СТРУКТУРА ЯЧЕЙКИ ФЮЗЕЛЯЖА ДЛЯ САМОЛЕТА ГИБРИДНОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2013 года по МПК B64C1/06 B64G1/22 

Изобретение относится к ячеистой структуре фюзеляжа летательного аппарата, при этом ячеистая структура фюзеляжа образована с помощью нескольких панелей обшивки, продольных элементов жесткости и поперечных элементов жесткости, в частности шпангоутов, с образованием нескольких продольных и/или поперечных швов, при этом по меньшей мере одна панель обшивки выполнена с двойной оболочкой и по меньшей мере одна панель обшивки выполнена монолитной.

Известные варианты выполнения ячеек фюзеляжа самолета, в частности имеющих большой объем пассажирских самолетов, образованы, как правило, с помощью монолитных панелей обшивки. Монолитные панели обшивки могут быть выполнены с помощью металлических материалов и/или с помощью волоконных композиционных материалов. Для придания жесткости монолитным панелям обшивки предусмотрено несколько проходящих в направлении полета параллельно друг другу на расстоянии друг от друга продольных элементов жесткости, а также шпангоутных профилей в качестве поперечных элементов жесткости, которые расположены в поперечном относительно направления полета направлении. Изготовление продольных элементов жесткости и шпангоутных сегментов и их крепление на монолитной панели обшивки связаны со значительными затратами на изготовление.

Ячейки фюзеляжа с панелями обшивки в конструкции с двойной оболочкой обычно встречаются в небольших самолетах. В случае конструкции панелей обшивки с двойной оболочкой используются плоские и/или по меньшей мере в некоторых зонах по меньшей мере однократно изогнутые элементы слоистой конструкции, в которых внутренний и наружный покрывной слой соединены друг с другом с помощью сердцевинной структуры, например в виде сотовой сердцевины, сердцевины из жесткого пенопласта или сложенной сотовой сердцевины, с образованием заданного расстояния друг от друга. Покрывные слои могут быть образованы с помощью волоконных композиционных материалов, с помощью металлических материалов или с помощью гибридных материалов, таких как, например, Glare®.

Идеальная конструкция с двойной оболочкой имеет, в частности, то преимущество, что требуется меньше или не требуется продольных элементов жесткости и шпангоутов для придания жесткости ячейке фюзеляжа, за счет чего уменьшаются затраты на изготовление и, возможно, снижение веса конструкции. Кроме того, при определенных обстоятельствах возможно уменьшение, в противоположность монолитным панелям обшивки, первичной тепловой изоляции панелей обшивки с двойной оболочкой.

Задачей изобретения является создание ячейки фюзеляжа гибридной конструкции, в которой плоские и/или по меньшей мере однократно изогнутые панели обшивки монолитной конструкции или конструкции с двойной оболочкой комбинированы друг с другом с образованием продольных и/или поперечных швов за счет оптимизированных по потоку сил мест пересечения так, что получается снижение веса, при этом одновременно уменьшаются затраты на изготовление.

Эта задача решена с помощью ячейки фюзеляжа с признаками пункта 1 формулы изобретения.

За счет того, что в зоне по меньшей мере одного продольного шва между монолитной панелью обшивки и панелью обшивки с двойной оболочкой предусмотрена по меньшей мере одна продольная планка с первым и вторым продольными фланцами, при этом продольные фланцы соединены друг с другом со смещением с помощью наклонной перемычки и/или в зоне по меньшей мере одного поперечного шва между монолитной панелью обшивки и панелью обшивки с двойной оболочкой предусмотрен по меньшей мере один участок перехода нагрузки для присоединения по меньшей мере одного находящегося на монолитной панели обшивки продольного элемента жесткости по меньшей мере к одной панели обшивки с двойной оболочкой, можно комбинировать почти любую последовательность из выполненных монолитными или с двойной оболочкой панелей обшивки в сложную ячеистую структуру фюзеляжа. При этом можно использовать выполненные монолитно или с двойной оболочкой панели обшивки в тех зонах ячеистой структуры фюзеляжа, в которых соответствующая конструкция обеспечивает наивысшие статические и конструктивные преимущества.

В принципе можно также создавать одну полную секцию фюзеляжа с помощью панелей обшивки с двойной оболочкой и сконструировать примыкающую к ней секцию фюзеляжа - исключительно с помощью монолитных панелей обшивки.

За счет того, что в месте сопряжения между панелью обшивки с двойной оболочкой и монолитной панелью обшивки в зоне продольного шва предусмотрена продольная планка с наклонным уступом, можно сводить вместе силы, которые исходят из обоих покрывных слоев части слоистой конструкции, и вводить в монолитную панель обшивки. Кроме того, продольная планка образует окончание сердцевинной структуры панели обшивки с двойной оболочкой.

В зоне места сопряжения поперечного шва между монолитной панелью обшивки и панелью обшивки, выполненной в конструкции с двойной оболочкой, предусмотрено несколько участков перехода нагрузки, которые служат для передачи нагрузки между расположенными на монолитной панели обшивки продольными элементами жесткости и покрывным слоем панели обшивки, выполненной в конструкции с двойной оболочкой.

