ФЮЗЕЛЯЖ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2013 года по МПК B64C1/00 

Изобретение относится к фюзеляжу летательного аппарата, в частности летательного аппарата, предназначенного для коммерческой перевозки пассажиров.

Классически фюзеляж летательного аппарата содержит переднюю часть закругленной аэродинамической формы, центральный фюзеляж в целом кольцевой цилиндрической формы и заднюю часть в целом усеченной конусной формы, на которой устанавливают хвостовое оперение. В передней части находится кабина экипажа летательного аппарата. Центральная часть предназначена, в частности, для размещения в ней пассажирского салона и багажного помещения. Крылья летательного аппарата закреплены на этой центральной части фюзеляжа летательного аппарата. Двигатели летательного аппарата, как правило, неподвижно соединяют с крыльями или устанавливают на задней части летательного аппарата.

Для оптимизации внутреннего пространства летательного аппарата согласно известным техническим решениям изменяли сечение центральной части фюзеляжа. Так, например, в документе ЕР-1413513 предложен фюзеляж летательного аппарата, содержащий первую часть, имеющую первый размер вдоль нормальной оси летательного аппарата, и третью часть фюзеляжа, имеющую третий размер вдоль нормальной оси летательного аппарата. Второй размер фюзеляжа по нормальной оси летательного аппарата меньше первого размера, соответствующего первой части фюзеляжа, и третьего размера вдоль нормальной оси, соответствующего третьей части фюзеляжа. Такой летательный аппарат позволяет, в частности, иметь профиль, соответствующий закону площадей.

Настоящее изобретение призвано предложить фюзеляж летательного аппарата, который позволяет получить выигрыш в пространстве внутри летательного аппарата, сохраняя при этом необходимые аэродинамические характеристики. Предпочтительно фюзеляж должен иметь сечение, обеспечивающее сопротивление напряжениям, связанным с созданием давления внутри летательного аппарата. Фюзеляж должен также предпочтительно обеспечивать оптимизацию с точки зрения внутреннего оборудования, центровки масс и аэродинамики.

В этой связи объектом настоящего изобретения является фюзеляж летательного аппарата, содержащий переднюю часть с кабиной, центральную часть и заднюю часть.

Согласно изобретению, со стороны передней части центральная часть фюзеляжа содержит первую зону, ширина которой, измеренная вдоль поперечной оси, увеличивается до максимальной ширины в направлении от передней части к задней части летательного аппарата, вторую зону, ширина которой уменьшается, и третью зону сзади второй зоны, ширина которой по существу является постоянной.

Расширение впереди центрального фюзеляжа летательного аппарата представляет интерес, так как прежде всего позволяет увеличить свободный объем в летательном аппарате для размещения кресел. Эта расширенная форма фюзеляжа впереди представляет также интерес с точки зрения аэродинамики, так как позволяет увеличить подъемную силу летательного аппарата.

Согласно первому варианту выполнения фюзеляжа в соответствии с настоящим изобретением, вторая зона центральной части фюзеляжа непосредственно соединена с первой зоной центральной части фюзеляжа. Однако для размещения большего числа пассажиров в салоне летательного аппарата можно отделить вторую зону центральной части фюзеляжа от первой зоны центральной части фюзеляжа частью фюзеляжа, ширина которой по существу соответствует максимальной ширине фюзеляжа.

Для обеспечения более быстрой посадки и высадки пассажиров предлагается, чтобы фюзеляж содержал первую дверь, предназначенную для посадки пассажиров сзади второй зоны центрального фюзеляжа или спереди третьей зоны центрального фюзеляжа. Разумеется, предусмотрена также вторая дверь, расположенная симметрично по отношению к вертикальной продольной осевой плоскости фюзеляжа, и вышеупомянутая первая дверь в действительности представляет собой пару дверей.

Предпочтительно крылья соединяют с фюзеляжем на уровне третьей зоны центрального фюзеляжа из соображений аэродинамики.

Чтобы, с одной стороны, получить полезный объем для размещения пассажиров в фюзеляже и, с другой стороны, увеличить подъемную силу этого фюзеляжа, предпочтительно выполняют поперечное сечение центрального фюзеляжа, имеющее уплощенную закругленную форму, ширина которой, измеренная вдоль поперечной оси, превышает высоту, измеренную вдоль нормальной оси. Согласно предпочтительному варианту выполнения, поперечное сечение центрального фюзеляжа имеет форму двух дуг окружности большого радиуса, расположенных друг против друга, соответствующих верхней части и нижней части центрального фюзеляжа и соединенных между собой в переходной зоне двумя дугами окружности меньшего радиуса, соответствующими боковым стенкам центрального фюзеляжа. Эта форма позволяет реализовать прочную конструкцию, не прибегая при этом к слишком большому количеству усилительных элементов и не слишком ее утяжеляя.

