СИЛОВЫЕ КЕССОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B64C3/18 B64C3/20 B29C70/30 B32B3/12 B32B5/02 B32B5/18 

[001] Область техники

[002] Изобретение относится в общем к силовым кессонным конструкциям и способам их получения, в частности к композитным связанным кессонным конструкциям для транспортных средств и архитектурных конструкций, а также способам их получения.

[003] Уровень техники

[004] Композитные структуры, такие как пластик, армированный углеродным волокном (углепластик), используются в широких областях применения, в том числе в производстве воздушного судна, космического аппарата, винтокрылого судна, автомобилей, плавучего судна и другого транспортного средства и структур, благодаря своей высокой удельной прочности, коррозионной стойкости и других подходящих свойств. Например, в конструкции воздушного судна композитные структуры применяются в увеличивающихся масштабах для изготовления крыла, хвостового оперения, фюзеляжа и других компонентов.

[005] Существующие кессонные конструкции композитного крыла и стабилизатора транспортного воздушного судна можно рассматривать как единую усиленную панельную конструкцию, состоящую из внешних композитных панелей обшивки крыла, т.е. "обшивок", механически прикрепленной или приклеенной к внутренней части конструкции крыла. Внутренняя часть конструкции крыла может, как обычно, состоять из усиливающих конструкций, таких как лонжероны, нервюры и стрингеры для повышения прочности, жесткости, сопротивления продольному изгибу и устойчивости обшивок.

[006] Такие композитные кессонные конструкции крыла и стабилизатора транспортного воздушного судна обычно изготавливают из трех отдельных секций, включающих левую консоль крыла или стабилизатора, правую консоль крыла или стабилизатора и центральную часть, а затем эти секции собирают вместе. Процесс изготовления может потребовать много времени и ручного труда для сборки большого количества комплектующих частей, что может привести к повышению стоимости производства. Кроме того, такие секции могут соединяться вместе многочисленными механическими крепежными деталями, такими как затяжные крепежные детали для первичного соединения. Такие крепежные детали могут быть изготовлены из прочных и тяжелых материалов, чтобы придать достаточную прочность секциям, удержать секции вместе во время эксплуатации воздушного судна и выдержать различные аэродинамические нагрузки и напряжения. Однако применение многочисленных тяжелых крепежных деталей может добавить вес воздушному судну, который, в свою очередь, может ухудшить рабочие характеристики воздушного судна и привести к увеличенному расходу топлива, необходимому для заданного профиля полета. Эта необходимость увеличенного расхода топлива может, в свою очередь, привести к увеличенным затратам на топливо. Кроме того, такие крепежные детали могут потребовать дополнительное уплотнение, не допускающее утечки топлива, что может увеличить сроки производства, рабочую силу и стоимость и, в свою очередь, может увеличить общую стоимость производства и эксплуатации. Более того, применение многочисленных крепежных деталей, изготовленных из металла и установленных через внешние композитные панели обшивки крыла, может привести к увеличенному риску повреждения молнией крыла.

[007] Кроме того, в существующих композитных кессонных конструкциях крыла и стабилизатора транспортного воздушного судна обычно используются известные конструкционные решения металлического крыла с кессонной полумонококовой схемой распределения основной нагрузки. В данном документе "полумонококовый" означает схему такой конструкции, которая несет нагрузку посредством только внешней обшивки и стрингеров объекта, в отличие от применения внутренней силовой части, которая, следовательно, покрыта ненагруженной несущей обшивкой. Этот подход обычно требует почти обычные 0°/±45°/90° (нулевые/плюс-минус сорокапятиградусные/девяностоградусные) квазиизотропные (например, с ориентацией волокон в нескольких направлениях в плоскости) ориентации аксиально усиленных слоев укладки, при которых в кессонных конструкциях крыла и стабилизатора воздушных судов изгиб и кручение распределяются как в обшивках, так и в стрингерах, чтобы обеспечить несколько безопасных путей передачи нагрузки. Однако такой подход может негативно сказаться на эффективности этих композитных компонентов и может существенно увеличить количество деталей в креплениях нервюр и стрингеров, для того чтобы поддержать устойчивость композитной кессонной конструкции крыла и стабилизатора воздушного судна.

[008] Соответственно, на данном уровне техники существует потребность в улучшенных композитных связанных кессонных конструкциях и способах их получения, которые обеспечат преимущества над известными конструкциями и способами.

Сущность изобретения

[009] Эта потребность в улучшенных композитных связанных кессонных конструкциях и способах их получения удовлетворена. Как описано ниже в подробном описании, варианты осуществления более совершенных композитных связанных кессонных конструкций крыла и стабилизатора транспортных средств передвижения и способов их получения могут предоставить значительные преимущества над существующими конструкциями и способами.

[0010] В одном из вариантов осуществления изобретения предлагается силовая кессонная конструкция. Эта кессонная конструкция содержит верхнюю и нижнюю композитные комплексные сэндвичевые панели. Комплексные сэндвичевые панели включают листовые обшивки, образующие сэндвичевую конструкцию с одной или более заполнителями и смежными плотными пакетами, ориентированными в аксиальном направлении. Кессонная конструкция дополнительно содержит множество лонжеронов. Каждый лонжерон содержит стенку и настеночный крепежный элемент, при этом лонжерон расположен длинной стороной в аксиальном направлении. Эти множество лонжеронов прикреплены к комплексным сэндвичевым панелям посредством настеночных крепежных элементов лонжерона, приложенных к плотным пакетам. Листовые обшивки выполнены с возможностью выдерживать главным образом торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении, а плотные пакеты выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении.

[0011] В другом варианте осуществления изобретения предлагается воздушное транспортное средство со связанной силовой кессонной конструкцией. Воздушное транспортное средство содержит аэродинамический каркас, имеющий первую законцовку и вторую законцовку. Воздушное транспортное средство дополнительно содержит связанную кессонную конструкцию, прикрепленную к аэродинамическому каркасу. Связанная кессонная конструкция содержит верхнюю и нижнюю композитные комплексные сэндвичевые панели, неразрывно простирающиеся от первой законцовки до второй законцовки аэродинамического каркаса. Комплексные сэндвичевые панели включают листовые обшивки, образующие сэндвичевую конструкцию с одной или более заполнителями и смежными плотными пакетами, ориентированными в аксиальном направлении. Связанная кессонная конструкция дополнительно содержит множество лонжеронов. Каждый лонжерон содержит стенку и настеночные крепежные элементы, при этом лонжерон расположен длинной стороной в аксиальном направлении. Эти множество лонжеронов прикреплены к комплексным сэндвичевым панелям посредством настеночных крепежных элементов лонжерона, расположенных возле плотных пакетов. Листовые обшивки выполнены с возможностью выдерживать основные торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении. Плотные пакеты выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении.

[0012] В другом варианте осуществления изобретения предлагается способ получения связанной кессонной конструкции для воздушного транспортного средства. Способ содержит шаг формирования пары комплексных сэндвичевых панелей. Каждая комплексная сэндвичевая панель образована изготовлением композитной обшивки посредством образования сэндвичевой структуры с заполнителем между по меньшей мере двумя композитными листовыми панелями. Каждая композитная листовая панель образована посредством формирования укладки слоев композитной листовой панели, по существу содержащей смешанные ориентированные слои и выполнения укладки слоев композитной листовой панели для предоставления возможности композитной обшивке обеспечить пути передачи распределенных торсионных, изгибающих и сжимающих нагрузок. Каждая комплексная сэндвичевая панель дополнительно образована соединением множества плотных пакетов с композитной обшивкой. Каждый плотный пакет образован формированием укладки слоев композитных плотных пакетов, при этом укладка содержит по существу ортогональный, однонаправленный композитный ленточный ламинат, и выполнением укладки слоев композитных плотных пакетов для предоставления возможности плотным пакетам обеспечить пути передачи распределенных изгибающих и аксиальных нагрузок. Способ дополнительно содержит шаг связывания множества лонжеронов и стабилизирующих нервюр между парой комплексных сэндвичевых панелей для образования связанной кессонной конструкции воздушного транспортного средства. Связанная кессонная конструкция имеет цельную конфигурацию.

[0013] Рассмотренные признаки, функции и преимущества могут быть достигнуты независимо в различных вариантах осуществления изобретения или могут сочетаться еще и в других вариантах осуществления, подробности которых видны из следующего описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

[0014] Настоящее изобретение может быть понятнее, исходя из следующего подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых представлены предпочтительные и иллюстративные варианты осуществления, необязательно выполненные в масштабе, при этом:

[0015] на фиг. 1А представлен вид в перспективе воздушного транспортного средства, включающего кессонную конструкцию по одному из вариантов осуществления изобретения;

[0016] на фиг. 1В представлен вид сзади в перспективе кессонной конструкции по одному из вариантов осуществления изобретения;

[0017] на фиг. 2А представлен частичный вид сверху верхней поверхности кессонной конструкции по одному из вариантов осуществления изобретения;

[0018] на фиг. 2В представлено сечение по линии 2В-2В по фиг. 2А, на котором показана комплексная сэндвичевая панель, соединенная с лонжероном по одному из вариантов осуществления изобретения;

[0019] на фиг. 2С представлен частичный вид сверху нижней поверхности кессонной конструкции по одному из вариантов осуществления изобретения, показывающий отверстия доступа;

[0020] на фиг. 3А представлен вид в перспективе кессонной конструкции по одному из вариантов осуществления изобретения в конфигурации с несколькими лонжеронами;

[0021] на фиг. 3В представлено сечение по линии 3В-3В по фиг. 3А, на котором показаны виды конфигураций с множеством лонжеронов, в крупном масштабе;

[0022] на фиг. 3С представлено увеличенное сечение круга 3С по фиг. 3В;

[0023] на фиг. 3D представлено увеличенное сечение круга 3D по фиг. 3В;

[0024] на фиг. 3Е представлено увеличенное сечение круга 3Е по фиг. 3В;

[0025] на фиг. 4-10 представлены различные варианты прилегающих к лонжерону соединений, которые можно применять с кессонными конструкциями по вариантам осуществления изобретения;

[0026] на фиг. 11 представлена схема последовательности операций способа производства и обслуживания воздушного судна;

[0027] на фиг. 12 представлена блок-схема воздушного судна; и

[0028] на фиг. 13 представлена схема последовательности операций, изображающая вариант осуществления способа изобретения.

Подробное описание

[0029] Далее в настоящем документе раскрытые варианты осуществления описываются более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны лишь некоторые, но не все, из этих раскрытых вариантов осуществления. Действительно, можно предложить несколько разных вариантов осуществления, но их не следует рассматривать как ограничение к вариантам осуществления, приведенным далее в настоящем документе. На самом деле, эти варианты осуществления преподносятся так, чтобы они полностью передавали объем изобретения специалистам в данной области техники.

