ПОСТЕПЕННО УМЕНЬШАЮЩИЕСЯ ПО ВЫСОТЕ ИЗОГНУТЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ СТРИНГЕРЫ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ПАНЕЛИ Российский патент 2016 года по МПК B64C1/12 B64C1/06 

Предпосылки создания изобретения

При постройке воздушных судов, кораблей и других транспортных средств все шире используются композиционные материалы, такие как детали из армированного углеродным волокном полимера (углепластика), имеющие меньший вес и более высокую прочность, чем традиционные материалы. Например, клееные стрингеры, используемые для подкрепления обшивки воздушного судна, могут быть изготовлены из углепластика для получения более прочных и, в тоже время, более легких деталей, чем при традиционном креплении металлических стрингеров к обшивке. С другой стороны, возможны сложности на тех участках, где стрингеры изгибаются или отклоняются вместе с внешними обводами воздушного судна. Примером такого участка является боковина фюзеляжа ("aircraft sides of body" - SOB) воздушного судна, где соединяются кессон крыла и центроплан воздушного судна. Угол между двумя аэродинамическими поверхностями и угол стреловидности крыла могут образовывать изогнутый участок, на котором внеплоскостные ударные нагрузки создают крутящие моменты, которые стрингер не способен выдержать. В таких ситуациях углепластиковые стрингеры могут разрушаться из-за напряжения от межслойного растяжения на радиусе между стенкой стрингера и полкой и/или полка может отделяться от наполнителя (т.к. называемой лапши) стрингера, вклеенного между стенкой стрингера и полкой. Также возможно, что стрингер может отслоиться от обшивки из-за повышенных сдвиговых нагрузок в клеевом шве.

Поэтому изогнутые неразрезные углепластиковые стрингеры обычно не использовались в высоконагруженных зонах воздушного судна. Обычным решением для подобных высоконагруженных зон было прерывание стрингеров кессона крыла и стрингеров центроплана на противоположных сторонах металлического пояса SOB для создания стыкового соединения. Наружное усиление обычно обеспечивается в месте соединения посредством металлической накладки обшивки SOB, которая затем крепит обшивку к металлическому поясу SOB. Несмотря на то что это решение может предупредить отслоение или иные разрушения стрингеров, обусловленные чрезмерными нагрузками и соответствующими крутящими моментами, металлический пояс SOB и накладка обшивки имеют нежелательно большой вес и сложность.

Эти и другие соображения послужили предпосылками создания данного изобретения.

Сущность изобретения

Должно быть понятно, что данное описание изобретения предоставлено для упрощенного ознакомления с сущностью изобретения, более подробно изложенной в приведенном далее подробном описании изобретения. Данное описание не должно ограничивать объем формулы изобретения.

Предложены устройство и способы использования неразрезных композитных стрингеров для управления нагрузками и соответствующими моментами на изогнутых участках воздушного судна или другого транспортного средства без отслоения или других межслойных разрушений. Согласно одной особенности предложенного здесь изобретения неразрезная силовая панель может содержать неразрезную деталь обшивки и приклеенный, соотвержденный и/или прикрученный болтами неразрезной композитный стрингер. Неразрезной композитный стрингер может содержать полку, соединенную с деталью обшивки, и стенку, выступающую снаружи полки на высоту стенки. Стенка может сужаться на изогнутом участке неразрезного композитного стрингера.

Согласно другому аспекту изобретения способ использования изогнутой композитной силовой панели в подверженной большим нагрузкам зоне включает в себя формирование нескольких неразрезных композитных стрингеров и неразрезной детали обшивки. Стрингеры и неразрезная деталь обшивки могут быть соединены. Для обеспечения прочности и передачи внеплоскостной нагрузки на полку на изогнутом участке панели может быть прикреплен усилительный фитинг. Каждый из неразрезных композитных стрингеров может быть отформован таким образом, что он содержит по меньшей мере один прямой участок и изогнутый участок, полку и стенку. Стенка может иметь высоту прямой стенки в пределах каждого прямого участка и высоту изогнутой стенки в пределах каждого изогнутого участка, меньшую, чем высота прямой стенки.

