Фюзеляж

Изобретение имеет отношение к фюзеляжу летательного аппарата. Фюзеляж содержит внешнюю обшивку, которая представляет собой гибридный материал, содержащий композиционный материал и металлический материал. Композиционный материал выполнен из углеродных волокон и/или стекловолокон, и/или керамических волокон, или из углеродных волокон, покрытых материалом с нитридной или углеродной связью, и/или металлического или керамического материала, в который встроены углеродные волокна, и представляет собой огнеупорный материал. Металлический материал состоит из алюминия или титана, или сплава алюминия и титана. Композиционный материал и металлический материал покрыты слоем смолы или погружены в смолу для получения гибридного материала. Внешняя обшивка имеет сандвич-структуру, в которой композиционный материал и металлический материал адгезивно связаны. Достигается повышение пожаробезопасности. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию фюзеляжа, в частности фюзеляжа для гражданского летательного аппарата.

Уровень техники

Ранее с успехом использовали алюминий в конструкции летательного аппарата. Не вдаваясь в детали этого вопроса, можно сказать, любой эксперт и даже любитель (не профессионал), который интересуется конструкцией летательного аппарата, знает, что традиционное конструктивное решение фюзеляжа предусматривает использование внешней обшивки фюзеляжа, изготовленной исключительно из алюминия или сплавов алюминия. Уже известны различные примеры такого решения.

К сожалению, не исключен риск авиакатастроф, при которых возникает пожар, вызванный керосином, вытекающим из летательного аппарата, совершившего аварийную посадку. Поэтому необходимо, чтобы летательный аппарат имел повышенную противопожарную защиту.

В случае пожара, возникающего при аварийной посадке с убранным шасси летательного аппарата, (воспламенившийся) горящий керосин, вытекающий из летательного аппарата, может вызвать прожог как алюминиевой конструкции летательного аппарата, так и внутренней изоляции.

В публикации "WO 00/75012 А1" раскрыто решение, при помощи которого может быть предотвращен любой прорыв огня в случае описанной аварийной ситуации. Это решение связано с созданием изоляции фюзеляжа летательного аппарата, называемой "огнестойкой". В указанной публикации раскрыт изоляционный комплект, лежащий внутри пространства между внутренней плакировкой фюзеляжа и внешней обшивкой фюзеляжа и используемый в качестве первичной изоляции. Области этого изоляционного комплекта защищены пленкой, изготовленной из огнестойкого материала ("блокирующего огонь материала"), причем область этой огнестойкой пленки непосредственно обращена к внешней обшивке фюзеляжа летательного аппарата (аналогично экрану противопожарной защиты). В дополнение к тому факту, что это предложение может обеспечивать только недостаточную защиту изоляционного комплекта и внутренней области фюзеляжа от огня, следует иметь в виду, что в случае катастрофического возгорания пламя будет проходить из пространства снаружи от летательного аппарата через поврежденную внешнюю обшивку и вскоре подходить к внутренней изоляции, то есть проходить не только через огнестойкую, но и через неогнестойкую пленку, принимая во внимание продолжительное воздействие огня, так что предложенная зональная конструкция с использованием только одной огнестойкой пленки не позволяет обеспечивать достаточный уровень пожаробезопасности для области внутри фюзеляжа. В публикации также предлагаются соответствующие элементы крепления для изоляции фюзеляжа, которые чаще всего изготовлены из пластика, например, из полиамида.

В публикации не упоминаются дополнительные меры, необходимые для профилактической противопожарной защиты, которые связаны с общим техническим решением фюзеляжа летательного аппарата и касаются пожаробезопасности, и дополнительно нацелены на внешнюю обшивку фюзеляжа.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается фюзеляж летательного аппарата, который содержит внешнюю обшивку. Внешняя обшивка изготовлена из полуобработанного материала. Полуобработанный материал представляет собой комбинацию неметаллического материала и металлического материала. Внешняя обшивка представляет собой гибридный материал, который формуют и соединяют при проведении последующей обработки.

В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, предлагается фюзеляж летательного аппарата, который содержит внешнюю обшивку, которая изготовлена из стойкого к прожогу полуобработанного материала, изготовленного из неметаллического материала или огнестойкого металлического материала, причем полуобработанный материал может быть отформован за счет дополнительной обработки.

Фюзеляж в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнен так, чтобы предотвращать распространение пламени, вызванного источником огня и действующего на фюзеляж с наружной стороны летательного аппарата. Концепция конструкции фюзеляжа принимает во внимание материалы или комбинации материалов, которые практически не позволяют нарушать защиту области салона летательного аппарата (при аварийной посадке) пламенем, распространяющимся с наружной стороны летательного аппарата, что, как полагают, существенно облегчает проведение эвакуации пассажиров из летательного аппарата. Более того, можно полагать, что пожаробезопасность наружной или внешней обшивки фюзеляжа летательного аппарата может быть повышена в такой степени, что будет обеспечена высокая стойкость к прожогу указанной обшивки.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан фюзеляж пассажирского летательного аппарата, где можно видеть элементы конструкции фюзеляжа и внутреннего оборудования в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 показана выбранная область внешней обшивки и других конструктивных элементов конструкции фюзеляжа в соответствии с настоящим изобретением.

Примеры осуществления изобретения

На фиг.1 показана часть поперечного сечения фюзеляжа пассажирского самолета, ограниченная секцией пассажирского салона 1 летательного аппарата. Эта конструкция знакома по конструкциям летательного аппарата, причем указанная конструкция позволяет наблюдателю понять, что горючая внутренняя плакировка 3 расположена очень близко (с учетом размеров фюзеляжа) к внешней обшивке 2, причем эта плакировка вместе с внешней обшивкой 33 образует пространство 19, в котором установлена изоляция фюзеляжа (на фиг.1 не показана). Если в этой конфигурации используют внешнюю обшивку 2, традиционно изготовленную из алюминия или сплава алюминия, то наблюдатель легко может сделать вывод о степени распространения катастрофического огня, описанного здесь во введении. Дополнительные детали и элементы внутреннего оборудования и конструкции фюзеляжа, показанные на фиг.1 и предусмотренные в пассажирском салоне 21 одного из примеров летательного аппарата, дополнительно здесь не рассматриваются, так как они не имеют отношения к задаче настоящего изобретения.

На фиг.2 показана секция внешней оболочки 2, которая прикреплена к стрингеру 8. Эта секция ограничена областью между двумя ребрами 6, 7, прикрепленными к стрингеру, которые установлены перпендикулярно к продольной оси фюзеляжа. Для полноты описания, следует упомянуть, что внешняя обшивка 2, стрингер (стрингеры) 8 и ребра 6, 7 представляют собой компоненты системы связей, обеспечивающей механическую прочность фюзеляжа, и участвуют в поглощении приложенных усилий, причем внешняя обшивка 2 состоит из различных материалов, а как правило, из алюминия или сплава алюминия, причем эти материалы являются стойкими к срезу (к воздействию поперечных сил). Внешняя обшивка 2 встроена в обеспечивающую механическую прочность систему связей в качестве несущего элемента, позволяющего поглощать и передавать усилия и изгибающие моменты, воздействующие на него.

Полагают, что предложенное решение отвечает концепции профилактической пожаробезопасности летательного аппарата, причем высокая стойкость к прожогу внешней оболочки 2 позволяет повысить техническую пожаробезопасность гражданского или военного летательного аппарата, а в первую очередь пассажирского самолета, так что можно полагать, что распространение огня, описанное во введении, не может привести к катастрофе, например, после того как летательный аппарат успешно произвел аварийную посадку.

Предложенное решение основано А) на использовании материала для внешней обшивки 2, который снабжен огнестойким (в виде пластин) полуобработанным материалом, содержащим неметаллический материал или огнестойкий металлический материал, причем полуобработанный материал может быть отформован за счет дополнительной обработки, чтобы соответствовать изогнутому контуру обшивки 2 фюзеляжа.

С другой стороны, предлагается В) внешняя обшивка 2, изготовленная из полуобработанного материала, который представляет собой комбинацию неметаллического материала и металлического материала. Полученная внешняя обшивка изготовлена из такой комбинации материалов, которая представляет собой гибридный материал, формовку и соединение деталей которого производят при помощи дополнительной обработки. Эта комбинация материалов состоит из неметаллического материала, содержащего углеродное волокно и стекловолокно (в структуре смешанных волокон) или только углеродное волокно или стекловолокно и/или керамическое волокно, и металлического материала, причем металлический материал представляет собой алюминий или титан, или же сплав алюминия или титана.

Желательная конструкция покрыта слоем смолы или погружена в смолу. Полученная внешняя обшивка с этой комбинацией материалов имеет сандвич-структуру. Эта сандвич-структура адгезивно связана с композиционным материалом и упомянутым металлическим материалом в слоях (пленках), что обеспечивает высокую стойкость к прожогу внешней оболочки при длительном воздействии пламени от источника огня. Кроме того, сандвич-структура может быть выполнена с использованием GLARE материала, стойкость к прожогу которого является высокой.

При обращении к указанным операциям А) и В) будет объяснен процесс изготовления внешней обшивки 2 [или изготовления полуобработанного материала] с использованием неметаллического материала, содержащего материал, выбранный из группы, в которую входят материал из углеродного волокна, материал из стекловолокна, материал из керамического волокна и материал из силикатного волокна. Следует также иметь в виду, что комбинацию материалов, которая содержит различные неметаллические материалы, используют при изготовлении внешней обшивки (2) в соответствии с В). В этом случае используют неметаллический материал с пластиками, армированными стекловолокном или пластиковым волокном (GFK и/или CFK материал). Упомянутая комбинация материалов может содержать GFK или CFK материал и алюминий или титан, или их сплавы.

Упомянутый композиционный материал представляет собой огнеупорный композиционный материал, который имеет высокие термостойкость и прочность на растяжение. Предлагается изготавливать этот огнеупорный материал с использованием углеродных волокон, покрытых материалом с нитридной или карбидной связью, например, карбидом кремния, нитридом кремния или нитридом бора, и с использованием металлического или керамического материала, в который внедрены покрытые углеродные волокна.

Более того, огнестойкий, металлический материал, упомянутый при рассмотрении операции А), получают с использованием титана или титанового сплава.

Для дополнения концепции рассматриваемой здесь профилактической пожаробезопасности летательного аппарата, дополнительно предлагается С), чтобы внешняя поверхность (стойкой к прожогу) внешней обшивки 2, а именно, область обшивки, открытая для влияния атмосферных воздействий снаружи от летательного аппарата, была соединена с пластинчатой обшивкой 5, аналогично примеру, показанному на фиг.2. Эта обшивка 5 также может быть выполнена из стойкого к прожогу полуобработанного продукта, с использованием неметаллического материала или огнестойкого металлического материала. С другой стороны, пластинчатая обшивка 5 может быть также выполнена в соответствии с В), за счет применения упомянутой комбинации материалов полуобработанного продукта, с использованием неметаллического материала и металлического материала, при этом получают внешнюю обшивку из гибридного материала, причем пластинчатая обшивка может быть также повергнута формованию и соединению за счет дополнительной обработки. Пластинчатая обшивка 5 будет пожаробезопасной и также может быть подвергнута формованию в соответствии с внешним контуром наружной обшивки 2. Она может быть изготовлена с использованием материала GLARE. В противном случае, профилактическая пожаробезопасность также может быть обеспечена путем соединения внешней обшивки 2 с пластинчатой обшивкой 5, соответствующей ее внешнему контуру, причем, само собой разумеется, вся внешняя поверхность наружной обшивки 2 будет покрыта пластинчатой обшивкой 5. При этом условии, внешняя обшивка 2 может быть даже выполнена из материала, который содержит алюминий или сплав алюминия, точно соединенного со стойкой к прожогу, пластинчатой обшивкой.

Можно полагать, что фюзеляж летательного аппарата, выполненный стойким к прожогу, позволяет обеспечить наивысший уровень безопасности пассажирского самолета от огня, распространяющегося снаружи. Стойкий к прожогу фюзеляж летательного аппарата позволяет создать оптимальную защиту от проникновения пламени в салон, так как такой фюзеляж наиболее удален от установленных внутри салона сидений пассажиров и не позволяет пламени от источника проникать в салон. Если теперь фюзеляж летательного аппарата изготовить из стойких к прожогу материалов, например, с использованием структур с углеродным волокном, то отпадает необходимость в использовании стойких к прожогу элементов крепления для установки дополнительного "противопожарного заслона" (который здесь более подробно не обсуждается), который окружен изоляцией фюзеляжа, расположенной в пространстве 4, и полностью капсулирован стойкой к прожогу пленкой, изготовленной из огнестойкого пленочного материала. Наличие так называемого противопожарного заслона является минимальным требованием для конструкции фюзеляжа, причем этот заслон не должен увеличивать вес, так как он является дополнительным компонентом конструкции, примененным для обеспечения ее стойкости к прожогу, однако все же следует иметь в виду, что эта стойкость будет не такой высокой, как в случае предлагаемого в соответствии с настоящим изобретением фюзеляжа летательного аппарата.

Современный (продвинутый), имеющий высокую надежность, стойкий к прожогу летательный аппарат должен иметь внешнюю обшивку 2, в которой вместо наиболее часто применяемого толстого алюминиевого листа с толщиной ориентировочно от 1.5 до 3 мм, используют предложенные здесь стойкие к прожогу листы.

Стойкие к прожогу листы внешней обшивки могут быть выполнены, например, с использованием следующих материалов:

a) Материалы из углеродного волокна (CFK), содержащие арамид (арамид),

b) Материалы из стекловолокна (GFK),

c) Огнестойкие металлы, подобные титану,

d) Материалы из керамического волокна, и

e) Материалы из силикатного волокна.

Преимуществом этих материалов является то, что они имеют температуру плавления, существенно превышающую температуру плавления алюминия.

В результате, эти материалы обладают повышенной огнестойкостью.

Различные материалы могут быть объединены друг с другом для получения оптимальных свойств, касающихся обработки, прочности, веса и стойкости к прожогу. Особое внимание следует обратить на так называемые "композиционные материалы" или "сандвич-структуры". В этом случае различные материалы адгезивно соединяют или склеивают друг с другом. Огнестойкость конструкции может быть дополнительно повышена или оптимизирована за счет использования жаропрочных клеев

Стойкие к прожогу листы, изготовленные указанным образом, затем могут быть соединены заклепками с ребрами 6, 7 и стрингером 8, аналогично случаю использования листов обычной алюминиевой внешней обшивки летательного аппарата.

Армирующие (упрочняющие) элементы, называемые стрингерами 8 и ребрами 6, 7, которые несут ответственность за специальную конструктивную целостность фюзеляжа летательного аппарата, также могут быть изготовлены из обычных материалов (например, из алюминия), так как они расположены внутри по отношению к внешней обшивке 2 летательного аппарата и защищены при помощи стойкой к прожогу обшивки 5 от воздействия пламени от так называемого "пожара после катастрофы". Однако, даже с учетом этого, можно все же изготавливать все другие компоненты, такие как стрингеры 8, ребра 6, 7 и скобы, из этого же самого стойкого к прожогу материала.