[0030] Из прилагаемых чертежей, на фиг. 1А представлен вид в перспективе воздушного транспортного средства 10, такого как воздушное судно, включающее варианты кессонной конструкции 12, выполненные или изготовленные по одному из вариантов осуществления способа 300 (см. фиг. 13) настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1А, воздушное транспортное средство 10, содержит конструкцию 13 крыла, содержащую аэродинамический каркас 14. Аэродинамический каркас 14 крыла включает в себя переднюю кромку 15, первую законцовку 16, заднюю кромку 17, вторую законцовку 18 и множество управляющих 19 поверхностей. В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 1А, кессонная конструкция 12 может быть кессонной конструкцией 12 крыла транспортного судна, которая может быть прикреплена или выполнена как единое целое с аэродинамическим каркасом 14 конструкции крыла 13 транспортного средства передвижения. Кессонная конструкция 12 крыла транспортного судна может крепиться над верхней частью 20 (см. фиг. 1А), через среднюю часть 21 (см. фиг. 1А) или под нижней частью (не показана) фюзеляжа 22 воздушного транспортного средства 10. Как показано на фиг. 1А, воздушное транспортное средство 10 дополнительно содержит один или более конструкций 24 стабилизаторов, в том числе горизонтальные стабилизаторы 24а и вертикальный стабилизатор 24b. Конструкция стабилизатора 24, такого как горизонтальные стабилизаторы 24а, в сочетании, может иметь аэродинамический каркас 14а, содержащий первую законцовку 16а и вторую законцовку 18а. В другом варианте осуществления, как показано на фиг. 1А, кессонная конструкция 12 может быть кессонной конструкцией 12b стабилизатора, которая может быть прикреплена или выполнена как единое целое с аэродинамическим каркасом 14а одной или более конструкций 24 стабилизатора. В предпочтительном исполнении, кессонная конструкция 12 получена связыванием, имеет цельную (состоящую из одной детали) конфигурацию 26 (см. фиг. 1А) и обеспечивает один или более путей 28 передачи распределенной нагрузки через кессонную конструкцию 12.

[0031] В одном из вариантов осуществления изобретения, как показано на фиг. 1А-2С, предлагается силовая кессонная конструкция 12. Как было рассмотрено выше, кессонная конструкция 12 может быть в одном варианте осуществления, как показано на фиг. 1А, кессонной конструкцией 12 крыла транспортного судна, а в другом варианте осуществления может быть кессонной конструкцией 12b стабилизатора. В частности, кессонная конструкция 12 может быть, например, кессонной конструкцией крыла воздушного судна, кессонной конструкцией стабилизатора, в том числе горизонтального стабилизатора, вертикального стабилизатора, хвостового оперения, а также передним оперением, лопастью несущего винта винтокрылого судна, вертолетной лопастью, консольной конструкцией воздушного транспортного средства, искривленной кессонной конструкцией воздушного транспортного средства или другой подходящей структурой кессонной конструкции, такой как изогнутый кессонный тип конструкции. Хотя воздушное транспортное средство 10, показанное на фиг. 1А, в общем является представителем коммерческого пассажирского воздушного судна, один или более вариант осуществления кессонной конструкции 12, раскрытый в настоящем документе, может быть также применен и в других типах воздушных транспортных средств. В частности, основные положения раскрытых вариантов осуществления можно распространить на другое пассажирское транспортное судно, транспортное воздушное судно, военное воздушное судно, винтокрылое судно и другие типы воздушных транспортных средств, имеющих структуру кессонной конструкции, такую как изогнутый тип кессонной конструкции. Кроме того, основные положения раскрытых вариантов осуществления можно распространить на воздушные конструкции винта, в том числе лопасти воздушного винта; конструкции автомобиля, в том числе спойлеры автомобиля; плавучие конструкции судна, в том числе лопасти гребного винта лодки; и другие транспортные средства или архитектурные конструкции, в которых применяется структура кессонных конструкций, такая как изогнутый тип кессонной конструкции.

[0032] На фиг. 1В представлен вид в перспективе сзади одного из вариантов кессонной конструкции 12, например в виде кессонной конструкции 12 крыла транспортного судна. Как показано на фиг. 1А-1В, в предпочтительном исполнении кессонная конструкция 12 включает первый торец 30, второй торец 32, тело 34 (см. фиг. 1А), переднюю кромку 36 (см. фиг. 1А) и заднюю кромку 38 (см. фиг. 1А). Кессонная конструкция 12 дополнительно включает верхнюю поверхность 11а (см. фиг. 2А) и нижнюю поверхность 11b (см. фиг. 2С). На фиг. 2А представлен частичный вид сверху верхней поверхности На одного из вариантов осуществления изобретения - кессонной конструкции 12. На фиг. 2С представлен частичный вид сверху нижней поверхности 11b одного из вариантов осуществления изобретения - кессонной конструкции 12.

[0033] Как показано на фиг. 1В и 2А, кессонная конструкция 12 содержит множество лонжеронов 40 и множество стабилизирующих нервюр 48, расположенных между парой комплексных сэндвичевых панелей 62 и связанных с ними. Как показано на фиг. 3А, каждый лонжерон 40 содержит стенку 112 и настеночные крепления 114 и расположен длинной стороной в аксиальном направлении крыла. Как показано далее на фиг. 1В и 2А, в предпочтительном исполнении эти множество лонжеронов 40 представляют собой три лонжерона 40, в том числе передний лонжерон 42, задний лонжерон 44 и промежуточный лонжерон 46. В предпочтительном исполнении передний лонжерон 42 расположен по размаху крыла вдоль передней кромки 36 кессонной конструкции 12. В предпочтительном исполнении задний лонжерон 44 расположен по размаху крыла вдоль задней кромки 38 кессонной конструкции 12. В предпочтительном исполнении промежуточный лонжерон 46 расположен по размаху крыла по центру тела 34 кессонной конструкции 12. Множество лонжеронов 40 могут быть выполнены в изогнутой конфигурации 41 (см. фиг. 1В). Как показано на фиг. 1В, множество лонжеронов 40 предпочтительно проходят непрерывно между первой законцовкой 16 и второй законцовкой 18 аэродинамического каркаса 14, и в предпочтительном исполнении передний лонжерон 42 и задний лонжерон 44 проходят непрерывно от первой законцовки 16 до второй законцовки 18 аэродинамического каркаса 14. Множество лонжеронов 40 могут придать прочность кессонной конструкции 12 и выдерживать аксиальные силы и изгибающие моменты.

[0034] В одном из вариантов осуществления множество лонжеронов 40 могут быть образованы из сэндвичевой лонжеронной конструкции 97 (см. фиг. 10), включающей внутреннюю часть 66, расположенную между по меньшей мере двумя лонжеронными листовыми панелями 98. В предпочтительном исполнении каждая лонжеронная листовая панель 98 содержит композитную укладку 103 слоев лонжеронной листовой панели (см. фиг. 10), являющуюся по существу квазиизотропным композитным ленточным ламинатом 87 (см. фиг. 10). В одном варианте осуществления множество стабилизирующих нервюр 48 могут быть сэндвичевой конструкцией, аналогичной лонжеронной сэндвичевой конструкции 97 (см. фиг. 10), содержащей внутреннюю часть, расположенную между по меньшей мере двумя листовыми панелями. В предпочтительном исполнении каждая листовая панель (не показана) нервюры содержит композитную укладку слоев (не показана) листовой панели нервюры, являющуюся по существу квазиизотропного композитного ленточного ламината, аналогичного по существу квазиизотропным композитным ленточным ламинатом 87 (см. фиг. 10).

[0035] Как показано далее на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 обеспечивают поддержку кессонной конструкции 12а и изолированных автономных топливных баков внутри конструкции 13 (см. фиг. 1А) крыла транспортного воздушного судна. Множество стабилизирующих нервюр 48 предпочтительно пересекаются с множеством лонжеронов 40 в теле 34 кессонной конструкции 12. Как показано на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 в предпочтительном исполнении могут включать торцевые нервюры топливного бака 50, граничащие с запасными топливными баками 52 и проходящие между передним лонжероном 42 и задним лонжероном 44. Как показано на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 могут в предпочтительном исполнении дополнительно содержать нервюры 54 с узлом крепления со стойкой, проходящие между передним лонжероном 42 и промежуточным лонжероном 46 или проходящие между задним лонжероном 44 и промежуточным лонжероном 46. Как показано на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 могут в предпочтительном исполнении дополнительно включать нервюры 56, на которых крепится направляющая закрылка и на которых заканчивается промежуточный лонжерон, и эти нервюры проходят от переднего лонжерона 42 через конец промежуточного лонжерона 46 к заднему лонжерону 44. Как показано на фиг. 1В и 2А, множество стабилизирующих нервюр 48 могут в предпочтительном исполнении дополнительно включать боковые нервюры 58 интегрированные в фюзеляж около средней линии нервюры 60 кессонной конструкции 12 и проходящие от переднего лонжерона 42 через промежуточный лонжерон 46 к заднему лонжерону 44. Стабилизирующие нервюры 48 могут передавать нагрузку на множество лонжеронов 40 и комплексные сэндвичевые панели 62.

[0036] Как показано на фиг. 2А, 2В, 2С, кессонная конструкция 12 содержит пару комплексных сэндвичевых панелей 62. В предпочтительном исполнении комплексные сэндвичевые панели 62 представляют собой композитные комплексные сэндвичевые панели. Пара комплексных сэндвичевых панелей 62 в предпочтительном исполнении расположена неразрывно от первой законцовки 16 до второй законцовки 18 аэродинамического каркаса 14 крыла (см. фиг. 1А), к которой может крепиться кессонная конструкция 12. Комплексные сэндвичевые панели 62 в предпочтительном исполнении включают верхнюю комплексную сэндвичевую панель 62а (см. фиг. 2А) и нижнюю комплексную сэндвичевую панель 62b (см. фиг. 2С). На фиг. 2В представлено сечение по линии 2В-2В по фиг. 2А, в котором показан один из вариантов осуществления комплексной сэндвичевой панели 62, соединенной с лонжероном 40.

