Соединение и конструкция летательного аппарата - RU2636373C2

Чертежи

Описание

Область технического применения

[0001]

Настоящее изобретение относится к соединению и конструкции летательного аппарата.

Предшествующий уровень техники

[0002]

В авиастроении область применения композиционных материалов, таких как, например, углеволоконные пластики (CFRP), распространяется на основную конструкцию. Кроме того, при использовании преимущества легкого веса композиционных материалов с целью снижения веса конструкции желательно, чтобы в соединениях не применялись крепежи.

Примером является так называемое пи (π)-образное соединение, в котором сформирован паз и элемент (например, пластина) вставлен в паз.

[0003]

Пластину, вставляемую в соединение, приклеивают с применением клея, и соединение также приклеивают к заготовке с применением клея. Таким образом, пластины прикрепляются к заготовке.

[0004]

Кроме того, при сборке конструкции пластины, которые присоединяются к заготовке, должны располагаться с высокой точностью. Другими словами, если соединение обеспечено на заготовке заранее, то необходимо расположить пластину относительно соединения с высокой точностью.

[0005]

В патентном документе 1 фиксатор (выступающая часть) для расположения обеспечен на боковой стороне пластины, а вырез, в который вставляется фиксатор, обеспечен на боковой стороне соединения, и расположение выполняется путем введения пластины таким образом, чтобы фиксатор пластины был вставлен в вырез в соединении.

Список цитированной литературы

Патентная литература

[0006]

Патентный документ 1: патент США №8403586

Изложение сущности изобретения

Техническая проблема

[0007]

Однако в конфигурации, описанной в патентном документе 1, необходимо обеспечить выступающую часть в боковой стороне пластины и обеспечить вырез в боковой стороне соединения, то есть число операций сборки возрастает. Кроме того, обеспечение выреза нежелательно с точки зрения прочности.

[0008]

С учетом вышеизложенного целью настоящего изобретения является обеспечение соединения и конструкции летательного аппарата, которая позволит расположить элемент относительно заготовки без увеличения числа операций сборки и без снижения прочности.

Решение проблемы

[0009]

Для решения проблемы, описанной выше, в соединении и конструкции летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением используются следующие средства.

[0010]

Соединение в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечено на заготовке, имеет сформированный в нем паз, в который вставляется элемент, и предназначено для скрепления заготовки и элемента путем склеивания. Первая присоединительная форма, в которую вставляется элемент, образована на всей поверхности нижней стороны паза.

[0011]

Соединение в соответствии с этим аспектом обеспечено на заготовке, имеет сформированный в нем паз, в который вставляется элемент, и предназначено для скрепления заготовки и элемента путем склеивания. Необходимо отметить, что элемент представляет собой, например, пластину. Элемент приклеивают к соединению путем заполнения зазора между элементом и пазом клеем. Кроме того, соединение приклеивают к заготовке, например, клеем.

[0012]

Необходимо, чтобы элемент, вставляемый в соединение, располагался с высокой точностью.

Кроме того, первая присоединительная форма, в которую вставляется элемент, образована на всей поверхности нижней стороны паза. Другими словами, присоединительная форма, в которую вставляется первая присоединительная форма, также образована на элементе, и первая присоединительная форма на нижней стороне паза соответствует присоединительной форме элемента. Таким образом, элемент вставляется только в положении, которое соответствует первой присоединительной форме.

Необходимо отметить, что первая присоединительная форма представляет собой форму, симметричную относительно центра ширины паза в качестве оси, или асимметричную форму.

[0013]

Поэтому в соответствии с описанным выше аспектом элемент может располагаться с высокой точностью относительно заготовки без увеличения числа операций сборки и без снижения прочности.

[0014]

В описанном выше аспекте вторая присоединительная форма, в которую вставляется элемент, образована на участке нижней стороны паза.

[0015]

В соответствии с этим аспектом вторая присоединительная форма обеспечивает стандартное положение для расположения элемента относительно продольного направления паза, поэтому элемент можно расположить в требуемом положении относительно продольного направления паза. Вторая присоединительная форма представляет собой, например, форму выступа или форму выреза.

