ЖЕСТКАЯ ОБОЛОЧКА ДЛЯ КРЫЛЬЕВ И ДРУГИХ ЧАСТЕЙ САМОЛЕТА Советский патент 1928 года по МПК B64C3/22 

Предлагаемое изобретение предназначается для крыльев самолетов, в особенности для так называемых свободно несущих крыльев, а также и для других частей самолета, подвергающихся давлению ветра нормально к поверхности.

Свободно несущие крылья выполнялись до сих пор таким образом, что лежащую в середине крыла решетчатую ферму, воспринимавшую все силы изгиба, замыкали в обшивку, изготовляемую обычно из ткани. Такая конструкция имеет то преимущество, что вредное сопротивление, вызываемое открыто лежащими тросами, отпадает, и что вся конструкция лучше защищена, но также - и недостатки, как-то: трудность изготовления, большой вес и т.п. По предлагаемому изобретению обшивка крыла делается жесткой и связанной с фермой, благодаря чему она принимает участие в сопротивлении возникающим усилиям.

Еще большая стойкость полого тела против местных повреждений достигается тем, что все полое тело представляет как бы одно целое тело, выдерживающее во всех своих частях приблизительно одинаковую нагрузку. При этом избегаются такие части, повреждение которых влечет за собой разрушение всего крыла. В то время, как при известных способах постройки крыльев, разрыв одного лишь троса (расчалки) или перелом одного лонжерона (например, вследствие повреждения от выстрела) влекут за собой, как правило, разрушение крыла и, благодаря тому, падение самолета - в данном случае применение жестких листов вызывает передачу сил, которая происходит при помощи многочисленных элементов, распределенных по всему полому телу, так что при повреждении одного из этих элементов, соседние с ним могут принять на себя его работу без значительной вредной перегрузки. Местные повреждения крыла, например, выстрелом из ружья или т.п., оказывают поэтому лишь в незначительной мере влияние на сопротивляемость всего конструктивного целого, так что тем самым достигается значительная безопасность в смысле падения, вследствие повреждения крыла выстрелом.

Для этой цели тонкая обшивка полого тела для восприятия действующих на нее сил давления воздуха снабжается усилителями, часто расположенными друг за другом.

Благодаря усилителям достигается значительное повышение сопротивляемости против выгибов и забоин, происходящих от сил, вертикально действующих на плоскость, а также увеличивается способность сопротивления нагрузкам, затрагивающим сравнительно небольшие участки, как, например, при ударах и т.п.

Предлагаемое изобретение пояснено чертежом, на котором фиг. 1 и 2 схематически изображают общеизвестную форму несущего полого тела (крыла), фиг. 3 и 4 изображают в поперечном и продольном разрезах несущее крыло самолета по предлагаемому изобретению, фиг. 5-23 изображают в большом масштабе поперечные и, частью, продольные разрезы несущего крыла, за исключением фиг. 9а, 18а и 20а, которые показывают детали жесткой конструкции в перспективном изображении, фиг. 17, которая изображает горизонтальный разрез усиливающей конструкции, согласно фиг. 15 и 16, фиг. 24 и 25 - фюзеляж самолета в поперечном и частично в продольном разрезе, фиг. 26 - деталь конструкции фюзеляжа в большом масштабе.

При обычном устройстве (фиг. 1 и 2) крыло состоит из образующейся из стержней или труб фермы 2, на верхнюю и нижнюю сторону которой натянута оболочка 1, состоящая чаще всего из материи. Обозначенные малыми стрелками силы давления ветра, действующие на оболочку, передаются местам прикрепления 3 оболочки, а отсюда - главным ланжеронам 4, 5.

В изображенном на фиг. 3 и 4 крыле, изготовленном согласно изобретения, силы воздушного давления, обозначенные малыми стрелками, действуют также на внешнюю оболочку 1. Эта оболочка достигает, благодаря помещенной на внутренней стороне, схематически изображенной на чертеже, усиливающей конструкции 2, такой степени жесткости, что она оказывается в состоянии воспринимать без существенной деформации силы давления воздуха так же, как и происходящие в самом крыле напряжения сгибания. Части крыльев b, расположенные спереди и сзади в направлении полета, служат для восприятия срезывающих сил, так что нет необходимости в специальных деталях фермы, как у предмета, изображенного на фиг. 1.

Фиг. 5 и 6 изображают простейший случай усиления внешней оболочки несущего крыла. На внешней оболочке 1 помещаются ребра 2, которые расположены в направлении наибольших усилий растяжения и сжатия, чтобы тем самым поддерживать внешнюю оболочку при восприятии этих усилий. В качестве поперечных усилителей служат в этом случае поперечные стенки (шпангоуты) 3, которые, в целях экономии веса, пробиты насквозь и расположены на таких расстояниях друг от друга, что между каждыми двумя стенками оболочка, соединенная с усилителями, является достаточно надежной по отношению к излому.