[0037] Как показано на фиг. 2В, каждая комплексная сэндвичевая панель 62 представляет сэндвичевую конструкцию, которая обеспечивает повышенную прочность комплексной сэндвичевой панели 62. Как показано далее на фиг. 2В, каждая из комплексных сэндвичевых панелей 62 содержит листовые обшивки 70 (см. фиг. 2В), такие как композитные листовые обшивки, образующие сэндвичевую структуру с одним или более заполнителями 66 и смежными плотными пакетами 80, ориентированными в аксиальном направлении. Как показано на фиг. 2В, внутренняя часть 66 и плотный пакет 80 располагаются между двумя листовыми обшивками 70. Композитная обшивка 64 (см. фиг. 2В) в предпочтительном исполнении образует сэндвичевую структуру с заполнителем 66 между по меньшей мере двумя листовыми обшивками 70, такими как две композитные листовые обшивки. Внутренняя часть 66 в предпочтительном исполнении содержит сотовый заполнитель 68 (см. фиг. 2В). Однако внутренняя часть 66 может также содержать вспененный заполнитель, вспененный заполнитель с волоконным армированием, пеноматериалом с закрытыми порами, ферменной конструкцией или другим подходящим заполнителем или конструкцией, понятными специалистам. Плотный пакет 80 является типом полки 108 лонжерона (см. фиг. 2В). В настоящем документе "плотный пакет" означает тип полки лонжерона, которая крепится к листовой обшивке (такой как композитные листовые обшивки) комплексных сэндвичевых панелей и действует как полка лонжерона. Как показано на фиг. 3А, множество лонжеронов 40 соединены с комплексными сэндвичевыми панелями 62 с настеночными крепежными элементами 114, приложенными к плотным пакетам 80.

[0038] Как показано далее на фиг. 2В, листовые обшивки 70 могут быть внешними листовыми обшивками 72 и внутренними листовыми обшивками 74. Как показано на фиг. 2В, в одном из вариантов осуществления каждая из листовых обшивок 70, как внешняя листовая обшивка 72, так и внутренняя листовая обшивка 74, содержит композитную укладку 76 слоев, состоящую по существу из косо ориентированных слоев 86. В настоящем документе термин "косо ориентированные слои" означает любые слои, расположенные под углом отличным от нуля (0°) или около нуля (0°) и отличным от девяноста градусов (90°), и в данном контексте "около нуля (0°)" означает диапазон от нуля (0°) до десяти градусов (10°). В предпочтительном исполнении косо ориентированные слои 86 являются слоями с волокнами, направленными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°). В данном контексте "около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°)" означает диапазон от плюс или минус сорока градусов (±40°) до плюс или минус пятидесяти градусов (±50°). В более предпочтительном исполнении композитная укладка 76 слоев листовой обшивки может содержать 70-80% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°); 10-20% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°), где "около девяноста градусов (90°)" означает диапазон от восьмидесяти пяти градусов (85°) до девяноста пяти градусов (95°); и 0-20% однонаправленных слоев 85 (см. фиг. 2В) с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом. В наиболее предпочтительном исполнении композитная укладка 76 слоев листовой обшивки может содержать 80% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°); 10% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°); и 10% однонаправленных слоев 85 с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом. Листовые обшивки 70 выполнены с возможностью выдерживать основные торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении. Композитная укладка 76 слоев листовой обшивки в предпочтительном исполнении предназначена для предоставления возможности листовым обшивкам 70 обеспечить пути 28 (см. фиг. 1А) передачи только распределенных торсионных, срезающих и сжимающих нагрузок через кессонную конструкцию 12 (см. фиг. 1А) и через конструкцию 13 (см. фиг. 1А) крыла или конструкцию 24 (см. фиг. 1А) стабилизатора транспортного воздушного судна.

[0039] Листовые обшивки 70, например в виде композитных листовых обшивок, могут быть образованы укладыванием косо ориентированных слоев 86, а в предпочтительном исполнении косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок-пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°), слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°), и/или однонаправленных слоев 85 с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом, на оснастке, такой как пресс-форма, в заданной укладке 76 слоев композитной листовой обшивки и расположением листовых обшивок 70 так, чтобы задать пространство между ними, которое должно быть заполнено заполнителем 66, или, по-другому, расположением листовых обшивок 70 по поверхностям заполнителя 66 так, чтобы образовать сэндвичевую конструкцию с заполнителем 66.

[0040] Как показано далее на фиг. 2В, каждая комплексная сэндвичевая панель 62 дополнительно содержит плотные пакеты 80, смежные с одним или более заполнителями 66 и соединенные, предпочтительно связыванием, с листовыми обшивками 70. Как показано на фиг. 2В, в одном из вариантов осуществления каждый плотный пакет 80 в предпочтительном исполнении имеет композитную укладку 82 слоев плотного пакета, содержащую по существу ортогональный, однонаправленный композитный ленточный ламинат 84, состоящий из однонаправленных слоев, ориентированных под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом. В данном контексте "около нулевой (0°)" означает диапазон от нуля градусов (0°) до десяти градусов (10°). В другом, более предпочтительном, варианте осуществления композитная укладка 82 слоев плотного пакета может содержать 70-100% по существу ортогонального однонаправленного композитного ленточного ламината 84, состоящего из однонаправленных слоев 85 с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или почти нулевым (0°) углом; 0-25% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом в диапазоне от плюс-минус пятидесяти градусов (±50°) до плюс-минус семидесяти пяти градусов (±75°), а в более предпочтительном исполнении под углом плюс-минус шестьдесят пять градусов (±65°); и 0-10% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°). В самом предпочтительном исполнении композитная укладка 82 слоев плотного пакета может содержать 80% по существу ортогональных однонаправленных слоев с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или почти нулевым (0°) углом; 20% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом в области от плюс-минус пятидесяти градусов (±50°) до плюс-минус семидесяти пяти градусов (±75°), а в более предпочтительном исполнении под углом плюс-минус шестьдесят пять градусов (±65°); и 0% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°).

[0041] Плотные пакеты 80 выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении. Композитная укладка 82 слоев плотного пакета предназначена для предоставления возможности плотным пакетам 80 обеспечить пути 28 (см. фиг. 1А) передачи всех значимых распределенных изгибных и аксиальных нагрузок через кессонную конструкцию 12 (см. фиг. 1А) и через конструкцию 13 (см. фиг. 1А) крыла или конструкцию 24 (см. фиг. 1А) стабилизатора транспортного средства. Плотные пакеты 80 в предпочтительном исполнении являются сплошными между первой законцовкой 16 (см. Фиг. 1А) и второй законцовкой 18 (см. фиг. 1А) аэродинамического каркаса 14 (см. фиг. 1А).

[0042] Композитный материал, используемый для изготовления компонентов кессонной конструкции 12, такой как комплексные сэндвичевые панели 62, лонжероны 40 и/или стабилизирующие нервюры 48, могут содержать известные композитные материалы, такие как углеродные, стеклянные, или полиамидные волокна в тканой, нетканой и плетенной конфигурации. На стадии сырых материалов волокна могут быть в виде лент, филаментов и/или тканевых листов, которые могут быть предварительно пропитаны неотвержденной смолой. Сырые материалы могут превращаться в компоненты кессонной конструкции 12 посредством их укладки и/или прокатки на поверхности оснастки с последующим нагревом под давлением для отверждения смолы и упрочнения слоистой конструкции. Примеры дополнительных подходящих композитных материалов, которые могут найти применение, включают в себя композитный материал с углеродным волокном; армированный углеродным волокном полимерный материал, включающий армированный углеродным волокном полифениленсульфид (ПФС), армированный углеродным волокном полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), армированный углеродным волокном полиэфиркетонкетон (ПЭКК) и армированный углеродным волокном полиэтиленимин; нейлон или другой подходящий композитный материал, который признается специалистами в данной области техники. Композитный материал может быть в виде композитного ленточного материала, предварительно пропитанной однонаправленной ленты, предварительно пропитанной ткани или другой подходящий композитный материал.

[0043] Объединение кессонной конструкции 12 в единое целое с аэродинамическим каркасом 14 (см. фиг. 1В) конструкции крыла 13 (см. фиг. 1А) транспортного воздушного судна предоставляет возможность значительного сокращения количества стабилизирующих нервюр 48 (см. фиг. 1B, 2А), расположенных между комплексными сэндвичевыми панелями 62 от первой законцовки 16 (см. фиг. 1В) до второй законцовки 18 (см. фиг. 1В) аэродинамического каркаса 14 (см. фиг. 1В). В предпочтительном исполнении сокращение указанного количества стабилизирующих нервюр 48 (см. фиг. 1B, 2А), расположенных между комплексными сэндвичевыми панелями 62 от первой законцовки 16 (см. фиг. 1В) до второй законцовки 18 (см. фиг. 1В) аэродинамического каркаса 14 (см. фиг. 1В), может быть в диапазоне от около 50% до около 90% по сравнению с аэродинамическими каркасами, отличными от вариантов кессонной конструкции 12, раскрытых в данном документе. Каждая комплексная сэндвичевая панель 62 в предпочтительном исполнении имеет повышенный коэффициент жесткости панели, благодаря твердым, аксиально жестким плотным пакетам 80, полностью стабилизированным комплексной сэндвичевой панелью 62 и стенками лонжеронов 112. Листовые обшивки 70 комплексной сэндвичевой панели 62 в предпочтительном исполнении мягкие, а плотные пакеты 80 комплексной сэндвичевой панели 62 в предпочтительном исполнении твердые и аксиально жесткие.

[0044] Кессонная конструкция 12 может дополнительно содержать связующий элемент 88 (см. фиг. 2В), выполненный для дополнительного связывания множества лонжеронов 40 и стабилизирующих нервюр 48 с каждой комплексной сэндвичевой панелью 62. Как показано на фиг. 2В, лонжерон 40 дополнительно связан с комплексной сэндвичевой панелью 62 связующим элементом 88. В частности лонжерон 40 дополнительно связан с внутренней листовой обшивкой 74 комплексной сэндвичевой панели 62 в месте соединения 96 (см. фиг. 2В). В предпочтительном исполнении связующий элемент 88 содержит адгезивный материал 90 (см. фиг. 2В), такой как эпоксидный клей, акриловая смола, полиуретан или другой подходящий адгезивный материал, который признается специалистами в данной области техники.

[0045] Кессонная конструкция 12 может дополнительно содержать один или более элементов 92 предупреждения повреждений (см. фиг. 2В). В предпочтительном исполнении один или более элементов 92 предупреждения повреждений содержат один или более механических крепежных деталей 94 (см. фиг. 2В), такие как болты, струбцины, заклепки или другие подходящие механические крепежные детали, которые признаются специалистами в данной области техники. Один или более элементов 92 предупреждения повреждений могут быть выполнены для крепления множества стабилизирующих нервюр 48 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62, могут быть выполнены для крепления множества лонжеронов 40 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62 или могут быть выполнены для крепления множества лонжеронов 40 и множества стабилизирующих нервюр 48 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62. Как показано на фиг. 2В, лонжерон 40 прикреплен к комплексной сэндвичевой панели 62 элементом 92 предупреждения повреждений. В частности, лонжерон 40 прикреплен к внутренней листовой обшивке 74 комплексной сэндвичевой панели 62.