В одной предпочтительной модификации ячеистой структуры фюзеляжа предусмотрено, что первый продольный фланец соединен с внутренним покрывным слоем панели обшивки с двойной оболочкой, а второй продольный фланец соединен с наружным покрывным слоем панели обшивки с двойной оболочкой, и второй продольный фланец с помощью планки и/или профиля, в частности с помощью Т-образного профиля, соединен с монолитной панелью обшивки с образованием продольного шва.

С помощью предпочтительно выполненного Т-образным профиля, соответственно, с помощью подходящей планки монолитная панель обшивки соединена на внутренней стороне в стык со вторым продольным фланцем продольной планки. Одновременно наружный покрывной слой панели обшивки с двойной оболочкой перекрывает на наружной стороне стык между вторым продольным фланцем и монолитной панелью обшивки. Соединение всех упомянутых компонентов друг с другом можно выполнять с помощью заклепок, болтов, склеек, выполненных по меньшей мере в некоторых зонах, или с помощью любых комбинаций упомянутых способов соединения.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения предусмотрено, что по меньшей мере один шпангоут монолитной панели обшивки имеет расположенную на нижней стороне выемку в зоне конца шпангоута и в зоне конца шпангоута расположен по меньшей мере один уголок.

С помощью уголка обеспечивается возможность механического соединения конца шпангоута с панелью обшивки с двойной оболочкой, поскольку в зоне панели обшивки с двойной оболочкой, как правило, не требуются шпангоуты. Уголок может быть при необходимости интегральной составной частью шпангоута.

В случае если количество шпангоутов уменьшено в зоне панели обшивки с двойной оболочкой по сравнению с монолитной панелью обшивки, то тем самым может быть обеспечено правильное относительно силового потока соединение шпангоутов с панелью обшивки с двойной оболочкой.

Согласно другому варианту выполнения изобретения в зоне по меньшей мере одного поперечного шва расположена по меньшей мере одна поперечная планка с первым и вторым поперечными фланцами, при этом поперечные фланцы с помощью уступа соединены друг с другом со смещением насколько возможно более параллельно друг другу.

С помощью поперечной планки передаются, даже если и не первично, нагрузки между панелью обшивки с двойной оболочкой и монолитной панелью обшивки. Одновременно с помощью поперечной планки осуществляется закрывание сердцевинной структуры панели обшивки с двойной оболочкой.

Другие предпочтительные варианты выполнения ячеистой структуры фюзеляжа приведены в других пунктах формулы изобретения.

На фигурах изображено:

фиг.1 - выполненный в соответствии с изобретением продольный шов между панелью обшивки с двойной оболочкой и монолитной панелью обшивки в изометрической проекции;

фиг.2 - поперечное сечение согласно фиг.1 в зоне конца шпангоута;

фиг.3 - поперечное сечение по линии III-III на фиг.2;

фиг.4 - выполненный в соответствии с изобретением поперечный шов между панелью обшивки с двойной оболочкой и монолитной панелью обшивки с несколькими участками переходов нагрузки, в изометрической проекции;

фиг.5 - сечение выполненного в соответствии с изобретением поперечного шва в увеличенном масштабе;

фиг.6 - вариант выполнения поперечного шва между панелью обшивки с двойной оболочкой и монолитной панелью обшивки с интегрированным в зоне поперечного шва окном.

На фиг.1 показан в изометрической проекции выполненный в соответствии с изобретением продольный шов 1 между панелью 2 обшивки с двойной оболочкой и монолитной панелью 3 обшивки ячейки фюзеляжа самолета, изготовленной в гибридной конструкции, т.е. за счет комбинирования монолитных и имеющих двойную оболочку панелей обшивки.

Имеющая двойную оболочку панель 2 обшивки образована с помощью структуры 4 сердцевинной части, которая снабжена внутренним покрывным слоем 5 и наружным покрывным слоем 6. Наружный покрывной слой 6 образован с помощью утолщения 7, являющимся не обязательным, и обшивки 8. Ось 9 х, соответствующая направлению полета не изображенной ячейки фюзеляжа самолета, проходит приблизительно параллельно продольному шву 1.

Продольный шов 1 образован по существу с помощью продольной планки 10. Продольная планка 10 имеет первый фланец 11 и второй фланец 12, которые соединены друг с другом с практически параллельным смещением относительно друг друга с помощью наклонной перемычки 13. Понятие «параллельность» в контексте заявки не следует понимать в строгом смысле геометрии на плоскости. Понятие «параллельный» в данном случае скорее означает, что две плоские и/или по меньшей мере на некоторых участках по меньшей мере однократно изогнутые поверхности, такие как, например, фланцы 11, 12, фиктивно проходят в пространстве по меньшей мере в некоторых зонах на равномерном расстоянием друг от друга. Это означает, что, например, оба фланца 11, 12 на приблизительно полых цилиндрических участках ячейки фюзеляжа имеют по существу однократно изогнутую геометрию поверхности, в то время как фланцы 11, 12 в зоне хвостовой части и в зоне кабины пилота ячейки фюзеляжа имеют, как правило, сложную сферическую, т.е. по меньшей мере в некоторых зонах дважды изогнутую, геометрию поверхности. В случае изогнутой геометрии поверхности степень изгиба может локально изменяться. Однако в плоских зонах геометрии поверхности фланцы 11, 12 имеют также, соответственно, плоскую геометрию.