Согласно еще одному аспекту изобретения неразрезная силовая панель может содержать неразрезную деталь обшивки и несколько неразрезных композитных стрингеров. Каждый из стрингеров может иметь первый и второй прямые участки с промежуточным изогнутым участком. Стрингер может содержать полку, соединенную с деталью обшивки. Полка может иметь ширину прямой полки на прямых участках и ширину изогнутой полки на изогнутом участке, большую, чем ширина прямой полки. Каждый из стрингеров также может содержать стенку, выступающую снаружи полки для создания высоты прямой стенки на прямых участках и высоты изогнутой стенки на изогнутом участке, меньшей, чем высота прямой стенки.

Рассмотренные особенности, функции и преимущества могут быть независимо достигнуты в различных вариантах осуществления данного изобретения или могут сочетаться в других вариантах осуществления изобретения, дальнейшие подробности которых представлены со ссылкой на приведенное ниже описание и чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан вид спереди в перспективе изогнутого неразрезного стрингера и панели обшивки, показывающий различные детали, соединенные с тремя постепенно уменьшающимися по высоте композитными стрингерами согласно различным вариантам осуществления изобретения, описанным в данном документе,

На фиг. 2 показан вид сзади в перспективе представленных на фиг. 1 изогнутого неразрезного стрингера и панели обшивки согласно различным вариантам осуществления изобретения, описанным в данном документе,

На фиг. 3 показан увеличенный вид представленных на фиг. 1 изогнутого неразрезного стрингера и панели обшивки без нервюры и частей фитинга, позволяющий более ясно проиллюстрировать особенности постепенно уменьшающихся по высоте изогнутых композитных стрингеров согласно различным вариантам осуществления изобретения, описанным в данном документе,

На фиг. 4 показан вид сверху изогнутого неразрезного стрингера и панели обшивки согласно различным описанным здесь вариантам осуществления изобретения,

На фиг. 5-11 показаны поперечные разрезы представленных на фиг. 4 изогнутого неразрезного стрингера и панели обшивки, выполненные на последовательных ссылочных местах стрингера согласно различным вариантам осуществления изобретения, описанным в данном документе, и

На фиг. 12 показана принципиальная технологическая схема, иллюстрирующая способ формирования изогнутого неразрезного стрингера и панели обшивки согласно различным вариантам осуществления изобретения, описанным в данном документе,

Подробное описание изобретения

Приведенное ниже подробное описание изобретения содержит описание устройства, систем и способов использования неразрезных композитных стрингеров, управляющими нагрузками и соответствующими моментами на изогнутых участках воздушного судна или другого транспортного средства без отслоения или других межслойных разрушений. Несмотря на то что различные варианты осуществления изобретения описываются далее в контексте воздушного судна и конкретные приведенные примеры относятся к зонам боковины фюзеляжа (SOB) воздушного судна, должно быть понятно, что приведенное здесь описание изобретения применимо к любому транспортному средству или конструкции, в которых могут быть использованы преимущества от использования неразрезных изогнутых композитных стрингеров.

Как кратко рассмотрено выше, обычные углепластиковые и другие изогнутые композитные стрингеры обычно не способны выдерживать большие нагрузки и соответствующие им моменты, возникающие в SOB и других неплоских зонах воздушного судна без отслоения или других видов разрушения материала. Обычный стрингер содержит вертикальную стенку и горизонтальную полку, которая может быть соединена с обшивкой воздушного судна. Обычно стенка и полка имеют одинаковые размеры. Другими словами, высота или расстояние по вертикали, на которую стенка обычного стрингера выступает из полки, не меняется по длине стрингера. Аналогично, ширина или расстояние по горизонтали, на которую полка обычного стрингера выступает в каждом направлении из стенки стрингера, остается постоянной по длине стрингера. Если обычные композитные стрингеры не прямые, а изогнутые, то изгиб создает внеплоскостные ударные нагрузки, перпендикулярные направлению плоскостного нагружения. Если радиус кривизны относительно мал, обусловленные ударными нагрузками крутящие моменты стрингера могут превышать способность композитного стрингера выдерживать моменты.

