САМОЛЕТ, В ЧАСТНОСТИ САМОЛЕТ БОЛЬШОЙ ВМЕСТИМОСТИ Российский патент 1999 года по МПК B64C1/20 B64D11/00 

Изобретение касается самолета, в частности, самолета большой вместимости, по меньшей мере с двумя расположенными друг над другом этажами, в котором по меньшей мере на этаже, пол которого расположен ближе всего к нижней оболочке фюзеляжа, расположены пассажирские салоны и/или системы сервисного обслуживания.

Увеличение провозной способности пассажиров самолетами является при постоянно увеличивающихся ожидаемых объемах перевозок проблемой, решением которой усиленно занимаются самолетостроители.

Из статьи "Новое открытие второго этажа" Герда Хелера в газете "Франкфуртер Рундшау" от 28.10.89 г. известны решения этой проблемы благодаря использованию нижнего этажа не только в качестве грузового отсека, но и для перевозки пассажиров и для размещения систем сервисного обслуживания. Так, одним самолетостроителем предлагается оборудовать пассажирские салоны на этаже, пол которого ближе всего подходит к нижней оболочке (в дальнейшем названный нижним этажом), в виде панорамного этажа.

Из патента ФРГ 4300877.1 известно оборудование на нижнем этаже отсеков для отдыха пассажиров или экипажа и/или перенос в эту часть самолета систем сервисного обслуживания как, например, санитарного оборудования или систем жизнеобеспечения.

Известен самолет большой вместимости, содержащий оболочку фюзеляжа, в которой расположены друг над другом двумя этажами пассажирские салоны и системы сервисного обслуживания (патент США 4925132, B 64 C 1/10, 1990).

Известен также самолет, в нижней зоне оболочки фюзеляжа которого расположен поглощающий энергию узел (патент США 3090580, B 64 C 1/20, 1963).

Известен также самолет, в частности самолет большой вместимости, содержащий оболочку фюзеляжа, в которой расположены друг над другом этажами пассажирские салоны и/или системы сервисного обслуживания (заявка DE 4116524, A1, B 64 C 1/20, 1992).

Существенный недостаток этих решений заключается в том, что нижние этажи не могут использоваться длительное время. Еще нет достаточной безопасности для людей во время взлета и посадки, так как при аварийных посадках в известных до сих пор решениях энергия соударения поглощается в большинстве случаев в результате деформации нижней структуры фюзеляжа только в зоне грузового отсека. Таким образом, в этих решениях невозможно оборудовать используемые длительное время пассажирские салоны (в последующем сюда относятся также системы сервисного обслуживания) на нижнем этаже, так как при аварийной посадке структура ослабевает, вряд ли имеется отсек для выживания и нельзя избежать ранений и смертельных случаев людей.

Технический результат заявленного самолета состоит в увеличении потенциала использования вместимости нижнего этажа таким образом, чтобы пассажирские салоны или системы сервисного обслуживания можно было использовать также во время взлета и посадки, и чтобы сохранялось достаточно пространства для выживания пассажиров при аварийных посадках.

Для достижения указанного технического результата самолет снабжен наружным и внутренним поглощающими энергию узлами, расположенными на нижней части конструкции фюзеляжа под пассажирскими салонами и/или системами сервисного обслуживания, соответственно снаружи и внутри оболочки фюзеляжа.

В частности, предпочтительным является то, что образующаяся в случае аварийной посадки энергия соударения поглощается контролировано и таким образом значительно повышаются шансы выживания людей, так как сохраняется необходимое для выживания пространство.

Кроме того, предпочтительным является то, что с использованием поглощающего энергию унифицированного узла нижний этаж в самолетах может длительное время, т. е. также во время взлета и посадки, использоваться для размещения людей.

Усовершенствование и целесообразные варианты выполнения вытекают из пунктов 2-21 формулы изобретения.

В частности, достигается преимущество, заключающееся в том, что поглощающий энергию унифицированный узел может быть закреплен на существующих структурах фюзеляжа и в соответствии с расположением пассажирских салонов в нижнем этаже его расположение может изменяться.

