ПОДВИЖНОЙ ХВОСТОВОЙ СТАБИЛИЗАТОР ДЛЯ САМОЛЕТА Российский патент 2001 года по МПК B64C5/02 B64C5/14 

Изобретение относится к цельноповоротным хвостовым стабилизаторам. Преимущественной областью использования изобретения являются хвостовые стабилизаторы для многорежимных самолетов интегральной аэродинамической компоновки, эксплуатируемых как на сверхзвуковых режимах полета, так и при маневренном полете с дозвуковыми скоростями.

Многорежимность определяет необходимость сочетания в стабилизаторе малой строительной высоты и способность воспринимать и передавать на фюзеляж значительные аэродинамические нагрузки.

Стабилизаторы аналогичного назначения используются на самолетах F-111, F-15, F-16, F-5.

Опубликованная информация (патенты US 4356616 и 4962904) не раскрывает, каким образом указанная проблема разрешается.

Сущность изобретения.

В основу изобретения положено решение задачи минимизации веса при обеспечении достаточной прочности и высоких аэродинамических характеристик.

Для решения этой задачи подвижный хвостовой стабилизатор, содержащий две раздельные половины, состоящие из каркаса с бортовой, промежуточными и крайней нервюрами, передней стенкой и стреловидным лонжероном, а также включающие в себя полуось для навески в хвостовой части фюзеляжа, кронштейн привода, хвостовую и корневую части, согласно изобретению снабжен обтекателем кронштейна привода, установленным на корневой части, расположенной позади полуоси для навески, вторым стреловидным лонжероном, связанным совместно с первым лонжероном через нервюры с передней стенкой, хвостовая часть выполнена с нервюрами, связывающими второй лонжерон с бортовой нервюрой и задней кромкой, корневая часть выполнена с диафрагмами, связывающими боковую стенку и заднюю кромку корневой части с обшивкой, при этом часть каждой половины стабилизатора между передней стенкой и вторым лонжероном выполнена с верхней и нижней панелями клееклепаной конструкции.

Описанная силовая конструкция позволяет не только минимизировать толщину элементов каркаса при сравнительно тонких верхней и нижней панелях и хвостовой обшивке, но и придать необходимую жесткость хвостовому стабилизатору при изгибе в продольном и поперечном направлениях, а также кручении.

В большинстве случаев целесообразно, если бортовая нервюра выполнена с носовой и хвостовой частями. Эти части жестко скреплены с ее средней частью. Средняя часть выполнена зацело с гнездом под подшипник и кронштейном привода. Кронштейн наклонен относительно полуоси для навески в сторону ее выступающего конца. Этот кронштейн выполнен с внутренними выемками, закрытыми накладной крышкой с образованием жесткого коробчатого сечения.

Описанное средство связи привода со стабилизатором, помещенное в обтекатель, легко вписывается в вертикальное хвостовое оперение и непосредственно, без промежуточных элементов конструкции, жестко воздействует на бортовую нервюру, на основные несущие элементы каркаса и далее на весь силовой контур стабилизатора.

Применение накладной крышки, установленной на болтах на наклонный кронштейн привода, заметно повышает жесткость узла привода в поперечной плоскости при больших углах отклонения стабилизатора.

При этом наиболее целесообразно, если каркас выполнен с продольной балкой-опорой двутаврового сечения, жестко скрепленной с первым лонжероном и одной из промежуточных нервюр между лонжеронами, а полуось для навески установлена в сферическом подшипнике скольжения и сферическом подшипнике качения, первый из которых установлен в гнезде бортовой нервюры, а второй - в продольной балке-опоре.

Двутавровая балка-опора совместно с силовой промежуточной нервюрой и бортовой нервюрой обеспечивают передачу изгибающего момента через лонжероны на весь кессон.

Целесообразно также, если полуось для навески выполнена с кольцевыми шейками под сферический подшипник качения в продольной балке-опоре и под отверстие в кронштейне шпангоута фюзеляжа, с цилиндрами под сферический подшипник скольжения в кронштейне привода и под отверстие в боковой панели хвостовой балки фюзеляжа, в последнем из указанных цилиндров установлен штифт для аварийного взаимодействия с щелевым фиксатором, имеющемся на наружной боковой поверхности указанной балки. Описанная полуось минимально материалоемка, имеет замкнутую внутреннюю полость и состоит из трех частей, соединенных между собой кольцевыми сварными швами.

Сочетание штыря с фиксатором предотвращает поворот полуоси в опорах фюзеляжа и обеспечивает жесткое и надежное ее положение при всех видах нагрузок.

Целесообразно, если первый лонжерон и скрепленная с продольной балкой-опорой нервюра выполнены в виде двутавра, второй лонжерон, передняя стенка и остальные нервюры - со швеллерным сечением.

Лонжероны и нервюра указанного сечения минимальны по металлоемкости при заданной прочности и жесткости.

В большинстве случаев целесообразно, если верхняя и нижняя клееклепаные панели выполнены со стрингерами двутаврового сечения.

Сочетание клееклепаных панелей с двутавровыми стрингерами минимально по весу при обеспечении необходимой прочности и ресурса кессона стабилизатора.

