Аэродинамическая поверхность сверхлегкого летательного аппарата

 

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в конструкциях крыльев или оперения сверхлегких летательных аппаратов. Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик путем обеспечения возможности складывания обшивки на время транспортировки или хранения. Цель достигается тем, что нервюры 3, 4, 5, 6, 7 установлены на лонжеронах 8, 9 с возможностью перемещения вдоль них. В сквозных отверстиях нервюр 3, 4, 5, 6, 7 установлены направляющие втулки, которые могут быть выполнены со сферической поверхностью. Концы лонжеронов 8,9 и концевая нервюра 7 снабжены элементами фиксации друг относительно друга. Мягкая обшивка 1 выполнена из ткани, в которой нити основы и утка расположены под равными углами у плоскости нервюр 2, 3, 4, 5, 6, 7. 4 з.п ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к аэродинамическим поверхностям сверхлегких летательных аппаратов и может быть использовано в конструкции и при эксплуатации крыльев или оперения самолетов, дельтопланов и планеров.

Известна аэродинамическая поверхность, содержащая цилиндрические лонжероны, распределенные по периметру периферийной зоны нервюр, формирующих аэродинамический профиль. На нервюрах укреплена жесткая обшивка. Характер соединения нервюр с обшивкой исключает возможность перемещения нервюр относительно лонжеронов, хотя они не соединены между собой [1].

Известна секционная аэродинамическая поверхность, содержащая трубчатый лонжерон, на котором последовательно соединены съемные секции. Каждая из секций включает в себя нервюру, скрепленную с участком жесткой обшивки. Каждая секция при сборке стыкуется и соединяется со смежными секциями и крепится к лонжерону [2].

Наличие средств стыковки и крепления секций определяют необходимость увеличения веса и трудоемкости изготовления и сборки конструкции. Регулярная переборка поверхности в процессе эксплуатации затруднена и непредусмотрена.

Известна разборная аэродинамическая поверхность, содержащая два цилиндрических лонжерона, на которых попарно установлены нервюры верхней и нижней частей поверхности. Нервюры каждой из этих частей соединены соответствующей частью жесткой обшивки.

В собранном виде нервюры скреплены с каждым из лонжеронов и попарно - с нервюрами другой части. Крепление осуществляется через закрываемые люки в обшивке [3].

В данной конструкции не может быть использована тканевая обшивка с присущими ей достоинствами.

Известна также съемная аэродинамическая поверхность сверхлегкого летательного аппарата, содержащая мягкую оболочку, натянутую на гибкий каркас. Каркас включает раздвижной лонжерон и присоединяемые к нему гибкие нервюры [4].

Необходимость снятия оболочки при разборке поверхности ограничивает область применения данного технического решения.

Известна, кроме того, конструкция съемного крыла сверхлегкого летательного аппарата, содержащая коробчатый лонжерон в передней части крыла, в который через вырезы в его задней поверхности введены съемные трубчатые нервюры. Гибкая оболочка натянута в направлении спереди назад с помощью приспособления, зацепляемого за нервюру в ее задней части. Нервюра вставлена в карман, пришитый к оболочке [5].

Сравнительная трудоемкость разборки и сборки крыла обусловлена ее многоэтапностью. Поэтому разборка крыла осуществляется, как правило, в связи с его транспортировкой.

Наиболее близким техническим решением является аэродинамическая поверхность сверхлегкого летательного аппарата, содержащая на каждой консоли поверхности мягкую, преимущественно тканевую, обшивку, скрепленную с корневой, промежуточными и концевой нервюрами по профилеобразующему периметру каждой из них, причем нервюры установлены на лонжеронах и выполнены со сквозными отверстиями под них [6].