[0046] Как показано на фиг. 2С, отверстия доступа 110 могут быть расположены в разных местах вдоль нижней поверхности 11b кессонной конструкции 12. Такие отверстия доступа 110 могут быть необходимы для доступа к внутренним конструкциям, например, в процессе производства, обслуживания и ремонта. В предпочтительном исполнении нижняя поверхность 11b может иметь отверстия доступа 110, благодаря уменьшению количества стабилизирующих нервюр 48 (см. фиг. 2А), что предоставляет возможность для улучшенного доступа во внутрь. Приведенное число отверстий доступа 110 в предпочтительном исполнении численно соответствует сокращенному количеству стабилизирующих нервюр 48. Это может быть обусловлено улучшением доступа во внутрь топливного бака в результате уменьшения количества стабилизирующих нервюр 48.

[0047] На фиг. 3А-3Е представлены иллюстрации различных вариантов осуществления конфигураций лонжеронов 40, которые можно применять с вариантами осуществления кессонной конструкции 12 по настоящему изобретению. На фиг. 3А представлена иллюстрация частичного вида в перспективе одного из вариантов осуществления кессонной конструкции 12 по настоящему изобретению, содержащей лонжероны 40 с более конфигурациями, такими как, например, первая конфигурация 40а лонжерона, вторая 40b конфигурация лонжерона, третья конфигурация 40с лонжерона и/или дополнительные пригодные конфигурации лонжерона. На фиг. 3А показана кессонная конструкция 12, содержащая комплексные сэндвичевые панели 62 с листовыми обшивками 70, образующими сэндвичевую структуру с одним или более заполнителями 66 и смежными плотными пакетами 80, а также показаны лонжероны 40, каждые со стенкой 112 и настеночными крепежными элементами 114. Комплексные сэндвичевые панели 62 в предпочтительном исполнении прикреплены, предпочтительно посредством связывания, к лонжеронам 40 настеночными крепежными элементами 114, расположенными возле плотных пакетов 80, при этом плотные пакеты 80 содержат один из типов полки 108 лонжерона.

[0048] На фиг. 3В представлена иллюстрация сечения по 3В-3В по фиг. 3А, представляющего вид спереди конфигураций 40а, 40b, 40с лонжерона. Как показано на фиг. 3В, первая конфигурация лонжерона 40 может быть представлена в виде конфигурации с профилем типа I, содержащей стенку 112 с настеночными крепежными элементами 114. Далее, как показано на фиг. 3В, стенка 112 может содержать стеночный заполнитель 112а, такой как сотовый заполнитель для усиления стенки 112. Как показано далее на фиг. 3В, настеночные крепежные элементы 114 могут быть настеночными полками 114а. Настеночные полки 114а в предпочтительном исполнении прикреплены к плотным пакетам 80 комплексных сэндвичевых панелей 62.

[0049] На фиг. 3С представлено увеличенное сечение круга 3С по фиг. 3В. Как показано на фиг. 3С, настеночные крепежные элементы 114, например в виде настеночных полок 114а, первой конфигурации лонжерона 40а, могут быть связаны с плотными пакетами 80 (являющимися одной из разновидностей полки лонжерона 108) через связующий элемент 116, образуя связующие линии 116а между настеночными полками 114а и плотными пакетами 80. На фиг. 3С кроме того показаны листовые обшивки 70 и заполнители 66, смежные с плотными пакетами 80. Стенка 112, например в виде заполнителя 112а стенки, может дополнительно содержать сэндвичевую конструкцию 118а стенки с одной или более листовыми обшивками 120а, образующими сэндвичевую конструкцию с заполнителем 112а стенки.

[0050] Как показано далее на фиг. 3В, вторая конфигурация лонжерона 40b может быть представлена в виде конфигурации с профилем типа I, содержащей стенку 112 с настеночными крепежными элементами 114. Далее, как показано на фиг. 3В, стенка 112 может содержать стеночный заполнитель 112b, такой как сотовый заполнитель, для усиления стенки 112. Как показано далее на фиг. 3В, настеночные крепежные элементы 114 могут содержать настеночные лапшевидные полки 114b. Настеночные лапшевидные полки 114b в предпочтительном исполнении прикреплены к плотным пакетам 80 комплексных сэндвичевых панелей 62.

[0051] На фиг. 3D представлено увеличенное сечение круга 3D по фиг. 3В. Как показано на фиг. 3D, настеночные крепежные элементы 114, например в виде настеночных лапшевидных полок 114b, второй конфигурации лонжерона 40b могут быть связаны с плотными пакетами 80 (являющимися одной из разновидностей полки лонжерона 108) через связующий элемент 116, образуя связующие линии 116b между настеночными лапшевидными полками 114b и плотными пакетами 80. На фиг. 3D кроме того показаны листовые обшивки 70 и заполнители 66, смежные с плотными пакетами 80. Стенка 112, например, в виде заполнителя 112b стенки может дополнительно содержать сэндвичевую конструкцию 118b стенки с одной или более листовыми обшивками 120b, образующими сэндвичевую конструкцию с заполнителем 112b стенки.

[0052] Как показано далее на фиг. 3В, третья конфигурация лонжерона 40с может быть представлена в виде конфигурации с профилем типа С, содержащей стенку 112 с настеночными крепежными элементами 114. Как показано далее на фиг. 3В, стенка 112 может содержать элемент тела стенки 112с. Как показано далее на фиг. 3В, настеночные крепежные элементы 114 могут быть крепежными концами 114а стенки. Крепежные концы 114а стенки в предпочтительном исполнении прикреплены к плотным пакетам 80 комплексных сэндвичевых панелей 62.

[0053] На фиг. 3Е представлено увеличенное сечение круга 3Е по фиг. 3В. Как показано на фиг. 3Е, настеночные крепежные элементы 114, например, в виде крепежных концов 114с стенки третьей конфигурации лонжерона 40с могут быть связаны с плотными пакетами 80 (являющимися одной из разновидностей полки лонжерона 108) через связующий элемент 116, образуя связующие линии 116с между крепежными концами 114с и плотными пакетами 80. На фиг. 3Е дополнительно показаны листовые обшивки 70 и заполнители 66, смежные с плотными пакетами 80.

[0054] Как отмечалось выше, для комплексных сэндвичевых панелей 62 множество плотных пакетов 80 могут быть объединены и связаны с листовыми обшивками 70, которые образуют сэндвичевую конструкцию с одним или более заполнителями 66 (см. фиг. 3А) и смежными плотными пакетами 80 (см. фиг. 3А). На фиг. 4-10 представлены иллюстрации различных вариантов осуществления скрытого соединения лонжерона, соединяющего лонжерон 40 с плотным пакетом 80, которые можно применять с вариантами осуществления кессонной конструкции 12 по настоящему изобретению.

[0055] На фиг. 4 представлен местный разрез скрытого соединения 130а лонжерона по первому варианту осуществления изобретения. На фиг. 4 показаны плотный пакет 80, внешняя листовая обшивка 72, внутренняя листовая обшивка 74 и заполнители 66. На фиг. 4 помимо этого показана часть 128 заполнителя (например, мягкий ламинат) лонжерона 40 с первым скрытым уголком 106а крепления лонжерона и вторым скрытым уголком 106b крепления лонжерона. Скрытое соединение 130а лонжерона, показанное на фиг. 4, расположено на внутренней части 132 и соединяет часть 128 заполнителя лонжерона 40 с плотным пакетом 80 по линии соединения 134 вдоль внутренней листовой обшивки 74. В скрытом соединении 130а лонжерона применяется отдельный уголок 136, действующий в качестве переднего стопора для части 128 заполнителя лонжерона 40 во время сборки. Этот вариант осуществления может иметь преимущество, заключающееся в предоставлении возможности лонжерону 40 самостоятельно позиционироваться.

[0056] На фиг. 5 представлен местный разрез скрытого соединения 130b лонжерона по второму варианту осуществления изобретения. На фиг. 5 показаны плотный пакет 80, внешняя листовая обшивка 72, внутренняя листовая обшивка 74 и заполнители 66. Помимо этого, на фиг. 5 показана часть 128 заполнителя (например, мягкий ламинат) лонжерона 40, при этом лонжерон 40 представлен в виде промежуточного лонжерона 46. Кроме этого, на фиг. 5 показаны первый скрытый уголок 106а крепления лонжерона и второй скрытый уголок 106b крепления лонжерона. Скрытое соединение 130b лонжерона, показанное на фиг. 5, прикрепляется в средней части 138 на плотном пакете 80. Этот вариант осуществления может иметь преимущество, заключающееся в центрировании части 128 заполнителя лонжерона 40 на плотном пакете 80, которое может уменьшить силы реакции во внешней листовой обшивке 72 и внутренней листовой обшивке 74 из-за любого не плоского движения плотного пакета 80.

[0057] На фиг. 6 представлен местный разрез скрытого соединения 130а лонжерона по третьему варианту осуществления изобретения. На фиг. 6 показан плотный пакет 80, расщепленный на сегменты 80а, 80b плотных пакетов, и показаны внешняя листовая обшивка 72, внутренняя листовая обшивка 74 и заполнитель 66. Помимо этого, на фиг. 6 показана часть 128 заполнителя (например, мягкий ламинат) лонжерона 40, содержащего квадратную кромку 142 и сэндвичевую конфигурацию, содержащую первую лонжеронную листовую панель 100 и вторую лонжеронную листовую панель 102. Скрытое соединение 130с лонжерона, показанное на фиг. 6, представляет расщепленный тип плотного пакета и содержит первый скрытый уголок 106а крепления лонжерона и второй скрытый уголок 106b крепления лонжерона, содержащиеся внутри плотного пакета 108 при плотных сегментах пакета 140а, 140b соответственно. Кроме того, первый скрытый уголок крепления 106а лонжерона и второй скрытый уголок крепления 106b лонжерона могут сужаться и не нуждаться во всей длине. В предпочтительном исполнении первый скрытый уголок 106а крепления лонжерона располагается настолько близко к внутренней листовой обшивке 74, насколько это возможно. Этот вариант осуществления может иметь преимущество, заключающееся в способствовании перераспределению нагрузки.

[0058] На фиг. 7 представлен местный разрез скрытого соединения 130а лонжерона по четвертому варианту осуществления изобретения. На фиг. 7 показаны плотный пакет 80, внешняя листовая обшивка 72, внутренняя листовая обшивка 74 с разрывным участком 144 и заполнитель 66. Помимо этого, на фиг. 7 дополнительно показана часть 128 заполнителя (например, мягкий ламинат) лонжерона 40, содержащего квадратную кромку 142 и первый скрытый уголок 106а крепления лонжерона и второй скрытый уголок 106b крепления лонжерона. Скрытое соединение 130d лонжерона, показанное на фиг. 7, представляет расщепленный вариант плотного пакета и крепится в средней части на плотном пакете 80. Как показано на фиг. 7, первый скрытый уголок 106а крепления лонжерона крепится и располагается в середине плотного пакета 80 средней частью 146а крепления и второй скрытый уголок 106b крепления лонжерона крепится и располагается в середине плотного пакета 80 средней частью 146b. Этот вариант осуществления может иметь преимущество, заключающееся в предоставлении поддержки скрытых уголков крепления лонжерона 106а, 106b.

