Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета и его гермошпангоут

Изобретение относится к самолетостроению, в частности к узлу стыка соединения герметичного и негерметичного отсеков друг с другом. Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета содержит обшивки стыкуемых отсеков, подкрепленные стрингерами, и гермошпангоут, расположенный в месте стыка отсеков фюзеляжа. Гермошпангоут содержит сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний и наружный пояса, стенку и ленту-дублер. Стенка гермошпангоута снабжена полкой, размещенной вокруг стенки гермошпангоута. Поверхность полки стенки гермошпангоута, обращенная к герметичному отсеку, выполнена в виде поверхности сферического пояса, концентричного поверхности сферической оболочки. На полку стенки оперта сферическая оболочка. Наружный пояс выполнен из полки и стенки. Лента-дублер выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом. Концы меридиально ориентированных силовых элементов соединены в единый пакет со сферической оболочкой, полкой стенки гермошпангоута и лентой-дублером. Узел стыка снабжен расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами и стыковой лентой. Достигается простота сборки, повышение эксплуатационной живучести и уменьшение массы. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Заявляемая группа изобретений относится к самолетостроению, а именно к авиационным конструкциям, и может быть использована в конструкции фюзеляжей самолетов, а также в силовых конструкциях других технических средств, в состав которых включены соединенные друг с другом герметичные и негерметичные отсеки, к узлам стыков и гермошпангоутам которых предъявляются требования по минимизации массы конструкции в сочетании с требованиями по эксплуатационной живучести и минимизации трудоемкости сборки и изготовления.

Конструктивно-силовые схемы летательных аппаратов, как правило, включают герметичные и негерметичные части, отделенные друг от друга гермошпангоутами. Конструкция пассажирского самолета, например, требует, чтобы в полете, как и на земле, давление в пассажирском салоне было как можно ближе к атмосферному давлению на уровне земли. Вместе с тем, в конструкции самолета имеются части, например хвостовой отсек пассажирского самолета, которые не требуют герметизации и давление в которых в полете равно давлению на высоте полета. Чтобы сохранять избыточное давление в пассажирском салоне, один из шпангоутов фюзеляжа обычно выполняют в виде гермошпангоута, который, во-первых, герметизирует пассажирский салон и, во-вторых, воспринимает нагрузку от разности давления в пассажирском салоне и давления на высоте полета. В силу большой площади гермошпангоута, сила, которую он воспринимает, достаточно велика, гермошпангоут при этом испытывает циклические нагрузки, число циклов которых соответствует числу полетов самолета. Вместе с тем фюзеляж летательного аппарата по условиям технологичности изготовления и простоты сборки разделен на отдельные отсеки, стыкуемые друг с другом на заключительных стадиях изготовления летательного аппарата. При этом при проектировании узла стыка гермеметичного и негерметичного отсеков и соответствующего гермошпангоута решаются задачи по проектированию конструкции минимальной массы в сочетании с повышением эксплуатационной живучести конструкции.

Известен целый ряд конструктивных решений, в которых гермошпангоут помещен в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков. При этом при проектировании узла стыка герметичного и негерметичного отсеков фюзеляжа, совмещенного с гермошпангоутом пассажирского самолета, необходимо дополнительно учитывать следующее. Как правило, узел стыка герметичного и негерметичного отсеков расположен в сужающейся хвостовой части фюзеляжа пассажирского самолета, в которой, как правило, внешняя поверхность обшивок фюзеляжа в поперечном сечении (в сечении, перпендикулярном продольной оси фюзеляжа) имеет форму, отличную от формы окружности, и углы наклона обшивок фюзеляжа к продольной оси фюзеляжа существенно изменяются вдоль контура стыка обшивок с гермошпангоутом. В то же время оптимальное по массе днище гермошпангоута имеет форму сферы. Таким образом, узел стыка и его гермошпангоут должны обеспечивать восприятие нагрузок от сферической оболочки по контуру окружности и передавать ее по контуру, отличному от контура окружности, на оболочки отсеков, угол наклона которых плавно изменяется. Решение этой задачи требует разработки конструкции гермошпангоута и узла стыка отсеков со сложной пространственной конфигурацией. При этом возникает задача проектирования конструкции узла стыка отсеков фюзеляжа и гермошпангоута, обеспечивающего минимизацию трудоемкости изготовления гермошпангоута и простоты сборки герметичного и негерметичного отсеков в узле стыка отсеков в сочетании с небольшой массой конструкции и эксплуатационной живучестью.

Известно несколько конструктивных решений узлов стыка герметичного и негерметичного отсеков, которые используются в ракетно-космической технике для соединения герметичных топливных баков с сухими переходными отсеками (см., например, Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов, М., «Машиностроение», 1991 г., стр.349-351, рис.10.18-10.19, 10.22, 10.24). Отсутствие циклических нагружений узла стыка, одноразовый характер использования ракет-носителей, более высокий по сравнению с герметичными отсеками самолетов уровень давления в топливных баках ракет-носителей и более высокие требования по герметичности топливных баков определяют необходимость использования в узлах стыка сварных соединений и развитый по площади сечения стыковой шпангоут, допускающий возможность размещения стержней болтовых соединений в теле стыкового шпангоута. При этом в решениях узлов стыка отсеков и гермошпангоутов отсутствуют дополнительные элементы, повышающие эксплуатационную живучесть узлов стыка. Эти обстоятельства не дают возможности использования этих решений в узлах стыка отсеков фюзеляжа самолетов и их гермошпангоутов. Широкое использование сферических обечаек в качестве днищ топливных баков и цилиндрических обечаек в качестве боковых стенок отсеков, их симметричное расположение относительно продольной оси ракет-носителей дают возможность проектирования гермошпангоутов и узлов стыка отсека в виде осесимметричных форм, что позволяет снизить трудоемкость изготовления гермошпангоутов и упростить сборку узла стыка отсеков.

