СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ХВОСТОВОГО СТАБИЛИЗАТОРА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2014 года по МПК B64C1/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к соединительным деталям для крепления вертикального хвостового стабилизатора летательного аппарата, а более конкретно к соединительным деталям, изготовленным из композитного материала.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Несмотря на тенденцию последних лет к осуществлению использования композитных материалов, таких как CFRP (пластик, армированный углеволокном), в максимально возможном числе составных элементов летательного аппарата благодаря снижению веса, которое влечет за собой данный материал по сравнению с алюминием (предпочтительным металлическим материалом, используемым в летательном материале), большинство производителей летательных аппаратов сомневаются в применении углеволокна для изготовления соединительных деталей, потому что их сложность делает их изготовление довольно дорогим.

Это особенно касается соединительных деталей, используемых для крепления вертикальных хвостовых стабилизаторов, изготовление которых продолжается из металлических материалов.

Применение металлических соединительных деталей в качестве элементов для крепления составных частей, изготовленных из композитных материалов, в зонах фюзеляжа летательного аппарата, также изготовленных из композитных материалов, в дальнейшем приводит к некоторым проблемам, таким как их повышенная масса, а в частности, к таким проблемам, которые касаются снижения эффективности зоны обшивки и трудностей со сборкой.

Изготовление соединительных деталей из композитных материалов, имеющих форму, аналогичную форме металлических соединительных деталей, возможно, но кроме стоимости, обусловленной сложной формой, они имеют среди прочего такие недостатки, что с такой формой очень трудно получить оптимальную многослойную структуру, пригодную для осуществления необходимого распределения нагрузок.

Целью настоящего изобретения является решение данных недостатков.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить соединительные детали, целиком изготовленные из композитного материала, для крепления вертикального хвостового стабилизатора в задней области структурированного фюзеляжа летательного аппарата, основанного на обшивке, изготовленного из композитного материала в виде единой детали, и на шпангоутах, также изготовленных из композитного материала.

Еще одной целью настоящего изобретение является предоставление соединительных деталей для крепления вертикального хвостового стабилизатора в задней области фюзеляжа летательного аппарата, которые можно легко монтировать.

На первом этапе данные и другие цели достигаются с помощью соединительной детали, включающей в себя:

- первую деталь, изготовленную из композитного материала, содержащую проушины для крепления вертикального хвостового стабилизатора и вертикальные стенки для крепления соединительной детали к шпангоутам фюзеляжа.

- по меньшей мере одну пару дополнительных деталей, изготовленных из композитного материала, содержащих горизонтальные стенки для крепления соединительной детали к обшивке фюзеляжа.

В первом типе соединительной детали данные пары дополнительных деталей имеют угловую форму и сконструированы таким образом, чтобы их горизонтальные стенки крепились к обшивке своей внутренней поверхностью и так, чтобы их вертикальные стенки крепились к первой детали. За счет этого получают подходящую соединительную деталь для крепления вертикального хвостового стабилизатора с вертикальной нагрузкой.

В еще одном типе соединительной детали соединительная деталь также включает в себя вторую пару дополнительных деталей, также изготовленных из композитного материала, с угловой формой, сконструированной таким образом, чтобы их горизонтальные стенки крепились к обшивке своей верхней поверхностью, при том, что их вертикальные стенки крепятся к проушинам первой детали. За счет этого получают подходящую соединительную деталь для крепления вертикального хвостового стабилизатора с наклонной нагрузкой.

На втором этапе эти и другие цели достигаются за счет предоставления способов монтажа данных соединительных деталей.

В предпочтительном варианте осуществления монтаж соединительной детали, предназначенной для крепления вертикального хвостового стабилизатора с вертикальной нагрузкой, включает следующие этапы:

- монтаж первой детали на внутренней части обшивки, имеющей предварительно встроенные втулки в расточенных отверстиях проушин,

- монтаж пары дополнительных деталей с креплением горизонтальных стенок к обшивке посредством механического соединения и с креплением вертикальных стенок к первой детали посредством механического соединения или химического соединения.

За счет этого обеспечивается очень простой способ монтажа, не требующий никаких дополнительных задач на линии окончательной сборки.

В еще одном предпочтительно варианте осуществления монтаж соединительной детали, предназначенной для крепления вертикального хвостового стабилизатора с наклонной нагрузкой, включает следующие этапы:

- монтаж первой детали на внутренней части обшивки,

- монтаж первой пары дополнительных деталей с креплением горизонтальных стенок к обшивке посредством механического соединения и с креплением вертикальных стенок к первой детали посредством механического соединения или химического соединения,

- монтаж второй пары дополнительных деталей с креплением горизонтальных стенок к обшивке посредством механического соединения и с креплением вертикальных стенок к проушинам посредством химического соединения или посредством установки втулок, которые должны быть встроены в расточенные отверстия обоих элементов.