[0016]

В описанном выше первом аспекте первая присоединительная форма может быть образована таким образом, что положение элемента будет представлять собой заданное положение относительно ширины паза.

[0017]

В соответствии с этим аспектом элемент можно расположить в заданном положении относительно ширины паза. Заданное положение представляет собой положение, в котором, например, элемент не касается двух сторон, образующих паз, например центр ширины паза.

[0018]

В описанном выше первом аспекте соединение может включать в себя: элемент корпуса фюзеляжа, в котором сформирован паз; и позиционирующий элемент, имеющий присоединительную форму, образованную на его верхней стороне, при этом позиционирующий элемент расположен в элементе корпуса фюзеляжа таким образом, что его верхняя сторона представляет собой нижнюю сторону паза, а элемент прикрепляется на верхней стороне.

[0019]

В соответствии с этим аспектом соединение представляет собой так называемое π-образное соединение, в котором сформирован паз, элемент прикреплен к пазу и присоединительная форма заранее образована позиционирующим элементом. Необходимо отметить, что элемент корпуса фюзеляжа может быть выполнен отдельно от позиционирующего элемента или может быть выполнен как единое целое с ним.

[0020]

Соединение в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения представляет собой соединение, обеспеченное на заготовке, имеет сформированный в нем паз, в который вставляется элемент, и предназначено для скрепления заготовки и элемента путем склеивания. Первая присоединительная форма образована на нижней стороне паза, чтобы расположить элемент относительно поперечного направления паза.

[0021]

В описанном выше втором аспекте вторая присоединительная форма образована на нижней стороне паза, чтобы расположить элемент относительно продольного направления паза.

[0022]

Конструкция летательного аппарата в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения включает в себя: описанное выше соединение; и элемент, в котором образована присоединительная форма, причем присоединительная форма соответствует нижней стороне соединения на поверхности скрепления с соединением и элемент прикрепляется путем введения в паз соединения и приклеивания.

Преимущественные эффекты изобретения

[0023]

Настоящее изобретение имеет преимущественный эффект, состоящий в том, что элемент может располагаться с высокой точностью относительно заготовки.

Краткое описание рисунков

[0024]

На ФИГ. 1 представлен вид в перспективе, на котором показано частично разделенное на части основное крыло летательного аппарата.

На ФИГ. 2 представлен вид сбоку, на котором показана конфигурация π-образного соединения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 3 представлен вид в перспективе, на котором показана конфигурация π-образного соединения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 4 представлен вид сбоку, на котором показана конфигурация π-образного соединения в соответствии с первой модификацией настоящего изобретения.

На ФИГ. 5 представлен вид сбоку, на котором показана конфигурация π-образного соединения в соответствии со второй модификацией настоящего изобретения.

На ФИГ. 6 представлен вид в перспективе, на котором показана конфигурация π-образного соединения в соответствии с третьей модификацией настоящего изобретения.

Описание вариантов осуществления

[0025]

Вариант осуществления соединения и конструкции летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением описан ниже со ссылкой на сопроводительные рисунки.

[0026]

Соединение в соответствии с настоящим вариантом осуществления представляет собой так называемое пи (π)-образное соединение (далее - «π-образное соединение») 20 (см. ФИГ. 2), обеспеченное на заготовке, которое имеет сформированный в нем паз, в который вставляется элемент, и предназначено для скрепления заготовки и элемента путем склеивания.

[0027]

На ФИГ. 1 представлен вид в перспективе, на котором показано частично разделенное на части основное крыло 1 летательного аппарата.

[0028]

Основное крыло 1 включает в себя верхнюю обшивку 3, нижнюю обшивку 5, передний лонжерон 7, задний лонжерон 9 и множество нервюр 11.

Верхняя обшивка 3 и нижняя обшивка 5 образуют внешнюю форму основного крыла 1 и представляют собой тонкие пластины, также действующие как аэродинамические поверхности. Наряду с передним лонжероном 7, задним лонжероном 9 и стрингерами (не показаны), верхняя обшивка 3 и нижняя обшивка 5 частично воспринимают нагрузки растяжения и нагрузки сжатия, действующие на основное крыло 1.