В таких ситуациях обычные углепластиковые стрингеры могут разрушаться из-за растягивающего межслойного напряжения на радиусе между стенкой стрингера и полкой. Кроме того, полка может отделяться от наполнителя стрингера, вклеенного между стенкой стрингера и полкой. Также возможно, что стрингер может отслоиться от обшивки из-за повышенных сдвиговых нагрузок в клеевом шве. Поэтому обычные стрингеры в большинстве случаев обрывают на стыковом соединении, в котором используется внутренний опорный пояс и внешняя накладка, способные выдерживать большие нагрузки. Однако внутренний опорный пояс и внешняя накладка, являющиеся основными опорными элементами, обычно изготавливаются из титана или другого металла. Эти металлические детали нежелательным образом увеличивают вес и стоимость воздушного судна.

При использовании описанных в данном документе сущности изобретения и технологий, неразрезной изогнутый стрингер может быть выполнен таким образом, что высота стенки постепенно уменьшается на изогнутых высоконагруженных участках. По мере постепенного перехода высоты стенки к существенно меньшей высоте, полка может расширяться до увеличенной ширины. Согласно различным вариантам осуществления отношение уменьшения высоты стенки к расширению полки может быть таким, что площадь поперечного сечения стрингера будет оставаться примерно одинаковой по длине стрингера. При использовании усилительных фитингов, соединенных с неразрезным стрингером на сильно профилированных участках получающегося стрингера и панели обшивки, обеспечивается адекватное управление нагрузками, позволяющее использовать неразрезные стрингеры, обеспечивающие уменьшение общего веса, количества деталей и общей стоимости по сравнению с традиционными металлическими стыковыми соединениями.

В приведенном ниже подробном описании изобретения даны ссылки на приложенные чертежи, являющиеся его частью и показанные в виде иллюстрации, конкретных вариантов осуществления изобретения или примеров. Далее постепенно уменьшающиеся по высоте изогнутые композитные стрингеры и соответствующие панели будут описаны со ссылками на чертежи, на которых одинаковые номера позиций представляют одинаковые детали на нескольких чертежах. На фиг. 1 и 2 показаны, соответственно, вид спереди и вид сзади в перспективе изогнутого неразрезного стрингера и панели 100 обшивки. Согласно этому примеру, панель 100 содержит три постепенно уменьшающихся по высоте изогнутых композитных стрингера 102, однако может быть использовано любое количество стрингеров. Постепенно уменьшающиеся по высоте изогнутые композитные стрингеры 102 прикреплены к детали 104 обшивки либо посредством приклеивания, либо посредством соотверждения, либо посредством сбалчивания. Деталь 104 обшивки в данном примере содержит обшивку 106 кессона крыла и обшивку 108 центроплана.

Понятно, что деталь 104 обшивки может быть любой неразрезной частью обшивки, покрывающей любой изогнутый или профилированный участок воздушного судна или транспортного средства, и не ограничивается соединением между обшивкой 106 кессона крыла и обшивкой 108 центроплана. В контексте данного описания изобретения термин «неразрезной» применяется к композиту или иным материалам, не обрывающимся на общем фитинге, а проходящим в виде одноэлементной секции через нужный участок. «Неразрезной» может применяется к композиту или иным материалам, образованным посредством известных процессов сращивания композита или иных материалов для формирования единого неразрезного звена.