Угол наклона перемычки 13 составляет предпочтительно меньше 45°. Первый фланец 11 соединен в зоне продольного шва 1 с внутренним покрывным слоем 5. Соединение может быть выполнено, например, посредством клепки, болтового соединения или склеивания. Второй фланец 12 продольной планки 10 соединен в стык с монолитной панелью 3 обшивки с образованием собственно продольного шва 1. Собственно соединение между вторым фланцем 12 и монолитной панелью 3 обшивки происходит в показанном на фиг.1 примере выполнения с помощью проходящего по существу поперек оси 9 «х» Т-образного профиля 14 с цокольным фланцем 15 и перемычкой 16, расположенной на нем перпендикулярно посредине. При этом цокольный фланец 15 Т-образного профиля 14 неподвижно соединен как со вторым фланцем 12, так и с монолитной панелью 3 обшивки. Дополнительно к этому на нижней стороне наружный покрывной слой 6 перекрывает зону продольного шва 1, которая образована за счет соединения встык между вторым фланцем 12 и монолитной панелью 3 обшивки, т.е. имеется механическое соединение между Т-образным профилем 14, вторым фланцем 12, монолитной панелью 3 обшивки, а также наружным покрывным слоем 6 панели 2 обшивки, имеющей двойную оболочку. Соединение между всеми указанными компонентами можно осуществлять известным образом с помощью заклепок, болтов и/или по меньшей мере в некоторых зонах с помощью склеивания. Соединительный элемент в качестве представителя всех остальных соединительных элементов обозначен на фиг.1 ссылочной позицией 17.

Примерно поперек продольного шва 1 проходит шпангоут 18 с нижним фланцем 19 и верхним фланцем 20, которые соединены друг с другом с помощью проходящей перпендикулярно им перемычки 21. В зоне конца 22 шпангоута находится расположенная на нижней стороне в шпангоуте 18 выемка 23, а также уголок 24 для соединения конца 22 шпангоута с имеющей двойную оболочку панелью 2 обшивки. Уголок 24 имеет первую и вторую полку 25, 26, которые соединены с внутренним покрывным слоем 5 имеющей двойную оболочку панели 2 обшивки и концом 22 шпангоута. Полки 25, 26 образуют друг с другом угол равный примерно 90°. Уголок 24 обеспечивает возможность оптимального с точки зрения статики соединения конца 22 шпангоута с имеющей двойную оболочку панелью 2 обшивки. В не изображенном варианте выполнения может быть предусмотрен другой уголок на другой стороне перемычки 21 шпангоута 18 противоположно уголку 24.

Под второй полкой 26 уголка 24 находится не обязательная выемка 27 внутри сердцевинной структуры 4 панели 2 обшивки, имеющей двойную оболочку. Карманообразная выемка 27, имеющая в показанном на фиг.1 примере выполнения прямоугольную геометрическую форму, служит для размещения не изображенного на фиг.1 усилительного профиля с целью соединения конца 22 шпангоута также с наружным покрывным слоем 6 панели 2 обшивки, имеющей двойную оболочку, в дополнение к соединению с внутренним покрывным слоем 5. Выемка 23, предусмотренная на нижней стороне шпангоута 18 в зоне конца 22 шпангоута, обеспечивает возможность выравнивания по высоте между имеющей двойную оболочку панелью 2 обшивки с большей толщиной материала и сравнительно более тонкой монолитной панелью 3 обшивки.

На фиг.2 показано упрощенное поперечное сечение продольного шва 1 согласно изобретению между имеющей двойную оболочку панелью 2 обшивки и монолитной панелью 3 обшивки.

Продольный шов 1 возникает вследствие соединения второго (правостороннего) продольного фланца 12 продольной планки 10 с монолитной панелью 3 обшивки с помощью цокольного фланца 15 Т-образного профиля 14 во взаимодействии с наружным покрывным слоем 6 имеющей двойную оболочку панели 2 обшивки, полностью перекрывающим продольный шов 1 на нижней стороне. Соединение внутреннего покрывного слоя 5 осуществляется с помощью первого (левостороннего) продольного фланца 11 продольной планки 10. За счет жесткой продольной планки 10 в соединении с наружным покрывным слоем 6 силы, которые исходят от покрывных слоев 5, 6 панели 2 обшивки, имеющей двойную оболочку, сначала сводятся вместе, а затем одновременно на верхней и нижней стороне переводятся в монолитную панель 3 обшивки.

Для повышения прочности на изгиб продольного шва 1 нижний фланец 19 шпангоута 18 соединен с монолитной панелью 3 обшивки, а конец 22 шпангоута соединен через уголок 24 по меньшей мере с внутренним покрывным слоем 5 панели 2 обшивки, имеющей двойную оболочку. Выемка 23, предусмотренная в зоне конца 22 шпангоута в нижней зоне шпангоута 18, служит для выравнивания уровня между имеющей двойную оболочку панелью 2 обшивки и монолитной панелью 3 обшивки и обеспечивает, кроме того, возможность поперечного прохода Т-образного профиля 14.