[0029]

Как показано на ФИГ. 1, передний лонжерон 7 и задний лонжерон 9 представляют собой конструктивные элементы, которые проходят в продольном направлении основного крыла 1 и размещены между верхней обшивкой 3 и нижней обшивкой 5.

Множество стрингеров, которые представляют собой вспомогательные элементы, проходящие в продольном направлении основного крыла 1, размещены на внутренней поверхности верхней обшивки 3 или нижней обшивки 5 между передним лонжероном 7 и задним лонжероном 9.

[0030]

Как показано на ФИГ. 1, нервюры 11 представляют собой конструктивные элементы, проходящие в поперечном направлении основного крыла 1, и размещены между верхней обшивкой 3 и нижней обшивкой 5. Другими словами, нервюры 11 представляют собой конструктивные элементы, проходящие в направлении, приблизительно перпендикулярном переднему лонжерону 7 и заднему лонжерону 9, и представляют собой пластинчатые элементы, образованные в форме поперечного сечения основного крыла 1.

[0031]

При этом π-образное соединение 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления применяется, например, в скреплении между верхней обшивкой 3 и передним лонжероном 7 и задним лонжероном 9, скреплении между нижней обшивкой 5 и передним лонжероном 7 и задним лонжероном 9, скреплении между нервюрами 11 и передним лонжероном 7 и задним лонжероном 9 и т.п. Необходимо отметить, что π-образное соединение 20 может применяться и в других конструкциях помимо основного крыла 1 летательного аппарата.

[0032]

На ФИГ. 2 представлен вид сбоку, на котором показана конфигурация π-образного соединения 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

[0033]

π-образное соединение 20, обеспеченное на заготовке 21, выполнено из элемента 24 корпуса фюзеляжа, в котором сформирован паз 22, и позиционирующего элемента 26 (также называемого заполнителем) с присоединительными формами 32А-1, 32А-2 (см. также ФИГ. 3), образованными на его верхней поверхности 26А.

Паз 22 π-образного соединения 20 сформирован путем расположения двух поверхностей пары L-образных элементов 28, из которых сформирован элемент 24 корпуса фюзеляжа, друг против друга и выполнен так, что верхняя поверхность 26А позиционирующего элемента 26 представляет собой нижнюю поверхность паза 22.

[0034]

π-образное соединение 20, например, применяется в конструкции корпуса летательного аппарата, как описано выше, а элемент (пластина 30 в качестве примера в настоящем варианте осуществления), который образует часть конструкции корпуса, вставлен в паз 22. Например, передний лонжерон 7 или задний лонжерон 9 представляет собой заготовку 21, а нервюра 11 представляет собой пластину 30.

Кроме того, нижняя поверхность вставляемой пластины 30 прикрепляется к верхней поверхности 26А позиционирующего элемента 26.

[0035]

Присоединительные формы 32А-1, 32А-2 (см. также ФИГ. 3), которые подробно описаны ниже, заранее образованы в верхней поверхности 26А позиционирующего элемента 26, и пластину 30 фиксируют в нужном положении с помощью присоединительных форм 32А-1, 32А-2. Другими словами, позиционирующий элемент 26 выполняет функцию позиционирования пластины 30.

[0036]

Кроме того, пластина 30 приклеивается к π-образному соединению 20 путем заполнения зазора между пластиной 30 и пазом 22 клеем. С другой стороны, π-образное соединение 20 также приклеивается к заготовке 21 клеем. Необходимо отметить, что не существует конкретного ограничения по методу склеивания заготовки 21 и π-образного соединения 20 и методу склеивания π-образного соединения 20 и пластины 30.

Таким образом, пластина 30 присоединяется к заготовке 21 путем приклеивания с применением π-образного соединения 20 и без применения крепежей.

[0037]

Материал π-образного соединения 20, заготовки 21 и пластины 30 представляет собой композиционный материал, например углеволоконный пластик (CFRP) и т.п. В CFRP углеродное волокно применяется в качестве армирующего материала, а синтетическая смола применяется в качестве матрицы. Необходимо отметить, что это не является ограничением и металл, такой как алюминиевый сплав, может применяться в качестве материала π-образного соединения 20, заготовки 21 и пластины 30.

