УЗЕЛ СТЫКА ОТСЕКОВ ФЮЗЕЛЯЖА САМОЛЕТА И ЕГО ГЕРМОШПАНГОУТ Российский патент 2013 года по МПК B64C1/10 

Изобретение относится к самолетостроению, а именно к авиационным конструкциям, и может быть использована в конструкции фюзеляжей самолетов, а также в силовых конструкциях других технических средств, в состав которых включены соединенные друг с другом герметичный и негерметичный отсеки, к узлу стыка и гермошпангоуту которых предъявляются требования по минимизации массы конструкции в сочетании с требованиями по эксплуатационной живучести.

Конструктивно-силовые схемы летательных аппаратов, как правило, включают герметичные и негерметичные части, отделенные друг от друга гермошпангоутами. Конструкция пассажирского самолета, например, требует, чтобы в полете, как и на земле, давление в пассажирском салоне было как можно ближе к атмосферному давлению на уровне земли. Вместе с тем, в конструкции самолета имеются части, например хвостовой отсек пассажирского самолета, которые не требуют герметизации и давление в которых в полете равно давлению на высоте полета. Чтобы сохранять избыточное давление в пассажирском салоне, один из шпангоутов фюзеляжа обычно выполняют в виде гермошпангоута, который, во-первых, герметизирует пассажирский салон и, во-вторых, воспринимает нагрузку от разности давления в пассажирском салоне и давления на высоте полета. В силу большой площади гермошпангоута сила, которую он воспринимает, достаточно велика, гермошпангоут при этом испытывает циклические нагрузки, число циклов которых соответствует числу полетов самолета. Вместе с тем, фюзеляж летательного аппарата по условиям технологичности изготовления и простоты сборки разделен на отдельные отсеки, стыкуемые друг с другом на заключительных стадиях изготовления летательного аппарата.

Известен целый ряд конструктивных решений, в которых гермошпангоут помещен в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков.

Известны конструктивные решения узлов стыка герметичного и негерметичного отсеков, которые используются в ракетно-космической технике для соединения герметичных топливных баков с сухими переходными отсеками (см., например. Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1991 г., стр.349-351, рис.10.18-10.19, 10.22, 10.24). Отсутствие циклических нагружений узла стыка, одноразовый характер использования ракет-носителей, более высокий по сравнению с герметичными отсеками самолетов уровень давления в топливных баках ракет-носителей и более высокие требования по герметичности топливных баков определяют необходимость использования в узлах стыка сварных соединений и стыкового шпангоута с развитой площадью сечения, допускающего возможность размещения стержней болтовых соединений в теле стыкового шпангоута. При этом в решениях узлов стыка отсеков и гермошпангоутов отсутствуют дополнительные элементы, повышающие эксплуатационную живучесть узлов стыка. Эти обстоятельства не дают возможности использования этих решений в узлах стыка отсеков фюзеляжа самолетов и их гермошпангоутов.

Известно решение узла стыка отсеков балочно-стрингерного фюзеляжа (см. М.Н.Шульженко, Конструкция самолетов. - М.: Машиностроение, 1971, стр.193, 194, рис.4.10) фланцевого типа. Этот узел стыка содержит обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами. В этом решении каждый из отсеков снабжен шпангоутом уголкового профиля, расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами и стыковой лентой. Шпангоут герметичного отсека снабжен сферической оболочкой (сферическим днищем герметической кабины), периферийный пояс которой отогнут от сферической поверхности и выполнен плоским. Стенки шпангоутов отсеков и периферийный пояс сферической оболочки болтовыми соединениями стянуты в единый пакет, за счет чего осуществлен стык отсеков и крепление сферической оболочки к стенке шпангоута герметичного отсека. Стыковая лента проложена между внутренней поверхностью обшивок и полками шпангоутов отсеков. Фитинги, размещенные в герметичном и негерметичном отсеках фюзеляжа, соединены со стрингерами и стенками шпангоутов отсеков и через полки шпангоутов со стыковой лентой и обшивками отсеков. Соединение в один пакет фитингов с полками шпангоутов, стыковой лентой и обшивками отсеков осуществлено с использованием заклепочных соединений. Соединение фитингов со стенками шпангоутов осуществлено с использованием указанных выше болтовых соединений, при этом стержни болтовых соединений в местах расположения фитингов пропущены через фитинги, стенки шпангоутов отсеков и периферийный пояс сферической оболочки. Кроме того, сферическая оболочка снабжена профилями жесткости - меридиально ориентированными силовыми элементами. В этом решении первые концы меридиально ориентированных силовых элементов, выходящих к торцу сферической оболочки, соединены с фитингами, размещенными в герметичном отсеке.