[0059] На фиг. 8 представлен местный разрез скрытого соединения 130е лонжерона по пятому варианту осуществления изобретения. На фиг. 8 показан плотный пакет 80, расщепленный на сегменты 80а, 80b плотных пакетов, и показаны внешняя листовая обшивка 72, внутренняя листовая обшивка 74 и заполнитель 66. Помимо этого, на фиг. 8 показана часть 128 заполнителя (например, мягкий ламинат) лонжерона 40, содержащего первую лонжеронную листовую панель 100 и вторую лонжеронную листовую панель 102. Скрытое соединение 130е лонжерона, показанное на фиг. 8, представляет расщепленный вариант плотного пакета и содержит вместе первый скрытый уголок 106а крепления лонжерона и второй скрытый уголок 106b крепления лонжерона снаружи у внешней части 148. Этот вариант осуществления может иметь преимущество, заключающееся в наличии простой, менее сложной, двухсекционной конструкции плотного пакета.

[0060] На фиг. 9 представлен местный разрез скрытого соединения 130f лонжерона по шестому варианту осуществления изобретения. На фиг. 9 показан плотный пакет 80, расщепленный на сегменты 80а, 80b плотных пакетов, и показаны внешняя листовая обшивка 72, внутренняя листовая обшивка 74 и заполнитель 66. Помимо этого, на фиг. 9 показана часть 128 заполнителя (например, мягкий ламинат) лонжерона 40, содержащего первую лонжеронную листовую панель 100 и вторую лонжеронную листовую панель 102. Скрытое соединение 130f лонжерона, показанное на фиг. 9, представляет расщепленный вариант плотного пакета и содержит первый скрытый уголок 106а крепления лонжерона, образованный внешней листовой оболочкой 72, и крепится на первом наружном участке 150 соединения. Второй скрытый уголок 106b крепления лонжерона остается независимым и крепится на втором наружном участке 152 соединения. В этом варианте осуществления к существенным признакам можно отнести уменьшение количества деталей, поскольку требуется всего лишь один отдельный скрытый уголок крепления лонжерона, и также упрощенную конструкцию в виде двухсекционного плотного пакета.

[0061] На фиг. 10 представлен местный разрез скрытого соединения 130g лонжерона по седьмому варианту осуществления изобретения. На фиг. 10 показана комплексная сэндвичевая панель 62, содержащая листовые обшивки 70, в предпочтительном исполнении композитные листовые обшивки, например в виде внешней листовой обшивки 72 и внутренней листовой обшивки 74, охватывающие плотный пакет 80, где плотный пакет 80 является разновидностью полки лонжерона 108. Помимо этого, на фиг. 10 показан лонжерон 40, содержащий лонжеронную сэндвичевую конструкцию 97, содержащую заполнитель 66, такой как сотовый заполнитель 68, расположенный между по меньшей мере двумя лонжеронными листовыми обшивками 98, например в виде первой лонжеронной листовой обшивки 100 и второй лонжеронной листовой обшивки 102. Как показано на фиг. 10, каждая лонжеронная листовая обшивка 98 может в предпочтительном исполнении иметь композитную укладку 103 слоев листовой обшивки лонжерона, состоящую из по существу квазиизотропного композитного ленточного ламината 87. Как показано далее на фиг. 10, скрытое соединение 130g лонжерона имеет первый скрытый уголок 106а крепления лонжерона, прикрепленный к первой лонжеронной листовой обшивке 100, а также к внутренней листовой обшивке 74. Далее, как показано на фиг. 10, скрытое соединение 130g лонжерона имеет второй скрытый уголок 106b крепления лонжерона, прикрепленный ко второй лонжеронной листовой обшивке 102, а также к внутренней листовой обшивке 74. Как показано далее на фиг. 10, лонжероный скрытый канал 104, расположен между первой лонжеронной листовой обшивкой 100, второй лонжеронной листовой обшивкой 102 и внутренней листовой обшивкой 74 и прикреплен к ним. Области зазора 154а, 154b между скрытым каналом 104 лонжерона и внутренней листовой обшивкой 74 могут быть образованы и могут быть заполнены адгезивом в определенном месте во время производства кессонной конструкции 12 или комплектующей части, которая будет включена в кессонную конструкцию 12. В этом варианте осуществления к существенным признакам можно отнести лонжерон 40 созданный посредством лонжеронной сэндвичевой конструкции 97, который помогает стабилизировать лонжерон 40, также как и пакет 80.

[0062] В другом варианте осуществления изобретения предлагается воздушное транспортное средство 10 (см. фиг. 1А), содержащее силовую связанную кессонную конструкцию 12 (см. фиг. 1А). Воздушное транспортное средство 10 содержит аэродинамический каркас 14 (см. фиг. 1А), содержащий первую законцовку 16 (см. фиг. 1А) и вторую законцовку 18 (см. фиг. 1А). Воздушное транспортное средство 10 также содержит связанную кессонную конструкцию 12, прикрепленную к аэродинамическому каркасу 14. Связанная кессонная конструкция 12 содержит верхние и нижние композитные комплексные сэндвичевые панели 62 (см. фиг. 2В), выполненные непрерывными от первой законцовки 16 до второй законцовки 18 аэродинамического аэродинамического каркаса 14. Комплексные сэндвичевые панели 62 имеют листовые обшивки 70 (см. фиг. 2В), охватывающие один или более заполнителей 66 (см. фиг. 2В) и смежные плотные пакеты 80 (см. фиг. 2В), ориентированные в аксиальном направлении. Каждая комплексная сэндвичевая панель 62 в предпочтительном исполнении имеет повышенный коэффициент жесткости панели, благодаря твердым, аксиально жестким плотным пакетам 80, полностью стабилизированным комплексной сэндвичевой панелью 62 и стенками лонжеронов 112.

[0063] Связанная кессонная конструкция 12 дополнительно содержит множество лонжеронов 40 (см. фиг. 3А). Как показано на фиг. 3А, каждый лонжерон 40 содержит стенку 112 и настеночные крепежные элементы 114 и каждый лонжерон 40 направлен длинной стороной в аксиальном направлении крыла. Как показано далее на фиг. 3А, множество лонжеронов 40 в предпочтительном исполнении соединены с комплексными сэндвичевыми панелями 62 с настеночными крепежными элементами 114, приложенными к плотным пакетам 80. Листовые обшивки 70 выполнены с возможностью выдерживать основные торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении. Каждые из листовых обшивок 70 имеют композитную укладку 76 слоев листовой обшивки, по существу состоящую из косо ориентированных слоев 86 (см. фиг. 2В) и в предпочтительном исполнении косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°). Композитная укладка 76 слоев листовой обшивки предназначена для предоставления возможности листовым обшивкам 70 обеспечить главным образом пути передачи распределенных торсионных, срезывающих и сжимающих нагрузок.

[0064] Плотные пакеты 80 выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении. Каждый из плотных пакетов 80 в предпочтительном исполнении имеет композитную укладку 82 слоев плотного пакета (см. фиг. 2В), содержащую по существу ортогональный, однонаправленный композитный ленточный ламинат, состоящий из однонаправленных слоев 85 (см. фиг. 2В), ориентированных под нулевым (0°) углом или около нулевого (0°) угла. Композитная укладка 82 слоев плотного пакета предназначена для предоставления возможности плотным пакетам 80 обеспечить пути передачи всех существенных распределенных изгибающих и аксиальных нагрузок.

[0065] Как показано на фиг. 1В, связанная кессонная конструкция 12 воздушного транспортного средства 10 (см. фиг. 1А) может дополнительно содержать множество стабилизирующих нервюр 48, расположенных между комплексными сэндвичевыми панелями 62 от первой законцовки 16 до второй законцовки 18 аэродинамического аэродинамического каркаса 14 и связанных с ними. Как показано далее на фиг. 1В, множество лонжеронов 40 в предпочтительном исполнении содержат передний лонжерон 42, задний лонжерон 44 и промежуточный лонжерон 46.

[0066] Еще в одном варианте осуществления изобретения предусмотрена конструкция 13 (см. фиг. 1А) крыла или конструкция 24 (см. фиг. 1А) стабилизатора воздушного транспортного средства 10 (см. фиг. 1А), такого как воздушное судно. Конструкция крыла 13 транспортного воздушного судна в предпочтительном исполнении содержит аэродинамический каркас 14 (см. фиг. 1А), включающий первую законцовку 16 (см. фиг. 1А) и вторую законцовку 18 (см. фиг. 1А). Конструкция стабилизатора 24 в предпочтительном исполнении содержит аэродинамический каркас 14а (см. фиг. 1), включающий первую законцовку 16 (см. фиг. 1А) и вторую законцовку 18 (см. фиг. 1А). Конструкция 13 крыла транспортного воздушного судна также содержит кессонную конструкцию 12а (см. фиг. 1А) крыла, прикрепленную к аэродинамическому каркасу 14. Конструкция 24 стабилизатора дополнительно содержит кессонную конструкцию 12b (см. фиг. 1А) стабилизатора, прикрепленную к аэродинамическому каркасу 14а.

[0067] Кессонная конструкция 12а крыла или кессонная конструкция 12b стабилизатора содержит пару неразрезных комплексных сэндвичевых панелей 62 (см. фиг. 1В), расположенных от первой законцовки 16, 16а до второй законцовки 18, 18а аэродинамического каркаса 14, 14а. Как показано на фиг. 2В и как отмечалось выше, каждая из комплексных сэндвичевых панелей 62 содержит листовые обшивки 70 (см. фиг. 2В), такие как композитная листовая обшивка, охватывающая один или более заполнителей 66 и смежные плотные пакеты 80, ориентированные в аксиальном направлении. Как это подробно описано выше и показано на фиг. 2В, в одном из вариантов осуществления, каждая листовая обшивка 70 имеет композитную укладку 76 слоев листовой обшивки, по существу состоящую из косо ориентированных слоев 86 и в предпочтительном исполнении косо ориентированные слои 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°). В другом варианте осуществления в более предпочтительном исполнении композитная укладка 76 слоев листовой обшивки может содержать 70-80% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°); 10-20% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°); и 0-20% однонаправленных слоев 85 (см. фиг. 2В) с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом. В наиболее предпочтительном исполнении композитная укладка 76 слоев листовой обшивки может содержать 80% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°); 10% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°); и 10% однонаправленных слоев 85 с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом. Листовые обшивки 70 выполнены с возможностью выдерживать основные торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении. Композитная укладка 76 слоев листовой обшивки в предпочтительном исполнении предназначена для предоставления возможности листовым обшивкам 70 обеспечить пути 28 (см. фиг. 1А) передачи только распределенных торсионных, срезывающих и сжимающих нагрузок через кессонную конструкцию 12 и через конструкцию крыла 13 или конструкцию стабилизатора 24 транспортного воздушного судна.