Предпочтительно высота центральной части фюзеляжа, измеренная вдоль нормальной оси, по существу является постоянной, что облегчает изготовление этого фюзеляжа и его внутреннее оборудование.

Для лучшей центровки летательного аппарата с фюзеляжем в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно двигатели располагают сзади и крепят на задней части фюзеляжа. Это позволяет лучше изолировать кабину от шума во время полета.

Для перевозки грузов заднюю часть фюзеляжа выполняют, например, в виде грузового помещения, в которое могут войти два контейнера типа LD3.

Объектом настоящего изобретения является также летательный аппарат, отличающийся тем, что содержит описанный выше фюзеляж.

Детали и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи, на которых:

фиг.1 - вид в плане передней части пассажирского салона летательного аппарата с фюзеляжем в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - вид, соответствующий фиг.1, при другом внутреннем оборудовании пассажирского салона;

фиг.3 - вид в перспективе летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4-6 - соответственно вид спереди, сверху и сбоку летательного аппарата, показанного на фиг.3;

фиг.7-9 - вид в перспективе вариантов выполнения летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением, в которых двигатели установлены на задней части фюзеляжа летательного аппарата;

фиг.10 - вид сбоку летательного аппарата, показанного на фиг.7;

фиг.11 - вид сбоку «классической» конфигурации летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.12 - вид в перспективе летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением, в котором крылья находятся в верхнем положении;

фиг.13-15 - соответственно вид спереди, сверху и сбоку летательного аппарата, показанного на фиг.12;

Фиг.16 - схематичный вид в продольном разрезе летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.17 - вид в горизонтальном разрезе, показывающий внутреннюю конфигурацию летательного аппарата, показанного на фиг.16;

фиг.18 - увеличенный вид в поперечном разрезе салона летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.19 - внешняя форма фюзеляжа в поперечном разрезе согласно предпочтительному варианту выполнения, соответствующему, например, фиг.16-18.

Каждый из чертежей относится к летательному аппарату, содержащему фюзеляж, соединенный с крыльями и двигателями.

В дальнейшем тексте описания термины «передний», «задний» относятся к летательному аппарату и к направлению его перемещения в полете. Понятия относительных нижних и верхних положений определены, например, когда летательный аппарат находится в полете на крейсерской скорости или стоит на земле.

Классически фюзеляж содержит три части: переднюю часть 2, центральную часть 4 и заднюю часть 6.

В передней части 2 фюзеляжа находится кабина, являющаяся постом управления летательного аппарата. Этот пост управления содержит, в частности, элементы управления летательным аппаратом, контрольные экраны, средства связи летательного аппарата, с одной стороны, внутренние и, с другой стороны, внешние для связи с контрольной вышкой или с другими летательными аппаратами, кресла пилотов и т.д.

Центральная часть 4 фюзеляжа находится сразу за передней частью 2. Эта часть фюзеляжа предназначена, в частности, для размещения пассажиров, их багажа и, в случае необходимости, грузов. Для этого центральная часть 4 фюзеляжа содержит, в частности, салон, оборудованный на половом перекрытии 8 салона, образующем палубу (фиг.16 и 18).

Из соображений аэродинамики задняя часть 6 фюзеляжа имеет форму, напоминающую конус. Классически на ней устанавливают хвостовое оперение, которое меняется в зависимости от вариантов выполнения летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением.

Прежде всего настоящее изобретение относится к центральной части 4 фюзеляжа. Она содержит три зоны: первую зону 10 в переднем участке центральной части 4, вторую зону 12, находящуюся сзади первой зоны 10, и, наконец, третью зону 14 в заднем участке центральной части 4 фюзеляжа.

На фиг.3 для летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением показаны его продольная ось (ось х), его поперечная ось (ось у) и его нормальная ось (ось z).

В предпочтительном варианте выполнения изобретения вдоль центральной части 4 ее высота (измеренная вдоль нормальной оси) является постоянной (или, по крайней мере, по существу постоянной), что представлено в видах сбоку вариантов выполнения летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением. Однако высота центральной части 4 фюзеляжа может меняться вдоль его продольной оси, что тоже соответствует настоящему изобретению.