За счет этого обеспечивается простой способ монтажа данного типа соединительных деталей.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны из следующего подробного описания иллюстративных вариантов осуществления его цели в сочетании с прилагаемыми чертежами.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой перспективное изображение соединительной детали для крепления вертикального хвостового стабилизатора, крепящегося на задний фюзеляж летательного аппарата, согласно известному уровню техники.

Фиг.2 представляет собой перспективное изображение соединительной детали Фигуры 1.

Фиг. 3а и 3b представляют собой соответственно поперечные сечения фигуры 1 в соответствии с осями А-А и В-В.

Фиг. 4а и 4b представляют собой перспективные изображения соединительной детали для крепления вертикального хвостового стабилизатора с вертикальной нагрузкой согласно настоящему изобретению.

Фиг.5 представляет собой изображение поперечного сечения соединительной детали фиг. 4а и 4b.

Фиг. 6а и 6b представляют собой перспективные изображения соединительной детали для крепления вертикального хвостового стабилизатора с наклонной нагрузкой согласно настоящему изобретению.

Фиг.7 представляет собой изображение поперечного сечения соединительной детали фиг. 6а и 6b.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для того, чтобы лучше понять изобретение, сначала будет описана соединительная деталь для крепления вертикального хвостового стабилизатора, известного в данной области в привязке к фиг. 1-3.

К соединительной детали 11 относится деталь, содержащая проушины 15, 15' для приема несущего элемента вертикального стабилизатора, пара горизонтальных стенок 21, 21', которые крепятся к обшивке 5, и пара вертикальных стенок 27, 27' (сплошных или сегментированных в виде двух частей, как показано на фиг. 2, в зависимости от местоположения соединительной детали), которые прикрепляют к шпангоутам 7 фюзеляжа. Фиг. 3а и 3b подробно показывают соответствующие крепления.

Как должно быть понятно специалистам в данной области термины «горизонтальный» и «вертикальный» следует интерпретировать не в строго геометрическом смысле, но скорее как термины, которые всего лишь идентифицируют упомянутые составные части соединительной детали. В дополнение, форма центрального корпуса 13 соединительной детали 11 может отличаться у одних и других соединительных деталей в зависимости от их местоположения.

Как указывалось ранее, основные проблемы, порожденные металлическими соединительными деталями, имеющими форму соединительной детали 11, кроме их массы определяются условиями их монтажа. Поскольку она представляет собой единую механически обработанную деталь, отладку для монтажа необходимо производить в контакте с обшивкой 5, а расточенные отверстия 19, 19' проушин 15, 15' необходимо повторно обрабатывать по месту для того, чтобы удостовериться, что их ось находится в правильном положении, что требует установки по месту втулок, которые должны быть в ней скомпонованы для того, чтобы состыковать с крепежным болтом для крепления элемента вертикального хвостового стабилизатора с проушинами 15, 15', между которыми его вставляют.

Точно такие же виды проблем будут возникать в случае соединительной детали из композитного материала, имеющей аналогичную форму, а, в дополнение, проблема, связанная с трудностью оптимизации его многослойных материалов, поскольку обуславливающие факторы распределения нагрузки будут требовать большой толщины некоторых составных элементов, особенно в проушинах 15, 15', как предполагается на графическом изображении фиг.2.

В связи с состоянием уровня техники основная идея настоящего изобретения состоит в конфигурировании соединительной детали из двух или более частей, которые облегчают как оптимизацию многослойных материалов ее различных составных элементов, так и ее монтаж.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения для соединительных деталей для крепления вертикального хвостового стабилизатора с вертикальной нагрузкой соединительная деталь 41, проиллюстрированная на фиг. 4-5, включает в себя три детали, каждая из которых изготовлена из композитного материала:

- первая деталь 43 содержит проушины 45, 45' для крепления вертикального хвостового стабилизатора и вертикальные стенки 47, 47' для крепления к шпангоутам фюзеляжа. Конфигурация в виде единой детали данной детали 43 облегчает ее монтаж.

- пара деталей 49, 49' (окрашенных в черный цвет на фигуре 4а), имеющих угловую форму и имеющих горизонтальные стенки 51, 51' для прикрепления соединительной детали 41 к обшивке 5 фюзеляжа, также имеющих вертикальные стенки 53, 53', предназначенные для крепления к центральному корпусу 44 первой детали 43.

Деталь 43 закрепляют на внутренней части обшивки 5 фюзеляжа (требуется меньшая полость), имеющей конфигурацию, обеспечивающую возможность ее легкого размещения в правильном положении, за счет чего расточенные отверстия 48, 48' проушин 45, 45' могут включать вышеупомянутые втулки 50, 50', предотвращая необходимость их монтажа на месте.

Далее, детали 49, 49' прикрепляют к центральному корпусу 44 детали 43 на линии окончательно сборки, за счет чего обеспечивается их правильное расположение, предпочтительно с помощью механического средства, а конкретно посредством заклепок, хотя в случае вертикальных стенок 53, 53', они также могут быть прикреплены с помощью химического средства, а конкретно посредством клея. Возможный зазор между горизонтальными стенками 51, 51' и обшивкой 5 фюзеляжа может быть закрыт подходящим заполняющим слоем.

Данное разделение соединительной детали 41 на части 43, 49, 49' предоставляет возможность оптимизации ее соответствующих многослойных материалов в зависимости от нагрузок, которые каждая из них должна выдерживать. Деталь 43 требует высокой доли слоев в том же самом направлении, что и главная нагрузка, тогда как детали 49, 49' требуют наложения, которое более ориентировано в направлении прохождения сдвигающих нагрузок в оболочке 5 фюзеляжа.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления соединительных деталей для крепления вертикального хвостового стабилизатора с наклонной нагрузкой, соединительная деталь 71, проиллюстрированная на фиг. 6-7, содержит пять деталей, каждая из которых изготовлена из композитного материала:

- первая деталь 73 содержит проушины 75, 75' для крепления вертикального хвостового стабилизатора и вертикальные стенки 77, 77' для крепления к шпангоутам фюзеляжа,

- пара деталей 79, 79' (окрашенных в черный цвет на фигуре 6а) имеют угловую форму и имеют горизонтальные стенки 81, 81' для прикрепления соединительной детали к обшивке фюзеляжа, при том что их вертикальные стенки 83, 83' предназначены для крепления к центральному корпусу 74 первой детали 73,

- вторая пара дополнительных деталей 90, 90' (окрашенных в черный цвет на фигуре 6а) имеют угловую форму и сконструированы таким образом, чтобы при операции по креплению соединительной детали, их горизонтальные стенки 91, 91' крепились к обшивке своей верхней поверхностью, при том, что их вертикальные стенки 93, 93' крепятся к проушинам 75, 75' первой детали 73.

Первую деталь 73 соединительной детали 71 закрепляют на внутренней части обшивки 5 фюзеляжа, как и в предыдущем случае, и таким же образом, при этом она может быть легко установлена в правильном положении за счет того, что расточенные отверстия 78, 78' проушин 75, 75' находятся в своем окончательном положении без необходимости повторной обработки.

Детали 79, 79' прикрепляют как и в предшествующем случае к центральному корпусу 74 детали 73 на линии окончательной сборки, за счет чего обеспечивается их правильное позиционирование, предпочтительно с помощью механических средств, а конкретно посредством заклепок, хотя в случае вертикальных стенок 83, 83' их можно прикреплять также с помощью химических средств, а конкретно посредством клея. Возможный зазор между горизонтальными стенками 81, 81' и оболочкой 5 фюзеляжа может быть закрыт с помощью подходящего заполняющего слоя.

В свою очередь, детали 90, 90' закрепляют на наружной части обшивки 5 на линии окончательной сборки, за счет чего обеспечивается их правильное позиционирование. Их вертикальные стенки 93, 93' прикрепляют к проушинам 75, 75' посредством клея или просто посредством втулок 80, 80', которые вставляют в расточенные отверстия 78, 78' обеих деталей, при том, что их горизонтальные стенки 91, 91' прикрепляют к обшивке 5 посредством заклепок. Возможный зазор между горизонтальными стенками 91, 91' и обшивкой 5 фюзеляжа может быть закрыт подходящим заполняющим слоем.

Данное разделение соединительной детали 71 на детали 73, 79, 79' предоставляет возможность оптимизации ее соответствующих многослойных материалов в зависимости от нагрузок, которые каждая из них должна выдерживать. В этом смысле может наблюдаться дополнительная функция, обеспечиваемая вертикальными стенками 93, 93' деталей 90, 90' для проушин 75, 75' с целью противостоять наклонной нагрузке стабилизатора. Фактически, и как это показано на фиг. 6а и 6b, поверхность данных вертикальных стенок 93, 93' больше, чем поверхность проушин 75, 75'.

В связи с этим необходимо принимать в расчет, что когда нагрузка, действующая на соединительную деталь 71, не входит вертикально в контакт с проушинами 75, 75', направление нагрузки не совпадает с направлением 0º ее многослойных материалов, которые являются основными, что приводило бы при использовании обычной конфигурации к очень большой толщине проушин 75, 75', являясь причиной того, что длина втулок 80, 80' возможно была бы больше, чем расстояние между указанными проушинами 75, 75'.