[0068] Каждая комплексная сэндвичевая панель 62 дополнительно содержит плотные пакеты 80, смежные с одним или более заполнителями 66 и соединенные, предпочтительно связыванием, и объединенные с листовыми обшивками 70. Как подробно рассмотрено выше и показано на фиг. 2В, в одном варианте осуществления каждый плотный пакет 80 в предпочтительном исполнении имеет композитную укладку 82 слоев плотного пакета, состоящую из по существу ортогонального, однонаправленного композитного ленточного ламината 84, состоящего из однонаправленных слоев 85 с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) углом или около нулевого (0°) угла. В данном контексте "около нулевой (0°)" означает диапазон от нуля градусов (0°) до десяти градусов (10°). В другом, более предпочтительном, варианте осуществления композитная укладка 82 слоев плотного пакета может содержать 70-100% по существу ортогонального однонаправленного композитного ленточного ламината 84, состоящего из однонаправленных слоев 85 с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или почти нулевым (0°) углом; 0-25% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом в диапазоне от плюс-минус пятидесяти градусов (±50°) до плюс-минус семидесяти пяти градусов (±75°), а в более предпочтительном исполнении под углом плюс-минус шестьдесят пять градусов (±65°); и 0-10% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°). В наиболее предпочтительном исполнении композитная укладка 82 слоев плотного пакета может содержать 80% по существу ортогональных однонаправленных слоев с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или почти нулевым (0°) углом; 20% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом в области от плюс-минус пятидесяти градусов (±50°) до плюс-минус семидесяти пяти градусов (±75°), а в более предпочтительном исполнении под углом плюс-минус шестьдесят пять градусов (±65°); и 0% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°). Плотные пакеты 80 выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении. Композитная укладка 82 слоев плотного пакета предназначена для предоставления возможности плотным пакетам 80 обеспечить пути 28 (см. фиг. 1А) передачи распределенных изгибающих и аксиальных нагрузок через кессонную конструкцию 12 и через конструкцию крыла 13 или конструкцию стабилизатора 24 транспортного средства и в предпочтительном исполнении обеспечить пути 28 передачи всех существенных распределенных изгибающих и аксиальных нагрузок. Плотные пакеты 80 в предпочтительном исполнении являются сплошными между первой законцовкой 16 (см. Фиг. 1А) и второй законцовкой 18 (см. фиг. 1А) каркаса 14 (см. фиг. 1А).

[0069] Как показано на фиг. 1B, 2А, кессонная конструкция 12а крыла или кессонная конструкция 12b стабилизатора транспортного воздушного судна дополнительно содержит множество лонжеронов 40 и стабилизирующих нервюр 48, предпочтительно связанных и расположенных между парой комплексных сэндвичевых панелей 62 от первой законцовки 16, 16а до второй законцовки 18, 18а аэродинамического каркаса 14, 14а. Как показано на фиг. 1В, множество лонжеронов 40 в предпочтительном исполнении содержат передний лонжерон 42, задний лонжерон 44 и промежуточный лонжерон 46. Каждая комплексная сэндвичевая панель 62 в предпочтительном исполнении стабилизирована сэндвичевой конструкцией и каждая в предпочтительном исполнении имеет увеличенный коэффициент жесткости панели, благодаря твердым, аксиально жестким плотным пакетам 80, полностью стабилизированным посредством комплексной сэндвичевой панели 62 и стенки лонжерона 112. В предпочтительном исполнении листовые обшивки 70 мягкие, а плотные пакеты 80 твердые и аксиально жесткие.

[0070] Каждый из указанного множества лонжеронов 40 может иметь лонжеронную сэндвичевую конструкцию 97 (см. фиг. 10), как это подробно рассмотрено выше. Кессонная конструкция 12а крыла или кессонная конструкция 12b стабилизатора воздушного судна может дополнительно содержать один или более элементов 92 предупреждения повреждений (см. фиг. 2В). Один или множество элементов 92 предупреждения повреждений могут представлять собой один или более механических крепежных деталей 94. Один или более элементов 92 предупреждения повреждений могут быть выполнены с возможностью крепления множества стабилизирующих нервюр 48 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62, могут быть выполнены с возможностью крепления множества лонжеронов 40 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62 и могут быть выполнены с возможностью крепления множества лонжеронов 40 и множества стабилизирующих нервюр 48 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62.

[0071] На фиг. 11 представлена схема последовательности этапов способа 200 производства и обслуживания воздушного судна по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг. 12 представлена функциональная блок-схема воздушного судна 220. Согласно фиг. 11-12 варианты осуществления изобретения могут быть описаны применительно к способу 200 производства и обслуживания воздушного судна, как показано на фиг. 11, и к воздушному судну 220, как показано на фиг. 12. Во время подготовки к серийному производству иллюстративный способ 200 производства и обслуживания воздушного судна может включать технические условия и проектирование 202 воздушного судна 220 и материально-техническое снабжение 204. На стадии производства осуществляется производство 206 компонентов и компоновочных узлов и интеграция 208 систем воздушного судна 220. После этого, воздушное судно 220 может пройти сертификацию и поставку 210, для того чтобы сдать его в эксплуатацию 212. В эксплуатации 212 у заказчика воздушное судно 220 ставится на плановое техническое обслуживание и ремонт 214 (которое может также включать модификацию, реконфигурация, восстановление и т.д.).

[0072] Каждая из стадий способа 200 производства и обслуживания воздушного судна может быть осуществлена компанией-интегратором систем, третьей стороной и/или компанией-оператором (например, заказчиком). В контексте этого описания компанией-интегратором систем может быть в том числе, но не исключительно любое количество производителей воздушных судов и субконтрагентов основной системы; третьей стороной может быть в том числе, но не исключительно любое количество субпоставщиков, субконтрагентов и поставщиков; и компанией оператором может быть авиакомпания, лизинговая компания, военное предприятие, обслуживающая организация и т.д.

[0073] Как показано на фиг. 12, воздушное судно 220, произведенное посредством иллюстративного способа 200 производства и обслуживания воздушного судна, может включать в себя планер 222 с множеством высокоуровневыми системами 224 и интерьером 226. Примеры высокоуровневых систем 224 могут включать в себя одну или более стабилизирующих установок 228, электрической системы 230, гидравлической системы 232 и системы 234 жизнеобеспечения. В высокоуровневую систему может быть также включено любое число других систем. Хотя показанный пример приведен из авиакосмической области, принципы изобретения можно распространить и на другие отрасли, такие как автомобилестроение.

[0074] Способы и спланированная реализация, представленные в данном документе, можно применить во время любой одной или более стадий способа 200 производства и обслуживания воздушного судна. Например, компоненты или компоновочные узлы, соответствующие стадии производства 206 компонентов и компоновочных узлов, могут быть легко изготовлены способом, аналогичным производству компонентов или компоновочных узлов, пока воздушное судно 220 находится в эксплуатации 212. Также один или более вариантов осуществления устройства, вариантов осуществления способа или их комбинации могут быть реализованы во время производства 206 компонентов и компоновочных узлов и интеграции 208 систем, например, посредством по существу быстрого изготовления узла или уменьшения стоимости воздушного судна 220. Аналогично один или более вариантов осуществления устройства, вариантов осуществления способа или их комбинации могут быть использованы пока воздушное судно 220 находится в эксплуатации 212, в качестве примера, а не ограничения при плановом техническом обслуживании и ремонте 214.

[0075] В другом варианте осуществления изобретения предусмотрен способ 300 получения связанной кессонной конструкции 12 (см. фиг. 1А) для воздушного транспортного средства 10 (см. фиг. 1А). На фиг. 13 представлена схема последовательности операций способа 300 по одному из вариантов осуществления изобретения. Как показано на фиг. 13, способ 300 включает шаг 302 формирования пары комплексных сэндвичевых панелей 62 (см. фиг. 2В). Как показано на фиг. 13, способ 300 дополнительно включает шаг 304 формирования каждой комплексной сэндвичевой панели 62 посредством изготовления композитной обшивки 64 (см. фиг. 2В) путем заключения заполнителя 66 (см. фиг. 2В) между по меньшей мере двумя листовыми обшивками 70 (см. фиг. 2В). В предпочтительном исполнении листовые обшивки 70 представляют собой композитную листовую обшивку.

[0076] Как показано на фиг. 13, способ 300 также включает шаг 306 формирования каждой листовой обшивки 70, например, в виде композитной листовой обшивки посредством укладки 76 слоев композитной листовой обшивки (см. фиг. 2В), по существу состоящей из косо ориентированных слоев 86 (см. фиг. 2В), и в предпочтительном исполнении косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°), и схема укладки 76 слоев композитной листовой обшивки предоставляет возможность композитной обшивке 64 обеспечить пути 28 (см. фиг. 1А) передачи распределенных торсионных, срезывающих и сжимающих нагрузок через связанную кессонную конструкцию 12. Шаг 306 формирования каждой листовой обшивки 70, например, в виде композитной листовой обшивки в предпочтительном исполнении дополнительно включает формирование укладки 76 слоев композитной листовой обшивки, содержащей 70-80% косо ориентированных слоев 86 (см. фиг. 2В) с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°); 10-20% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°); и 0-20% однонаправленных слоев 85 (см. фиг. 2В) с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) или около нулевым (0°) углом.

[0077] Как показано на фиг. 13, способ 300 дополнительно включает формирование каждой комплексной сэндвичевой панели 62 на шаге 308 соединения множества плотных пакетов 80 (см. фиг. 2В) с композитной обшивкой 64. Как показано на фиг. 13, способ 300 дополнительно включает шаг 310 формирования каждого плотного пакета 80 посредством формирования укладки 82 слоев композитного плотного пакета (см. фиг. 2В), состоящей из по существу ортогонального, однонаправленного композитного ленточного ламината 84 (см. фиг. 2В), и выполнения укладки 82 слоев композитного плотного пакета для предоставления возможности плотным пакетам 80 обеспечить пути 28 (см. фиг. 1А) передачи распределенных изгибающих и аксиальных нагрузок через связанную кессонную конструкцию 12 и в предпочтительном исполнении предоставить все значимые пути 28 передачи распределенных изгибающих и аксиальных нагрузок через связанную кессонную конструкцию 12. Шаг 310 формирования каждого плотного пакета 80 в предпочтительном исполнении дополнительно включает формирование укладки 82 слоев композитного плотного пакета, содержащего 70-100% по существу ортогональных, однонаправленных слоев 85 (см. фиг. 2В) с однонаправленными волокнами, ориентированными под нулевым (0°) углом или под углом около нуля (0°) градусов; 0-25% косо ориентированных слоев 86 с волокнами, ориентированными под углом в диапазоне от плюс-минус пятидесяти градусов (±50°) до плюс-минус семидесяти пяти градусов (±75°); и 0-10% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°).