Первая зона 10 центральной части 4 фюзеляжа имеет ширину (измеренную вдоль поперечной оси), увеличивающуюся вдоль продольной оси в направлении от передней к задней части летательного аппарата. В этой первой зоне 10 ширина фюзеляжа летательного аппарата увеличивается до максимального значения.

Во второй зоне 12 центральной части 4 ширина фюзеляжа летательного аппарата уменьшается от максимального значения этой ширины до значения, которое соответствует ширине третьей зоны 14, которая по существу является постоянной.

Вторая зона 12 может быть, например, по существу симметричной с первой зоной 10 относительно плоскости поперечного разреза центральной части 4 большей ширины.

В варианте выполнения, не показанном на чертежах, между первой зоной 10 и второй зоной 12 может быть выполнена промежуточная зона. Эта промежуточная зона постоянной ширины, равной максимальной ширине центральной части 4 фюзеляжа, предусмотрена, например, для реализации удлиненного варианта выполнения летательного аппарата, предназначенного для перевозки большего числа пассажиров.

На фиг.1 и 2 показаны два варианта внутреннего оборудования первой зоны 10 и второй зоны 12 летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением.

Следует заметить, что за счет увеличенной ширины в салоне летательного аппарата можно использовать значительный внутренний объем. В варианте выполнения, показанном на фиг.1, салон летательного аппарата оборудован только по одному классу комфорта, например по эконом-классу. В то время как в третьей зоне 14 и в заднем участке второй зоны 12 конфигурация салона предусматривает размещение шести кресел в ряду, в зоне большей ширины первой зоны 10 и второй зоны 12 в ряду можно установить семь кресел. Таким образом, в примере, показанном на фиг.1, эта расширенная форма позволяет получить «выигрыш» в восемь кресел. Для авиационной компании такой выигрыш является очень существенным.

В варианте выполнения, показанном на фиг.2, салон летательного аппарата оборудован по двум классам комфорта, например по эконом-классу (сзади) и по бизнес-классу (спереди). Бизнес-класс находится в центральной части 4 фюзеляжа большей ширины. В этом случае в отсеке бизнес-класса можно иметь столько же кресел (шесть), сколько и в отсеке эконом-класса. Это является абсолютно оригинальным в летательном аппарате. Действительно, во всех известных решениях оборудования салонов пассажирских летательных аппаратов, предусматривающих два (или три) класса комфорта, количество кресел, расположенных по ширине летательного аппарата, уменьшается с повышением класса комфорта. Для авиационной компании выигрыш в рентабельности для такого летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением является очевидным. В варианте, показанном на фиг.2, выигрыш по сравнению с летательным аппаратом, содержащим центральную часть фюзеляжа постоянной ширины, составляет, по меньшей мере, шесть кресел бизнес-класса.

Крылья летательного аппарата соединяют с центральной частью 4 фюзеляжа на уровне третьей зоны 14. Речь может идти о крыльях 16 в нижнем положении, как показано, например, в вариантах выполнения на фиг.3-11, или о крыльях 16 в верхнем положении, как показано, например, на фиг.12-15.

Предпочтительно крылья соединяют с третьей зоной 16 центральной части 4 на расстоянии от второй зоны 12. Таким образом, между второй зоной 12 и крыльями существует участок 20 фюзеляжа постоянной ширины. Этот «прямой» участок 20 можно предпочтительно использовать для выполнения двери 22. Речь может идти о входном люке летательного аппарата. Эта дверь 22 в данном случае находится не впереди салона, предназначенного для размещения пассажиров. Так, когда пассажиры заходят в летательный аппарат через дверь 22, в зависимости от места, указанного в билете, пассажиры будут проходить в салон слева или справа. Это позволяет значительно ускорить посадку пассажиров в летательный аппарат.

Эта входная дверь 22 может также находиться на уровне второй зоны 12 или на уровне соединения между второй зоной 12 и третьей зоной 14. Можно также предусмотреть и «классическую» посадку, как показано, например, на фиг.1, 2, 11 и 12-15.

В случае удлиненного фюзеляжа, в котором, как было указано выше, между первой зоной 10 и второй зоной 12 предусмотрена промежуточная зона, посадку можно также предусмотреть в этой промежуточной зоне.