В сердцевинной структуре 4 может быть выполнена являющаяся необязательной, имеющая прямоугольную форму выемка 27, соответственно, карман. Являющаяся необязательной выемка 27 служит для интегрирования полого тела с подходящей геометрией поперечного сечения, такого как, например, двутавровый профиль 28. Двутавровый профиль 28 может быть дополнительно к показанному соединению соединен, например склеен, с помощью соединительных элементов по меньшей мере в некоторых зонах поверхностно с поверхностными слоями. За счет этого можно механически эффективным образом соединять конец 22 шпангоута дополнительно с наружным покрывным слоем 6 панели 2 обшивки, имеющей двойную оболочку. В противоположность показанному на фиг.1 соединительные элементы, требующиеся для создания полного продольного шва 1, обозначены не кругами, соответственно эллипсами, а штрихпунктирными линиями. Двутавровый профиль 28, соответственно полое тело, подлежащее размещению в выемке 27, может быть выполнено из металлического материала и/или волоконного композиционного материала.

На фиг.3 показано упрощенное поперечное сечение по линии III-III на фиг.2.

Являющийся необязательным нижний фланец 19 шпангоута 18, первый фланец 11 продольной планки 10 и внутренний покрывной слой 5 могут быть соединены друг с другом с помощью не изображенных соединительных элементов. Механическое соединение шпангоута 18 с имеющей двойную оболочку панелью 2 обшивки осуществляется с помощью уголка 24, при этом первая полка 25 соединена с перемычкой 21 шпангоута 18, а вторая полка 26 соединена с первым продольным фланцем 11, внутренним покрывным слоем 5 и двутавровым профилем 28. Дополнительно к этому также наружный покрывной слой 6 панели 2 обшивки, имеющей двойную оболочку, соединен с двутавровым профилем 28. Вместо двутаврового профиля 28 в выемку 27 в сердцевинной структуре 4 в панели 2 обшивки, имеющей двойную оболочку, может в качестве профильного тела быть интегрирован для соединения конца 22 шпангоута профиль любой формы с подходящей геометрией поперечного сечения, например прямоугольный полый профиль. Таким образом, двутавровый профиль 28 с помощью уголка 24 обеспечивает возможность соединения конца 22 шпангоута как с внутренним покрывным слоем 5, так и с наружным покрывным слоем 6 имеющей двойную оболочку панели 2 обшивки, так что достигается статически эффективный перевод сил между панелями обшивки в зоне продольного шва 1 находящихся в стыке друг с другом панелей 2, 3 обшивки.

На фиг.4 схематично показан выполненный в соответствии с изобретением поперечный шов между монолитной панелью обшивки и имеющей двойную оболочку панелью обшивки с несколькими участками переходов нагрузки.

Поперечный шов 29 имеется между монолитной панелью 30 обшивки и имеющей двойную оболочку панелью 31 обшивки. Другая имеющая двойную оболочку панель 32 обшивки соединена с помощью элемента сопряжения 33, имеющего двойную оболочку, с имеющей двойную оболочку панелью 32 обшивки. Используемые при этом соединительные элементы, в частности заклепки и/или болты, обозначены небольшими кружками.

Направление прохождения оси 9 «х» совпадает с направлением полета. На монолитной панели 30 обшивки расположено несколько не изображенных продольных элементов жесткости, которые проходят примерно параллельно оси 9 «х» и которые соединены с несколькими участками переходов нагрузки - из которых участок 34 перехода нагрузки обозначен единой ссылочной позицией для представления всех остальных участков перехода - с имеющей двойную оболочку панелью 32 обшивки. Участок 34 перехода нагрузки имеет на одном конце трапециевидный фланец 35, с помощью которого осуществляется механическое соединение с имеющей двойную оболочку панелью 31 обшивки. Под трапециевидным фланцем 35 проходит как можно более параллельно оси 9 «х» профильный участок 36 с L-образной геометрией поперечного сечения, который служит для механического соединения проходящих на монолитной панели обшивки продольных элементов жесткости. Предпочтительно, участок 34 перехода нагрузки выполнен в виде одной части. Для лучшего соединения панели 31 обшивки, имеющей двойную оболочку, под участком 34 перехода нагрузки проходит являющаяся необязательной поперечная планка 37, которая имеет первый поперечный фланец 38 и второй поперечный фланец 39, которые соединены друг с другом с помощью уступа 40, проходящего по существу вертикально. Поперечные фланцы 38, 39 проходят приблизительно параллельно на расстоянии друг от друга, при этом расстояние между обоими поперечными фланцами 38, 39 соответствует по существу вертикальному уступу 40. Поперечная планка 37 предпочтительно выполнена в виде одной части. С помощью поперечной планки 37 одновременно достигается закрывание сердцевинной структуры панели 31 обшивки, имеющей двойную оболочку.