[0038]

Как показано в увеличенном виде на ФИГ. 2, в π-образном соединении 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления нижняя сторона паза 22 (далее - «нижняя сторона паза») представляет собой верхнюю сторону 26А позиционирующего элемента 26. Поэтому присоединительная форма 32А-1, в которую вставляется пластина 30, образована на всей поверхности нижней стороны паза.

Таким образом, присоединительная форма 32А-1 образована по всей нижней стороне паза, поэтому пластина 30 располагается в плоскости. Другими словами, присоединительная форма 32А-1 позиционирует пластину 30 относительно поперечного направления паза 22.

[0039]

Один пример присоединительной формы 32А-1 в соответствии с настоящим вариантом осуществления представляет собой форму, образованную симметрично относительно осевой линии CL ширины паза 22 (далее - «ширина паза») в качестве оси, и в примере, показанном на ФИГ. 2, представляет собой V-образную форму.

Эта V-образная присоединительная форма 32А-1 образована вдоль продольного направления паза 22.

Необходимо отметить, что вся поверхность нижней стороны 22А паза включает в себя по существу всю поверхность, но присоединительная форма 32А-1 не обязательно должна быть образована на участке нижней стороны 22А паза в продольном направлении. Например, присоединительная форма 32А-1 не обязательно должна быть образована возле обоих концов в продольном направлении нижней стороны 22А паза, присоединительная форма 32А-1 не обязательно должна быть образована возле центра в продольном направлении нижней стороны 22А паза, и присоединительная форма 32А-1 не обязательно должна быть образована во множестве мест в продольном направлении нижней стороны 22А паза.

[0040]

Присоединительная форма 32В-1, соответствующая присоединительной форме 32А-1 нижней стороны 22А паза, образована в пластине 30 на поверхности скрепления с π-образным соединением 20. В примере на ФИГ. 2 присоединительная форма 32В-1, образованная в пластине 30, также является V-образной. За счет выполнения обеих присоединительных форм 32А-1, 32В-1 V-образными пластина 30 хорошо соответствует нижней стороне 22А паза.

[0041]

Необходимо отметить, что присоединительная форма 32А-1 образована таким образом, что пластина 30 располагается в заданном положении относительно ширины паза.

Заданное положение представляет собой такое положение как, например, центр по ширине паза, в котором пластина 30 не касается двух сторон L-образных элементов 28, которые формируют паз 22. Когда пластина 30 касается двух сторон L-образных элементов 28, которые формируют паз 22, невозможно равномерно залить клей на обе стороны пластины 30.

[0042]

На ФИГ. 3 представлен вид в перспективе, на котором показана конфигурация π-образного соединения 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

[0043]

Как показано на ФИГ. 3, присоединительная форма 32А-2, в которую вставляется пластина 30, образована на участке нижней стороны 22А паза π-образного соединения 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Один пример присоединительной формы 32А-2 в соответствии с настоящим вариантом осуществления представляет собой форму выреза.

[0044]

Таким образом, присоединительная форма 32А-2 образована на участке нижней стороны 22А паза, поэтому пластина 30 расположена в некоторой точке. Другими словами, присоединительная форма 32А-2 находится в опорном положении для позиционирования пластины 30 относительно продольного направления паза 22 и позиционирует пластину 30 относительно продольного направления паза 22.

[0045]

С другой стороны, присоединительная форма 32В-2, в которую вставляется присоединительная форма 32А-2, образована в пластине 30. Присоединительная форма 32В-2 в соответствии с настоящим вариантом осуществления имеет форму выступа, которая соответствует присоединительной форме 32А-2.

[0046]

Кроме того, присоединительные формы 32А-1, 32А-2 нижней стороны 22А паза соответствуют присоединительным формам 32В-2, 32В-2 пластины 30. Таким образом, пластина 30 вставляется в положении, которое совпадает с присоединительными формами 32А-1, 32А-2 нижней стороны 22 А паза.