Аэродинамическая поверхность предусматривает транспортировку и хранение поверхности в собранном виде. Это ухудшает эксплуатационные характеристики поверхности из-за ослабления натяжения и уменьшения ресурса обшивки в процессе эксплуатации, транспортировки и хранения аэродинамической поверхности, а также из-за ограничений условий транспортировки и хранения, обусловленных значительной парусностью поверхности, создающей опасность поломки как ее самой, так и всего летательного аппарата.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик аэродинамической поверхности путем обеспечения возможности складывания обшивки на время транспоpтировки или хранения.

Для достижения поставленной цели в аэродинамической поверхности сверхлегкого летательного аппарата, содержащей мягкую обшивку, скрепленную с корневой, промежуточными и концевой нервюрами по профилеобразующему периметру каждой из них, и лонжероны с установленными на них нервюрами, в которых выполнены сквозные отверстия под лонжероны, каждая нервюра, кроме корневой, надета на лонжеронах с возможностью перемещения вдоль них.

В сквозных отверстиях нервюр под лонжероны могут быть установлены направляющие втулки.

Направляющие втулки могут быть выполнены со сферическими поверхностями, взаимодействующими со сферическими поверхностями, выполненными по периметру сквозных отверстий нервюр.

Концы лонжеронов и концевая нервюра могут быть снабжены элементами фиксации друг относительно друга.

Нити утка и основы ткани обшивки могут быть расположены под равными углами к плоскости нервюры.

На фиг. 1 изображена консоль аэродинамической поверхности в собранном виде; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - консоль аэродинамической поверхности в состоянии хранения или транспортировки; на фиг. 4 - нервюры и обшивка при их соединении; на фиг. 5 - узел I на фиг. 3 (увеличено); на фиг. 6 - установка нервюр на лонжероны; на фиг. 7 - вариант выполнения опорного узла нервюры; на фиг. 8 - то же, другой вариант; на фиг. 9 - опорный узел концевой нервюры; на фиг. 10 - сечение Б-Б на фиг. 9.

В каждой консоли аэродинамической поверхности сверхлегкого летательного аппарата мягкая обшивка 1 скреплена с корневой 2, промежуточными 3, 4, 5, 6 и концевой 7 нервюрами. Крепление осуществлено по профилеобразующему периметру каждой из нервюр. Нервюры установлены на лонжеронах 8, 9 и выполнены со сквозными отверстиями под них.

Каждая нервюра, кроме корневой, надета на каждый из лонжеронов с возможностью перемещения вдоль них при складывании и натяжении обшивки.

В сквозных отверстиях всех нервюр, кроме корневой, могут быть установлены направляющие втулки 10 (фиг. 7). Направляющие втулки 11 могут быть выполнены со сферическими наружными поверхностями (фиг. 8), взаимодействующими со сферическими опорами 12 нервюр.

Концы лонжеронов 8, 9 и концевая нервюра 7 могут быть снабжены или выполнены с элементами изменения места крепления концевой нервюры 7 по длине каждого из лонжеронов. Такими элементами могут быть, например, цанговая опора 13 (фиг. 9, 10) соответствующего лонжерона на нервюре и зажим 14 с барашковой гайкой 15 и болтом 16. Элементы, подобные опоре 13 и зажиму 14, могут быть использованы для жесткого крепления нервюры 2 на лонжеронах 8 и 9 (не показано).

Мягкая обшивка 1 может быть выполнена из плотной синтетической ткани "дакрон". Нити основы и утка ткани могут быть расположены под равными углами к плоскости каждой нервюры для лучшего натяжения обшивки.

Профилеобразующим элементом каждой нервюры является периферийная полка 17. Эта полка может быть выполнена выпуклой наружу в плоскости, проходящей через оси сквозных отверстий 18, 19 и опорах нервюр под лонжероны 8, 9.

В зависимости от эксплуатационной стреловидности поверхности полки 17 могут быть установлены под углом к стойке 20 нервюры, соответствующим стреловидности.

