СОЕДИНЕНИЕ КРЫЛА И ФЮЗЕЛЯЖА Российский патент 2000 года по МПК B64C1/26 

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкции соединения среднерасположенного по высоте кессонного или моноблочного крыла с фюзеляжем.

Соединение крыла и фюзеляжа является одной из самых нагруженных зон конструкции планера, в которой происходит передача больших по величине усилий с крыла на силовые элементы фюзеляжа. Известна конструкция, в которой кессонная часть крыла не прерывается внутри фюзеляжа (Michael C. Y. Niu. Airframe Structural Design. Hong Kong: Conmilit Press LTD, 1988, p. 406., fig. 11.5.1 (d)). Соединение крыла с фюзеляжем осуществляется путем крепления каждого лонжерона крыла к соответствующему силовому шпангоуту фюзеляжа.

Недостатками известной конструкции являются:
- резкое ухудшение компоновочных характеристик фюзеляжа, практически исключающее использование схемы среднеплан для пассажирских и транспортных самолетов (Авиация. Энциклопедия. М.: Большая российская энциклопедия. 1994 г., с. 357.);
- высокая интенсивность усилий в зоне соединения;
- снижение ресурса конструкции в зоне соединения;
- наличие слабо нагруженных стенок лонжеронов на участке между бортами фюзеляжа;
- повышенная масса конструкции.

Известна конструкция соединения крыла и фюзеляжа, выбранная в качестве прототипа, в которой кессон крыла ограничен бортом фюзеляжа, силовые шпангоуты фюзеляжа соединены с лонжеронами крыла, а панели обшивки фюзеляжа - с панелями кессона крыла (Michael C.Y. Niu. Airframe Structural Design. Hong Kong: Conmilit Press LTD, 1988, fig. 11.5.1(c); Итоги науки и техники. Авиастроение. Т.2, ч. II. М.: ВИНИТИ, 1976 г., рис. 132).

Недостатками известной конструкции являются:
- наличие поперечного стыка крыла с фюзеляжем в сильно нагруженной зоне около борта фюзеляжа, что приводит к снижению ресурса и увеличению массы конструкции;
- передача нагрузок с крыла на фюзеляж эффективна лишь для самолетов интегральной схемы. При достаточно большом, по сравнению со строительной высотой крыла, вертикальном размере сечения фюзеляжа боковые панели фюзеляжа и панели крыла расположены под углом, близким к прямому. Их взаимодействие при передаче нормальных сил, действующих в панелях крыла, не эффективно.

Поставлена задача разработать такое соединение кессонного или моноблочного крыла и фюзеляжа в схеме среднеплан, которое обеспечит повышение эффективности самолета за счет лучшего использования внутреннего объема фюзеляжа, снижения массы и повышения ресурса конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в соединении крыла и фюзеляжа, осуществляемом креплением кессона крыла к силовым шпангоутам фюзеляжа, согласно изобретению, кессон каждого полукрыла, пересекая боковые панели обшивки фюзеляжа, продлен внутрь фюзеляжа на расстояние, ограниченное шириной функционального отсека фюзеляжа. Все шпангоуты фюзеляжа, расположенные на участке кессона крыла, выполнены силовыми, а верхние и нижние панели обшивки кессона каждого полукрыла соединены внутри фюзеляжа со стенками силовых шпангоутов непрерывными или многоточечными швами. Строительные высоты шпангоутов также ограничены шириной функционального отсека фюзеляжа, которая определяется требованиями компоновки самолета.

Соединение обеспечивает передачу больших нормальных сил с панелей кессона крыла на фюзеляж в распределенном виде и, как следствие, более высокий ресурс и меньшую массу конструкции. Функциональный отсек фюзеляжа остается свободным от элементов конструкции крыла.

Таким образом, заявляемый способ соединения крыла и фюзеляжа соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими защищенными патентами техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлено поперечное сечение центральной части планера самолета,
на фиг. 2 представлено сечение A-A,
на фиг. 3 представлено сечение Б-Б,
на фиг. 4 представлен узел A на фиг. 1.