Это решение характеризуется значительной массой узла стыка, что определяется наличием в нем двух шпангоутов, размещенных в негерметичном и герметичном отсеках, необходимостью выполнения части фитингов герметичного отсека с косынками для соединения их с меридиально ориентированными силовыми элементами. Кроме того, решение характеризуется повышенной трудоемкостью сборочных работ, так как требует строгой соосности профилей стрингеров стыкуемых отсеков с фитингами, а снабженных косынками фитингов - с меридиально ориентированными силовыми элементами сферической оболочки.

Известно техническое решение узла стыка отсеков фюзеляжа самолета (см. фиг.2, приведенную в заявке США 20100243806, НКИ США 244/119, МПК B64C 1/10, опубл. 30.09.2010), которое включает обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, и гермошпангоут, расположенный в месте стыка отсеков фюзеляжа. В сечении гермошпангоут этого технического решения выполнен в форме, близкой к форме профиля двутавра, полки которого образуют наружный и внутренний пояса гермошпангоута, а стенка профиля является и стенкой шпангоута. Наружный пояс гермошпангоута через стыковую ленту соединен с обшивками стыкуемых отсеков. Часть внутреннего пояса, гермошпангоута, обращенная в сторону негерметичного отсека, отогнута от части внутреннего пояса, обращенной в сторону герметичного отсека, на некоторый угол, величина которого достаточна для обеспечения возможности соединения ее со сферической оболочкой гермошпангоута. Кроме того, узел стыка в соответствии с этим решением снабжен расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами, концы которых помещены между поясами гермошпангоута. Фитинги соединены со стрингерами стыкуемых отсеков и со стенкой гермошпангоута. Кроме того, фитинги, размещенные в герметичном отсеке, соединены со внутренним поясом гермошпангоута.

Как и предыдущий аналог, рассмотренное решение узла стыка не оптимально по массе. Из-за того, что центр масс сечения гермошпангоута расположен вблизи середины высоты стенки гермошпангоута, погонный момент силы, приходящий на гермошпангоут от сферической оболочки, не уравновешен моментом от погонной силы, приходящей на гермошпангоут от обшивки. В результате возникает дополнительное усилие, которое увеличивает массу узла стыка и снижает его ресурс.

Техническое решение гермошпангоута (см. фиг.2, приведенную в заявке США 20100243806, НКИ США 244/119, МПК B64C 1/10, опубл. 30.09.2010),) выполнено с профилем, близким по форме к профилю двутавра, полки которого образуют наружный и внутренний пояса гермошпангоута, а стенка профиля является и стенкой гермошпангоуташпангоута. Часть внутреннего пояса гермошпангоута, обращенная в сторону негерметичного отсека, отогнута на некоторый угол от части внутреннего пояса, обращенной в сторону герметичного отсека, величина которого достаточна для обеспечения возможности соединения ее со сферической оболочкой гермошпангоута. Сферическая оболочка гермошпангоута оперта на указанную часть внутреннего пояса гермошпангоута со стороны герметичного отсека. Это техническое решение характеризуется значительной массой. Кроме того, рассматриваемая конфигурация профиля гермошпангоута не предусматривает дублирующего элемента в зоне перехода сферической оболочки к обшивке фюзеляжа, что снижает эксплуатационную живучесть гермошпангоута.

Ближайшим аналогом заявляемого узла стыка отсеков фюзеляжа является техническое решение, приведенное в заявке США 20100243806 (НКИ США 244/119, МКИ B64C 1/10, опубл. 30.09.2010, фиг.3). В соответствии с этим решением узел стыка отсеков фюзеляжа самолета содержит обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, гермошпангоут, расположенный в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков, фитинги, расположенными по разные стороны гермошпангоута, и стыковую ленту. Гермошпангоут содержит сферическую оболочку, внутренний и наружный пояса и стенку, соединяющую пояса гермошпангоута. Кроме того, в этом решении гермошпангоут снабжен дополнительным наружным поясом, выполненным в виде кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающем возможность соединения внутренней полки дополнительного наружного пояса со сферической оболочкой и размещения внешней полки дополнительного наружного пояса между наружным поясом гермошпангоута и внутренней поверхностью обшивок стыкуемых отсеков.

В соответствии с этим решением узла стыка фитинги, размещенные в герметичном и негерметичном отсеках, соединены с обшивками и стрингерами стыкуемых отсеков, стыковая лента проложена между внутренней поверхностью обшивок отсеков и внешней полкой дополнительного пояса гермошпангоута и фитингами. Кроме этого, гермошпангоут в рассматриваемом решении снабжен ребрами жесткости, выполненными в форме косынок. Один из торцов каждого из ребер жесткости соединен со стенкой гермошпангоута, а другой торец каждого из ребер жесткости заклепочным соединением соединен в единый пакет с внешней полкой дополнительного наружного пояса гермошпангоута, стыковой лентой и обшивкой герметичного отсека.

В этом техническом решении узла стыка отсеков гермошпангоут включает два конструктивных элемента: соединенные стенкой наружный и внутренний пояса и дополнительный наружный пояс, соединенный со сферической оболочкой. Наличие дополнительного наружного пояса и ребер жесткости в виде косынок определяет значительную массу узла стыка. Это решение узла стыка отсеков фюзеляжа не обладает и достаточным ресурсом: циклическое нагружение дополнительного наружного пояса гермошпангоута погонным усилием от сферической оболочки приводит к образованию наклепа в зоне перегиба дополнительного пояса. Как следствие этого в этой зоне появляется коррозия, что может привести к разгерметизации герметичного отсека. В конструкции отсутствует и дублирующий элемент в зоне перехода сферической оболочки к обшивке сфюзеляжа, что не соответствует требованиям действующих нормативных документов к авиационным конструкциям.

Ближайшим аналогом заявляемого решения гермошпангоута является решение, известное из патента США 6378805 (НКИ США 244/119, МКИ B64C 1/10, дата публ. 9.05.2000 г.), которое включает сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, соединенные стенкой внутренний и наружный пояса, дополнительный наружный пояс и ленту-дублер. Дополнительный наружный пояс и лента-дублер в этом техническом решении выполнены в виде круговых колец с профилями в поперечном сечении, обеспечивающими возможность совмещения поверхностей дополнительного наружного пояса и ленты-дублера. Кроме того, профили дополнительного наружного пояса и ленты- дублера выполнены с перегибом, обеспечивающем возможность соединения их внутренних полок со сферической оболочкой гермомошпангоута, а внешних полок - с наружным поясом гермошпангоута. Сферическая оболочка гермошпангоута крепится заклепочным соединением к внутренним полкам дополнительного наружного пояса и ленты-дублера. С одной стороны внешние полки дополнительного наружного пояса и ленты-дублера примыкают к наружному поясу гермошпангоута, а другая сторона внешней полки дополнительного наружного пояса и ленты-дублера может быть использована для стыковки с обшивками фюзеляжа.

Первые концы меридиально ориентированных силовых элементов сферической оболочки этого технического решения размещены на некотором удалении от торца сферической оболочки. Периферийный пояс сферической оболочки, примыкающий к ее торцу и выполненный с увеличенной толщиной, соединен с дополнительным наружным поясом и лентой-дублером. Полярная часть сферической оболочки усилена дополнительным силовым элементом тарелкообразной формы. Торец дополнительного силового элемента помещен между сферической оболочкой и вторыми концами меридиально ориентированных силовых элементов и соединен с ними заклепочным соединением в единый пакет.

Введение ленты-дублера в гермошпангоут увеличивает его эксплуатационную живучесть. Однако выполнение гермошпангоута этого технического решения из двух конструктивных элементов: соединенных стенкой наружного и внутреннего поясов и дополнительного наружного пояса с лентой-дублером увеличивают массу гермошпангоута. Кроме того, меридиально ориентированные силовые элементы, соединенные только со сферической оболочкой и не перестыкованные с дополнительным наружным поясом гермошпангоута и лентой-дублером, создают переходную зону с повышенным коэффициентом концентрации напряжений, что снижает ресурс гермошпрангоута. Конструктивное решение полярной части сферической оболочки гермошпангоута, характеризующееся небольшой жесткостью, также не оптимально по массе.

Технической задачей, решаемой заявляемым решением узла стыка отсеков фюзеляжа самолета, является разработка узла стыка отсеков фюзеляжа самолета небольшой массы и повышенной эксплуатационной живучестью узла стыка.

Технической задачей, решаемой заявляемым решением гермошпангоута, является снижение массы гермошпангоута в сочетании с повышенной эксплуатационной живучестью.

Заявляемым решением узла стыка отсеков фюзеляжа самолета поставленная задача решается следующим образом.

Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета содержит обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, и гермошпангоут, расположенный в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков. Гермошпангоут содержит сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний и наружный пояса и стенку, соединяющую пояса гермошпангоута. Сферическая оболочка оперта на стенку гермошпангоута. Кроме того, узел стыка снабжен расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами и стыковой лентой, а гермошпангоут снабжен лентой-дублером. Фитинги соединены с наружным поясом гермошпангоута, с обшивками и стрингерами стыкуемых отсеков. Стыковая лента проложена между внутренней поверхностью обшивок отсеков, наружным поясом гермошпаногоута и фитингами. Лента-дублер выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающем возможность размещения внутренней полки ленты-дублера между стенкой гермошпангоута и сферической оболочкой, а внешней полки ленты-дублера - между фитингами, размещенными в герметичном отсеке, и наружным поясом гермошпангоута.

Размещение в соответствии с заявляемым решением гермошпангоута, содержащего сферическую оболочку, внутренний и наружный пояса и стенку, в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков фюзеляжа, содержащих подкрепленные стрингерами обшивки, непосредственное соединение сферической оболочки со стенкой гермошпангоута, а также соединение обшивок и стрингеров отсеков с гермошпангоутом с использованием фитингов позволяет совместить в одном шпангоуте функции собственно гермошпангоута, отделяющего пассажирский отсек с избыточным давлением от хвостового отсека, и функции стыковочного шпангоута, являющегося силовым элементом, расположенным в месте стыка двух отсеков. Это уменьшает массу конструкции самолета при увеличении прочности узла стыка отсеков за счет уравновешивания моментов и сил в переходной зоне от сферической оболочки гермошпангоута к обшивкам отсеков фюзеляжа. Вместе с тем, наличие в заявляемых вариантах стыковой ленты, проложенной между внутренней поверхностью обшивок отсеков, наружным поясом и фитингами, и ленты-дублера в форме кругового кольца с изогнутым профилем, выполненным с перигибом, обеспечивающем возможность размещения внутренней полки ленты-дублера между сферической оболочкой и стенкой гермошпангоута, внешней полки между полкой наружного пояса гермошпангоута, и фитингами, размещенными в герметичной отсеке, позволяет повысить эксплуатационную живучесть конструкции за счет уменьшения опасности появления трещин в конструктивных элементах узла стыка. Кроме того, наличие стыковой ленты и ленты дублера позволяет дополнительно снизить массу конструкции самолета за счет того, что стыковая лента и лента-дублер воспринимают и позволяют передать как нормальную силу от изгибающего момента, так и крутящий момент по обшивкам отсеков.

Фитинги, размещенные в герметичном отсеке, ленту-дублер, наружный пояс гермошпангоута, стыковую ленту и обшивку герметичного отсека наиболее целесообразно соединить в единый пакет посредством соединения типа болт-заклепка. Также посредством соединения типа болт-заклепка наиболее целесообразно соединить фитинги, размещенные в негерметичном отсеке, с наружным поясом гермошпангшоута, со стыковой лентой и обшивкой негерметичного отсека. Это дополнительно увеличивает ресурс узла стыка отсеков фюзеляжа самолета.

Кроме того, количество и место расположения меридиально ориентированных силовых элементов сферической оболочки может быть выбрано соответствующим количеству и месту расположения стрингеров стыкуемых отсеков, что не только дополнительно снижает массу конструкции, но и дополнительно повышает эксплуатационную живучесть узла стыка отсеков фюзеляжа.

В качестве гермошпангоута в заявляемом узле стыка отсеков фюзеляжа самолета наиболее целесообразно использовать техническое решение гермошпангоута, рассматриваемое ниже, хотя в узле стыка отсеков могут быть использованы и гермошпангоуты иного конструктивного выполнения.

Поставленная задача заявляемым решением гермошпангоута решается следующим образом.

В заявляемом решении гермошпангоут фюзеляжа самолета содержит сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний и наружный пояса, стенку, соединяющую пояса гермошпангоута, и ленту-дублер. В заявляемом решении сферическая оболочка оперта на стенку гермошпангоута. Лента-дублер заявляемого решения выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающем возможность соединения внешней полки ленты-дублера с полкой наружного пояса гермошпангоута и размещения внутренней полки ленты-дублера между стенкой гермошпангоута и сферической оболочкой. Первые концы упомянутых меридиально ориентированных силовых элементов соединены в единый пакет со сферической оболочкой, лентой-дублером, и стенкой гермошпангоута.

Выполнение гермошпангоута со стенкой, обеспечивающей возможность непосредственного соединения ее со сферической оболочкой, избегая введения дополнительных конструктивных элементов, соединение концов меридиально ориентированных силовых элементов в единый пакет со сферической оболочкой, лентой-дублером и стенкой гермошпангоута позволяет снизить массу гермошпангоута. Проектные расчеты показывают, что масса гермошпангоута, выполненного в соответствии с заявляемым решением, на 9-11% меньше массы гермошпангоутов, выполненных в соответствии с известными аналогами.

Снижение массы гермошпангоута достигается в сочетании с увеличением эксплуатационной живучести гермошпангоута за счет размещения внутренней полки ленты-дублера между стенкой гермошпангоута и сферической оболочкой и соединения этих элементов в единый пакет с меридиально ориентированными силовыми элементами.

Поверхность стенки гермошпангоута, обращенную к сферической оболочке, наиболее целесообразно выполнить в форме боковой поверхности шарового слоя, центр которого совмещен с центром сферической оболочки, а радиус которого равен радиусу поверхности сферической оболочки, обращенной к стенке гермошпангоута. Это дополнительно повышает эксплуатационную живучесть гермошпангноута.

Кроме того, сферическая оболочка может быть снабжена круговым проемом в полярной области, закрытым крышкой. Крышка может быть выполнена из основания и перекрытия, последнее из которых может быть соединено со сферической оболочкой. Периферийные части основания и перекрытия крышки целесообразно разместить с зазором друг относительно друга. Вторые концы, по крайней мере, части упомянутых меридиально ориентированных силовых элементов целесообразно завести в указанный зазор и соединить с основанием и перекрытием крышки. Это усиливает жесткость полярной части сферической оболочки и снижает ее массу.

Наиболее целесообразно использовать заявляемое техническое решение гермошпангоута в составе заявляемого в этой заявке узла стыка отсеков фюзеляжа самолета. Однако гермошпангоут, выполненный в соответствии с заявляемым решением, может быть использован и вне узла стыка отсеков самолета, то есть, расположен на удалении от технологического стыка отсеков фюзеляжа самолета.

Техническим результатом от использования заявляемого узла стыка отсеков фюзеляжа и заявляемого гермошпангоута является возможность проектирования узла стыка отсеков фюзеляжа и гермошпагоута, которые отличаются небольшой массой в сочетании с повышенной эксплуатационной живучестью. Кроме того, к преимуществам заявляемого узла стыка отсеков и заявляемого гермошпангоута относится и низкая трудоемкость механо-сборочных работ при их изготовлении и сборке, ремонтопригодность, удобство в обслуживании за счет простоты осмотров в процессе эксплуатации.

Изобретение поясняется следующими материалами:

фиг.1 представляет схему хвостовой части фюзеляжа самолета,

фиг.2 - общий вид гермошпангоута со стороны герметичного отсека (вид А на фиг.1),

фиг.3 - общий вид гермошпангоута со стороны негерметичного отсека (вид Б на фиг.1),

фиг.4 - продольное сечение узла стыка отсеков,

фиг.5 - сечение гермошпангоута по меридиально ориентированному силовому элементу (сечение В-В на фиг.2),

фиг.6 - общий вид крышки,

фиг.7 - сечение стыка кольцевого шпангоута со сферической оболочкой (сечение Г-Г с фиг.3),

фиг.8 - укрупненный вид узла соединения сферической оболочки, меридиально ориентированного силового элемента и крышки (вид II с фиг.5),

фиг.9 - вид на крышку сбоку.

Предлагаемый узел стыка отсеков фюзеляжа содержит герметичный 1 и негерметичный 2 отсеки, соединенные гермошпангоутом 3 (см. фиг.1). Гермошпангоут установлен в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков. При этом герметичный 1 и негерметичный 2 отсеки самолета содержат обшивки 4 и 5 с продольными силовыми элементами - стрингерами 6 и 7 (см. фиг.4). Кроме того, узел стыка отсеков содержит фитинги 8 и 9, расположенные по разные стороны гермошпангоута, и стыковую ленту 10 (см. фиг.4).

Гермошпангоут 3 заявляемого узла стыка образован из наружного пояса 12, внутреннего пояса 13, стенки 14, сферической оболочки 15 и ленты-дублера 11. Сферическая оболочка подкреплена меридиально ориентированными силовыми элементами 20 и 21 (см. фиг.2).

Наружный пояс 12 гермошпангоута включает полку 18, развернутую в стороны герметичного и негерметичного отсеков.

Стенка 14 гермошпангоута соединена с наружным поясом 12 и размещена с уклоном в сторону герметичного отсека, стенка гермошпангоута может быть расположена под углом 110-130 градусов к части полки 18 наружного пояса, обращенной к герметичному отсеку.

В соответствии с заявляемым решением узла стыка отсеков сферическая оболочка 15 оперта на стенку 14 гермошпангоута: сферическая оболочка прилегает к стороне стенки, обращенной к герметичному отсеку и расположенной с уклоном к полке 18 наружного пояса 12 гермошпангоута.

Как указывалось выше, фитинги 8, 9 расположены по разные стороны гермошпангоута, и в соответствии с заявляемым решением узла стыка отсеков соединены с полкой 18 наружного пояса гермошпангоута, обшивками 4, 5 и стрингерами 6, 7 стыкуемых отсеков. Как показано на фиг.4, фитинги 8, расположенные в герметичном отсеке 1 фюзеляжа, соединены со стороной полки наружного пояса гермошпангоута, обращенной в сторону герметичного отсека, а фитинги 9, расположенные в негерметичном отсеке 2, соединены со стороной полки наружного пояса гермошпангоута, обращенной в сторону негерметичного отсека.

Стыковая лента 10 в соответствии с заявляемым решением помещена между внутренней поверхностью обшивок 4, 5 отсеков, полкой 18 наружного пояса гермошпангоута и фитингами 8, 9. Стыковая лента 10 проложена вокруг внешней стороны полки 18 наружного пояса гермошпагоута. Наружная часть стыковой ленты сопряжена с обшивками отсеков. Стык обшивок отсеков 1, 2 целесообразно разместить вблизи середины профиля стыковой ленты. Наружный пояс гермошпангоута целесообразно также разместить вблизи середины стыковой ленты. Периферийные части внутренней поверхности стыковой ленты 10 сопряжены с фитингами 8, 9 и стрингерами 6, 7 отсеков.

В соответствии с заявляемым решением узла стыка отсеков лента-дублер 11 выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающем возможность размещения внутренней полки ленты-дублера между стенкой 14 гермошпангоута и сферической оболочкой 15, а внешней полки - между полкой 18 наружного пояса гермошпангоута и фитингами 8, размещенными в герметичном отсеке фюзеляжа.

Наиболее целесообразно фитинги 8, размещенные в герметичном отсеке, ленту-дублер 11, полку наружного пояса 18, размещенную в герметичном отсеке, стыковую ленту 10 и обшивку 4 отсека, соединить в единый пакет с использованием соединения типа болт-заклепка. Аналогично в единый пакет посредством соединения типа болт-заклепка целесообразно соединить размещенные в негерметичном отсеке фитинги 9, полку 18 наружного пояса, стыковую ленту 10 и обшивку 5.

Количество меридиально ориентированных силовых элементов 20, 21 целесообразно выбрать соответствующим количеству стрингеров 6 и 7 стыкуемых отсеков. Место расположения меридиально ориентированных силовых элементов 20, 21 также целесообразно выбрать соответствующим месту расположения стрингеров 6 и 7 стыкуемых отсеков: угловое расположение меридиально ориентированных силовых элементов в поперечном сечении фюзеляжа целесообразно выбирать соответствующим угловому расположению стрингеров отсеков.

Заявляемый гермошпангоут устроен следующим образом.

Гермошпангоут 3 в соответствии с заявляемым решением содержит наружный 12 и внутренний 13 пояса, соединенные стенкой 14, сферическую оболочку 15, ленту-дублер 11 и крышку 16. Сферическая оболочка 15 гермошпангоута по условиям прочности своей выпуклой стороной обращена в сторону негерметичного отсека, вогнутая сторона сферической оболочки обращена в сторону герметичного отсека. Сферическая оболочка подкреплена меридиально ориентированными силовыми элементами: основными меридиально ориентированными силовыми элементами 20 и дополнительными меридиально ориентированными силовыми элементами 21 (см. фиг.2).

Наружный пояс 12 гермошпангоута может быть выполнен из комбинации обода, например, как показано на фиг.4, треугольно профиля и полки 18, развернутой от обода в стороны герметичного и негерметичного отсеков.

Внутренний пояс 13 гермошпангоута может быть выполнен, как показано на фиг.4, в виде полки, соединенной со стенкой 14. Как показано на фиг.4, наружный 12 и внутренний 13 пояса и стенка 14 гермошпангоута могут быть выполнены зацело.

Стенка 14 гермошпангоута соединена с наружным поясом 12 гермошпангоута с уклоном в сторону герметичного отсека, так она может быть расположена под углом 50…70 градусов к части полки 18 наружного пояса, обращенной к негерметичному отсеку. В соответствии с заявляемым решением поверхность стенки 14 гермошпангоута, обращенную к сферической оболочке (в сторону герметичного отсека) наиболее целесообразно выполнить в форме сферического пояса, а именно в форме боковой поверхности шарового слоя, центр которого совмещен в пределах допусков, принятых в машиностроении, с центром сферической оболочки, а радиус которого в пределах допусков, принятых в машиностроении, равен радиусу поверхности сферической оболочки, обращенной к стенке гермошпангоута.

В соответствии с заявляемым решением узла стыка отсеков сферическая оболочка 15 оперта на стенку 14 гермошпангоута: сферическая оболочка прилегает к стороне стенки, обращенной к герметичному отсеку и расположенной с уклоном к полке 18 наружного пояса 12 гермошпангоута. Выполнение поверхности стенки гермошпангоута, обращенной к герметичному отсеку, в виде куска сферической поверхности (сферического пояса) обеспечивает наиболее оптимальные условия восприятия стенкой гермошпангоута усилий от сферической оболочки, находящейся под действием избыточного давления в герметичном отсеке фюзеляжа. Соединение стенки 14 гермошпангоута со сферической оболочкой 15 может быть выполнено с использованием заклепочного соединения или соединения типа болт-заклепка.

В соответствии с заявляемым решением гермошпангоута лента-дублер 11 выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность размещения внутренней полки ленты-дублера между стенкой 14 гермошпангоута и сферической оболочкой 15 и соединения внешней полки ленты-дублера с полкой 18 наружного пояса гермошпангоута. Как показано на фиг.4, профиль ленты-дублера 11 выполнен из внутренней полки, примыкающей к внутреннему торцу кругового кольца, и внешней полки, примыкающей к наружному торцу кругового кольца, развернутых друг относительно друга на угол в 110…130 градусов. Это обеспечивает возможность размещения внутренней полки ленты-дублера 11 между стенкой гермошпангоута 14 и сферической оболочкой 15 и соединения внешней полки ленты-дублера с наружным поясом гермошпангоута.

В соответствии с заявляемым решением гермошпангоута первые (периферийные) концы меридиально ориентированных силовых элементов 20, 21 соединены в единый пакет со сферической оболочкой 15, внутренней полкой ленты-ленты дублера 11 и стенкой 14 гермошпангоута.

Сферическая оболочка 15 гермошпангоута 3 может быть выполнена из отдельных секций с образованием кругового проема в полярной области, закрытого крышкой 16. Сферическая оболочка может быть выполнена, например, как показано на фиг.2, 3, из шести секций. Секции сферической оболочки соединены друг с другом по боковым сторонам. Меридиально ориентированные силовые элементы целесообразно совместить со стыками секций сферической оболочки.

Со стороны герметичного отсека (см. фиг.2) на сферической оболочке 15 гермошпангоута могут быть размещены меридиально ориентированные силовые элементы 20, 21: основные меридиально ориентированные силовые элементы 20 и дополнительные меридиально ориентированные силовые элементы 21. Меридиально ориентированные силовые элементы 20, 21 протянуты вдоль меридианов сферической оболочки 15. В соответствии заявляемым решением гермошпангоута стык боковых сторон секций оболочки 15 гермошпангоута целесообразно усилить основными меридиально ориентированными силовыми элементами 20, протянув их вдоль меридианов сферической оболочки 15 до крышки 16 (см. фиг.2). При этом крышку 16 наиболее целесообразно выполнить из фигурного основания 22 и перекрытия 23, соединенных друг с другом боковым силовым элементом 24. Сферическую оболочку 15 наиболее предпочтительно соединить с перекрытием 23 крышки. Между внешними краями основания 22 и перекрытия 23 крышки целесообразно поместить вторые концы, по крайней мере, части меридиально ориентированных силовых элементов - основных меридиально ориентированных силовых элементов 20, скрепив их с основанием 22 и перекрытием 23 крышки, как показано на фиг.8.

На стороне сферической оболочки 15, обращенной к негерметичному отсеку 2 фюзеляжа, целесообразно разместить кольцевые шпангоуты 25, как показано на фиг.3. При этом упомянутые дополнительные меридиально ориентированные силовые элементы 21 целесообразно протянуть вдоль меридианов оболочки по поверхности, сферической оболочки, обращенной к герметичному отсеку, до одного из кольцевых шпангоутов 25, расположенных на поверхности сферической оболочки, обращенной к негерметичному отсеку.