Настоящее изобретение представляет особый интерес для летательных аппаратов, двигатели которых установлены сзади. В этом случае эти двигатели установлены на заднем фюзеляже 6 летательного аппарата. Действительно, за счет увеличения ширины фюзеляжа на уровне первой зоны 10 и второй зоны 12 создается «перевес» в передней части летательного аппарата. Это распределение масс является даже предпочтительным для летательного аппарата по сравнению с классическим распределением, которое тоже можно применять на летательном аппарате в соответствии с настоящим изобретением, как показано на фиг.10-15. В этих вариантах выполнения двигатели расположены под крыльями.

Кроме балансировки масс летательного аппарата, такое положение двигателей является более комфортным для пассажиров. В этом случае салон летательного аппарата является более изолированным от шума, чем при центральном положении двигателей, особенно для пассажиров, которые сидят сзади по отношению к двигателям.

Этими двигателями могут быть реактивные двигатели (фиг.11-15), однако вариант летательного аппарата с турбовинтовыми двигателями, известными под английским названием «propfan» («турбовентиляторный двигатель»), позволяет сократить расход топлива летательного аппарата, при этом характеристики лишь незначительно ухудшаются по сравнению с вариантом реактивных двигателей (фиг.3-8 и 10).

В варианте выполнения, показанном на чертежах, двигатели соединены с хвостовым оперением летательного аппарата (фиг.3-6). В вариантах выполнения, показанных на фиг.7-10, двигатели установлены непосредственно на задней части 6 фюзеляжа. Варианты выполнения, показанные на фиг.7-11, предусматривают классическое расположение двигателей, установленных под крыльями.

На фиг.16 и 19 показан предпочтительный вариант выполнения поперечного сечения центральной части 4 фюзеляжа летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением. По сравнению с классической круглой формой поперечного сечения фюзеляжа летательного аппарата, предложенная в данном случае форма сечения является уплощенной сверху и снизу, поэтому имеет ширину, большую, чем высота. Эта форма позволяет увеличить внутри салона летательного аппарата полезное пространство для размещения пассажиров. Снаружи летательного аппарата эта форма тоже является предпочтительной, так как обеспечивает лучшие аэродинамические качества, чем цилиндрическая форма круглого сечения.

Чтобы конструкция была более прочной без использования слишком большого количества усилительных элементов, которые утяжеляют летательный аппарат и ограничивают внутри него полезное пространство, наружная форма поперечного сечения фюзеляжа летательного аппарата на уровне его центральной части в предложенном варианте представляет собой последовательность соединенных между собой дуг окружности.

На фиг.19 показаны четыре центра кривизны, соответствующие четырем дугам окружности, образующим форму поперечного сечения центральной части фюзеляжа летательного аппарата. Верхний центр 24, показанный на фиг.19, является центром дуги окружности, соответствующей нижней стороне центральной части 4. Эта нижняя сторона имеет радиус кривизны R. На этой фигуре нижний центр 26 соответствует центру дуги окружности, соответствующей верхней части центральной части 4 летательного аппарата. Эта дуга окружности имеет такой же радиус кривизны R.

Центр 28, показанный на фиг.19 слева, является центром кривизны дуги окружности, соответствующей левой боковой стенке центральной части 4 летательного аппарата. Эта дуга окружности имеет радиус кривизны r, причем r меньше R. Согласно симметрии центральной части 4 фюзеляжа летательного аппарата, четвертый центр 30, показанный на фиг.19 справа, соответствует центру кривизны правой боковой стенки фюзеляжа летательного аппарата, и соответствующая дуга окружности имеет такой же радиус кривизны r.

Как показано, в частности, на фиг.16 и 17, описанная выше уплощенная форма центральной части 4 фюзеляжа способствует увеличению полезного объема в салоне, предназначенного для размещения пассажиров, за счет места в багажном помещении. Пространство в багажном помещении является вполне достаточным для размещения багажа пассажиров, находящихся в салоне летательного аппарата. Вместе с тем, предпочтительно также иметь возможность перевозить стандартные контейнеры 32.

Вариант выполнения, показанный на фиг.16-18, предусматривает в заднем участке центральной части 4, или на соединении между центральной частью 4 и задней частью 6 фюзеляжа, или в переднем участке задней части 6 достаточное свободное пространство для размещения, например, двух контейнеров 32 типа LD3. В этом случае летательный аппарат может перевозить некоторые грузы, кроме пассажиров, находящихся в летательном аппарате. Это, разумеется, является более предпочтительным для коммерческой эксплуатации летательного аппарата.