На фиг. 7 и 8 внешняя оболочка 1 является усиленной, посредством расположенных в направлении главного напряжения и прилегающих одно к другому ребер 2. Для восприятия поперечных сил служат поперечные ребра 3, опирающиеся на ребра 2, размер и количество которых соответствует величине этой поперечной силы. На поперечные ребра 3 насажены, расположенные также в направлении ребер 2, ребра 4, которые могут одновременно поддерживать при восприятии продольных сил как оболочку, так и ребра 2.

Фиг. 9 и 10 изображают пример выполнения, подобный фиг. 7 и 8, при чем ребра 2, 3, 4 до известной степени вдвинуты одно в другое, так что они все соприкасаются одним своим краем с оболочкой. Ребра должны проходить друг через друга таким образом, чтобы передача сил происходила в них беспрепятственно. Преимущество этого оборудования по сравнению данными на фиг. 7 и 8 состоит в значительно меньшей высоте конструкции и большей надежности в распределении продольных сил на оболочку 1 и ребра 2 и 4. Кроме того, сберегается материал, так как при одинаковом моменте сопротивления ребра 3 и 4 становятся тоньше, чем в предыдущем случае. Крыло становится соответственно легче.

Фиг. 9а изображает перспективный вид части оболочки 1 с усиливающей конструкцией.

На фиг. 11 и 12 оболочка 1 получает жесткость посредством наложенной волнообразной жести, волны которой идут в направлении наибольшего напряжения. Для поперечного усиления служат шпангоуты б.

На фиг. 13 и 14 усиление оболочки 1 происходит при помощи листа волнообразной жести 7, имеющей подобие трапеции; для поперечного усиления служит перпендикулярно расположенный к ней лист волнообразной жести 8, дорожки которой могут быть пробиты дырами в целях уменьшения веса. В случае надобности могут быть помещены еще отдельные ребра или листы волнообразной жести 9 и т.д., расположенные крест-на-крест.

На фиг. 13 лист волнообразной жести 9 прикреплен только на тех местах, которые далеко отстоят от Нейтрального слоя, для того, чтобы этот материал мог быть хорошо использован для восприятия сгибающих сил.

Вместо усиления оболочки при помощи ребер могут быть применены любые другие способы усиления. Так, например, усиление может быть достигнуто при помощи решетчатой фермы. На фиг. 15 и 16 на оболочке 1 укреплены на коротком расстоянии друг от друга детали решетчатой фермы 2, которые сходятся в узловой точке 3. Эти узловые точки в свою очередь соединены между собой при помощи деталей 4. Детали 4 могут быть также заменены листовым материалом, который может быть пробит в целях уменьшения веса и который может быть сделан более способным к сопротивлению на сгиб посредством надлежащего выдавливания выпуклостей, фланцевания и т.п. Добавкой новых подпорок между узловой точкой 3 и оболочкой 1, приблизительно перпендикулярно к оболочке, распределение упоров оболочки 1 может быть еще более улучшено. Изобретение не ограничивается применением единичной системы решетчатых ферм: за первым мелко подразделенным рядом может также следовать второй, третий и т.д., из которых каждый последующий обеспечивает усиление больших плоскостей, нежели предыдущий. На изображенном примере к первой решетчатой системе примыкает в целях дальнейшего усиления другая система, диагональные детали 6 которой также опираются на более далеком расстоянии друг от друга наподобие углов пирамиды на узловые точки 3 первой системы. Узловые точки 5 соединяются между собою также при помощи деталей 7 или жесткого листового материала.

Фиг. 17 изображает вид наложенных одна на другую систем, при чем первая намечена тонкими, а вторая толстыми штрихами.

Решетка фермы может простираться до взаимного соединения верхней и нижней плоскостей крыльев при помощи этих ферм.

Замена скрещивающихся плоских ферм конструкциями со сплошными стенками достигается оборудованием согласно фиг. 18 и 19, где обшивка 1 усиливается при помощи скрещивающихся под прямым углом стенок 2 и 3.

Этот способ усиления можно себе представить возникшим из расположенных рядами примыкающих друг к другу квадратных или прямоугольных клеток. Таким же образом достигается усиление посредством прилегающих рядами 3-х или 6-угольных полых тел. В целях избежания прогибания стенок клеток, можно закрывать клетки с внутренней стороны крыла листом жести 4.

Фиг. 18а изображает перспективный вид этого же устройства в большем масштабе.

По фиг. 20 и 21 усиление оболочки 1 достигается посредством жести 2, снабженной выдавленными выпуклостями 3, вершины которых прикреплены к оболочке 1.

Фиг. 20а показывает фасонную жесть в перспективном изображении. Жесть может быть прикреплена своей плоской стороной непосредственно к оболочке 1, а на выдающихся ее выпуклостях может быть прикреплен особый усиливающий лист жести для жесткости (наподобие листа 4 на фиг. 15 и 16). Между оболочкой и усилительным листом может быть также прикреплен для жесткости лист, имеющий выпуклости поочередно на обе стороны. Выпуклости, направленные в одну сторону, скрепляются тогда с оболочкой, а направленные в другую сторону - с усилительным листом.