Если в этих отверстиях устанавливают втулки 10, показанные на фиг. 7, опоры выполняют цилиндрическими. Если же устанавливаются втулки 11, показанные на фиг. 8, опоры 12 выполняют сферическими. Установка в них втулок 11 может быть обеспечена выполнением нескольких продольных разрезов 21.

Лонжероны могут быть выполнены металлическими или из композиционного материала типа стеклопластика. Форма их может быть криволинейной для выполнения, например арочной формы аэродинамической поверхности. Они могут быть выполнены трубчатыми или сплошными, осесимметричными (круглыми) или неосесимметричными (прямоугольными в сечении). Материал и форма сечения могут быть различными.

Нервюры также могут быть металлическими или неметаллическими. Опоры с отверстиями под лонжероны в них могут быть выполнены как заодно со стойками 20 нервюр, так и быть жестко скреплены с ними сваркой, клеем или любым другим известным способом.

Втулки 10, 11 могут быть выполнены из неметаллического материала. Верхняя и нижняя линии на фиг. 1 являются передней и задней кромками аэродинамической поверхности соответственно.

На концевой нервюре 7 укреплена рукоятка 22 для перемещения нервюр и натяжения обшивки. Для этой же цели могут быть использованы и другие известные средства. Рукоятка 22 и выступающие опоры 13 могут быть закрыты снаружи аэродинамическим обтекателем 23, прикрепляемым потайными винтами (не показаны) к концевой нервюре 7 или к лонжеронам 8, 9 (не показано).

Сборку консоли аэродинамической поверхности начинают с крепления мягкой обшивки 1 по периметру профиля корневой нервюры 2 промежуточных 3, 4, 5, 6 и всех остальных промежуточных нервюр (не показано), расположенных между нервюрами 4 и 5, а также концевой нервюры 7. Крепление может быть осуществлено по предварительно размеченной поверхности мягкой обшивки 1. При этом нервюры могут быть временно соединены посредством технологичесих лонжеронов со средствами осевой и угловой фиксации на них нервюр.

В зависимости от эксплуатационной стреловидности аэродинамической поверхности нервюры устанавливают под соответствующим углом к ее передней и задней кромкам. Плоскости стоек нервюр могут быть расположены под различными углами к плоскостям стоек других нервюр. При этом достигается различная форма аэродинамической поверхности, например арочная. В этом положении кроится и размечается обшивка.

Крепление обшивки к периферийным полкам нервюр может осуществляться клеем и нитками через отверстия в полках. По мере крепления обшивки вдоль периметра периферийных полок нервюр средства их осевой и угловой фиксации сначала на одном, а затем на другом технологических лонжеронах удаляются. После окончания крепления обшивки по периметру нервюр она образует оболочку. При соединении краев обшивки между собой могут быть использованы ленты из более плотного мягкого материала, например "кевлар".

После образования замкнутой оболочки обшивки технологические лонжероны извлекаются. Затем нервюры устанавливают вдоль лонжеронов 8 и 9. Для этого каждый лонжерон последовательно вводят в сквозные отверстия под эти лонжероны в опорных узлах нервюр, как показано на фиг. 6. Затем оба лонжерона скрепляют с корневой нервюрой 2. Для крепления могут быть использованы зажимы 14, подобно тому, как это показано на фиг. 9, 10. Следующей операцией является формирование аэродинамической поверхности при натяжении обшивки 1. Натяжение обшивки может быть осуществлено за рукоятку 22 перемещением концевой нервюры 7. Рабочее положение концевой нервюры фиксируется, например, как показано на фиг. 9 и 10. Для каждой отдельной консоли натяжение обшивки осуществляется в порядке контроля качества собранной поверхности, в частности для испытаний или в составе летательного аппарата.