В большинстве случаев целесообразно также, чтобы каркас на участке между передней стенкой и первым лонжероном был выполнен с носками швеллерного сечения, расположенными между каждой парой нервюр.

Швеллерные носки исключают необходимость утяжеления каркаса за счет усиления нервюр и панели на наиболее аэродинамически нагруженной части стабилизатора.

Предпочтительно, чтобы корневая часть была скреплена с бортовой нервюрой посредством анкерных гаек.

Анкерное крепление слабонагруженной корневой части в весовом отношении предпочтительнее других.

Совместное управление жестко соединенных профилируемой поверхности стабилизатора и корневой части, являющейся продолжением хвостовой балки фюзеляжа, одним приводом дает возможность при высокой аэродинамической эффективности получить максимальную весовую отдачу.

Удобно, если полуоси для навески половин стабилизатора взаимозаменяемы и установлены с возможностью их снятия при транспортировке и ремонте.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображены:
на фиг. 1 - общий вид стабилизатора (плановая проекция);
на фиг. 2 - узел крепления полуоси для навески;
на фиг. 3 - сечение А-А, фиг. 2 (повернуто);
на фиг. 4 - сечение Б-Б, Фиг. 2 (уменьшено);
на фиг. 5 - сечение В-В, Фиг. 1 (повернуто, увеличено);
на фиг. 6 - узел Г, Фиг. 1 (увеличено).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Подвижный хвостовой стабилизатор для самолета содержит две раздельные половины, каждая из которых имеет в продольных сечениях аэродинамические профили, формируемые обшивкой 1, и ограничены лобовиком 2, законцовкой 3 и задней кромкой 4. Каждая половина снабжена каркасом с бортовой нервюрой 5, кронштейном привода 6, полуосью 7 для навески. Позади полуоси 7 для навески половины стабилизатора на его корневой части 16 установлен обтекатель 8 кронштейна привода 6. Каркас каждой половины стабилизатора включает в себя переднюю стенку 9, установленную вдоль лобовика, первый 10 и второй 11 стреловидные лонжероны, связывающие бортовую нервюру 5 с крайней нервюрой 12 со стороны законцовки 3, промежуточные нервюры 13, связывающие совместно с бортовой 5 и крайней 12 нервюрами переднюю стенку 9 с первым и вторым лонжеронами, нервюры 14 хвостовой части, связывающие второй лонжерон с бортовой нервюрой и задней кромкой, и диафрагмы 15 корневой части 16. Диафрагмы 15 связывают боковую стенку 35 и заднюю кромку 36 с обшивкой.

Часть каждой половины стабилизатора между передней стенкой 9 и вторым лонжероном выполнена с верхней и нижней панелями клееклепаной конструкции, включающими в себя обшивку 1 и стрингеры 27.

Бортовая нервюра 5 включает в себя носовую 17 и хвостовую 18 части, жестко скрепленные с ее средней частью между лонжеронами, выполненной зацело с гнездом под подшипник 22 и кронштейном привода 6, наклоненным относительно полуоси 7 в сторону ее выступающего конца. Этот кронштейн выполнен с внутренними выемками, закрытыми накладной крышкой 19 с образованием жесткого коробчатого сечения.

Каркас выполнен с продольной балкой-опорой 20 двутаврового сечения, жестко скрепленной с первым лонжероном 10 и промежуточной нервюрой 21. Полуось 7 установлена в двух подшипниках. Сферический подшипник скольжения 22 установлен в монолитной детали, объединяющей кронштейн и среднюю часть бортовой нервюры, а сферический подшипник качения 23 - в продольной балке-опоре 20.

Полуось 7 выполнена с кольцевыми шейками под сферический подшипник 23 качения в продольной балке-опоре и под отверстие в кронштейне 24 шпангоута фюзеляжа, с круговыми цилиндрами под сферический подшипник скольжения 22 в кронштейне привода 6 и под отверстие в боковой панели 25 хвостовой балки фюзеляжа, и с штифтом 26, установленным в круговом цилиндре под отверстие в боковой панели хвостовой балки фюзеляжа, для аварийного взаимодействия с щелевым фиксатором 29, имеющимся на наружной боковой поверхности этой балки.

Первый лонжерон 10 и нервюра 21, скрепленная с продольной балкой-опорой 20, имеют двутавровое сечение. Второй лонжерон 11, передняя стенка 9 и остальные нервюры имеют швеллерное сечение.

Верхняя и нижняя клееклепаные панели имеют люки 32 для монтажа и демонтажа половин стабилизатора.

На участке между передней стенкой и лонжероном каркас выполнен с носками 28 швеллерного сечения, расположенными между каждой парой нервюр.

Корневая часть консоли скреплена с бортовой нервюрой посредством анкерных гаек 34.

Полуоси 7 для навески половин стабилизатора взаимозаменяемы и установлены с возможностью их снятия при транспортировке и ремонте. Для этого на участке кронштейна 24 шпангоута фюзеляжа за кольцевой шейкой имеется крепежная гайка 30 и упорная шайба 31, а в районе кронштейнов шпангоута в фюзеляже имеются люки 33.

Работа стабилизатора на углах атаки к набегающему потоку ведет к возникновению аэродинамической силы на его поверхности, которая воспринимается нервюрами 13, 14 и носками 28. Поперечный набор передает местную нагрузку на лонжероны 10, 11, а крутящий момент - на обшивку 1. Лонжероны опираются на полуось 7 через силовую промежуточную нервюру 21, балку-опору 20 и бортовую нервюру 5. Полуось, опираясь на кронштейн 24 шпангоута и на боковую панель 25 балки фюзеляжа, передает изгибающую нагрузку на фюзеляж.

Крутящий момент с обшивки воспринимается носовой 17 и хвостовой 18 частями бортовой нервюры, далее передается на ее среднюю часть и кронштейн привода 6. Через привод крутящий момент замыкается на фюзеляже. Инерционные силы вдоль оси вращения передаются через балку-опору 20 и сферический подшипник качения 23 на полуось 7, далее через крепежную гайку 30 и упорную шайбу 31 на кронштейн 24 шпангоута фюзеляжа.

Изобретение относится к авиации. Стабилизатор содержит две раздельные половины, состоящие из каркаса с 5 промежуточными (13) и крайней нервюрами 12, передней стенкой 9 и стреловидным лонжероном 10. Половины стабилизатора также содержат полуоси 7 для навески в хвостовой части фюзеляжа, кронштейны привода, хвостовую и корневую части. Имеется обтекатель 8 кронштейна привода, установленный на корневой части 16, расположенной позади полуоси 7 для навески. Второй стреловидный лонжерон 11 связан совместно с первым лонжероном 10 через нервюры с передней стенкой 9. Хвостовая часть выполнена с нервюрами 14, связывающими второй лонжерон 11 с бортовой нервюрой 5 и задней кромкой 4. Корневая часть 16 имеет диафрагмы 15, связывающие боковую стенку и заднюю кромку корневой части с обшивкой. Часть каждой половины стабилизатора между передней стенкой 9 и вторым лонжероном (11) выполнена с верхней и нижней панелями клееклепаной конструкции. Предложенная конструкция позволяет снизить вес при сохранении достаточной прочности и высоких аэродинамических характеристик. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Подвижный хвостовой стабилизатор, содержащий две раздельные половины, состоящие из каркаса с бортовой, промежуточными и крайней нервюрами, передней стенкой и стреловидным лонжероном, а также включающие в себя полуось для навески в хвостовой части фюзеляжа, кронштейн привода, хвостовую и корневую части, отличающийся тем, что он снабжен обтекателем кронштейна привода, установленным на корневой части, расположенной позади полуоси для навески, вторым стреловидным лонжероном, связанным совместно с первым лонжероном через нервюры с передней стенкой, хвостовая часть выполнена с нервюрами, связывающими второй лонжерон с бортовой нервюрой и задней кромкой, корневая часть выполнена с диафрагмами, связывающими боковую стенку и заднюю кромку корневой части с обшивкой, при этом часть каждой половины стабилизатора между передней стенкой и вторым лонжероном выполнена с верхней и нижней панелями клееклепаной конструкции. 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что бортовая нервюра выполнена с носовой и хвостовой частями, жестко скрепленными с ее средней частью, выполненной зацело с гнездом под подшипник и кронштейном привода, наклоненным относительно полуоси для навески в сторону ее выступающего конца, при этом указанный кронштейн выполнен с внутренними выемками, закрытыми накладной крышкой с образованием жесткого коробчатого сечения. 3. Стабилизатор по п.2, отличающийся тем, что каркас выполнен с продольной балкой-опорой двутаврового сечения, жестко скрепленной с первым лонжероном и одной из промежуточных нервюр между лонжеронами, а полуось для навески установлена в сферическом подшипнике скольжения и сферическом подшипнике качения, первый из которых установлен в гнезде бортовой нервюры, а второй - в продольной балке-опоре. 4. Стабилизатор по п.3, отличающийся тем, что полуось для навески выполнена с кольцевыми шейками под сферический подшипник качения в продольной балке-опоре и под отверстие в кронштейне шпангоута фюзеляжа, с цилиндрами под сферический подшипник скольжения в кронштейне привода и под отверстие в боковой панели хвостовой балки фюзеляжа, в последнем из указанных цилиндров установлен штифт для аварийного взаимодействия с щелевым фиксатором, имеющимся на наружной боковой поверхности указанной балки. 5. Стабилизатор по п.3, отличающийся тем, что первый лонжерон и скрепленная с продольной балкой-опорой нервюра выполнены с сечением в виде двутавра, второй лонжерон, передняя стенка и остальные нервюры - с швеллерным сечением. 6. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя клееклепаные панели выполнены со стрингерами двутаврового сечения. 7. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что каркас на участке между передней стенкой и первым лонжероном выполнен с носками швеллерного сечения, расположенными между каждой парой нервюр. 8. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что корневая часть скреплена с бортовой нервюрой посредством анкерных гаек. 9. Стабилизатор по п.4, отличающийся тем, что полуоси для навески половин стабилизатора взаимозаменяемы и установлены с возможностью их снятия при транспортировке и ремонте.