[0047]

Необходимо отметить, что на ФИГ. 3 в качестве примера показано по одной из присоединительных форм 32А-2, 32В-2, однако это не является ограничением, и, например, две или более форм могут быть образованы через равные интервалы. Кроме того, в качестве одного примера, присоединительные формы 32А-2, 32В-2 образованы по существу в центре в продольном направлении паза 22, однако это не является ограничением, и, например, они могут быть образованы возле одного из концов паза 22.

[0048]

В примере на ФИГ. 3 L-образные элементы 28 (элемент 24 корпуса фюзеляжа) и позиционирующий элемент 26 выполнены отдельно, однако L-образные элементы 28 (элемент 24 корпуса фюзеляжа) и позиционирующий элемент 26 могут быть образованы как единое целое. Необходимо отметить, что не существует конкретного ограничения по способу образования L-образных элементов 28 и позиционирующего элемента 26, из которых выполнено π-образное соединение 20.

[0049]

Как описано выше, π-образное соединение 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления обеспечено на заготовке 21, причем в нем сформирован паз 22, в который вставляется пластина 30, и путем приклеивания к заготовке 21 и пластине 30 скрепляет заготовку 21 и пластину 30. Кроме того, присоединительная форма 32А-1, в которую вставляется пластина 30, образована на π-образном соединении 20 по всей нижней стороне 22А паза. Кроме того, присоединительная форма 32А-2, в которую вставляется пластина 30, образована на участке нижней стороны 22А паза.

С другой стороны, присоединительные формы 32В-1, 32В-2, которые соответствуют нижней стороне 22А паза, сформированной в π-образном соединении 20, образованы на пластине 30 на поверхности, прилегающей к π-образному соединению 20.

[0050]

Поэтому π-образное соединение 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления может располагать пластину 30 в требуемом положении относительно ширины паза с применением присоединительной формы 32А-1 нижней стороны 22А паза. Другими словами, пластина 30 располагается с высокой точностью относительно ширины паза (направление А на ФИГ. 2 и 3) с применением присоединительной формы 32А-1 нижней стороны 22А паза.

[0051]

Также π-образное соединение 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления располагает пластину 30 с высокой точностью относительно продольного направления паза 22 (направление В на ФИГ. 3) с применением присоединительной формы 32А-2 нижней стороны 22А паза.

[0052]

Также путем простого введения пластины 30 в π-образное соединение 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления к нижней стороне 22А паза пластина 30 располагается с высокой точностью относительно вертикального направления паза 22 (направление С на ФИГ. 2 и 3).

[0053]

Также π-образное соединение 20 в соответствии с настоящим вариантом осуществления предотвращает прикрепление пластины 30 к π-образному соединению 20 при наклоне путем соответствия пластине 30 с применением присоединительных форм 32А-1, 32А-2.

[0054]

Кроме того, присоединительные формы 32А-1, 32А-2 заранее образованы на π -образном соединении 20, а присоединительные формы 32В-1, 32В-2 заранее образованы на пластине 30. Таким образом, пластину 30 можно расположить путем простого введения пластины 30 в π-образное соединение 20, поэтому по сравнению с традиционным способом, в котором используется, например, позиционирующий фиксатор, можно упростить процесс сборки конструкции и сократить время, требуемое для сборки.

[0055]

[Первая модификация]

Далее будет описана первая модификация настоящего изобретения.

[0056]

На ФИГ. 4 представлен вид сбоку π-образного соединения 20 в соответствии с первой модификацией настоящего изобретения. Необходимо отметить, что составные части на ФИГ. 4, которые представляют собой те же, что и на ФИГ. 2, обозначены так же, как на ФИГ. 2, и их описание опущено.

[0057]

Присоединительная форма 32А-1 нижней стороны 22А паза в соответствии с первой модификацией образована асимметрично относительно осевой линии CL ширины паза в качестве оси.

[0058]

Как показано на ФИГ. 4, в первой модификации присоединительная форма 32А-1 образована в виде кольцевого дугообразного (закругленного по радиусу) выступа по существу в центре и на двух его сторонах имеющая плоскую форму различной высоты.