По фиг. 22 и 23 первое продольное усиление оболочки 1 состоит из волнообразной жести 2, первое поперечное усиление достигается при помощи шпангоутов 3; для второго продольного усиления служат решетчатые фермы 4, 5, 6, 7, 8, пояса 6, 7 которых направлены таким образом, что они могут воспринимать непосредственно как продольные, так и поперечные усилия. Дальнейшие детали ферм 10, 11, 12 обеспечивают взаимную жесткость верхней и нижней сторон крыльев. Для усиления в одном направлении может быть избран один способ усиления, а для другого - другой. Например, продольное усиление могло бы быть достигнуто при помощи ребер, а поперечное - при помощи решетчатой фермы.

Фиг. 24 и 25 изображают фюзеляж, представляющий ферму, испытывающую напряжение на изгиб. Внешняя оболочка 1 усилена посредством волнообразной жести 2, волны которой идут в продольном направлении фюзеляжа. Шпангоуты 3 служат для сохранения формы поперечного разреза. Для дальнейшего усиления стенок фюзеляжа между шпангоутами служат отдельные, устроенные на сравнительно больших расстояниях друг от друга, продольные полые шпангоуты 4, которые могут поддерживать оболочку и волнистую жесть в восприятии усилий изгиба. Фиг. 26 изображает распределение элементов усиления на оболочке в большом масштабе. Выбор той или иной конструкции в каждом отдельном случае зависит также от качества употребляемого основного материала, например, металла, деревянной фанеры, прессшпана и т.д.

Применение изобретения распространяется не только на крылья и фюзеляжи самолета, но и на, другие полые тела, а также и на поплавки гидросамолетов, которые, как известно, при спуске на воду, при высоких волнах и пр. подвергаются особенно сильной нагрузке, но которые в то же время должны иметь наименьший вес тем более, что они представляют во время полета большею частью лишь мертвый груз.

1. Жесткая оболочка для крыльев и других частей самолета, характеризующаяся тем, что состоящая из тонкого листового материала внешняя оболочка 1 (фиг. 5 и 6) усилена ребрами 2, расположенными соответственно направлениям наибольших напряжений, и поперечными стенками 3, служащими для сохранения формы поперечного разреза, которые могут быть снабжены сквозными вырезами для уменьшения веса.

2. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 жесткой оболочки, отличающееся тем, что вместо поперечных стенок 3 расположены опирающиеся на ребра 2 (фиг. 7 и 8) поперечные ребра 3, которые могут быть усилены продольными ребрами 4, при чем упомянутые ребра 2, 3, 4, с целью наивыгоднейшего использования материала, могут быть врезаны друг в друга так, что все они соприкасаются одним своим краем с оболочкой 1 (фиг. 9, 9а и 10).

3. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 жесткой оболочки, отличающееся тем, что вместо продольных ребер 2 внешняя оболочка 1 (фиг. 11 и 12) усилена волнистой жестью 5, а вместо поперечных стенок 3 могут быть применены листы 8 (фиг. 13 и 14) из волнистой жести с вырезами в них, в случае необходимости, для уменьшения веса, каковые листы расположены поперек упомянутого выше усиления и могут быть, в случае надобности, усилены еще поперечными волнистыми листами 9.

4. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 жесткой оболочки, отличающееся тем, что сплошные ребра для усиления оболочки 1 заменены решетчатыми фермами 2 (фиг. 15, 16 и 17), сходящимися в узловых точках 3, соединенных между собою поясами 4, при чем вся эта решетчатая система может быть усилена второй решетчатой системой, опирающейся на упомянутые узловые точки 3 первой системы и укрепленной подкосами и поясами 6 и 7.

5. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 жесткой оболочки, отличающееся тем, что, вместо ребер 2 и стенок 3 внешняя оболочка 1 усилена при помощи скрещивающихся под прямым углом ребер 2 и 3 (фиг. 18, 18а и 19), образующих клетки, закрытые, в случае надобности, с внутренней стороны листом 4.

6. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 жесткой оболочки, отличающееся тем, что вместо ребер 2 и стенок 3 внешняя оболочка 1 усилена листами 2 (фиг. 20, 20а и 21) с выдавленными в них возвышениями 3, скрепленными с внешней оболочкой изнутри, или же упомянутые листы с возвышениями прикреплены непосредственно к оболочке 1 своей плоской стороной, в то время, как на возвышениях укрепляется внутренний усиливающий лист жесткости (наподобие листа 4 фиг. 18 и 19.)

7. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 жесткой оболочки, отличающееся тем, что вместо ребер 2 и стенок 3 внешняя оболочка 1 усилена волнистыми металлическими листами 2 и шпангоутами 3 (фиг. 22 и 23), на которых расположены решетчатые фермы 4, 5, 6, 7 и 8, пояса 6, 7 коих предназначены для восприятия продольных и поперечных напряжений, для обеспечения же соединения верхних и нижних поверхностей могут быть установлены тяги и подкосы 10, 11 и 12.

8. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 жесткой оболочки, отличающееся тем, что вместо ребер 2 и стенок 3 внешняя оболочка 1 усилена волнообразными листами 2 (фиг. 24 и 25), шпангоутами 3 и продольными полыми шпангоутами 4, размещенными на сравнительно больших расстояниях друг от друга (фиг. 26).