[0078] Как показано на фиг. 13, способ 300 дополнительно включает шаг 312 связывания множества лонжеронов 40 (см. фиг. 2А) и стабилизирующих нервюр 48 (см. фиг. 2А) между парой комплексных сэндвичевых панелей 62, чтобы образовать связанную кессонную конструкцию 12 для воздушного транспортного средства 10 (см. фиг. 1А). Связанная кессонная конструкция 12 в предпочтительном исполнении имеет цельную конструкцию 26 (см. фиг. 1). Пара комплексных сэндвичевых панелей 62 в предпочтительном исполнении является сплошной от первой законцовки 16 (см. фиг. 1А) до второй законцовки 18 (см. фиг. 1А) аэродинамического каркаса 14 (см. фиг. 1А), посредством которой связанная кессонная конструкция 12 прикрепляется к воздушному транспортному средству 10. Шаг 312 связывания множества лонжеронов 40 (см. фиг. 2А) и стабилизирующих нервюр 48 между парой комплексных сэндвичевых панелей 62 может дополнительно включать формирование одного или нескольких скрытых соединений лонжерона 130а-130g (см. фиг. 4-10) для связывания множества лонжеронов 40 с полкой 80 (см. фиг. 4 10) лонжерона каждой комплексной сэндвичевой панели 62.

[0079] Как показано на фиг. 13, способ 300 может дополнительно включать необязательный шаг 314 изготовления множества лонжеронов 40, представляющих лонжеронную сэндвичевую конструкцию 97 (см. фиг. 10). Лонжеронная сэндвичевая конструкция 97 может быть образована заключением заполнителя 66 (см. фиг. 10) между по меньшей мере двумя лонжеронными листовыми обшивками 98 (см. фиг. 10), при этом каждая лонжеронная листовая обшивка 98 образуется формированием укладки 103 (см. фиг. 10) слоев композитной листовой обшивки лонжерона, а укладка 103 состоит по существу из квазиизотропного композитного ленточного ламината 87 (см. фиг. 10). Способ 300 может дополнительно включать необязательный шаг изготовления множества стабилизирующих нервюр 48 в сэндвичевой конструкции, аналогичной лонжеронной сэндвичевой конструкции 97 (см. фиг. 10), посредством заключения заполнителя 66 (см. фиг. 10) между по меньшей мере двумя листовыми обшивками, такими как листовая обшивка (не показанная) нервюры, при этом каждая листовая обшивка нервюры может быть образована формированием укладки (не показана) слоев композитной листовой обшивки нервюры, а укладка состоять из по существу квазиизотропного композитного ленточного ламината, аналогичного по существу квазиизотропному композитному ленточному ламинату 87 (см. фиг. 10) укладки 103 (см. Фиг. 10) слоев композитной листовой обшивки указанного множества лонжеронов 40.

[0080] Как показано на фиг. 13, способ 300 может дополнительно включать необязательный шаг 316 дополнительного связывания множества лонжеронов 40 и стабилизирующих нервюр 48 с парой комплексных сэндвичевых панелей 62 посредством связующих элементов 88 (см. фиг. 2В). Связующий элемент 88 в предпочтительном исполнении содержит адгезивный материал 90 (см. фиг. 2В) или другой подходящий связующий элемент.

[0081] Как показано на фиг. 13, способ 300 может дополнительно включать необязательный шаг 318 крепления множества лонжеронов 40 и стабилизирующих нервюр 48 к каждой комплексной сэндвичевой панели 62 с одним или более элементами 92 предупреждения повреждений (см. фиг. 2В). Элементы 92 предупреждения повреждений в предпочтительном исполнении содержат один или более механических крепежных деталей 94 (см. фиг. 2В). Способ 300 может дополнительно включать уменьшение числа крепежных деталей 156 (см. фиг. 1А) на получаемой связыванием кессонной конструкции 12 посредством размещения крепежных деталей 156 снаружи границы 158 (см. фиг. 1А) кессонной конструкции, что приводит к уменьшению вероятности попадания молнии в связанную кессонную конструкцию 12.

[0082] Раскрытые варианты осуществления кессонной конструкции 12, такой как связанная кессонная конструкция, и способ 300 его изготовления, могут привести, по сравнению с существующими кессонными конструкциями крыла и способами их изготовления, к значительному уменьшению количества деталей, стоимости производства, веса и продолжительности производственного цикла. Уменьшение веса может предоставить возможность для увеличения рабочих характеристик воздушного судна, которые могут привести к меньшему количеству топлива, требуемому для заданного профиля полета. Сокращение расхода топлива может уменьшить стоимость эксплуатации и уменьшить влияние на окружающую среду путем уменьшения углеродного отпечатка транспорта. Уменьшение продолжительности производственного цикла может предоставить возможность для увеличения пропускной способности и уменьшения стоимости товарных запасов.

[0083] Кроме того, раскрытые варианты осуществления кессонной конструкции 12 и способа 300 его изготовления предусматривают кессонную конструкцию 12а (см. фиг. 1А) крыла или кессонную конструкцию 12b (см. фиг. 1А) стабилизатора транспортного воздушного судна по всему размаху с неразрезными комплексными сэндвичевыми панелями 62 (см. Фиг. 1В), являющимися листовыми обшивками 70, образующими сэндвичевую структуру с одним или более заполнителями 66 и смежными плотными пакетами 80, ориентированными в аксиальном направлении. Кессонная конструкция 12 в предпочтительном исполнении имеет цельную конфигурацию 26 (см. фиг. 1А) с увеличенным коэффициентом жесткости панелей обшивки (мягкие листовые обшивки, например композитная листовая обшивка с твердыми плотными пакетами, такими как разновидность полки лонжерона). Односекционная цельная конфигурация 26 предусматривает одну, односекционную конструкцию, в отличие от трехсекционной конструкции существующих кессонных конструкций крыла (по всему размаху в отличие от консолей крыла с левой и правой стороны, соединенных с фюзеляжем воздушного транспортного средства 10 (см. фиг. 1А)). Раскрытые варианты осуществления кессонной конструкции 12 и способа 300 его изготовления предусматривают укладки слоя, скроенные для конкретных вариантов нагружения (например, аксиально твердые, почти ортогональные однонаправленные ленточные ламинатные укладки) и применяемые для твердых плотных пакетов 80, чтобы выдержать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении, и аксиальных мягких листовых обшивок 70, чтобы выдерживать главным образом торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем нагружении. Комплексные сэндвичевые панели 62 в предпочтительном исполнении как единое целое стабилизированы сэндвичевой конструкцией и требуют лишь множество стабилизирующих нервюр 48, в отличие от существующей кессонной конструкции крыла с множеством стрингеров и нервюр. При меньшем количестве стабилизирующих нервюр 48 можно предоставить возможность для большего внутреннего доступа к топливному баку, что может уменьшить количество эксплуатационных люков и опорной конструкции, таких как отверстия доступа 110 (см. фиг. 2С).

[0084] К тому же, раскрытые варианты осуществления кессонной конструкции 12 и способа 300 его изготовления могут предоставить лонжерон 40 и стабилизирующую нервюру 48 для комплексной сэндвичевой панели 62, соединенной дополнительно связующими элементами 88, например адгезивным материалом 90 (см. фиг. 2В). Адгезивные материалы могут заменить применяемые многочисленные крепежные детали, которые можно обнаружить в существующих кессонных конструкциях крыла. Элементы 92 предупреждения повреждений (см. фиг. 2В) для связанных соединений могут состоять из механических крепежных деталей 94 (см. фиг. 2В) при лонжероне 40 и стабилизирующей нервюре 48, прикрепленной к комплексной сэндвичевой панели 62. Множество широко разнесенных, малого диаметра элементов предупреждения повреждений или других крепежных деталей могут быть существенно меньше по сравнению с существующей конструкцией кессонного крыла. В кессонной конструкции 12 и способе 300, раскрытым в данном документе, большинство крепежных деталей 156 (см. фиг. 1А), могут быть расположены на внешней границе 158 кессонной конструкции для электромагнитной (например, молниезащитой) установки (меньшее уплотнение необходимо для предотвращения потенциальной пробоины топлива) и доступности в смысле производства, эксплуатационной технологичности и ремонтируемости. Уменьшение вероятности попадания молнии возможно, благодаря применению меньшего количества крепежных деталей через комплексных сэндвичевых панелей 62. Более того, множество лонжеронов 40 могут образовать сэндвичевую конструкцию 97 (см. фиг. 10) лонжерона, которая предоставляет повышенную устойчивость к кессонной конструкции 12.

[0085] Специалисты в данной области техники должны понимать, что многие модификации и другие варианты осуществления настоящего изобретения имеют положительный эффект, благодаря сведениям, содержащимся в вышеизложенном описании и прилагаемых чертежах. Разумеется, что варианты осуществления, описанные в данном документе являются иллюстративными и не должны рассматриваться как ограничительные или исчерпывающие. Хотя в данном документе применяются конкретные термины, они используются только в общем и описательном смысле, а не с целью ограничения.

Силовая кессонная конструкция содержит верхние и нижние композитные комплексные сэндвичевые панели. Панели включают листовые обшивки, образующие сэндвичевую конструкцию с одним или более заполнителями и смежными плотными пакетами, ориентированными в аксиальном направлении. Кессонная конструкция дополнительно содержит множество лонжеронов. Каждый лонжерон имеет стенку и настеночные крепежные элементы и длинной стороной лонжерона располагается в аксиальном направлении. Множество лонжеронов соединены с панелями настеночными крепежными элементами, расположенными возле плотных пакетов. Листовые обшивки выполнены с возможностью выдерживать основные торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении. Плотные пакеты выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении. Воздушное транспортное средство содержит силовую кессонную конструкцию. Способ предназначен для изготовления связанной кессонной конструкции для воздушного транспортного средства. Группа изобретений направлена на улучшение композитных связанных кессонных конструкций для воздушного транспортного средства. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Силовая кессонная конструкция, содержащая:

- верхние и нижние комплексные композитные сэндвичевые панели, содержащие листовые обшивки, образующие сэндвичевую структуру с одним или более заполнителями и смежными плотными пакетами, ориентированными в аксиальном направлении; и

- множество лонжеронов, каждый из которых содержит стенку и настеночные крепежные элементы и расположен длинной стороной лонжерона в аксиальном направлении, причем указанное множество лонжеронов соединены с комплексными сэндвичевыми панелями настеночными крепежными элементами, расположенными возле плотных пакетов;

при этом листовые обшивки выполнены с возможностью выдерживать главным образом торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении, а

плотные пакеты выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении.