Заявляемое решение гермошпангоута может быть использовано в конструкциях самолетов, как в узлах стыков герметичного и негерметичного отсеков фюзеляжа, так и вне узлов стыка отсеков.

В полете силы, воспринимаемые силовыми элементами сферической оболочки, передаются через стенку гермошпангоута, наружный пояс гермошпангоута и фитинги на стрингеры 6, 7 фюзеляжа. Передача нормальной силы и крутящего момента с обшивки одного отсека на обшивку другого осуществляется также посредством стыковой ленты, наружного пояса гермошпангоута, фитингов 8, 9, соединенных со стрингерами отсеков. Лента-дублер 11, прикрепленная к полке наружного пояса гермошпангоута и сферической оболочке, выполняет функцию поддержания работоспособности при появлении трещин в наиболее нагруженной зоне гермошпангоута.

Изобретение относится к самолетостроению, в частности к узлу стыка соединения герметичного и негерметичного отсеков друг с другом. Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета содержит обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, и гермошпангоут, расположенный в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков. Гермошпангоут содержит сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний и наружный пояса, стенку, соединяющую пояса гермошпангоута, и ленту-дублер. Сферическая оболочка оперта на стенку гермошпангоута. Лента-дублер выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внешней полки ленты-дублера с наружным поясом гермошпангоута. Концы меридиально ориентированных силовых элементов соединены в единый пакет со сферической оболочкой, лентой-дублером и стенкой гермошпангоута. Узел стыка снабжен расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами и стыковой лентой. Фитинги соединены с наружным поясом гермошпангоута, с обшивками и стрингерами стыкуемых отсеков. Достигается повышение эксплуатационной живучести и уменьшение массы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета, содержащий обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, и гермошпангоут, расположенный в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков и содержащий сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, ленту-дублер, внутренний и наружный пояса и стенку, соединяющую пояса гермошпангоута, кроме того, узел стыка снабжен расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами и стыковой лентой, сферическая оболочка оперта на стенку гермошпангоута со стороны герметичного отсека, при этом фитинги соединены с наружным поясом гермошпангоута, с обшивками и стрингерами стыкуемых отсеков, стыковая лента проложена между внутренней поверхностью обшивок отсеков, наружным поясом гермошпангоута и фитингами, а лента-дублер выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность размещения внутренней полки ленты-дублера между стенкой гермошпангоута и сферической оболочкой, а внешней полки между фитингами, размещенными в герметичном отсеке, и наружным поясом гермошпангоута.

2. Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета по п.1, отличающийся тем, что фитинги, размещенные в герметичном отсеке, лента-дублер, наружный пояс гермошпангоута, стыковая лента и обшивка герметичного отсека соединены в единый пакет посредством соединения типа болт-заклепка.

3. Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета по п.1, отличающийся тем, что фитинги, размещенные в негерметичном отсеке, наружный пояс гермошпангоута, стыковая лента и обшивка негерметичного отсека соединены в единый пакет посредством соединения типа болт-заклепка.

4. Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета по п.1, отличающийся тем, что количество и места расположения меридиально ориентированных силовых элементов выбраны соответствующими количеству и месту расположения стрингеров стыкуемых отсеков.

5. Гермошпангоут фюзеляжа самолета, содержащий сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний и наружный пояса, стенку, соединяющую пояса гермошпангоута, и ленту-дублер, при этом сферическая оболочка оперта на стенку гермошпангоута, лента-дублер выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внешней полки ленты-дублера с наружным поясом гермошпангоута и размещения внутренней полки ленты-дублера между стенкой гермошпангоута и сферической оболочкой, при этом первые концы упомянутых меридиально ориентированных силовых элементов соединены в единый пакет со сферической оболочкой, лентой-дублером и стенкой гермошпангоута.

6. Гермошпангоут по п.5, отличающийся тем, что поверхность стенки гермошпангоута, обращенная к сферической оболочке, выполнена в форме боковой поверхности шарового слоя, центр которого совмещен с центром сферической оболочки, а радиус которого равен радиусу поверхности сферической оболочки, обращенной к стенке гермошпангоута.

7. Гермошпангоут по п.5, отличающийся тем, что сферическая оболочка снабжена круговым проемом в полярной области, закрытым крышкой, содержащей основание и перекрытие, соединенное со сферической оболочкой, периферийные части основания и перекрытия крышки размещены с зазором друг относительно друга, при этом вторые концы, по крайней мере, части меридиально ориентированных силовых элементов заведены в указанный зазор и соединены с основанием и перекрытием крышки.