Дополнительно размещенный модуль поглотителя энергии, например, в виде основания в полу нижнего этажа, предпочтительно способствует поглощению части энергии соударения в направлении, перпендикулярном продольной оси самолета.

Благодаря углублениям в поглощающем энергию модуле реализовано то, что это не мешает работе расположенных на фюзеляже самолета конструктивных узлов, обусловленных системой.

Благодаря использованию волокнистого многослойного материала в качестве материала для поглощающего энергию унифицированного узла обеспечена необходимая в самолетостроении облегченная конструкция.

Кроме того, предпочтительным является то, что благодаря использованию полых пространств для формования внутри поглощающего энергию унифицированного узла полостей для дополнительного топливного бака увеличивается заправочная емкость и тем самым может достигаться увеличение дальности полета самолета.

На фиг. 1 представлено изображение в перспективе самолета спереди,
на фиг. 2 - изображение в перспективе хвостовой части самолета,
на фиг. 3 - изображение самолета в разрезе перпендикулярно продольной оси самолета в зоне крыльев,
на фиг. 4 - изображение самолета в разрезе перпендикулярно продольной оси самолета в зоне поглощающего энергию унифицированного узла,
на фиг. 5 - изображение в разрезе поглощающего энергию унифицированного узла и
на фиг. 6 - структура слоя скольжения.

На фиг. 1 и 2 видны в перспективе возможные варианты расположения поглощающего энергию унифицированного узла 5 на самолете 1.

Расположение поглощающего энергию унифицированного узла 5 в зоне нижней половины фюзеляжа зависит в основном от расположения пассажирских салонов в зоне нижнего этажа самолета 1. Поглощающий энергию унифицированный узел 5 закреплен приблизительно вертикально под предусмотренными для пассажиров отсеками, чтобы воспринимать возникающие при аварийных посадках нагрузки приблизительно в направлении, перпендикулярном продольной оси самолета и контролировано поглощать энергию соударения.

На фиг. 1 представлено изображение в перспективе самолета 1 спереди. Поглощающий энергию унифицированный узел 5 закреплен на фюзеляже 2, в передней зоне фюзеляжа приблизительно от носовой части 3 и приблизительно до необходимых для основного шасси углублений 6 в фюзеляже 2, названной обтекателем фюзеляжа. Поглощающий энергию унифицированный узел 5 установлен снаружи фюзеляжа 2 в зоне нижней оболочки 7 фюзеляжа таким образом, что его наружный контур выполнен в виде утолщения в форме корытообразной камеры под существующим фюзеляжем 2 благоприятно с точки зрения аэродинамики обычным в технике самолетостроения образом.

В этом варианте выполнения в носовой части предусмотрено расположение пассажирских салонов на нижнем этаже. В этой зоне под существующей структурой фюзеляжа расположен поглощающий энергию унифицированный узел 5. Для находящихся на нижнем этаже в хвостовой части грузовых отсеков предусмотрено поглощение энергии соударения известным в самолетостроении образом с помощью конструкции фюзеляжа.

На фиг. 2 в перспективе изображена хвостовая часть 4 самолета 1. В этом варианте выполнения поглощающий энергию унифицированный узел 5 расположен в основном в задней зоне фюзеляжа приблизительно от углублений для главного шасси и приблизительно до хвостовой части 4. Наружный контур поглощающего энергию унифицированного узла 5 выполнен в соответствии с известными в самолетостроении условиями обтекания и как описано в связи с фиг. 1.

В этом представленном варианте выполнения в хвостовой зоне предусмотрено расположение на нижнем этаже пассажирских салонов. В этой зоне под существующей конструкцией фюзеляжа расположен поглощающий энергию унифицированный узел 5. Для находящихся на нижнем этаже в носовой зоне грузовых отсеков предусмотрено поглощение энергии соударения обычным в самолетостроении образом с помощью конструкции фюзеляжа.