Можно полагать, что за счет использования предложенного решения обеспечиваются существенные преимущества. По сравнению со всеми другими известными конструкциями противопожарного экрана для пассажирского самолета, использование стойкого к прожогу фюзеляжа летательного аппарата является особенно эффективным. Отсутствует необходимость в использовании каких-либо дополнительных компонентов, что повышает рентабельность и снижает вес конструкции. В этом случае, пассажир может быть лучше защищен от распространения пламени в салон, чем в случае других аналогичных решений. Так как в данном случае конструкция фюзеляжа летательного аппарата защищена от прожога, то компоненты, которые обычно крепят на конструкции летательного аппарата, например, внутренняя плакировка 3 и изоляция фюзеляжа, не могут упасть на пассажиров и нанести им повреждения или помешать их эвакуации.

1. Фюзеляж летательного аппарата, который в дополнение к конструктивным элементам, обеспечивающим механическую прочность фюзеляжа и поглощающим приложенные силы, содержит внешнюю обшивку, которая может быть отформована и соединена при проведении дополнительной обработки, причем внешняя обшивка представляет собой гибридный материал, содержащий композиционный материал и металлический материал, причем композиционный материал, выполненный из углеродных волокон, и/или стекловолокон, и/или керамических волокон, или из углеродных волокон, покрытых материалом с нитридной или углеродной связью, и/или металлического или керамического материала, в который встроены углеродные волокна, представляет собой огнеупорный материал, а металлический материал состоит из алюминия или титана, или сплава алюминия и титана, причем композиционный материал и металлический материал покрыты слоем смолы или погружены в смолу для получения гибридного материала, при этом внешняя обшивка имеет сандвич-структуру, в которой композиционный материал и металлический материал адгезивно связаны в слоях.

2. Фюзеляж летательного аппарата по п.1, в котором внешняя обшивка дополнительно включает в себя неметаллический материал, который содержит материал из углеродного волокна, или материал из стекловолокна, или материал из керамического волокна, или материал из силикатного волокна, или их комбинацию.

3. Фюзеляж летательного аппарата по п.2, в котором неметаллический материал представляет собой пластик, армированный стекловолокнами или пластиковыми волокнами.

4. Фюзеляж летательного аппарата по п.1, в котором огнестойкий, металлический материал представляет собой титан или сплав титана.

5. Фюзеляж летательного аппарата по п.1, в котором гибридный материал включает неметаллический материал в виде пластин, армированных стекловолокном или пластиковым волокном, и металлический материал, состоящий из алюминия или титана, или их сплавов.

6. Фюзеляж летательного аппарата по п.1, в котором сандвич-структура получены с использованием материала GLARE.

7. Фюзеляж летательного аппарата по п.1, в котором внешняя поверхность внешней обшивки, которая открыта к влиянию атмосферных воздействий снаружи от летательного аппарата, соединена с пластинчатой обшивкой, которая изготовлена из стойкого к прожогу гибридного материала с использованием неметаллического материала или огнестойкого металлического материала, или из гибридного материала с использованием неметаллического материала и металлического материала, причем полученная внешняя обшивка представляет собой гибридный материал, при этом пластинчатая обшивка может быть отформована и соединена при проведении дополнительной обработки.

8. Фюзеляж летательного аппарата по п.7, в котором пластинчатая обшивка, обладающая повышенной пожаробезопасностью, соединена с внешним контуром внешней обшивки.

9. Фюзеляж летательного аппарата по п.8, в котором пластинчатая обшивка выполнена из материала GLARE.

10. Фюзеляж летательного аппарата по одному из пп.7-9, в котором внешняя обшивка изготовлена с использованием материала, который содержит алюминий или сплав алюминия, соединенного со стойкой к прожогу пластинчатой обшивкой.
Приоритет по пунктам:

05.01.2004 по пп.1-10.