2. Конструкция по п. 1, в которой каждая из листовых обшивок имеет укладку слоев композитной листовой обшивки, по существу, состоящей из косо ориентированных слоев,

при этом укладка слоев композитной листовой обшивки предназначена для предоставления возможности листовым обшивкам обеспечить пути передачи главным образом распределенных торсионных, срезывающих и сжимающих нагрузок.

3. Конструкция по п. 1, в которой каждая из листовых обшивок имеет укладку слоев композитной листовой обшивки, содержащую 70-80% косо ориентированных слоев с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°); 10-20% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°); и 0-20% однонаправленных слоев с однонаправленными волокнами, ориентированными под углом нуль градусов (0°) или около нуля градусов (0°).

4. Конструкция по п. 1, в которой каждый из плотных пакетов имеет укладку слоев композитного плотного пакета, содержащую, по существу, ортогональный однонаправленный композитный ленточный ламинат, состоящий из однонаправленных слоев, ориентированных под углом нуль градусов (0°) или около нуля градусов (0°),

при этом укладка слоев композитного плотного пакета предназначена для предоставления возможности плотным пакетам обеспечить пути передачи всех значимых распределенных изгибающих и аксиальных нагрузок.

5. Конструкция по п. 1, в которой каждый из плотных пакетов имеет укладку слоев композитного плотного пакета, содержащую 70-100%, по существу, ортогональных однонаправленных слоев с однонаправленными волокнами, ориентированными под углом нуль градусов (0°) или около нуля градусов (0°); 0-25% косо ориентированных слоев с волокнами, ориентированными под углом в диапазоне от плюс-минус пятидесяти градусов (±50°) до плюс-минус семидесяти пяти градусов (±75°); и 0-10% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°).

6. Конструкция по п. 1, дополнительно содержащая множество стабилизирующих нервюр, в которой эти стабилизирующие нервюры и множество лонжеронов расположены между комплексными сэндвичевыми панелями и связаны с ними для образования связанной кессонной конструкции.

7. Конструкция по п. 6, в которой каждая комплексная сэндвичевая панель стабилизирована сэндвичевой конструкцией, что позволяет сократить количество стабилизирующих нервюр из указанного множества нервюр, расположенных между комплексными сэндвичевыми панелями.

8. Конструкция по п. 6, дополнительно содержащая один или более элементов предупреждения повреждений, содержащих один или более механических крепежных деталей,

при этом эти один или более элементов предупреждения повреждений выполнены с возможностью крепления указанного множества стабилизирующих нервюр к каждой комплексной сэндвичевой панели, выполнены с возможностью крепления указанного множества лонжеронов к каждой комплексной сэндвичевой панели или выполнены с возможностью крепления указанного множества лонжеронов и указанного множества стабилизирующих нервюр к каждой комплексной сэндвичевой панели.

9. Конструкция по п. 1, в которой кессонная конструкция имеет цельную конфигурацию и является одним из кессонов крыла транспортного средства, в том числе кессоном крыла воздушного судна; кессоном стабилизатора, в том числе горизонтальным стабилизатором, вертикальным стабилизатором, горизонтальным хвостовым оперением и передним оперением; лопастью несущего винта винтокрылого судна; лопастью вертолета; консольной конструкцией воздушного транспортного средства; искривленной кессонной конструкцией воздушного транспортного средства; конструкцией воздушного винта, в том числе лопастью воздушного винта; конструкцией автомобиля, в том числе спойлера автомобиля; и плавучей конструкцией судна, в том числе лопастью гребного винта лодки.

10. Конструкция по п. 1, в которой один или более заполнителей включают сотовый заполнитель, вспененный заполнитель, вспененный заполнитель с волоконным армированием, пеноматериалом с закрытыми порами или ферменной конструкцией.

11. Конструкция по п. 1, в которой каждая комплексная сэндвичевая панель имеет увеличенный коэффициент жесткости панели благодаря твердым аксиально жестким плотным пакетам, полностью стабилизированным посредством комплексной сэндвичевой панели и стенками лонжеронов.

12. Конструкция по п. 1, в которой каждый из указанного множества лонжеронов имеет лонжеронную сэндвичевую конструкцию, содержащую заполнитель, расположенный между по меньшей мере двумя лонжеронными листовыми обшивками,

при этом каждая лонжеронная листовая обшивка имеет укладку слоев композитной листовой обшивки лонжерона, состоящую из, по существу, квазиизотропного композитного ленточного ламината.

13. Воздушное транспортное средство, имеющее силовую полученную связыванием кессонную конструкцию, содержащее:

- аэродинамический каркас, имеющий первую законцовку и вторую законцовку; и

- полученную связыванием кессонную конструкцию, прикрепленную к аэродинамическому каркасу и содержащую:

верхние и нижние композитные комплексные сэндвичевые панели, выполненные непрерывными от первой законцовки до второй законцовки аэродинамического каркаса и содержщие листовые обшивки, образующие сэндвичевую структуру с одним или более заполнителями и смежными плотными пакетами, ориентированными в аксиальном направлении; и

множество лонжеронов, каждый из которых содержит стенку и настеночные крепежные элементы и расположен длинной стороной лонжерона в аксиальном направлении, причем указанное множество лонжеронов соединены с комплексными сэндвичевыми панелями настеночными крепежными элементами, расположенными возле плотных пакетов;

при этом листовые обшивки выполнены с возможностью выдерживать главным образом торсионные и сжимающие нагрузки при срезывающем и несущественном аксиальном нагружении, а

плотные пакеты выполнены с возможностью выдерживать весь существенный изгиб кессона при аксиальном растягивающем и сжимающем нагружении.

14. Воздушное транспортное средство по п. 13, дополнительно содержащее множество стабилизирующих нервюр, расположенных между комплексными сэндвичевыми панелями от первой законцовки до второй законцовки аэродинамического каркаса и связанных с ними.

15. Воздушное транспортное средство по п. 13, в котором каждая из листовых обшивок имеет укладку слоев композитной листовой обшивки, по существу, состоящую из косо ориентированных слоев,

при этом укладка слоев композитной листовой обшивки предназначена для обеспечения возможности листовым обшивкам предоставить пути передачи главным образом распределенной торсионной, срезывающей и сжимающей нагрузки.

16. Воздушное транспортное средство по п. 13, в котором каждый из плотных пакетов имеет укладку слоев композитного плотного пакета, содержащую, по существу, ортогональный однонаправленный композитный ленточный ламинат, состоящий из однонаправленных слоев, ориентированных под углом нуль градусов (0°) или около нуля градусов (0°),

причем укладка слоев композитного плотного пакета предназначена для предоставления возможности плотным пакетам обеспечить пути передачи всех значимых распределенных изгибных и аксиальных нагрузок.

17. Воздушное транспортное средство по п. 13, в котором каждая комплексная сэндвичевая панель имеет увеличенный коэффициент жесткости панели благодаря твердым аксиально жестким плотным пакетам, полностью стабилизированным посредством комплексной сэндвичевой панели и стенками лонжеронов.

18. Способ получения связанной кессонной конструкции для воздушного транспортного средства, включающий следующие шаги:

- формирование пары комплексных сэндвичевых панелей, каждую из которых получают посредством:

изготовления композитной обшивки путем образования сэндвичевой структуры с заполнителем между по меньшей мере двумя композитными листовыми обшивками, каждая из которых образована формированием укладки слоев композитной листовой обшивки, по существу состоящей из косо ориентированных слоев и выполненной с возможностью обеспечивать для композитной обшивки пути передачи распределенных торсионных, срезывающих и сжимающих нагрузок; и

соединения с композитной обшивкой множества плотных пакетов, каждый из которых образован формированием укладки слоев композитного плотного пакета, состоящей, по существу, из ортогонального однонаправленного композитного ленточного ламината и выполненной с возможностью обеспечивать для плотных пакетов пути передачи распределенной изгибающей и аксиальной нагрузки; и

- связывание множества лонжеронов и стабилизирующих нервюр между парой комплексных сэндвичевых панелей с образованием связанной кессонной конструкции для воздушного транспортного средства,

при этом связанная кессонная конструкция имеет цельную конфигурацию.

19. Способ по п. 18, в котором формирование каждой композитной листовой обшивки дополнительно включает формирование укладки слоев композитной листовой обшивки, содержащей 70-80% косо ориентированных слоев с волокнами, ориентированными под углом плюс-минус сорок пять градусов (±45°) или около плюс-минус сорока пяти градусов (±45°); 10-20% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°) или около девяноста градусов (90°); и 0-20% однонаправленных слоев с однонаправленными волокнами, ориентированными под углом нуль градусов (0°) или около нуля градусов (0°).

20. Способ по п. 18, в котором формирование каждого плотного пакета дополнительно включает формирование укладки слоев композитного плотного пакета, содержащей 70-100%, по существу, ортогональных однонаправленных слоев с однонаправленными волокнами, ориентированными под углом нуль градусов (0°) или около нуля градусов (0°); 0-25% косо ориентированных слоев с волокнами, ориентированными под углом в диапазоне от плюс-минус пятидесяти градусов (±50°) до плюс-минус семидесяти пяти градусов (±75°); и 0-10% слоев с волокнами, ориентированными под углом девяносто градусов (90°).

21. Способ по п. 18, в котором связывание множества лонжеронов и стабилизирующих нервюр между парой комплексных сэндвичевых панелей дополнительно включает вторичное связывание указанного множества лонжеронов и стабилизирующих нервюр с парой комплексных сэндвичевых панелей посредством связующего элемента, содержащего адгезивный материал.

22. Способ по п. 18, дополнительно включающий изготовление множества лонжеронов, расположенных в сэндвичевой лонжеронной конструкции, посредством образования сэндвичевой структуры с заполнителем между по меньшей мере двумя лонжеронными листовыми обшивками,

причем каждая лонжеронная листовая обшивка образована формированием укладки слоев композитной листовой обшивки лонжерона, состоящей из, по существу, квазиизотропного композитного ленточного ламината.

23. Способ по п. 18, дополнительно включающий крепление множества лонжеронов и стабилизирующих нервюр к каждой комплексной сэндвичевой панели с одним или более элементами предупреждения повреждений, содержащими один или более механических крепежных деталей.

24. Способ по п. 18, дополнительно включающий снижение числа крепежных деталей на связанной кессонной конструкции за счет расположения крепежных деталей за пределами кессонной конструкции, что приводит к уменьшению вероятности попадания молнии в связанную кессонную конструкцию.

25. Способ по п. 18, в котором связывание множества лонжеронов и стабилизирующих нервюр между парой комплексных сэндвичевых панелей дополнительно включает формирование одного или более скрытых соединений лонжерона для связывания множества лонжеронов с плотными пакетами каждой комплексной сэндвичевой панели обшивки.