Каждый постепенно уменьшающийся по высоте изогнутый композитный стрингер 102 содержит стенку 110 и полку 112. Детали постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102 более ясно видны на поперечном разрезе, показанном на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, постепенно уменьшающийся по высоте изогнутый композитный стрингер 102 может быть образован посредством создания двуугольных, или «L»-образных, композитных листов и их склеивания таким образом, что стенка 110 вертикально выступает из полки 112. В любом случае, должно быть понятно, что в пределах объема данного изобретения может быть использован любой способ формирования постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102. Стенка 110 имеет высоту 122 стенки, а полка 112 имеет ширину 120 полки. Эти размеры будут подробно рассмотрены ниже. Композитная деталь, или наполнитель 502, может быть приклеен к постепенно уменьшающемуся по высоте изогнутому композитному стрингеру 102 для заполнения промежутка, образовавшегося между стенкой 110 и полкой 112. Наполнитель 502 может быть зоной, на которой может произойти отслоение обычных композитных стрингеров на изогнутых участках, если не используется описанная здесь сущность изобретения.

Согласно фиг. 1 и 2 панель 100 данного иллюстративного примера осуществления может содержать прикрепленную нервюру 114. Нервюра 114 может быть любой панелью, прикрепляемой к изогнутому неразрезному стрингеру и панели 100 обшивки, и не ограничивается проиллюстрированной формой. Согласно данному примеру, нервюра 114 прикреплена к панели 100 на изогнутом участке 126 панели посредством фитинга 116. Изогнутый участок 126 - это то место, в котором панель 100 имеет кривизну или профиль, которые в обычных условиях могут стать причиной разрушения или отслоения стрингеров в результате избыточного нагружения стенки, если стрингеры обшивки 106 кессона крыла и обшивки 108 центроплана не прерываются на поясе и накладке.

Согласно описанным здесь вариантам осуществления изобретения полки 110 постепенно уменьшающихся по высоте изогнутых композитных стрингеров 102 уменьшаются по высоте 122 полки при переходе стрингеров от прямого участка 124 к изогнутому участку 126. Прямой участок 124 может рассматриваться как любая продольная часть постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102, на которой стенка 110 образует плоскую плоскостную поверхность. Аналогично, изогнутый участок 126 может рассматриваться как любая продольная часть постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102, на которой стенка 110 образует изогнутую или неплоскостную поверхность. Согласно примеру, показанному на фиг. 1 и 2, постепенно уменьшающиеся по высоте изогнутые композитные стрингеры 102 переходят из прямого участка 124 в изогнутый участок 126 и снова в прямой участок 124.

За счет постепенного уменьшения высоты стенок 110 уменьшаются ударные нагрузки и крутящие моменты, действующие на стенку 100. Согласно различным вариантам осуществления изобретения, высота 122 стенки по существу линейно (или нелинейно) уменьшается от высоты стенки на прямом участке 124 панели (называемой «высотой 123 прямой стенки») до минимальной высоты 122 стенки на изогнутом участке 126 стенки 110 (называемой «высотой изогнутой стенки»). По мере постепенного уменьшения высоты полка может по существу линейно (или нелинейно) расширяться от ширины 120 полки на прямом участке 124 (называемой «шириной прямой полки») до максимальной ширины 120 полки на изогнутом участке 126 (называемой «шириной изогнутой полки»). И наоборот, по мере увеличения высоты 122 стенки от высоты изогнутой стенки на изогнутом участке 126 панели 100 до высоты прямой стенки на прямом участке 124, ширина изогнутой полки снова уменьшается до ширины прямой полки на прямом участке 124. Как будет более подробно рассмотрено ниже со ссылкой на фиг. 4-11, зависимость между высотой 122 стенки и шириной 120 полки может быть пропорциональной, поэтому площадь поперечного сечения постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102 на различных сегментах панели 100 остается приблизительно постоянной. Таким образом, полка 112 на ширине изогнутой полки воспринимает часть нагрузок, ранее воспринимавшихся стенкой 110 на высоте прямой стенки, но не создает существенного крутящего момента, так как высота изогнутой стенки минимальна.