Другим, не показанным на чертеже вариантом выполнения является расположение поглощающего энергию унифицированного узла 5 по всей нижней зоне фюзеляжа. Этот вариант выполнения может быть необходим тогда, когда размеры поглощающего энергию унифицированного узла 5 выбираются в соответствии с воспринимаемой энергией соударения и/или когда предусмотрено расположение пассажирских салонов на всем нижнем этаже.

Крепление поглощающего энергию унифицированного узла 5 на нижней оболочке 7 фюзеляжа может быть реализовано с помощью соответствующих технологий крепления, например путем соединения винтами и/или склеивания.

Во всех описанных выше вариантах выполнения необходимо принимать во внимание обусловленные системой размещения, например, створок для ниш шасси, аварийных люков и запасных выходов, и принимать соответствующие конструктивные меры, предпочтительно наличие углублений 11a или 11b в поглощающем энергию унифицированном узле 5.

На фиг. 3 и 4 соответственно представлен разрез самолета перпендикулярно продольной оси самолета.

Фиг. 3 показывает спроецированную торцовую поверхность известного самолета с нишами 6, 6' в зоне главного шасси.

На фиг. 4 показан фюзеляж 2 с расположенным на нем поглощающем энергию унифицированным узлом 5 в разрезе. Нижняя оболочка 7 фюзеляжа служит в качестве поверхности для присоединения поглощающего энергию унифицированного узла 5. Для расположенного на нижнем этаже пассажирского салона 9 надлежащим образом предусмотрены иллюминаторы 8, 8'.

Так уже существует утолщение фюзеляжа 2, которое вызвано необходимым для главного шасси нишами 6, 6' (смотри фиг. 3), поглощающий энергию унифицированный узел 5 не является причиной увеличения спроецированной торцовой поверхности фюзеляжа 2 и таким образом аэродинамическое сопротивление самолета изменяется лишь незначительно.

Дополнительно к наружному поглощающему энергию унифицированному узлу 5 предпочтительно располагать под пассажирским салоном 9 по меньшей мере один энергопоглощающий модуль 10 внутри нижней оболочки 7 фюзеляжа. Предпочтительной конструкцией является энергопоглощающее основание 10a, которое в пассажирском салоне 9 одновременно служит в качестве пола. Известные в самолетостроении амортизирующие элементы размещаются внутри пола и предназначены для восприятия части возможно появляющейся энергии соударения. Восприятие другой части энергии соударения предусмотрено с помощью повышающих жесткость конструкции конструктивных элементов 10b, размещенных внутри нижней части конструкции фюзеляжа. Повышающие жесткость конструкции конструктивные элементы 10b расположены под пассажирским салоном 9.

На фиг. 5 в разрезе показана половина поглощающего энергию унифицированного узла 5. Она состоит в основном из верхней части 12 корпуса и нижней части 13 корпуса, которые окружают амортизирующий пакет 14. Верхняя часть 12 корпуса подогнана к наружному контуру нижней части конструкции 7 фюзеляжа и образует вместе с корытообразной нижней частью 13 корпуса оболочку для амортизирующего пакета 14. Наружный контур нижней части 13 корпуса выполнен известным в технике самолетостроения образом благоприятного с точки зрения аэродинамики.

Верхняя 12 или нижняя 13 части корпуса состоят в основном по меньшей мере из нескольких поглощающих элементов, предпочтительно, из профилей 15 с высокими стенками, которые расположены рядом друг с другом приблизительно параллельно продольной оси самолета. В профили 15 с высокими стенками запрессован или заложен легкий многослойный материал, в частности многослойный материал 16 с сотовым заполнителем. Ось сот расположена предпочтительно в направлении нагрузки приблизительно перпендикулярно продольной оси самолета. С помощью верхнего слоя 17 или 17' и нижнего покровного слоя 18 или 18' зафиксированы внутренние элементы. Предпочтительно эти покровные слои 17, 18 или 17', 18' состоят из слоев волокнистого многослойного материала.

На нижнем покровном слое 18' на нижней части 13 корпуса скользящей слой 19 усиливает поглощающий энергию унифицированный узел 5, чтобы служить в качестве поверхности скольжения в процессе торможения пострадавшего при аварии пассажирского отсека и чтобы тем самым соответствовать требованиям при аварийной посадке благодаря использованию соответствующих материалов или комбинаций материалов.

Предпочтительный вариант выполнения скользящего слоя 19 представлен на фиг. 6. Он состоит в основном из слоев волокнистого многослойного материала, прочность и жесткость которого увеличена с помощью комбинации по меньшей мере из нескольких нормальных слоев 20 волокнистого многослойного материала, по меньшей мере из одного усиленного углеродным волокном слоя слоистого материала 21 и по меньшей мере одного покрытого алюминием слоя 22 волокнистого слоистого материала. Этот скользящий слой 19 служит одновременно в качестве облицовки поглощающего энергию унифицированного узла 5, которая внешне подгоняется к наружному контуру самолета.

Кроме того, на фиг. 5 видно, что обусловленные системой монтируемые элементы как, например, устройства охлаждения 23 наружных поверхностей, могут быть объединены в поглощающий энергию унифицированный узел 5 и в случае аварийной посадки выполняют вместе с ним функцию поглощения энергии соударения. Окруженный верхней 12 и нижней 13 частями корпуса амортизирующий пакет 14, который состоит в основном из поглощающих элементов 24, осуществляет в направлении нагрузки приблизительно перпендикулярно продольной оси самолета основное поглощение энергии соударения. Поглощающие элементы 24, которые в направлении нагрузки приблизительно перпендикулярны к продольной оси самолета, расположены рядом друг с другом на удалении "х" в горизонтальном направлении, могут быть укреплены с боков с помощью тканевых лент 25, состоящих, в частности, из усиленных углеродными волокнами или стекловолокнами слоев, и фиксируются на верхней 12 и нижней 13 частях корпуса таким образом, что они не изгибается в сторону под воздействием продольной нагрузки и осуществляют поглощение энергии в направлении нагрузки. Дополнительный опорный материал как, например, пеноматериал или многослойный материал с сотовым заполнителем, может придать дополнительную жесткость между поглощающими элементами 24 в полых пространствах для ниш 27. При использовании многослойного материала с сотовым заполнителем оси сот расположены предпочтительно горизонтально относительно расположенного приблизительно перпендикулярно к продольной оси самолета направления нагрузки, чтобы добиться большой жесткости поглощающих элементов 24.

Предпочтительным является по меньшей мере частичное использование полых пространств 27 в качестве дополнительного топливного бака в других возможных вариантах выполнения, чтобы увеличить заправочную емкость топливом на борту самолета.

Поглощающие элементы 24 состоят предпочтительно из амортизирующего материала 26, изготавливаемого из слоев волокнистого слоистого материала, которые имеют такую структуру, что они могут воспринимать нагрузки приблизительно в направлении, перпендикулярном оси самолета. В других вариантах выполнения возможно исполнение поглощающих элементов 24 из металлических профилей.

Самолет содержит оболочку фюзеляжа, в которой расположены друг над другом этажами пассажирские салоны и/или системы сервисного обслуживания, наружный поглощающий энергию узел и поглощающий энергию модуль, расположенный на нижней части конструкции фюзеляжа под салонами и/или системами сервисного обслуживания. Наружный поглощающий энергию узел расположен главным образом снаружи фюзеляжа. Изобретение направлено на увеличение использования нижнего этажа в самолете, а также на повышение безопасности при взлете и при аварийных вынужденных посадках. 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Самолет большой вместимости, содержащий оболочку фюзеляжа, в которой расположены друг над другом этажами пассажирские салоны и/или системы сервисного обслуживания, отличающийся тем, что он снабжен наружным поглощающим энергию узлом и по крайней мере одним поглощающим энергию модулем, расположенными на нижней части конструкции фюзеляжа под салонами и/или системами сервисного обслуживания, соответственно снаружи и внутри оболочки фюзеляжа. 2. Самолет по п.1, отличающийся тем, что наружный поглощающий энергию узел расположен главным образом снаружи фюзеляжа. 3. Самолет по п.1 или 2, отличающийся тем, что наружный поглощающий энергию узел расположен в соответствии с расположением пассажирских салонов и/или систем сервисного обслуживания на самом нижнем этаже вертикально под ними. 4. Самолет по пп.1 - 3, отличающийся тем, что поглощающий энергию модуль расположен внутри нижней части конструкции фюзеляжа вертикально под пассажирскими салонами и/или системами сервисного обслуживания. 5. Самолет по п.4, отличающийся тем, что поглощающий энергию модуль выполнен в полу, который ближе всего расположен к нижней оболочке фюзеляжа, в виде поглощающего энергию пола. 6. Самолет по п.4 или 5, отличающийся тем, что поглощающий энергию модуль образован по меньшей мере из увеличивающих жесткость конструктивных элементов. 7. Самолет по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что в наружном поглощающем энергию узле предусмотрены углубления, предназначенные для размещения створок носового и основного шасси, а также створок сервисного обслуживания или запасных выходов. 8. Самолет по пп. 1 - 7, отличающийся тем, что наружный поглощающий энергию узел объединен с элементами устройств охлаждения наружных поверхностей. 9. Самолет по пп. 1 - 8, отличающийся тем, что наружный поглощающий энергию узел имеет корпус, состоящий главным образом из подогнанной к наружному контур фюзеляжа верхней части и нижней части, наружный контур которой выполнен обтекаемой формы, и амортизирующий пакет, окруженный верхней и нижней частями корпуса, а на наружном контуре нижней части расположен скользящий слой. 10. Самолет по пп.1 - 9, отличающийся тем, что наружный поглощающий энергию узел закреплен на нижней части оболочки фюзеляжа путем соединения винтами и/или склеивания. 11. Самолет по пп.1 - 10, отличающийся тем, что верхняя и нижняя части указанного корпуса состоят главным образом из поглощающих энергию элементов в виде профилей с высокими стенками, в которые заложен легкий слоистый материал, а также верхний и нижний покровные слои. 12. Самолет по п.11, отличающийся тем, что легкий слоистый материал выполнен с сотовым заполнителем, оси сот которого расположены в направлении нагрузки перпендикулярно продольной оси самолета. 13. Самолет по п.11, отличающийся тем, что каждый указанный покровный слой усилен скользящим слоем, состоящим в основном из слоев волокнистого слоистого материала, усиленного углеродными волокнами слоистого материала, и по меньшей мере из одного покрытого алюминием наружного слоя волокнистого слоистого материла. 14. Самолет по пп.9 - 13, отличающийся тем, что амортизирующий пакет состоит из поглощающих элементов, которые расположены в направлении нагрузки перпендикулярно к продольной оси самолета на расстоянии друг от друга в горизонтальном направлении. 15. Самолет по п.14, отличающийся тем, что жесткость поглощающих элементов усилена с боков тканевыми лентами, при этом по меньшей мере одно, имеющееся между поглощающими элементами, полое пространство заполнено опорным материалом - пеноматериалом - или материалом с сотовым заполнителем, а поглощающие элементы зафиксированы на верхней и нижней частях корпуса. 16. Самолет по п. 15, отличающийся тем, что тканевые ленты состоят из усиленных стекловолокнами или углеродными волокнами слоев. 17. Самолет по пп.1 - 16, отличающийся тем, что между наружным поглощающим энергию узлом и поглощающим энергию модулем образовано полое пространство, которое предназначено для использования в качестве топливного бака. 18. Самолет по пп.11 - 17, отличающийся тем, что поглощающие элементы предпочтительно состоят из волокнистого слоистого материала. 19. Самолет по пп.11 - 17, отличающийся тем, что поглощающие элементы предпочтительно состоят из металлических профилей. 20. Самолет по п.18, отличающийся тем, что поглощающие элементы изготовлены из волокнистого слоистого материала и имеют структуру, воспринимающую нагрузки в направлении, перпендикулярном продольной оси самолета. 21. Самолет по пп.1 - 20, отличающийся тем, что имеет основное шасси, которое в выпущенном состоянии может поглощать энергию.