Представленный выше фюзеляж летательного аппарата имеет, таким образом, много преимуществ по сравнению с классическим фюзеляжем летательного аппарата. Внутри предложенный фюзеляж позволяет получить выигрыш в пространстве прежде всего за счет особой формы в переднем участке центральной части фюзеляжа, а также благодаря форме, придаваемой поперечному сечению этой центральной части. Кроме того, эта форма позволяет улучшить аэродинамические характеристики летательного аппарата.

Фюзеляж летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает также хорошую центровку масс летательного аппарата. В предпочтительном варианте выполнения с расположением двигателей сзади балансировка масс в летательном аппарате является особенно благоприятной. Это заднее расположение двигателей позволяет также повысить комфорт пассажиров, так как в салоне летательного аппарата меньше ощущается шум двигателей.

Предложенный фюзеляж оптимизирован также для обеспечения быстрой посадки и высадки пассажиров.

Наконец, как видно из примеров различных предусматриваемых вариантов выполнения, показанных на чертежах, фюзеляж в соответствии с настоящим изобретением позволяет также производить самолеты самых разнообразных версий, например, в том, что касается позиционирования крыльев и двигателей. Здесь необходимо отметить, что представленные на чертежах примеры и варианты не являются ограничительными. Как было также указано выше, фюзеляж может быть удлиненным предпочтительно между первой зоной 10 центральной части 4 фюзеляжа и второй зоной 12 этой центральной части для размещения большего числа пассажиров.

Настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения, представленными в качестве неограничительных примеров. Наоборот, оно относится ко всем версиям выполнения, доступным специалисту в рамках приведенной ниже формулы изобретения.

Фюзеляж летательного аппарата содержит переднюю часть (2) с кабиной, центральную часть (4) и заднюю часть (6). Со стороны передней части (2) центральная часть (4) фюзеляжа содержит первую зону (10), ширина которой, измеренная вдоль поперечной оси, увеличивается до максимальной ширины в направлении от передней части к задней части летательного аппарата, вторую зону (12), ширина которой уменьшается, и третью зону (14) сзади второй зоны (12), ширина которой по существу является постоянной. Высота центральной части (4) фюзеляжа, измеренная вдоль нормальной оси, является постоянной. Изобретение направлено на оптимизацию центровки масс и аэродинамики летательного аппарата. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Фюзеляж летательного аппарата, содержащий переднюю часть (2) с кабиной, центральную часть (4) и заднюю часть (6), отличающийся тем, что со стороны передней части (2) центральная часть (4) фюзеляжа содержит первую зону (10), ширина которой, измеренная вдоль поперечной оси, увеличивается до максимальной ширины в направлении от передней части к задней части летательного аппарата, вторую зону (12), ширина которой уменьшается, и третью зону (14) сзади второй зоны (12), ширина которой, по существу, является постоянной, при этом высота центральной части (4) фюзеляжа, измеренная вдоль нормальной оси, по существу, является постоянной.

2. Фюзеляж по п.1, отличающийся тем, что вторая зона (12) центральной части (4) фюзеляжа непосредственно соединена с первой зоной (10) центральной части (4) фюзеляжа.

3. Фюзеляж по п.1, отличающийся тем, что вторая зона (12) центральной части (4) фюзеляжа отделена от первой зоны (10) центральной части (4) фюзеляжа частью фюзеляжа, ширина которой, по существу, соответствует максимальной ширине фюзеляжа.

4. Фюзеляж по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что фюзеляж содержит первую дверь (22), предназначенную для посадки пассажиров сзади второй зоны (12) центральной части (4) фюзеляжа или спереди третьей зоны (14) центральной части (4) фюзеляжа.

5. Фюзеляж по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что крылья (16, 18) соединяют с фюзеляжем на уровне третьей зоны (14) центральной части (4) фюзеляжа.

6. Фюзеляж по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что поперечное сечение центральной части (4) фюзеляжа имеет уплощенную закругленную форму, ширина которой, измеренная вдоль поперечной оси, превышает высоту, измеренную вдоль нормальной оси.

7. Фюзеляж по п.6, отличающийся тем, что поперечное сечение центральной части (4) фюзеляжа имеет форму двух дуг окружности большого радиуса, расположенных друг против друга, и соответствующих верхней части и нижней части центрального фюзеляжа, и соединенных между собой в переходной зоне двумя дугами окружности меньшего радиуса, соответствующими боковым стенкам центральной части (4) фюзеляжа.

8. Фюзеляж по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что двигатели располагают сзади и крепят на задней части (6) фюзеляжа.

9. Летательный аппарат, отличающийся тем, что содержит фюзеляж по одному из пп.1-8.