При постепенном уменьшении высоты стенки 110 до высоты изогнутой стенки теряется часть изгибающего момента инерции. Для восстановления изгибающего момента инерции и передачи неплоскостных ударных нагрузок на другие конструкции, например, на нервюру 114, может использоваться усилительный фитинг 116. Фитинг может быть изготовлен из металлических и неметаллических материалов, в том числе алюминия, титана и углепластика. Так как осевая нагрузка, воспринимаемая стенкой 110 постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера, на изогнутом участке 126 существенно уменьшена за счет уменьшенной высоты 122 стенки, ударные нагрузки и момент в стенке значительно снижены. Поэтому отсутствует необходимость конструктивного усиления стенки стрингера, что значительно упрощает соединение фитинга 166 с обшивкой и стрингером по сравнению с обычным поясом и накладками. Для создания описанной выше дополнительной опоры конструкции и соединения с панелью 100 дополнительных деталей, таких, как нервюра 114, усилительные фитинги 116 могут быть посредством известных способов соединены с полками 112 постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 120 на изогнутом участке 126.

На фиг. 3 показан увеличенный вид изогнутого участка 126. На этом чертеже большая часть усилительного фитинга 116 удалена для более ясной иллюстрации конфигурации стенки 110 и полки 112. Как видно на этом примере, полка расширяется до ширины 302 изогнутой полки в непосредственной близости к продольному положению постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102, соответствующему положению, в котором стенка 110 убывает до высоты 304 изогнутой стенки. Это положение может находиться в центре изогнутого участка 126, например, на соединении SOB между кессоном крыла и центропланом. Согласно различным вариантам осуществления изобретения, постепенное уменьшение по высоте стенки 110 и расширение полки 112 может быть пропорциональным или непропорциональным друг другу. Постепенное уменьшение по высоте и расширение может начинаться на продольном положении постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102, предшествующем месту начала изгиба стрингера.

Постепенное уменьшение по высоте стенки 110 уменьшает ударные нагрузки и соответствующие моменты в стенке 110. Данные нагрузки и моменты уменьшаются до величины, предотвращающей разрушение от межслойного растяжения на участке от стенки 110 до полки 112 стрингера. Расширение полки 112 увеличивает деталь 104 обшивки до приклеенного участка полки 112, что уменьшает интенсивность перераспределения нагрузки между деталью 104 обшивки и полкой 112. Без этого расширения полка 112 может отклеиться или отслоиться от детали 114 обшивки из-за повышенного перераспределения нагрузки в клеевом шве. Понятно, что согласно различным вариантам осуществления изобретения, постепенное уменьшение по высоте стенки 110 и расширение полки 112, соответственно, может быть пропорциональным или непропорциональным, линейным или нелинейным.

На фиг. 4 показан вид сверху примера неразрезной изогнутой композитной панели 400, содержащей деталь 104 обшивки, соединенную с постепенно уменьшающимся по высоте изогнутым композитным стрингером 102. Панель 102 содержит прямой участок 124, переходящий в изогнутый участок 126 и обратно в прямой участок 124. В центре изогнутого участка 126, например, на соединении SOB, усилительный фитинг 116 соединен с полкой 112. Для более ясной иллюстрации конфигурации постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102 на фиг. 4 по всему переходу между прямыми и изогнутыми участками согласно одному варианту осуществления изобретения поперек панели 400 начерчено семь линий, представляющих положения A-G. На фиг. 5-11 представлены поперечные разрезы панели 400, выполненные в каждом из этих мест.

Согласно фиг. 5 место А представляет положение в пределах первого прямого участка 124 до перехода к изогнутому участку 126. На прямом участке 124 постепенно уменьшающийся по высоте изогнутый композитный стрингер 102 содержит стенку 110, имеющую высоту 122 стенки. Высота 122 стенки может быть максимальной на прямых участках 124. Аналогично, ширина 120 полки может быть минимальной в пределах прямых участков 124. Следует отметить, что высота 122 стенки может измеряться от верхушки наполнителя 502 или от верхней поверхности полки 112 до наружного края стенки 110. На фиг. 6 показан поперечный разрез постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102, выполненный в месте В, являющемся продольным положением в пределах изогнутого участка 126, на котором высота стенки 110 начинает постепенно уменьшаться, а полка 112 расширяется. Несмотря на то, что чертежи могут быть выполнены без точного соблюдения масштаба, видно, что варианты осуществления изобретения предусматривают, что совокупная площадь поперечного сечения стенки 110 и полки 112 остается по существу постоянной на всем переходе к изогнутому участку 126 и от изогнутого участка 126 постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102.

На фиг. 7 показан поперечный разрез постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102, выполненный в месте С, являющимся продольным положением между местом А на прямом участке 124 и местом D, находящимся в центре или рядом с центром изогнутого участка 126. Как показано, высота 122 стенки продолжает уменьшается по мере того, как ширина 120 полки продолжает увеличиваться пропорционально или независимо от постепенного уменьшения высоты стенки 110. На поперечном разрезе дополнительно показан усилительный фитинг 116 согласно одному варианту осуществления изобретения. Усилительный фитинг 116 может быть прикреплен к верхней поверхности полки 112 и перекрывать стенку 110, не контактируя со стенкой 110. Зазор между стенкой 110 и усилительным фитингом 116 может быть минимальным, что облегчает крепление фитинга к полке 112. Высота усилительного фитинга 116 может задаваться в соответствии с прочностью соединения таким образом, что обеспечиваются нужные значения изгибающего момента инерции.

На фиг. 8 показан поперечный разрез постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102, выполненный в месте D, являющемся продольным положением в центре или рядом с центром изогнутого участка 126. В этом положении радиус кривизны постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102 минимален, что может значительно ослабить максимальные нагрузки на стенку 110. Таким образом, варианты осуществления изобретения предусматривают, что стенка 110 имеет минимальную высоту, являющуюся высотой 304 изогнутой стенки в центре изгиба, показанной на фиг. 3. Согласно одному примеру осуществления высота 304 изогнутой стенки составляет 0,2 дюйма, однако высота может уменьшаться до нуля. Также в этом положении полка имеет максимальную ширину, являющуюся шириной 302 изогнутой полки. На фиг 9-11 показаны поперечные разрезы постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого композитного стрингера 102, выполненные в местах E-G, иллюстрирующие последовательное наращивание стенки и сужение полки 112 до высоты 122 стенки и ширины 120 полки, соответственно, соответствующие высоте 122 стенки и ширине 120 полки в месте А, относящемуся к первому прямом участку 124.

Далее, со ссылкой на фиг. 12, будет подробно описана иллюстративная последовательность 1200 операций по использованию изогнутой композитной силовой панели в зоне высоких нагрузок воздушного судна или другого транспортного средства или конструкции. Понятно, что может быть выполнено большее или меньшее количество операций, чем это показано на чертежах и описано в данном документе. Данные операции также могут выполняться в порядке, отличном от описанного здесь.

Последовательность 1200 операций начинается с операции 1202, где формируются постепенно уменьшающиеся по высоте изогнутые композитные стрингеры 102. Композитные слои могут быть образованы посредством известных способов с использованием известных материалов. Однако при формировании постепенно уменьшающихся по высоте изогнутых композитных стрингеров 102 стенка 110 должна быть подрезана согласно описанной выше сущности изобретения на соответствующих изогнутых участках 126. Постепенное уменьшение высоты стенок 110 от высоты прямой стенки до нужной высоты 304 изогнутой стенки и обратно может включать соответствующую подрезку стенок 110 во время или после отверждения композита.

От операции 1202 последовательность 1200 операций переходит к операции 1204, где формируется неразрезная деталь 104 обшивки. Неразрезная деталь 104 обшивки может быть создана с использованием любых известных материалов и процессов. Последовательность 1200 операций переходит к операции 1206, где постепенно уменьшающиеся по высоте изогнутые композитные стрингеры 102 в нужных местах прикрепляются к неразрезной детали 104 обшивки согласно известным способам для формирования постепенно уменьшающегося по высоте изогнутого стрингера и панели 100 обшивки. Панель 100 будет содержать по меньшей мере один изогнутый участок 126 с постепенно уменьшающимися по высоте изогнутыми композитными стрингерами 102, переходящими от имеющих высоту прямой стенки и ширину прямой полки на первом прямом участке 124 в имеющие высоту 304 изогнутой стенки и ширину 302 изогнутой полки на изогнутом участке 126 и обратно к имеющим высоту прямой стенки и ширину прямой полки на прямом участке 124.

От операции 1206 последовательность 1200 операций переходит к операции 1208, где к полкам 112 постепенно уменьшающихся по высоте изогнутых композитных стрингеров 102 в нужных местах в пределах одного или более изогнутых участков 126 прикрепляются один или более усилительные фитинги 116. Дополняющая силовая панель, такая, как нервюра 114, прикрепляется к изогнутому неразрезному стрингеру и панели 100 обшивки посредством усилительных фитингов 116 во время операции 1210, на этом последовательность 1200 операций заканчивается.

На основании вышеизложенного понятно, что в данном описании представлены технологии управления различными нагрузками и результирующими моментами в изогнутых и профилированных композитных панелях. Использование описанной здесь сущности изобретения позволяет надежно использовать изогнутые неразрезные стрингеры и детали обшивки вместо обычных тяжелых металлических фитингов, увеличивающих вес, стоимость комплектующих и стоимость воздушного судна или другой платформы, в которой реализованы изогнутые неразрезные компоненты.

Описанный выше предмет изобретения представлен только в качестве иллюстрации и не должен рассматриваться как ограничительный. Возможны различные изменения и варианты описанного здесь предмета изобретения, отличные от описанных и проиллюстрированных примеров осуществления и использования изобретения в пределах объема и сущности данного изобретения, изложенных в формуле изобретения.

Изобретение относится к авиации и касается силовых панелей. Неразрезная силовая панель содержит неразрезную деталь обшивки и неразрезной изогнутый композитный стрингер. Стрингер содержит полку, соединенную с неразрезной деталью обшивки, и стенку, выступающую наружу от полки для создания высоты стенки. Причем стенка постепенно уменьшается на изогнутом участке неразрезного изогнутого композитного стрингера, а полка простирается от стенки для создания ширины полки. Ширина полки увеличивается по мере уменьшения высоты стенки. Достигается создание эффективной конфигурации неразрезной силовой панели, снижение веса и количества деталей. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Неразрезная силовая панель (100), содержащая:
неразрезную деталь (104) обшивки и
неразрезной изогнутый композитный стрингер (102), содержащий:
полку (112), соединенную с неразрезной деталью (104) обшивки, и
стенку (110), выступающую наружу от полки (112) для создания высоты (122) стенки, причем стенка (110) постепенно уменьшается на изогнутом участке (126) неразрезного изогнутого композитного стрингера (102), причем полка (112) простирается от стенки (110) для создания ширины (120) полки, а ширина (120) полки увеличивается по мере уменьшения высоты (122) стенки.

2. Неразрезная силовая панель (100) по п.1, в которой неразрезной изогнутый композитный стрингер (102) содержит армированный углеволокном полимер (углепластик).

3. Неразрезная силовая панель (100) по п.1 или 2, кроме того, содержащая усилительный фитинг (116), соединенный с полкой (112) на искривленном участке (126) и выполненный для увеличения изгибающего момента инерции неразрезного изогнутого композитного стрингера (102) на изогнутом участке (126).