Хранение аэродинамической поверхности и ее транспортировку осуществляют в положении со сложенной обшивкой. Для этого освобождают концевую нервюру 7 поворотом барашковых гаек 15 и перемещают все нервюры, кроме корневой, в сторону корневой нервюры. При этом обшивка складывается в гофры, подобные тем, которые показаны на фиг. 5. Гофры показаны условно. Их число и форма определяются расстоянием между нервюрами, местом расположения относительно передней и задней кромок аэродинамической поверхности, толщиной и материалом обшивки. После складывания обшивки концевая нервюра может быть зафиксирована на лонжеронах 8, 9 подобно тому, как показано на фиг. 8 и 9. При складывании или сборке перемещение концевой нервюры 7 воздействует через обшивку 1 на промежуточные нервюры, вызывая перемещение всех этих нервюр.

Крепление консоли аэродинамической поверхности на летательном аппарате осуществляется за корневую нервюру 2 и лонжероны 8, 9. Средства крепления этих элементов на летательном аппарате могут быть различны. Они не влияют на решение задачи, являющейся целью изобретения.

Ограничение относительной подвижности при эксплуатации лонжеронов и нервюр может быть достигнуто сближением их номинальных размеров в местах взаимодействия и уменьшением допусков этих размеров, а также при помощи втулок 10, 11.

Другим средством ограничения их относительной подвижности является заклинивание промежуточных нервюр на лонжеронах путем перемещения концевой нервюры вдоль одного из лонжеронов на расстояние, превышающее ее перемещение вдоль другого лонжерона. Для этого на концах лонжеронов делают разметку, позволяющую контролировать различие перемещения концевой нервюры относительно них. Втулки 11 обеспечивают возможность поворота лонжеронов относительно промежуточных нервюр в процессе эксплуатации и сборки аэродинамической поверхности.

В процессе эксплуатации аэродинамической поверхности происходит неупругое растяжение обшивки. Предлагаемые технические решения позволяют сохранять при этом ее эксплуатационный аэродинамический профиль путем некоторого увеличения удлинения поверхности за счет соответствующего переноса места крепления концевой нервюры к концам лонжеронов. Чтобы такая компенсация была возможна, лонжероны удлиняются на величину неупругого растяжения обшивки за предусмотренный ресурс. При натяжении обшивки в этом случае можно контролировать усилие натяжения, поддерживая его в заданном диапазоне значений.

Межремонтный ресурс аэродинамической поверхности определяется, преимущественно, ресурсом мягкой обшивки 1. Ресурс же обшивки во многом определяется длительностью ее натяжения, величиной нагрузки, а также от интенсивности и длительности воздействия других факторов. Например, солнечной радиации. Кроме того, возможно ограничение ресурса вследствие поломок при воздействии сильных порывов ветра при открытом хранении летательного аппарата из-за трудностей его закрытого хранения.

Все эти факторы уменьшения ресурса исключены в заявленном техническом решении. Возможность складывания обшивки улучшает эксплуатационные характеристики аэродинамической поверхности, увеличивая ее ресурс, и упрощает транспортировку и хранение.

Формула изобретения

1. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ СВЕРХЛЕГКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, содержащая мягкую обшивку, скрепленную с корневой, промежуточными и концевой нервюрами по профилеобразующему периметру каждой из них и лонжероны с установленными на них нервюрами, в которых выполнены сквозные отверстия под лонжероны, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем обеспечения возможности складывания обшивки на время транспортировки или хранения, каждая нервюра, кроме корневой, установлена на лонжеронах с возможностью перемещения вдоль них.

2. Поверхность по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена направляющими втулками, установленными в сквозных отверстиях нервюр.

3. Поверхность по п.2, отличающаяся тем, что направляющие втулки выполнены со сферическими поверхностями, взаимодействующими со сферическими поверхностями, выполненными по периметру сквозных отверстий нервюр.

4. Поверхность по п.1, отличающаяся тем, что концы лонжеронов и концевая нервюра снабжены элементами фиксации друг относительно друга.

5. Поверхность по п.1, отличающаяся тем, что обшивка выполнена из ткани, в которой нити основы и утка расположены под равными углами к плоскости нервюры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10