С другой стороны, кольцевое дугообразное углубление с плоскими формами различной высоты на двух его сторонах образовано в пластине 30 в качестве присоединительной формы 32В-1, в которую вставляется присоединительная форма 32А-1.

[0059]

[Вторая модификация]

Далее будет описана вторая модификация настоящего изобретения.

[0060]

На ФИГ. 5 представлен вид сбоку π-образного соединения 20 в соответствии со второй модификацией настоящего изобретения. Необходимо отметить, что составные части на ФИГ. 5, которые представляют собой те же, что и на ФИГ. 2, обозначены так же, как на ФИГ. 2, и их описание опущено.

[0061]

Присоединительная форма 32А-1 нижней стороны 22А паза в соответствии со второй модификацией образована асимметрично относительно осевой линии CL ширины паза в качестве оси.

[0062]

Как показано на ФИГ. 5, во второй модификации наклонная поверхность (конусная форма) образована на первой стороне присоединительной формы 32А-1 и плоская форма со ступенькой образована на второй стороне.

С другой стороны, наклонная поверхность образована на одной стороне, и плоская форма со ступенькой образована на второй стороне в пластине 30 в качестве присоединительной формы 32В-1, в которую вставляется присоединительная форма 32А-1.

[0063]

[Третья модификация]

Далее будет описана третья модификация настоящего изобретения.

[0064]

На ФИГ. 6 представлен вид сбоку π -образного соединения 20 в соответствии с третьей модификацией настоящего изобретения. Необходимо отметить, что составные части на ФИГ. 6, которые представляют собой те же, что и на ФИГ. 3, обозначены так же, как на ФИГ. 3, и их описание опущено.

[0065]

Как показано на ФИГ. 6, в π-образном соединении 20 в соответствии с третьей модификацией форма выступа образована в позиционирующем элементе 26 в качестве присоединительной формы 32А-2.

С другой стороны, форма выреза образована в пластине 30 в качестве присоединительной формы 32В-2, в которую вставляется присоединительная форма 32А-2.

[0066]

Настоящее изобретение описано с применением вышеприведенных вариантов осуществления, но технический объем настоящего изобретения не ограничивается объемом вариантов осуществления, описанных выше. Разные модификации или улучшения можно применять к вариантам осуществления, описанным выше, в пределах диапазонов, которые не отклоняются от целей изобретения, и эти формы, к которым были добавлены модификации или улучшения, также включены в технический объем настоящего изобретения.

[0067]

Например, в вариантах осуществления, описанных выше, π-образное соединение 20 было описано для формы, применяемой в конструкции летательного аппарата, но настоящее изобретение не ограничивается этим, и π-образное соединение 20 может быть формой, которая применяется в конструкциях, не являющихся летательным аппаратом.

[0068]

Кроме того, в описанных выше вариантах осуществления была описана форма, в которой присоединительная форма 32А-1 и присоединительная форма 32А-2 образованы в позиционирующем элементе 26, а присоединительная форма 32В-1 и присоединительная форма 32В-2 образованы в пластине 30, однако настоящее изобретение не ограничивается этим. Например, в позиционирующем элементе 26 может быть образована только присоединительная форма 32А-1, а в пластине 30 может быть образована только присоединительная форма 32В-1.

Перечень ссылочных обозначений

[0069]

1 Основное крыло

20 π-образное соединение

21 Заготовка

22 Паз

24 Элемент корпуса фюзеляжа

26 Позиционирующий элемент

30 Пластина

32А-1 Присоединительная форма

32А-2 Присоединительная форма

32В-1 Присоединительная форма

32В-2 Присоединительная форма.

Реферат

Изобретение относится к соединению и конструкции летательного аппарата и направлено на повышение точности расположения одного элемента в заготовке без увеличения числа операций сборки без снижения прочности. Соединение, обеспеченное на заготовке и предназначенное для скрепления заготовки и элемента путем склеивания, содержит сформированный в нем паз, в который вставляется элемент; и первую присоединительную форму, в которую вставляется элемент и которая образована на всей поверхности нижней стороны паза. Первая присоединительная форма образована асимметрично относительно осевой линии ширины паза в качестве оси. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула