Соединение крыла и фюзеляжа
Владельцы патента RU 2268196:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (RU)
Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкции соединения среднерасположенного по высоте кессонного или моноблочного крыла с фюзеляжем. Сущность изобретения заключается в том, что в соединении крыла и фюзеляжа, осуществляемом креплением кессона крыла к силовым шпангоутам фюзеляжа, пояса лонжеронов и силовые панели кессонов каждого полукрыла, пересекая с переломом по борту в вертикальной плоскости боковые панели обшивки фюзеляжа, продолжены внутри фюзеляжа. Шпангоуты фюзеляжа, соединенные с лонжеронами крыла, выполнены силовыми и соединены с поясами лонжеронов непрерывными или многоточечными швами; все промежуточные шпангоуты выполнены рядовыми. Техническим результатом изобретения является снижение массы конструкции, повышение жесткости соединения. 3 ил.
Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкции соединения среднерасположенного по высоте кессонного или моноблочного крыла с фюзеляжем.
Соединение крыла и фюзеляжа является одной из самых нагруженных зон конструкции планера, в которой происходит передача больших по величине усилий с крыла на силовые элементы фюзеляжа.
Известна конструкция соединения крыла и фюзеляжа, в которой кессон крыла ограничен бортом фюзеляжа, силовые шпангоуты фюзеляжа соединены с лонжеронами крыла, а панели обшивки фюзеляжа - с панелями кессона крыла (Michael C.Y. Niu. Airframe Structural Design. Hong Kong: Conmilit Press LTD, 1988, fig.11.5.1 (c); Итоги науки и техники. Авиастроение. Т.2, ч. П.М.: ВИНИТИ. 1976 г., рис.132).
Недостатками известной конструкции являются:
- наличие поперечного стыка крыла с фюзеляжем в сильно нагруженной зоне около борта фюзеляжа, что приводит к снижению ресурса и увеличению массы конструкции;
- передача нагрузок с крыла на фюзеляж эффективна лишь для самолетов интегральной схемы. При достаточно большом по сравнению со строительной высотой крыла вертикальном размере сечения фюзеляжа боковые панели фюзеляжа и панели крыла расположены под углом, близким к прямому. Их взаимодействие при передаче нормальных сил, действующих в панелях крыла, неэффективно;
- в сильно нагруженных панелях фюзеляжа сложно выполнить вырезы для размещения основных опор шасси либо вспомогательной силовой установки, либо элементов других систем.
Известна конструкция соединения крыла и фюзеляжа, в которой кессон каждого полукрыла, пересекая боковые панели обшивки фюзеляжа, продолжен внутрь фюзеляжа на расстояние, ограниченное размером функционального отсека фюзеляжа, все шпангоуты фюзеляжа, расположенные на участке кессона крыла, выполнены силовыми, строительные высоты их боковин также ограничены размером функционального отсека фюзеляжа, а верхние и нижние панели обшивки кессона каждого полукрыла соединены внутри фюзеляжа со стенками боковин силовых шпангоутов непрерывными или многоточечными швами (Патент 2154003 (РФ). Соединение крыла и фюзеляжа /Самарский госуд. аэрокосмический ун-т им. С.П.Королева; Козлов Д.М., Майнсков В.Н.).
Недостатками известной конструкции являются:
- сравнительно длинный путь передачи усилий с панелей крыла на уравновешивание в верхнем и нижнем сводах силовых шпангоутов фюзеляжа;
- большое число силовых шпангоутов и интенсивное нагружение их боковин по всей высоте;
- в связи с этим наличие резервов для снижения массы конструкции стыка крыла и фюзеляжа;
- теоретически меньшая по сравнению с известными конструкциями жесткость крыла, сочлененного с фюзеляжем;
- вследствие большого числа силовых шпангоутов сложно выполнить вырезы для размещения основных опор шасси либо вспомогательной силовой установки, либо элементов других систем.
Известна конструкция, выбранная в качестве прототипа, в которой кессонная часть крыла не прерывается внутри фюзеляжа (Michael С.Y. Niu. Airframe Structural Design. Hong Kong: Conmilit Press LTD, 1988, p.406, fig.11.5.1 (d)). Соединение крыла с фюзеляжем осуществляется путем крепления каждого лонжерона крыла к соответствующему силовому шпангоуту фюзеляжа.
Недостатками известной конструкции являются:
- резкое ухудшение компоновочных характеристик фюзеляжа, практически исключающее использование схемы среднеплан для пассажирских и транспортных самолетов (Авиация. Энциклопедия. М.: Большая российская энциклопедия. 1994 г., с.357);
- высокая интенсивность усилий в зоне соединения;
- снижение ресурса конструкции в зоне соединения;
- наличие слабонагруженных стенок лонжеронов на участке между бортами фюзеляжа;
- повышенная масса конструкции.