4. Неразрезная силовая панель (100) по п.1 или 2, кроме того, содержащая дополняющую силовую панель (114), прикрепленную к неразрезной силовой панели (100) посредством усилительного фитинга (116), причем усилительный фитинг (116) передает нагрузки от неразрезного изогнутого композитного стрингера (102) и неразрезной детали обшивки (104) на дополняющую силовую панель (114).

5. Неразрезная силовая панель (100) по п.1 или 2, в которой неразрезная деталь обшивки (104) и неразрезной изогнутый композитный стрингер (102) перекрывают соединение боковины фюзеляжа (SOB) воздушного судна.

6. Неразрезная силовая панель (100) по п.1 или 2,
причем высота (122) стенки содержит высоту (123) прямой стенки в первом месте, причем стенка (110) задает плоскую поверхность,
причем высота (122) стенки постепенно уменьшается от высоты (123) прямой стенки в первом месте до высоты (122) изогнутой стенки во втором месте, в котором стенка (110) изгибается для задания неплоской поверхности, и
причем высота (122) стенки снова увеличивается от высоты (122) изогнутой стенки во втором месте до высоты (123) прямой стенки в третьем месте, в котором стенка (110) задает плоскую поверхность.

7. Неразрезная силовая панель (100) по п.6, в которой полка (112) простирается от стенки (110) для создания ширины (120) полки, и причем ширина (120) полки увеличивается от первого места ко второму месту и уменьшается от второго места к третьему месту.

8. Неразрезная силовая панель (100) по п.6, в которой второе место соответствует примерному положению по длине неразрезного изогнутого композитного стрингера (102), соотнесенного с минимальным радиусом кривизны неразрезного изогнутого композитного стрингера (102).

9. Способ использования изогнутой композитной силовой панели (100) в высоконагруженной зоне транспортного средства, причем способ включает в себя:
формирование нескольких неразрезных изогнутых композитных стрингеров (102), причем каждый неразрезной изогнутый композитный стрингер содержит:
по меньшей мере один прямой участок (124),
по меньшей мере один изогнутый участок (126),
полку (112) и
стенку (110), причем стенка (110) имеет
высоту (123) прямой стенки на каждом прямом участке (124) и
высоту (122) изогнутой стенки на каждом изогнутом участке (126) меньшую, чем высота (123) прямой стенки,
формирование неразрезной детали (104) обшивки,
соединение нескольких неразрезных изогнутых композитных стрингеров (102) с неразрезной деталью (104) обшивки и
соединение усилительного фитинга (116) по меньшей мере с одной полкой (112) по меньшей мере на одном изогнутом участке (126) для обеспечения прочности изогнутой композитной силовой панели (100) по меньшей мере на одном изогнутом участке (126).

10. Способ по п.9, в котором формирование каждого неразрезного изогнутого композитного стрингера (102) включает в себя формирование каждого неразрезного изогнутого композитного стрингера (102) таким образом, что полка (112) простирается от стенки (110) для создания ширины (120) прямой полки на каждом прямом участке (124) и ширины (120) изогнутой полки на каждом изогнутом участке (126), и причем ширина (120) изогнутой полки на каждом изогнутом участке (126) больше ширины (120) прямой полки на каждом прямом участке (124).

11. Способ по п.9 или 10, кроме того, включающий в себя соединение дополняющей силовой панели (114) с изогнутой композитной силовой панелью (100) посредством усилительного фитинга (116).

12. Способ по п.9 или 10, в котором стенка (110) неразрезного изогнутого композитного стрингера (102) по существу линейно постепенно уменьшается от высоты (123) прямой стенки до высоты (122) изогнутой стенки и снова постепенно увеличивается до высоты (123) прямой стенки.

13. Способ по п.9 или 10, в котором стенка (110) неразрезного изогнутого композитного стрингера (102) по существу нелинейно постепенно уменьшается от высоты (123) прямой стенки до высоты (122) изогнутой стенки и снова постепенно увеличивается до высоты (123) прямой стенки.

14. Воздушное судно, содержащее неразрезную силовую панель (100) по п.1 или п.2.