Соединение монолитной панели 30 обшивки, находящихся на ней продольных элементов жесткости, участка 34 перехода нагрузки, поперечной планки 37, а также имеющей двойную оболочку панели 31 обшивки осуществляется с помощью не изображенных на фиг.4 соединительных элементов, в частности заклепок, винтовых болтов, склеивания, сварки или любых комбинаций упомянутых способов соединения.

На фиг.5 детально показано сечение выполненного в соответствии с изобретением поперечного шва 41 между имеющей двойную оболочку панелью 42 обшивки и монолитной панелью 43 обшивки.

Имеющая двойную оболочку панель 42 обшивки содержит сердцевинную структуру 44, которая снабжена внутренним покрывным слоем 45 и наружным покрывным слоем 46. Наружный покрывной слой 46 содержит утолщение 47, а также собственно обшивку 48. В зоне поперечного шва проходит поперечная планка 49, которая имеет первый поперечный фланец 50, а также проходящий максимально параллельно ему на расстоянии второй поперечный фланец 51, при этом оба фланца 50, 51 соединены друг с другом с помощью примерно вертикального уступа 52. В зоне монолитной панели 43 обшивки проходит продольный элемент 53 жесткости, на концевом участке 54 которого предусмотрено небольшое вертикальное смещение 55 для выравнивания высоты. Концевой участок 54 опирается в зоне поперечного шва 41 на второй поперечный фланец 51. Механическое соединение между продольным элементом 53 жесткости в зоне монолитной панели 43 обшивки и имеющей двойную оболочку панели 42 обшивки осуществляется с помощью участка 56 перехода нагрузки, который имеет на одном конце трапециевидный фланец 57, и его противоположный конец заканчивается профильным участком 58 по существу с L-образной геометрией поперечного сечения.

В зоне имеющей двойную оболочку панели 42 обшивки поперечный шов 41 образован с помощью трапециевидного фланца 57, который соединен с первым поперечным фланцем 50 поперечной планки 49, а также с внутренним покрывным слоем 45. Кроме того, профильный участок 58 участка 56 перехода нагрузки соединен со вторым поперечным фланцем 51, а также с наружным покрывным слоем 46. Наконец, на монолитной стороне поперечного шва 41 осуществляется соединение между продольным элементом 53 жесткости, вторым поперечным фланцем 51 и монолитной панелью 43 обшивки, а также концевым участком 54 продольного элемента 53 жесткости.

Для цельности на фиг.5 изображен шпангоут 59, а также опорный уголок 60, которые в зоне поперечного шва 41 также соединены с концевым участком 54 продольного элемента 53 жесткости, вторым поперечным фланцем 51, а также с монолитной панелью 43 обшивки.

В качестве альтернативного решения в выемке 61 сердцевинной структуры 44 может быть интегрировано профильное тело, соответственно, профильный участок, например двутавровый профиль 62, с целью, в частности, дополнительного соединения участка 56 перехода нагрузки с наружным покрывным слоем панели 42 обшивки, имеющей двойную оболочку (см. фиг.3). Двутавровый профиль 62 может быть образован из металлического материала и/или усиленного волокном пластмассового материала. Соединение двутаврового профиля 62 со сердцевинной структурой 44, покрывными слоями 5, 6 и участком 56 перехода нагрузки можно осуществлять с помощью соединительных элементов и/или с помощью выполненного по меньшей мере на некоторых участках склеивания и/или посредством вспенивания.

В альтернативном, не изображенном на фиг.5 варианте выполнения поперечного шва 41 продольный элемент 53 жесткости заканчивается уже перед поперечным швом 41. В этом случае образование участка 56 перехода нагрузки происходит по выбору либо в виде интегрального, либо в виде отдельного конструктивного элемента. Интегрально выполненный участок 56 перехода нагрузки можно выполнять таким образом, чтобы трапециевидный фланец 57 и профильный участок 58 были выполнены в виде одного единственного конструктивного элемента. Раздельное выполнение предполагает выполнение участка 56 перехода нагрузки выборочно из двух или более конструктивных элементов для трапециевидного фланца 57, профильного участка 58 и соединение с помощью отдельного профиля, соответственно профильного тела, которое может иметь, например, L-образную или же любую другую подходящую геометрию поперечного сечения с продольным элементом 53 жесткости. При этом соединение участка 56 перехода нагрузки можно по выбору осуществлять непосредственно с продольным элементом 53 жесткости и/или между двумя продольными элементами жесткости, при этом можно применять дополнительную поперечную стыковую планку для соединения монолитной и имеющей двойную оболочку панели 43, 42 обшивки.

Преимущество этого варианта выполнения состоит среди прочего в том, что можно отказаться от смещения 55 в концевой зоне продольного элемента 53 жесткости, иначе необходимого для выравнивания высоты, в частности, при использовании волоконных композиционных материалов, однако требующего больших затрат на исполнение.

Соединение всех упомянутых элементов осуществляется, как показано на фиг.5 штрихпунктирными линиями, с помощью болтов, заклепок, винтов, сварки и/или с помощью склеивания, выполняемого по меньшей мере на некоторых участках.