Кессон 1 каждого полукрыла продлен внутрь фюзеляжа на расстояние, ограниченное функциональным отсеком 2. Все шпангоуты 3, расположенные на участке кессона 1, выполнены силовыми, их строительные высоты также ограничены шириной функционального отсека 2 фюзеляжа. Кессон 1 каждого полукрыла имеет бортовую 4 и корневую 5 нервюры. Части шпангоутов 3, расположенные над кессонами и под кессонами 1 каждого полукрыла, соединены между собой через стенки лонжеронов 6 или через специальные стенки 7, установленные в кессонах 1 между бортовыми 4 и корневыми 5 нервюрами. Соединение верхних и нижних панелей обшивки кессонов 1 со стенками шпангоутов 3 выполнено посредством деталей 8, а с обшивкой 9 фюзеляжа - посредством профилей 10. Стенки 6 и 7 соединены с бортовыми нервюрами 4 стойками 11. Все соединения осуществлены непрерывными или многоточечными швами. На фигурах 1...3 швы показаны жирными линиями.

Детали 8 передают в распределенном виде на стенки силовых шпангоутов 3 нормальные усилия, действующие в панелях обшивки кессонов 1 от изгиба крыла.

Стойки 11 передают перерезывающие силы со стенок лонжеронов 6 на силовые шпангоуты 3.

Профили 10 передают на обшивку 9 фюзеляжа усилия в панелях обшивки кессонов 1, действующие вдоль оси фюзеляжа.

Заявляемое для признания изобретением соединение крыла с фюзеляжем обеспечивает новый технический эффект, заключающийся в:
- лучшем использовании внутреннего объема фюзеляжа в схеме среднеплан за счет исключения центральной части кессона центроплана из конструкции крыла и использования освободившегося объема для увеличения функционального отсека фюзеляжа;
- расширении возможностей для выбора рационального размещения крыла по высоте фюзеляжа;
- снижении массы и повышении ресурса конструкции за счет уменьшения усилий, передаваемых силовыми шпангоутами фюзеляжа, соединенными с лонжеронами крыла, путем включения в работу всех шпангоутов, расположенных на участке кессона крыла и, как следствие, снижения концентрации усилий в силовых шпангоутах; снижения концентрации усилий в корневой части крыла в зонах около лонжеронов; отсутствия слабо нагруженных в известных конструкциях стенок лонжеронов центральной части кессона центроплана, исключенной из конструкции крыла в предлагаемом решении.

Наибольший эффект от использования заявляемого решения может быть достигнут для летательных аппаратов, у которых ширина поперечного сечения фюзеляжа больше его высоты, например для летательных аппаратов с аэродинамически несущими фюзеляжами.

Изобретение относится к авиационной технике. Крыло крепят к силовым шпангоутам 3 фюзеляжа. При этом кессон 1 каждого полукрыла, пересекая боковые панели обшивки фюзеляжа, продлен внутрь фюзеляжа на расстояние, ограниченное шириной функционального отсека 2 фюзеляжа. Все шпангоуты 3 фюзеляжа, расположенные на участке кессона 1 крыла, выполнены силовыми. Строительные высоты боковин силовых шпангоутов 3 ограничены шириной функционального отсека 2 фюзеляжа. Верхние и нижние панели обшивки кессона 1 каждого полукрыла соединены внутри фюзеляжа со стенками боковин силовых шпангоутов 3 непрерывными или многоточечными швами. Предложенная конструкция позволяет расширить выбор рационального размещения кессонного крыла по высоте фюзеляжа, использовать внутренний объем фюзеляжа в схеме среднеплан за счет исключения центральной части кессона центроплана из конструкции крыла для увеличения функционального отсека фюзеляжа. 4 ил.

Соединение крыла и фюзеляжа, осуществляемое креплением крыла к силовым шпангоутам фюзеляжа, отличающееся тем, что кессон каждого полукрыла, пересекая боковые панели обшивки фюзеляжа, продлен внутрь фюзеляжа на расстояние, ограниченное шириной функционального отсека фюзеляжа, все шпангоуты фюзеляжа, расположенные на участке кессона крыла, выполнены силовыми, строительные высоты их боковин также ограничены шириной функционального отсека фюзеляжа, а верхние и нижние панели обшивки кессона каждого полукрыла соединены внутри фюзеляжа со стенками боковин силовых шпангоутов непрерывными или многоточечными швами.