В варианты осуществления, описанные выше, могут быть внесены изменения, находящиеся в пределах объема правовых притязаний, ограниченного следующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к соединительным элементам летательного аппарата. Соединительная деталь (41, 71) для крепления вертикального хвостового стабилизатора летательного аппарата в задней области фюзеляжа изготовлена из композитного материала и содержит первую деталь (43, 73), включающую в себя проушины (45, 45'; 75, 75') для крепления вертикального хвостового стабилизатора и вертикальные стенки (47, 47'; 77, 77') для крепления соединительной детали (41, 71) к шпангоутам (7); пару дополнительных деталей (49, 49'; 79, 79'), включающих горизонтальные стенки (51, 51'; 81, 81') для крепления соединительной детали (41, 71) к обшивке (5). Соединительная деталь (71) для крепления с наклонной нагрузкой включает в себя также вторую пару деталей (90, 90'), имеющих угловую форму, содержащих вертикальные стенки (93, 93') для скрепления с проушинами (75, 75'). Варианты способа характеризуют монтаж соединительных деталей (42, 71). Группа изобретений направлена на улучшение распределения нагрузок. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Соединительная деталь (41, 71) для крепления вертикального хвостового стабилизатора летательного аппарата в области его структурированного заднего фюзеляжа, основанного на обшивке (5), изготовленной из композитного материала в виде единой детали, и на шпангоутах (7), изготовленных из композитного материала, отличающаяся тем, что она содержит:
а) первую деталь (43, 73), изготовленную из композитного материала, содержащую проушины (45, 45'; 75, 75') для крепления вертикального хвостового стабилизатора и вертикальные стенки (47, 47'; 77, 77') для крепления соединительной детали (41, 71) к шпангоутам (7) фюзеляжа;
b) по меньшей мере одну пару дополнительных деталей (49, 49'; 79, 79'), изготовленных из композитного материала, содержащих горизонтальные стенки (51, 51'; 81, 81') для крепления соединительной детали (41,71) к обшивке (5) фюзеляжа.

2. Соединительная деталь (41) по п.1 для крепления вертикального хвостового стабилизатора с вертикальной нагрузкой, отличающаяся тем, что указанная пара дополнительных деталей (49, 49') имеют угловую форму и сконструированы таким образом, чтобы при операции по креплению соединительной детали (41) их горизонтальные стенки (51, 51') крепились к обшивке (5) своей внутренней поверхностью и так, чтобы их вертикальные стенки (53, 53') крепились к первой детали (43).

3. Соединительная деталь (71) по п.1 для крепления вертикального хвостового стабилизатора с наклонной нагрузкой, отличающаяся тем, что данная пара дополнительных деталей (79, 79') имеют угловую форму и сконструированы таким образом, чтобы при операции по креплению соединительной детали (71) их горизонтальные стенки (81, 81') крепились к обшивке (5) своей внутренней поверхностью, при том, что их вертикальные стенки (83, 83') крепятся к первой детали (73), а также тем, что она включает в себя вторую пару дополнительных деталей (90, 90'), имеющих угловую форму, которые сконструированы таким образом, чтобы при операции по креплению соединительной детали (71) их горизонтальные стенки (91, 91') крепились к обшивке своей верхней поверхностью, при том, что их вертикальные стенки (93, 93') крепятся к проушинам (75, 75') первой детали (73).

4. Соединительная деталь (71) по п.3, отличающаяся тем, что поверхность вертикальных стенок (93, 93') второй пары дополнительных деталей (90, 90') больше, чем поверхность проушин (75, 75').

5. Способ монтажа соединительной детали (41) по п.2, отличающийся тем, что он включает следующие этапы:
a) монтаж первой детали (43) с помощью втулок (50,50'), встроенных в расточенные отверстия (48, 48') проушин (45, 45') на внутренней части обшивки (5);
b) монтаж пары дополнительных деталей (49, 49') с креплением горизонтальных стенок (51, 51') к обшивке (5) посредством механического соединения и с креплением вертикальных стенок (53, 53') к первой детали (43) посредством механического соединения или химического соединения.

6. Способ монтажа соединительной детали (41) по пп.3 и 4, отличающийся тем, что он включает следующие этапы:
а) монтаж первой детали (73) на внутренней части обшивки (5);
b) монтаж пары дополнительных деталей (79, 79') с креплением горизонтальных стенок (81, 81') к обшивке (5) посредством механического соединения и с креплением вертикальных стенок (83, 83') к первой детали (73) посредством механического соединения или химического соединения;
с) монтаж второй пары дополнительных деталей (90, 90') с креплением горизонтальных стенок (91, 91') к обшивке (5) посредством механического соединения и с креплением вертикальных стенок (93, 93') к проушинам (75, 75') посредством первой детали (73), посредством химического соединения или посредством установки втулок (80, 80') через расточенные отверстия (78, 78') обоих элементов.