредине на каждой клетке днищевой панели 5 устанавливается поперечное ребро 6, скрепленное с днищевой панелью 5 с помощью заклепок или точечной сварки и соединенное с профилем 1 упругим шарниром 7 и с профилем 2 упругим шарниром 8. Установка ребра 6 между флорами позволяет уменьшить прогиб днищевой панели 5 в продольном направлении и тем самым снизить или даже полностью устранить концентрации напряжений в днищевой панели 5 вдоль флоров 3. Соединение ребра 6 с профилями 1 и 2 с помощью упругих шарниров 7, 8 не препятствует возникновению в днищевой панели 5 цепных напряжений и способствует снижению неравномерности напряжений при динамических нагрузках. При жесткости ребра 6 в 5 - 50 раз меньше жесткости флоров и при снижении жесткости ребра 6 в местах соединения его с профилями 1 и 2 (законцовках) в 10 - 100 раз (т.е. до жесткости гибких шарниров 7, 8) ребро 6 работает под нагрузкой вместе с днищевой панелью 5 и не мешает возникновению цепных напряжений, в результате поле напряжений в днищевой части самолета сглаживается, а значения пиковых напряжений уменьшается. Это позволяет сделать днищевую панель 5 близкой к равнопрочной, снизить вес днищевой части гидросамолета и повысить ее усталостную прочность. Теоретические расчеты показывают, что равнозначную прочность к местным нагрузкам имеют днищевые клетки с четырьмя стрингерами или одним ребром жесткости, и замена стрингеров на ребра жесткости, соединенные с профилями 1 и 2 через упругие шарниры 7, 8, позволяет на 10-15% снизить вес днищевой части гидросамолета без снижения прочности. Отсутствие продольных элементов в заявляемой днищевой части гидросамолета исключает скапливание морской воды на днищевой панели 5, в результате предотвращается преждевременный ее выход из строя из-за ускоренной коррозии.

Использование: изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в конструкциях лодок легких гидросамолетов. Сущность изобретения: днищевая часть гидросамолета содержит килевой и скуловой профили, скрепленные флорами шпаноутов, днищевая панель соединена с килевым и скуловым профилями и флорами. В каждой клетке днищевой панели установлено ребро жесткости, соединенное с килевым и скуловым профилями упругими шарнирами. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Днищевая часть гидросамолета, содержащая килевой и скуловой профили, скрепленные флорами шпангоутов, днищевую панель и поперечные ребра жесткости, связанные с килевым и скуловым профилями, отличающаяся тем, что поперечные ребра жесткости расположены по одному, равноудаленно между каждыми двумя флорами, а связь килевым и скуловым профилями выполнена в виде упругих шарниров. 2. Часть гидросамолета по п.1, отличающаяся тем, что жесткость поперечного ребра жесткости в 5 50 раз меньше средней жесткости флоров шпангаутов, между которыми оно установлено, и монотонно убывает в законцовках до величины жесткости на изгиб полотна днищевой панели в местах стыка ребра с килевым или скуловым профилем, т.е. величины жесткости упругого шарнира. 3. Часть гидросамолета по п.1 или 2, отличающаяся тем, что упругий шарнир имеет жесткость в 10 100 раз меньше жесткости середины поперечного ребра жесткости. 4. Часть гидросамолета по одному из пп.1 3, отличающаяся тем, что упругий шарнир выполнен в виде отводной площадки от килевого или скулового профиля. 5. Часть гидросамолета по одному из пп. 1 3, отличающаяся тем, что упругий шарнир выполнен в виде накладной пластины. 6. Часть гидросамолета по одному из пп. 1 3, отличающаяся тем, что упругий шарнир выполнен в виде утолщения на днищевой панели.