Поставлена задача разработать такое соединение кессонного или моноблочного крыла и фюзеляжа в схеме среднеплан, которое обеспечит повышение эффективности самолета за счет улучшения компоновочных характеристик, устранения слабонагруженных стенок лонжеронов и уменьшения усилий в панелях кессона на участке между бортами фюзеляжа путем увеличения расстояния между панелями, снижения за счет этого массы и повышения жесткости конструкции.
Поставленная задача решается за счет того, что в соединении крыла и фюзеляжа, осуществляемом креплением кессона крыла к силовым шпангоутам фюзеляжа, согласно изобретению пояса лонжеронов и силовые панели кессонов каждого полукрыла, пересекая с переломом по борту в вертикальной плоскости боковые панели обшивки фюзеляжа, продолжены внутри фюзеляжа и замкнуты по верхней и нижней границам функционального отсека фюзеляжа, не нарушая поперечное сечение отсека. Шпангоуты фюзеляжа, соединенные с лонжеронами крыла, выполнены силовыми; боковины силовых шпангоутов ограничены шириной функционального отсека фюзеляжа и соединены с верхней и нижней панелями обшивки кессона каждого полукрыла непрерывными или многоточечными швами. Все промежуточные шпангоуты, расположенные на участке кессона крыла, выполнены рядовыми.
Соединение осуществляет передачу больших нормальных сил с правого и левого полукрыльев на самоуравновешивание меньшими по сравнению с прототипом усилиями: с поясов лонжеронов - через силовые шпангоуты фюзеляжа, а с панелей кессонов - по верхней и нижней границам функционального отсека фюзеляжа, обеспечивая меньшую массу и большую жесткость конструкции. Функциональный отсек фюзеляжа остается свободным от элементов конструкции крыла. Кроме того, участки обшивки и промежуточных шпангоутов фюзеляжа под и над наклонными панелями кессонов правого и левого полукрыльев оказываются сравнительно слабонагруженными усилиями от крыла и позволяют использовать эти зоны фюзеляжа для размещения основных опор шасси, вспомогательной силовой установки или элементов других систем.
Таким образом, заявляемый способ соединения крыла и фюзеляжа соответствует критерию изобретения "новизна".
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими защищенными патентами техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлено поперечное сечение центральной части планера самолета,
на фиг.2 представлено сечение А-А,
на фиг.3 представлено сечение Б-Б.
Пояса лонжеронов и панели кессона 1 каждого полукрыла продолжены внутрь фюзеляжа с переломом по его борту в вертикальной плоскости. На участках боковин фюзеляжа, ограниченных шириной функционального отсека 2, пояса лонжеронов и панели выведены на верхнюю и нижнюю границы отсека. Шпангоуты 3 фюзеляжа, соединенные с лонжеронами крыла 4, выполнены силовыми. Промежуточные шпангоуты 5, расположенные на участке кессона 1, выполнены рядовыми. Кессон 1 каждого полукрыла имеет бортовую нервюру 6 и заканчивается на границе функционального отсека продольной стенкой 7 фюзеляжа. Соединение поясов лонжеронов со стенками шпангоутов 3 осуществлено непрерывными или многоточечными швами. На фиг.1-3 основные силовые элементы соединения показаны жирными линиями.
Заявляемое для признания изобретением соединение крыла с фюзеляжем обеспечивает новый технический эффект, заключающийся:
- в лучшем использовании внутреннего объема фюзеляжа в схеме среднеплан за счет удаления центральной части кессона центроплана из объема, занимаемого функциональным отсеком фюзеляжа, и уменьшения числа силовых шпангоутов в зоне соединения;
- в расширении возможностей для выбора рационального размещения крыла по высоте фюзеляжа;
- в снижении массы конструкции за счет уменьшения усилий, действующих в поясах лонжеронов и панелях кессона на участке между бортами фюзеляжа, вследствие более полного использования его строительной высоты, а также исключения слабонагруженных стенок лонжеронов на участке, занятом функциональным отсеком;
- в повышении жесткости соединения за счет увеличения расстояния между верхними и нижними панелями кессона в зоне соединения.
Наибольший эффект от использования заявляемого решения может быть достигнут для летательных аппаратов, у которых ширина поперечного сечения фюзеляжа больше его высоты, например, для летательных аппаратов с аэродинамически несущими фюзеляжами.
Соединение крыла и фюзеляжа, осуществляемое креплением кессона крыла к силовым шпангоутам фюзеляжа, отличающееся тем, что пояса лонжеронов и панели кессонов каждого полукрыла, пересекая с переломом по борту в вертикальной плоскости боковые панели обшивки фюзеляжа, продолжены внутри фюзеляжа и на участках его боковин, ограниченных шириной функционального отсека фюзеляжа, выведены на верхнюю и нижнюю границы функционального отсека и замкнуты по ним, причем шпангоуты фюзеляжа, соединенные с лонжеронами крыла, выполнены силовыми и соединены с поясами лонжеронов непрерывными или многоточечными швами, а промежуточные шпангоуты, расположенные на участке кессона крыла, выполнены рядовыми.