На фиг.6 схематично показан вариант выполнения поперечного шва для соединения монолитной панели обшивки с панелью обшивки, имеющей двойную оболочку, на виде сверху из внутреннего пространства не изображенной ячеистой структуры фюзеляжа.

Монолитная панель 70 обшивки соединена с панелью 71 обшивки, имеющей двойную оболочку. Панель 71 обшивки, имеющая двойную оболочку, содержит внутренний и наружный покрывной слой 72, 73, между которыми расположена сердцевинная структура 74.

В зоне монолитной рамы 75 иллюминатора с размещенным в нем элементом 76 иллюминатора, а также в зоне поперечного шва 77 удалена сердцевинная структура 74, включая внутренний покрывной слой 72 панели 71 обшивки, имеющей двойную оболочку, для создания выемки 78 в панели 71 обшивки, имеющей двойную оболочку. Геометрия выемки 78 соответствует примерно примыкающей непосредственно к поперечному шву 77 прямоугольной кайме, с которой граничит на правой стороне четырехугольная зона для рамы 75 иллюминатора.

Поперечный шов 77 образован, например, с помощью расположенной на внутренней стороне и закрепленной, однако здесь не изображенной, поперечной стыковой планкой между монолитной панелью 70 обшивки и открытым в этой зоне наружным покрывным слоем 73 панели 71 обшивки, имеющей двойную оболочку. В зоне панели 71 обшивки, имеющей двойную оболочку, в которой еще имеется сердцевинная структура 74 и которая снабжена на обеих сторонах покрывными слоями 72, 73, находятся две так называемые рамы 79, 80 иллюминаторов, имеющие двойную оболочку и которые предназначены для интегрирования в панели обшивки, имеющие двойную оболочку.

Боковое завершение сердцевинной структуры 74, иначе открытой поперек направления прохождения поперечного шва 77, осуществляется, как показано в сечении I, с помощью продольной планки 81, проходящей горизонтально. Можно видеть, что продольная планка 81 соединяет наружный и внутренний покрывной слой 72, 73. Другая продольная планка 82 проходит под тремя рамами 75, 79 и 80 иллюминаторов в горизонтальном направлении. С помощью нижней продольной планки 82 можно осуществлять являющееся необязательным соединение монолитной панели обшивки, не обозначенной ссылочной позицией, с панелью 71 обшивки, имеющей двойную оболочку. Выполнение продольных планок 81, 82 соответствует выполнению уже поясненной выше применительно к фиг.1-3 продольной планки с двумя соединенными с помощью наклонной перемычки продольными фланцами. Выполнение продольного шва 83 осуществляется также в соответствии с выполнением поясненного применительно к фиг.1-3 продольного шва.

Боковое завершение сердцевинной структуры 74 параллельно направлению прохождения поперечного шва 77 осуществляется, как показано в сечении III, с помощью поперечной планки 84, которая имеет два не обозначенных ссылочной позицией поперечных фланца, соединенных вертикальной ступенчатой перемычкой. С помощью поперечной планки 84 достигается соединение между обоими покрывными слоями 72, 73 панели 71 обшивки, имеющей двойную оболочку, и дополнительно еще соединение с рамой 75 иллюминатора.

С помощью поперечной планки 85 и двух соединенных с ней трапециевидных фланцев 86, 87 осуществляется соединение продольных элементов 88, 89 жесткости монолитной панели 70 обшивки с панелью 71 обшивки, имеющей двойную оболочку, в зоне поперечного шва 77. Соединение продольных элементов 88, 89 жесткости с трапециевидными фланцами 86, 87 осуществляется с помощью не обозначенных ссылочными позициями профильных участков предпочтительно с L-образной геометрией поперечного сечения (см., в частности, фиг.4, ссылочная позиция 36), при этом профильные участки предпочтительно выполнены в виде интегральных составных частей трапециевидных фланцев 86, 87. В качестве альтернативного решения профильные участки могут быть соединены с трапециевидными фланцами 86, 87 с помощью подходящих соединительных элементов. Трапециевидные фланцы 86, 87 образуют вместе с одним из двух профильных участков один из двух участков 90, 91 перехода нагрузки для перевода сил между панелями 70, 71 обшивки.

Выполнение поперечных планок 84, 85 снова соответствует форме поперечных планок, используемых для образования поперечного шва между монолитной и имеющей двойную оболочку панелью обшивки, в соответствии с фиг.4 и 5. Продольные планки 81, 82, а также поперечные планки 84, 85 могут быть выполнены с помощью скосов, вырезанных на стороне конца, в идеальном случае без зазора и с точной посадкой примыкания друг к другу.

В сечении II схематично показано поперечное сечение рам 79, 80 иллюминаторов, вставленных в панель 71 обшивки, имеющую двойную оболочку, в то время как в сечении IV схематично показано сечение монолитной рамы 75 иллюминатора и наружный покрывной слой 73 панели 71 обшивки, имеющей двойную оболочку, а также монолитная панель 70 обшивки.

Поясненное со ссылками на фиг.6 альтернативное выполнение поперечного шва 77 между монолитной панелью 70 обшивки и панелью 71 обшивки, имеющей двойную оболочку, обеспечивает, наряду с интегрированием рамы 75 иллюминатора в зону поперечного шва 77, прежде всего возможность «коррекции» искажений поперечного шва 77 с точки зрения статики, т.е. предпочтительного потока нагрузки от монолитной панели 70 обшивки в панель 71 обшивки, имеющую двойную оболочку, и наоборот. Это объясняется тем, что рама 75 иллюминатора расположена в зоне выемки 78, которая образована за счет удаления сердцевинной структуры 74 и внутреннего покрывного слоя 72 из панели 71 обшивки, имеющей двойную оболочку, в зоне поперечного шва 77. В зоне этой выемки 78 панель 71 обшивки, имеющая двойную оболочку, представляет псевдомонолитную панель обшивки, за счет чего собственно проходящий по прямой линии поперечный шов 77 по меньшей мере в зоне рамы 75 иллюминатора входит в панель 71 обшивки, имеющую двойную оболочку, и действие соединения встык между панелями 70, 71 обшивки локально корректируется с точки зрения статики.

Выполненные в соответствии с изобретением продольные и поперечные швы можно применять между любыми плоскими в некоторых зонах и/или по меньшей мере однократно изогнутыми на некоторых участках монолитными и имеющими двойную оболочку панелями обшивки.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ

1 Продольный шов

2 Панель обшивки, имеющая двойную оболочку

3 Монолитная панель обшивки

4 Сердцевинная структура

5 Внутренний покрывной слой

6 Наружный покрывной слой

7 Утолщение

8 Обшивка

9 Ось х

10 Продольная планка

11 Первый продольный фланец

12 Второй продольный фланец

13 Наклонная перемычка

14 Т-образный профиль

15 Цокольный фланец Т-образного профиля

16 Перемычка Т-образного профиля

17 Соединительный элемент

18 Шпангоут

19 Нижний фланец шпангоута

20 Верхний фланец шпангоута

21 Перемычка шпангоута

22 Конец шпангоута

23 Выемка (шпангоута)

24 Уголок

25 Первая полка уголка

26 Вторая полка уголка

27 Выемка (карман)

28 Двутавровый профиль

29 Поперечный шов

30 Монолитная панель обшивки

31 Панель обшивки, имеющая двойную оболочку

32 Панель обшивки, имеющая двойную оболочку

33 Сопряжение, имеющее двойную оболочку

34 Участок перехода нагрузки

35 Трапециевидный фланец

36 Профильный участок

37 Поперечная планка

38 Первый поперечный фланец

39 Второй поперечный фланец

40 Уступ

41 Поперечный шов

42 Панель обшивки, имеющая двойную оболочку

43 Монолитная панель обшивки

44 Сердцевинная структура

45 Внутренний покрывной слой

46 Наружный покрывной слой

47 Утолщение

48 Обшивка

49 Поперечная планка

50 Первый поперечный фланец

51 Второй поперечный фланец

52 Уступ

53 Продольный элемент жесткости

54 Концевой участок продольного элемента жесткости

55 Смещение продольного элемента жесткости

56 Участок перехода нагрузки

57 Трапециевидный фланец участка перехода нагрузки

58 Профильный участок участка перехода нагрузки

59 Шпангоут

60 Опорный уголок

61 Выемка

62 Двутавровый профиль

70 Монолитная панель обшивки

71 Панель обшивки, имеющая двойную оболочку

72 Внутренний покрывной слой

73 Наружный покрывной слой

74 Сердцевинная структура сердечника

75 Рама иллюминатора (монолитная)

76 Элемент иллюминатора

77 Поперечный шов

78 Выемка (в панели обшивки, имеющей двойную оболочку)

79 Рама иллюминатора (с двойной оболочкой)

80 Рама иллюминатора (с двойной оболочкой)

81 Продольная планка

82 Продольная планка

83 Продольный шов

84 Поперечная планка

85 Поперечная планка

86 Трапециевидный фланец

87 Трапециевидный фланец

88 Продольный элемент жесткости

89 Продольный элемент жесткости

90 Участок перехода нагрузки

91 Участок перехода нагрузки

Изобретение относится к авиастроению. Ячеистая структура фюзеляжа летательного аппарата содержит панель обшивки, имеющую двойную оболочку, монолитную панель обшивки, элемент жесткости, расположенный между панелями обшивки, и продольную планку или участок перехода нагрузки. Продольная планка расположена в зоне продольного шва и включает в себя первый и второй продольные фланцы, расположенные со смещением по отношению друг к другу и соединенные с помощью перемычки. Участок перехода нагрузки расположен в зоне поперечного шва для соединения продольного элемента жесткости, находящегося на монолитной панели обшивки, с панелью обшивки, имеющей двойную оболочку. Достигается уменьшение веса фюзеляжа летательного аппарата. 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ячеистая структура фюзеляжа летательного аппарата, содержащая:
- по меньшей мере две панели обшивки, включающие в себя по меньшей мере одну панель обшивки, имеющую двойную оболочку, и по меньшей мере одну монолитную панель обшивки;
- по меньшей мере один элемент жесткости, являющийся по меньшей мере одним из: продольного элемента жесткости и поперечного элемента жесткости, расположенного для образования по меньшей мере одного из продольного шва и поперечного шва между по меньшей мере одной панелью обшивки, имеющей двойную оболочку, и по меньшей мере одной монолитной панелью обшивки; и
- по меньшей мере одно из продольной планки и участка перехода нагрузки, причем продольная планка расположена в зоне продольного шва и включает в себя первый и второй продольные фланцы, расположенные со смещением по отношению друг к другу и соединенные с помощью перемычки, при этом участок перехода нагрузки расположен в зоне поперечного шва для соединения продольного элемента жесткости, находящегося на по меньшей мере одной монолитной панели обшивки, с по меньшей мере одной панелью обшивки, имеющей двойную оболочку.

2. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1, в которой первый продольный фланец соединен с внутренним покрывным слоем по меньшей мере одной панели обшивки, имеющей двойную оболочку, а второй продольный фланец соединен с наружным покрывным слоем по меньшей мере одной панели обшивки, имеющей двойную оболочку, причем по меньшей мере одно из планки и профиля выполнено с возможностью соединения второго продольного фланца с монолитной панелью обшивки с образованием продольного шва.

3. Ячеистая структура фюзеляжа по п.2, в которой профиль содержит Т-образный профиль.

4. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1, в которой по меньшей мере один элемент жесткости включает в себя по меньшей мере один шпангоут, расположенный на по меньшей мере одной монолитной панели обшивки и содержащий выемку, расположенную на нижней стороне шпангоута в зоне конца шпангоута, и в зоне конца шпангоута расположен по меньшей мере один уголок.

5. Ячеистая структура фюзеляжа по п.4, в которой по меньшей мере один уголок содержит первую и вторую полки, образующие угол 90°, при этом первая полка в зоне конца шпангоута соединена со шпангоутом с помощью по меньшей мере одного из заклепки и клеящего вещества, а вторая полка соединена с первым продольным фланцем.

6. Ячеистая структура фюзеляжа по п.5, в которой вторая полка соединена с по меньшей мере одной панелью обшивки, имеющей двойную оболочку, с помощью профильного тела, размещенного в выемке сердцевинной структуры по меньшей мере одной панели обшивки, имеющей двойную оболочку.

7. Ячеистая структура фюзеляжа по п.6, в которой профильное тело является двутавровым профилем.

8. Ячеистая структура фюзеляжа по п.3, в которой наружный покровный слой содержит наружную обшивку, имеющую утолщение по меньшей мере в некоторых зонах.

9. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1 дополнительно содержит по меньшей мере одну расположенную в зоне по меньшей мере одного поперечного шва поперечную планку с первым и вторым поперечными фланцами, которые с помощью уступа соединены друг с другом со смещением как можно более параллельно друг другу.

10. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1, в которой по меньшей мере один участок перехода нагрузки содержит фланец, выполненный с возможностью соединения внутреннего покровного слоя по меньшей мере одной панели обшивки, имеющей двойную оболочку, с профильным участком, проходящим по нижней стороне внутреннего покровного слоя, по существу, параллельно фланцу для присоединения продольного элемента жесткости.

11. Ячеистая структура фюзеляжа по п.10, в которой фланец содержит трапециевидный фланец, а профильный участок содержит участок с L-образным поперечным сечением.

12. Ячеистая структура фюзеляжа по п.10, в которой первый поперечный фланец соединен с внутренним покровным слоем по меньшей мере одной панели обшивки, имеющей двойную оболочку, с помощью по меньшей мере одного из заклепки и клеящего вещества, и второй поперечный фланец соединен с наружным покровным слоем по меньшей мере одной панели обшивки, имеющей двойную оболочку, и с наружным покровным слоем по меньшей мере одной монолитной панели обшивки.

13. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1, в которой по меньшей мере один участок перехода нагрузки выполнен в виде цельной части.

14. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1, в которой концевой участок продольного элемента жесткости содержит вертикальное смещение для выравнивания высоты.

15. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1, в которой поперечный элемент жесткости содержит шпангоут по меньшей мере с одним опорным уголком, расположенный в зоне по меньшей мере одного поперечного шва.

16. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1, в которой по меньшей мере одна имеющая большую площадь выемка расположена в сердцевинной структуре и во внутреннем покровном слое панели обшивки, имеющей двойную оболочку, в зоне по меньшей мере одного поперечного шва.

17. Ячеистая структура фюзеляжа по п.16, в которой по меньшей мере одна монолитная рама иллюминатора интегрирована в зону по меньшей мере одной имеющей большую площадь выемки.

18. Ячеистая структура фюзеляжа по п.16 дополнительно содержит по меньшей мере одну поперечную планку, продольную планку и по меньшей мере один поперечный элемент жесткости, образующие боковое закрывание сердцевинной структуры в зоне по меньшей мере одной имеющей большую площадь выемки.

19. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1, в которой по меньшей мере одна продольная планка и по меньшей мере одна поперечная планка выполнены в виде единого целого, являющегося по меньшей мере одним из металлического материала и армированного волокном термореактивного пластмассового материала.

20. Ячеистая структура фюзеляжа по п.1, в которой по меньшей мере один элемент жесткости содержит шпангоут.