Известно решение узла стыка отсеков балочно-стрингерного фюзеляжа (см. М.Н.Шульженко, Конструкция самолетов, М., «Машиностроение», 1971, стр.193, 194, рис.4.10) фланцевого типа. Этот узел стыка содержит обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами. В этом решении каждый из отсеков снабжен шпангоутом уголкового профиля, расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами и стыковой лентой. Шпангоут герметичного отсека снабжен сферической оболочкой (сферическим днищем герметической кабины), периферийный пояс которой отогнут от сферической поверхности и выполнен плоским. Стенки шпангоутов отсеков и периферийный пояс сферической оболочки болтовыми соединениями стянуты в единый пакет, за счет чего осуществлен стык отсеков и крепление сферической оболочки к стенке шпангоута герметичного отсека. Стыковая лента проложена между внутренней поверхностью обшивок и полками шпангоутов отсеков. Фитинги, размещенные в герметичном и негерметичном отсеках фюзеляжа, соединены со стрингерами и стенками шпангоутов отсеков и через полки шпангоутов со стыковой лентой и обшивками отсеков. Соединение в один пакет фитингов с полками шпангоутов, стыковой лентой и обшивками отсеков осуществлено с использованием заклепочных соединений. Соединение фитингов со стенками шпангоутов осуществлено с использованием указанных выше болтовых соединений, при этом стержни болтовых соединений в местах расположения фитингов пропущены через фитинги, стенки шпангоутов отсеков и периферийный пояс сферической оболочки. Кроме того, сферическая оболочка снабжена профилями жесткости - меридиально ориентированными силовыми элементами. В этом решении первые концы меридиально ориентированных силовых элементов, выходящих к торцу сферической оболочки, соединены с фитингами, размещенными в герметичном отсеке.

Это решение характеризуется значительной массой узла стыка, что определяется наличием в нем двух шпангоутов, размещенных в негерметичном и герметичном отсеках, необходимостью выполнения части фитингов герметичного отсека с косынками для соединения их с меридиально ориентированными силовыми элементами. Кроме того, решение характеризуется повышенной трудоемкостью сборочных работ, так как требует строгой соосности профилей стрингеров стыкуемых отсеков с фитингами, а снабженных косынками фитингов с меридиально ориентированными силовыми элементами сферической оболочки. Использование этого технического решения в узле стыка отсеков, в которых контур соединения гермошпангоута с оболочками отсеков отличен от окружности и угол наклона обшивок к продольной оси изменяется вдоль указанного контура стыка, сопряжено со значительной трудоемкостью изготовления и сборки узла стыка отсеков.

Известно техническое решение узла стыка отсеков фюзеляжа самолета (см. фиг.2, приведенную в заявке США 20100243806), которое включает обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, и гермошпангоут, расположенный в месте стыка отсеков фюзеляжа. Профиль гермошпангоута этого технического решения выполнен в форме, близкой к форме профиля двутавра, полки которого образуют наружный и внутренний пояса гермошпангоута, а стенка профиля является и стенкой шпангоута. Наружный пояс гермошпангоута через стыковую ленту соединен с обшивками стыкуемых отсеков. Часть внутреннего пояса, гермошпангоута, обращенная в сторону негерметичного отсека, отогнута на некоторый угол от части внутреннего пояса, обращенной в сторону герметичного отсека, величина которого достаточна для обеспечения возможности соединения ее со сферической оболочкой гермошпангоута. Кроме того, узел стыка в соответствии с этим решением снабжен расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами, концы которых помещены между поясами гермошпангоута. Фитинги соединены со стрингерами стыкуемых отсеков и со стенкой гермошпангоута. Кроме того, фитинги, размещенные в герметичном отсеке, соединены со внутренним поясом гермошпангоута.

Как предыдущий аналог, рассмотренное решение узла стыка не оптимально по массе. Из-за того, что центр масс сечения гермошпангоута расположен вблизи середины высоты стенки гермошпангоута, погонный момент силы, приходящий на гермошпангоут со сферической оболочки, не уравновешен моментом от погонной силы, приходящей на гермошпангоут от обшивки. В результате возникает дополнительное усилие, которое увеличивает массу узла стыка и снижает его ресурс. Как и предыдущий аналог, решение характеризуется большой трудоемкостью изготовления и сложностью сборки узла стыка отсеков.

Техническое решение гермошпангоута (см. фиг.2, приведенную в заявке США 20100243806) выполнено с профилем, близким по форме к профилю двутавра, полки которого образуют наружный и внутренний пояса гермошпангоута, а стенка профиля является и стенкой гермошпангоута. Часть внутреннего пояса гермошпангоута, обращенная в сторону негерметичного отсека, отогнута на некоторый угол от части внутреннего пояса, обращенной в сторону герметичного отсека, величина которого достаточна для обеспечения возможности соединения ее со сферической оболочкой гермошпангоута. Сферическая оболочка гермошпангоута оперта на указанную часть внутреннего пояса гермошпангоута со стороны герметичного отсека. Это техническое решение характеризуется значительной массой. В случае выполнения наружного пояса шпангоута в поперечном сечении с формой, отличной от формы окружности, и переменным углом наклона к продольной оси значительна трудоемкость изготовления гермошпангоута. Кроме того, рассматриваемая конфигурация профиля гермошпангоута не предусматривает дублирующего элемента в зоне перехода сферической оболочки к обшивке фюзеляжа, что снижает эксплуатационную живучесть гермошпангоута.

Ближайшим аналогом заявляемого узла стыка отсеков фюзеляжа является техническое решение, приведенное в заявке США US 20100243806 (НКИ США 244/119, МКИ B64C 1/10, опубл. 30.09.2010, фиг.3). В соответствии с этим решением узел стыка отсеков фюзеляжа самолета содержит обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, гермошпангоут, расположенный в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков, фитинги, расположенные по разные стороны гермошпангоута, и стыковую ленту. Гермошпангоут содержит сферическую оболочку, внутренний и наружный пояса и стенку, соединяющую пояса гермошпангоута. Кроме того, в этом решении гермошпангоут снабжен дополнительным наружным поясом, выполненным в виде кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внутренней полки дополнительного наружного пояса со сферической оболочкой и размещения внешней полки дополнительного наружного пояса между наружным поясом гермошпангоута и внутренней поверхностью обшивок стыкуемых отсеков.

В соответствии с этим решением узла стыка фитинги, размещенные в герметичном и негерметичном отсеках, соединены с обшивками и стрингерами стыкуемых отсеков, стыковая лента проложена между внутренней поверхностью обшивок отсеков и внешней полкой дополнительного пояса гермошпангоута и фитингами. Кроме этого, гермошпангоут в рассматриваемом решении снабжен ребрами жесткости, выполненными в форме косынок. Один из торцов каждого из ребер жесткости соединен со стенкой гермошпангоута, а другой торец каждого из ребер жесткости заклепочным соединением соединен в единый пакет с внешней полкой дополнительного наружного пояса гермошпангоута, стыковой лентой и обшивкой герметичного отсека.

В этом техническом решении узла стыка отсеков гермошпангоут включает два конструктивных элемента: соединенные стенкой наружный и внутренний пояса и дополнительный наружный пояс, соединенный со сферической оболочкой. Выполнение дополнительного наружного пояса с простым в поперечном сечении профилем позволяет несколько снизить трудоемкость изготовления гермошпангоута и сборки узла стыка отсеков, обеспечивающего восприятие нагрузки от сферической оболочки по контуру окружности и передачу нагрузки по контуру, отличному от окружности, на обшивки отсеков, расположенных под разными углами к продольной оси самолета. Однако рассмотренное решение узла стыка отсеков фюзеляжа не обладает достаточным ресурсом: циклическое нагружение дополнительного пояса гермошпангоута погонным усилием от сферической оболочки приводит к образованию наклепа в зоне перегиба дополнительного пояса. Как следствие этого, в этой зоне появляется коррозия, что может привести к разгерметизации герметичного отсека. В конструкции отсутствует и дублирующий элемент в зоне перехода сферической оболочки к обшивке фюзеляжа, что не соответствует требованиям АП-25. Введение в конструкцию дополнительного пояса повышает и массу узла стыка отсеков.

Ближайшим аналогом заявляемого решения гермошпангоута является решение, известное из патента США 6378805 (НКИ США 244/119, МКИ B64C 1/10, дата публ. 09.05.2000 г.), которое включает сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, соединенные стенкой внутренний и наружный пояса, дополнительный наружный пояс и ленту-дублер. Дополнительный наружный пояс и лента-дублер в этом техническом решении выполнены в виде круговых колец с профилями в поперечном сечении, обеспечивающими возможность совмещения поверхностей дополнительного наружного пояса и ленты-дублера. Кроме того, профили дополнительного наружного пояса и ленты-дублера выполнены с перегибом, обеспечивающим возможность соединения их внутренних полок со сферической оболочкой гермошпангоута, а внешних полок с наружным поясом гермошпангоута. Сферическая оболочка гермошпангоута крепится заклепочным соединением к внутренним полкам дополнительного наружного пояса и ленты-дублера. С одной стороны внешние полки дополнительного наружного пояса и ленты-дублера примыкают к наружному поясу гермошпангоута, а другая сторона внешней полки дополнительного наружного пояса и ленты-дублера может быть использована для стыковки с обшивками фюзеляжа.

Первые концы меридиально ориентированных силовых элементов сферической оболочки этого технического решения размещены на некотором удалении от торца сферической оболочки. Периферийный пояс сферической оболочки, примыкающий к ее торцу и выполненный с увеличенной толщиной, соединен с дополнительным наружным поясом и лентой-дублером. Полярная часть сферической оболочки усилена дополнительным силовым элементом тарелкообразной формы. Торец дополнительного силового элемента помещен между сферической оболочкой и вторыми концами меридиально ориентированных силовых элементов и соединен с ними заклепочным соединением в единый пакет.

Выполнение гермошпангоута этого технического решения из двух конструктивных элементов: соединенных стенкой наружного и внутреннего поясов сложного профиля и дополнительного наружного пояса с простым в поперечном сечении профилем, соединенного со сферической оболочкой, несколько снижает трудоемкость изготовления гермошпангоута. Дополнительный наружный пояс с простым профилем обеспечивает восприятие нагрузки от сферической оболочки по контуру окружности и передает нагрузку по контуру, отличному от окружности, на обшивки отсеков, расположенных под разными углами к продольной оси самолета. Введение ленты-дублера увеличивает эксплуатационную живучесть гермошпангоута. Однако введение в конструкцию гермошпангоута дополнительного наружного пояса повышает и массу гермошпангоута. Кроме того, меридиально ориентированные силовые элементы, соединенные только со сферической оболочкой и не перестыкованные с дополнительным наружным поясом гермошпангоута и лентой-дублером, создают переходную зону с повышенным коэффициентом концентрации напряжений, что снижает ресурс гермошпангоута. Конструктивное решение полярной части сферической оболочки гермошпангоута, характеризующееся небольшой жесткостью, также не оптимально по массе.

Технической задачей, решаемой заявляемым решением узла стыка отсеков фюзеляжа самолета, является обеспечение удобства и простоты сборки узла стыка отсеков фюзеляжа, снабженного гермошпангоутом и размещенного в местах со сложной пространственной формой поверхности обшивок, в сочетании с небольшой массой и повышенной эксплуатационной живучестью узла стыка.

Технической задачей, решаемой заявляемым решением гермошпангоута, является разработка конструкции гермошпангоута, обеспечивающей уменьшение трудозатрат при его изготовлении в сочетании с небольшой массой и повышенной эксплуатационной живучестью.

Заявляемым решением узла стыка отсеков фюзеляжа самолета поставленная задача решается следующим образом.

В соответствии с заявляемым решением узел стыка отсеков фюзеляжа самолета содержит обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, и гермошпангоут. Гермошпангоут расположен в месте стыка отсеков фюзеляжа и содержит сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний и наружный пояса и стенку, при этом стенка гермошпангоута снабжена полкой, размещенной вокруг стенки гермошпангоута, на которую оперта сферическая оболочка. В соответствии с заявляемым решением наружный пояс выполнен из полки и стенки, причем стенка наружного пояса и стенка гермошпангоута соединены внахлест друг с другом. Кроме того, в заявляемом решении узел стыка снабжен расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами и стыковой лентой, а гермошпангоут снабжен лентой-дублером. Фитинги соединены с обшивками и стрингерами стыкуемых отсеков и, кроме того, фитинги, размещенные в герметичном отсеке, соединены со стенкой гермошпангоута, а фитинги, размещенные в негерметичном отсеке, соединены со стенкой наружного пояса. Стыковая лента проложена между внутренней поверхностью обшивок отсеков, полкой наружного пояса и фитингами. Лента-дублер выполнена в форме кругового кольца. В поперечном сечении профиль ленты-дублера выполнен с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внутренней полки ленты-дублера с полкой стенки гермошпангоута и размещения внешней полки ленты-дублера между стенкой наружного пояса и стенкой гермошпангоута.

Использование в соответствии с заявляемым решением в узле стыка отсеков гермошпангоута из соединенных друг с другом двух конструктивных элементов: первого, составленного из внутреннего пояса, стенки, полки стенки, сферической оболочки и ленты-дублера, и второго, содержащего наружный пояс, значительно упрощает процесс стыковки отсеков фюзеляжа самолета. Конструкция первого конструктивного элемента имеет сложный в поперечном сечении профиль. Вместе с этим такое решение гермошпангоута дает возможность выполнить первый конструктивный элемент из простых по форме поверхностей в виде цилиндрических, конических и сферических элементов, соосных поверхности сферической оболочки гермошпангоута, что минимизирует трудозатраты на изготовление и сборку этого конструктивного элемента, например за счет возможности сборки этого конструктивного элемента изолированно от наружного пояса гермошпангоута в простой по конструкции оснастке. Конструкция второго конструктивного элемента - наружного пояса гермошпангоута, выполненного из полки и стенки, имеет простой по геометрии профиль поперечного сечения, что значительно упрощает изготовление сложной пространственной конфигурации полки наружного пояса, отвечающей сложной пространственной конфигурации обшивок отсеков, внешние обводы которых имеют в поперечных сечениях формы, отличные от окружностей, а углы наклона обшивок к продольной оси фюзеляжа меняются по контуру стыка обшивок. Указанные особенности гермошпангоута заявляемого решения узла стыка не только упрощают процесс сборки гермошпангоута, но и упрощают процесс стыковки отсеков фюзеляжа в узле стыка в целом, например, за счет возможности первоначального соединения наружного пояса гермошпангоута с обшивками стыкуемых отсеков, последующего соединения наружного пояса со сборкой стенки гермошпангоута с внутренним поясом, сферической оболочкой и лентой-дублером и заключительных операций по стыковке конструктивных элементов узла стыка с фитингами.

Размещение в соответствии с заявляемым решением узла стыка отсеков фюзеляжа гермошпангоута, содержащего сферическую оболочку, внутренний и наружный пояса и стенку, в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков фюзеляжа, содержащих подкрепленные стрингерами обшивки, соединение сферической оболочки со стенкой гермошпангоута, соединение обшивок и стрингеров отсеков с гермошпангоутом с использованием фитингов позволяют совместить в одном шпангоуте функции собственно гермошпангоута, отделяющего отсек с избыточным давлением от хвостового отсека, и функции стыковочного шпангоута, являющегося силовым элементом, расположенным в месте стыка двух отсеков. Это уменьшает массу конструкции самолета при увеличении прочности узла стыка отсеков за счет исключения скачков давления. Вместе с тем, наличие в заявляемых вариантах стыковой ленты, проложенной между внутренней поверхностью обшивок отсеков, наружным поясом и фитингами, и ленты-дублера в форме кругового кольца с изогнутым профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внутренней полки ленты-дублера со сферической оболочкой, а внешней полки с наружным поясом гермошпангоута, позволяет повысить эксплуатационную живучесть конструкции за счет уменьшения опасности появления трещин в конструктивных элементах узла стыка. Кроме того, наличие стыковой ленты и ленты дублера позволяет дополнительно снизить массу конструкции самолета за счет того, что стыковая лента и лента-дублер воспринимают и позволяют передать как нормальную силу от изгибающего момента, так и крутящий момент на обшивки отсеков.

Кроме того, соединение фитингов, стенки наружного пояса, стенки гермошпангоута и ленты-дублера в единый пакет в соответствии с заявляемым решением узла стыка отсеков фюзеляжа может быть выполнено с использованием болтового соединения, что дополнительно снижает массу конструкции.

Кроме того, количество и место расположения меридиально ориентированных силовых элементов сферической оболочки могут быть выбраны соответствующими количеству и месту расположения стрингеров стыкуемых отсеков, что не только дополнительно снижает массу конструкции, но и дополнительно повышает эксплуатационную живучесть узла стыка отсеков фюзеляжа.

В качестве гермошпангоута в заявляемом узле стыка отсеков фюзеляжа самолета наиболее целесообразно использовать техническое решение гермошпангоута, рассматриваемое ниже, хотя в узле стыка отсеков могут быть использованы и гермошпангоуты иного конструктивного выполнения.

Поставленная задача заявляемым решением гермошпангоута решается следующим образом.

В соответствии с заявляемым решением гермошпангоут содержит сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний и наружный пояса, стенку и ленту-дублер. Вокруг стенки гермошпангоута размещена полка. В соответствии с заявляемым решением поверхность полки стенки гермошпангоута, обращенная к герметичному отсеку, выполнена в виде поверхности сферического пояса, концентричного поверхности сферической оболочки. Сферическая оболочка оперта на полку стенки гермошпангоута. Наружный пояс выполнен из полки и стенки, причем стенка наружного пояса и стенка гермошпангоута соединены внахлест друг с другом. Лента-дублер выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внутренней полки ленты-дублера с полкой стенки гермошпангоута и размещения внешней полки ленты-дублера между стенкой наружного пояса и стенкой гермошпангоута. Кроме того, в заявляемом решении гермошпангоута первые концы упомянутых меридиально ориентированных силовых элементов соединены в единый пакет со сферической оболочкой, полкой стенки гермошпангоута и лентой-дублером.

Как указывалось выше, выполнение гермошпангоута из соединенных друг с другом двух конструктивных элементов: первого, составленного из внутреннего пояса, стенки гермошпангоута, полки стенки гермошпангоута, сферической оболочки и ленты-дублера, и второго, содержащего наружный пояс, минимизирует как трудозатраты на изготовление и сборку первого конструктивного элемента за счет возможности сборки этого конструктивного элемента изолированно от наружного пояса гермошпангоута в простой по конструкции оснастке, так и упрощает изготовление сложной пространственной конфигурации внешней поверхности полки наружного пояса, отвечающей сложной пространственной конфигурации обшивки фюзеляжа.

Заявляемое решение гермошпангоута характеризуется и высокими массовыми характеристиками в сочетании с высокой эксплуатационной живучестью гермошпангоута. Снижение массы гермошпангоута достигается за счет того, что заявляемые конструктивные признаки гермошпангоута дают возможность спроектировать профиль гермошпангоута, обеспечивающий уравновешивание моментов относительно центра масс профиля от усилий, приходящих на гермошпангоут от сферической оболочки, и от сил, воздействущих на наружный пояс, стенку гермошпангоута и стенку наружного пояса. Снижению массы гермошпангоута и повышению его эксплуатационной живучести способствует и выполнение поверхности полки стенки гермошпангоута, обращенной к герметичному отсеку, в виде поверхности сферического пояса, концентричного поверхности сферической оболочки, а также соединение в единый пакет первых концов упомянутых меридиально ориентированных силовых элементов со сферической оболочкой, полкой стенки гермошпангоута и лентой-дублером.

Кроме того, сферическая оболочка может быть снабжена круговым проемом в полярной области, закрытом крышкой. Крышка может быть выполнена из основания и перекрытия, последнее из которых может быть соединено со сферической оболочкой. Периферийные части основания и перекрытия крышки целесообразно разместить с зазором друг относительно друга. Вторые концы, по крайней мере, части упомянутых меридиально ориентированных силовых элементов целесообразно завести в указанный зазор и соединить с основанием и перекрытием крышки. Это усиливает жесткость полярной части сферической оболочки и снижает ее массу.

Наиболее целесообразно использовать заявляемое техническое решение гермошпангоута в составе заявляемого в этой заявке узла стыка отсеков фюзеляжа самолета. Однако гермошпангоут, выполненный в соответствии с заявляемым решением, может быть использован и вне узла стыка отсеков самолета, то есть расположен на удалении от стыка герметичного и негерметичного отсеков фюзеляжа самолета.

Техническим результатом от использования заявляемого узла стыка отсеков фюзеляжа и заявляемого гермошпангоута является возможность проектирования узла стыка отсеков фюзеляжа и гермошпангоута, которые размещаются в местах со сложной пространственной формой поверхности обшивок, отличающихся простотой сборки и уменьшенными трудозатратами при их изготовлении, в сочетании с небольшой массой и повышенной эксплуатационной живучестью.

Заявляемая группа изобретений поясняется следующими материалами:

фиг.1 - схема хвостовой части фюзеляжа самолета,

фиг.2 - узел соединения герметичного отсека с гермошпангоутом (фрагмент общего вида),

фиг.3 - общий вид гермошпангоута со стороны герметичного отсека (вид А с фиг.1),

фиг.4 - общий вид гермошпангоута со стороны негерметичного отсека (вид Б с фиг.1),

фиг.5 - продольное сечение узла стыка отсеков,

фиг.6 - сечение гермошпангоута по меридиально ориентированному силовому элементу (сечение В-В с фиг.3),

фиг.7 - общий вид крышки,

фиг.8 - сечение стыка кольцевого шпангоута со сферической оболочкой (сечение Г-Г с фиг.4),

фиг.9 - укрупненный вид узла соединения сферической оболочки, меридиально ориентированного силового элемента и крышки (вид II с фиг.8),

фиг.10 - вид на крышку сбоку.

Заявляемый узел стыка отсеков фюзеляжа содержит герметичный 1 и негерметичный 2 отсеки, соединенные гермошпангоутом 3 (см. фиг.1). Гермошпангоут установлен в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков. При этом герметичный 1 и негерметичный 2 отсеки самолета содержат обшивки 4 и 5 с продольными силовыми элементами - стрингерами 6 и 7 (см. фиг.2). В месте стыка герметичного и негерметичного отсеков углы наклона обшивок к продольной оси самолета могут меняться вдоль контура стыка отсеков. Например, как показано на фиг.1, угол α наклона обшивок в точке D может составлять 4-8 градуса. В диаметрально противоположной точке Е аналогичный угол β может составлять 20-30 градусов и при переходе по контуру стыка обшивок от точки D к точке Е угол наклона плавно изменяется.

Кроме того, узел стыка отсеков содержит фитинги 8 и 9, расположенные по разные стороны гермошпангоута, и стыковую ленту 10 (см. фиг.5).

Гермошпангоут 3 заявляемого узла стыка образован из наружного пояса 12, внутреннего пояса 13, стенки 14, сферической оболочки 15, ленты-дублера 11 и крышки 16. Сферическая оболочка подкреплена меридиально ориентированными силовыми элементами: основными меридиально ориентированными силовыми элементами 20 и дополнительными меридиально ориентированными силовыми элементами 21 (см. фиг.3).

В соответствии заявляемым решением узла стыка отсеков фюзеляжа (см. фиг.5) стенка 14 гермошпангоута снабжена полкой 17, размещенной вокруг стенки 14 гермошпангоута.

Сферическая оболочка 15 в соответствии с заявляемым решением узла стыка оперта на полку 17 стенки гермошпангоута. Соединение полки 17 стенки гермошпангоута со сферической оболочкой 15 может быть выполнено с использованием заклепочного соединения.

Наружный пояс 12 гермошпангоута в соответствии с заявляемым решением узла стыка отсеков фюзеляжа выполнен из полки 18 и стенки 19. Форма внешнего контура наружного пояса 12 гермошпангоута 3 выполнена близкой к форме обшивок 4, 5 отсеков в месте их стыка.

Фитинги 8, 9 в соответствии с заявляемым решением узла стыка соединены с обшивками 4, 5 и стрингерами 6, 7 стыкуемых отсеков. Соединение фитингов 8, 9 с обшивками и стрингерами отсеков может быть выполнено с использованием заклепочных соединений. Кроме того, фитинги 8, размещенные в герметичном отсеке 1, соединены со стенкой 14 гермошпангоута, а фитинги 9, размещенные в негерметичном отсеке 2, соединены со стенкой 19 наружного пояса.

В соответствии с заявляемым решением узла стыка стыковая лента 10 помещена между внутренней поверхностью обшивок 4, 5 отсеков, полкой 18 наружного пояса и фитингами 8, 9. Стыковая лента 10 проложена вокруг внешней стороны полки 19 наружного пояса гермошпангоута. Наружная часть стыковой ленты 10 сопряжена с обшивками отсеков. При этом стык обшивок 4, 5 отсеков целесообразно разместить вблизи середины профиля стыковой ленты 10, как показано на фиг.5. Стенку 19 наружного пояса 12 также целесообразно разместить вблизи середины стыковой ленты. Периферийные части внутренней поверхности стыковой ленты сопряжены с фитингами 8, 9 отсеков. Соединение стыковой ленты с указанными элементами в единый пакет может быть выполнено с использованием заклепочных соединений.

В соответствии с заявляемым решением узла стыка отсеков лента-дублер 11 гермошпангоута выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внутренней полки ленты-дублера с полкой 17 стенки 14 гермошпангоута и размещения внешней полки между стенкой 19 наружного пояса и стенкой 14 гермошпангоута. Как показано на фиг.5, внутренняя полка ленты-дублера, примыкающая к внутреннему торцу кругового кольца, отогнута на угол 25…35 градусов от наружной полки кругового кольца, примыкающей к наружному торцу кругового кольца. Это обеспечивает возможность размещения внешней полки профиля ленты-дублера между стенкой 14 гермошпангоута и стенкой 19 наружного пояса. Внутренняя полка ленты-дублера при этом может быть соединена с полкой 17 стенки 14 гермошпангоута. При этом, как показано на фиг.5, одна сторона полки 17 стенки гермошпангоута соединена со сферической оболочкой 15, а другая сторона полки соединена с лентой-дублером 11.

В соответствии с заявляемым решением узла стыка отсеков пакет, образованный фитингами 8 и 9, размещенными по разные стороны от гермошпангоута, стенкой 19 наружного пояса 12, стенкой 14 гермошпангоута и лентой-дублером 11, может быть скреплен посредством разъемного (болтового) соединения, стержень которого пропущен через отверстия в фитингах 8 и 9, в стенке 19 наружного пояса 12, в стенке 14 гермошпангоута и в ленте-дублере 11.

Наиболее целесообразно количество и место расположения меридиально ориентированных силовых элементов 20, 21 выбрать соответствующими количеству и месту расположения стрингеров 6, 7 стыкуемых отсеков, как показано на фиг.2.

Заявляемый гермошпангоут устроен следующим образом.

Гермошпангоут 3 содержит сферическую оболочку 15 с основными 20 и дополнительными 21 меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний 13 и наружный 12 пояса, стенку 14 и ленту-дублер 11.

Стенка 14 гермошпангоута снабжена полкой 17, размещенной вокруг стенки гермошпангоута. В продольном сечении (см. фиг.5) полка 17 расположена под острым углом к стенке 14 с образованием со стенкой в сечении V-образного профиля. Поверхность полки 17 гермошпангоута, обращенная к герметичному отсеку 1, выполнена в виде поверхности сферического пояса, концентричного поверхности сферической оболочки. Сферическая оболочка оперта на полку стенки гермошпангоута. Выполнение полки 17 стенки гермошпангоута в форме сферического пояса, концентричного сферической оболочке, обеспечивает наиболее оптимальные условия восприятия полкой стенки гермошпангоута усилий от сферической оболочки, находящейся под действием избыточного давления в герметичном отсеке фюзеляжа.

Наружный пояс 12 выполнен из полки и стенки, например, как показано на фиг.5, наружный пояс может быть выполнен в форме таврового профиля.

Внутренний пояс 13 гермошпангоута может быть выполнен в виде уголкового профиля, как показано на фиг.13, и соединен со стенкой 14 гермошпангоута заклепочным соединением.

Стенка 19 наружного пояса 12 и стенка 14 гермошпангоута соединены внахлест друг с другом.

В соответствии с заявляемым решением гермошпангоута лента-дублер 11 выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внутренней полки ленты-дублера с полкой 17 стенки гермошпангоута и размещения внешней полки ленты-дублера между стенкой наружного пояса 12 и стенкой 14 гермошпангоута.

Сферическая оболочка 15 гермошпангоута 3 в заявляемых вариантах может быть выполнена из отдельных секций с образованием кругового проема в полярной области, закрытого крышкой 16. Секции сферической оболочки соединены друг с другом по боковым сторонам.

Со стороны герметичного отсека (см. фиг.3) на сферической оболочке 15 гермошпангоута могут быть размещены меридиально ориентированные силовые элементы 20, 21: основные меридиально ориентированные силовые элементы 20 и дополнительные меридиально ориентированные силовые элементы 21. Меридиально ориентированные силовые элементы 20, 21 протянуты вдоль меридианов сферической оболочки 15. В соответствии с заявляемым решением гермошпангоута первые (периферийные) концы меридиально ориентированных силовых элементов 20, 21 целесообразно соединить в единый пакет со сферической оболочкой 15, внутренней полкой ленты-дублера 11 и полкой 17 стенки 14 гермошпангоута.

В соответствии заявляемым решением гермошпангоута стык боковых сторон секций оболочки 15 гермошпангоута целесообразно усилить основными меридиально ориентированными силовыми элементами 20, протянув их вдоль меридианов сферической оболочки 15 до крышки 16 (см. фиг.7). При этом крышку 16 наиболее целесообразно выполнить из фигурного основания 22 и перекрытия 23, соединенных друг с другом боковым силовым элементом 24. Сферическую оболочку 15 наиболее предпочтительно соединить с перекрытием 23 крышки. Между внешними краями основания 22 и перекрытия 23 крышки целесообразно поместить вторые концы, по крайней мере, части меридиально ориентированных силовых элементов - основных меридиально ориентированных силовых элементов 20, скрепив их с основанием 22 и перекрытием 23 крышки, как показано на фиг.10.

На стороне сферической оболочки 15, обращенной к негерметичному отсеку 2 фюзеляжа, целесообразно разместить кольцевые шпангоуты 25, как показано на фиг.4. При этом упомянутые дополнительные меридиально ориентированные силовые элементы 21 целесообразно протянуть вдоль меридианов оболочки до одного из кольцевых шпангоутов 25.

Заявляемое решение гермошпангоута может быть использовано в конструкциях самолетов, как в узлах стыков герметичного и негерметичного отсеков фюзеляжа, так и вне узлов стыка отсеков.

Сборка узла стыка отсеков фюзеляжа и гермошпангоута может быть осуществлена в следующей последовательности. Гермошпангоут 3 целесообразно собирать в специальной оснастке, в которую устанавливаются и фиксируются наружный пояс 19, стенка 14 и внутренний пояс 13 гермошпангоута, сектора сферической оболочки 15, кольцевые шпангоуты 25, меридиальные силовые элементы 20, 21, крышка 16, лента-дублер 11. Элементы гермошпангоута соединяются заклепочными соединениями. Далее собранный гермошпангоут в сборочной оснастке стыкуется сначала с герметичным отсеком 1, а затем с негерметичным отсеком 2. При этом гермошпангоут сначала соединяется заклепочными соединениями с обшивками отсеков и стыковой лентой. Соединение фитингов 8 с наружным поясом 19 и стенкой 14 целесообразно сначала выполнить с использованием временного крепежа. После соединения сборки герметичного отсека и гермошпангоута с негерметичным отсеком временный крепеж заменяется на окончательный.

В полете сферическая оболочка 15 воспринимает избыточное давление в герметичном отсеке фюзеляжа и нагружается растягивающим усилием. Силы, воспринимаемые силовыми элементами сферической оболочки, передаются через полку стенки гермошпангоута, стенку гермошпангоута, наружный пояс и фитинги на стрингеры 6, 7 и обшивки отсеков фюзеляжа. Обшивки отсеков нагружаются растягивающим усилием. При этом возникает сжимающее усилие, которое воспринимается стенкой и внутренним поясом 13 гермошпангоута.

1. Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета, содержащий обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, и гермошпангоут, расположенный в месте стыка отсеков фюзеляжа и содержащий сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний и наружный пояса и стенку, при этом стенка гермошпангоута снабжена полкой, размещенной вокруг стенки гермошпангоута, на которую оперта сферическая оболочка, наружный пояс выполнен из полки и стенки, причем стенка наружного пояса и стенка гермошпангоута соединены внахлест друг с другом, кроме того, узел стыка снабжен расположенными по разные стороны гермошпангоута фитингами и стыковой лентой, а гермошпангоут снабжен лентой-дублером, при этом фитинги соединены с обшивками и стрингерами стыкуемых отсеков и, кроме того, фитинги, размещенные в герметичном отсеке, соединены со стенкой гермошпангоута, а фитинги, размещенные в негерметичном отсеке, соединены со стенкой наружного пояса, стыковая лента проложена между внутренней поверхностью обшивок отсеков, полкой наружного пояса и фитингами, а лента-дублер выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внутренней полки ленты-дублера с полкой стенки гермошпангоута и размещения внешней полки ленты-дублера между стенкой наружного пояса и стенкой гермошпангоута.

2. Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета по п.1, отличающийся тем, что фитинги, стенка наружного пояса, стенка гермошпангоута и лента-дублер скреплены в единый пакет болтовым соединением.

3. Узел стыка отсеков фюзеляжа самолета по п.1, отличающийся тем, что количество и место расположения меридиально ориентированных силовых элементов выбраны соответствующими количеству и месту расположения стрингеров стыкуемых отсеков.

4. Гермошпангоут, содержащий сферическую оболочку с меридиально ориентированными силовыми элементами, внутренний и наружный пояса, стенку и ленту-дублер, при этом стенка гермошпангоута снабжена полкой, размещенной вокруг стенки гермошпангоута, причем поверхность полки стенки гермошпангоута, обращенная к герметичному отсеку, выполнена в виде поверхности сферического пояса, концентричного поверхности сферической оболочки, сферическая оболочка оперта на полку стенки гермошпангоута, наружный пояс выполнен из полки и стенки, стенка наружного пояса и стенка гермошпангоута соединены внахлест друг с другом, лента-дублер выполнена в форме кругового кольца с профилем, выполненным с перегибом, обеспечивающим возможность соединения внутренней полки ленты-дублера с полкой стенки гермошпангоута и размещения внешней полки ленты-дублера между стенкой наружного пояса и стенкой гермошпангоута, при этом первые концы упомянутых меридиально ориентированных силовых элементов соединены в единый пакет со сферической оболочкой, полкой стенки гермошпангоута и лентой-дублером.

5. Гермошпангоут по п.4, отличающийся тем, что сферическая оболочка снабжена круговым проемом в полярной области, закрытым крышкой, содержащей основание и перекрытие, соединенное со сферической оболочкой, периферийные части основания и перекрытия крышки размещены с зазором друг относительно друга, при этом вторые концы, по крайней мере, части меридиально ориентированных силовых элементов заведены в указанный зазор и соединены с основанием и перекрытием крышки.