Способ для оптимизации конструкций отверстий люков на летательном аппарате

Изобретение относится к оптимизации отверстий люков летательного аппарата (ЛА) и касается конструкции колец для изготовления воздухонепроницаемого уплотнения. Поверхность, которая находится в контакте с внутренней поверхностью обшивки, является оптимизированной поверхностью уплотнительных колец. При проектировании уплотнительных колец внутренних крышек люков, которые закрывают отверстия на внутренней поверхности обшивки конструкции ЛА, разделяют внешний и внутренний контур оптимизированной поверхности на точки и группируют в семейства. После чего генерируют кривые, которые наилучшим образом приспособлены к набору точек, взятых для внешнего и внутреннего контура каждого уплотнительного кольца для каждого одного из семейств и генерируют линейчатую поверхность по кривым, сгенерированным для каждого одного из семейств. Достигается снижение трудоемкости, повышение надежности, взаимозаменяемость. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к оптимизации отверстий люков летательного аппарата и, в частности, к оптимизации конструкции колец для изготовления воздухонепроницаемого уплотнения внутренних крышек люков, которые закрывают упомянутые отверстия люков на внутренней обшивке конструкции летательного аппарата.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Отверстия на обшивке летательного аппарата обычно определяются термином отверстия люков, тогда как крышки для этих отверстий называются крышками люков или дверцами для отверстий люков. Таким образом, отверстия люков и крышки люков в летательном аппарате являются обычным явлением и необходимы как для сборки, так и для последующих проверок и задач по техническому обслуживанию в течение жизни летательного аппарата.

В конкретном случае входных отверстий топливного бака на авиационных конструкциях, крыльев летательного аппарата и стабилизаторов этот доступ обычно осуществляется через отверстия люков, которые, кроме того, должны соответствовать нескольким требованиям:

- Размер отверстия люка должен быть в соответствии с требованиями доступности

- Дверца или крышка люка должна быть уплотнена так, чтобы предотвратить потерю топлива

- Они должны соответствовать требованиям по ударному воздействию

- Сборка и разборка дверец или крышек люка должны быть такими быстрыми и легкими, насколько это возможно

Дверцы или крышки люков должны быть взаимозаменяемыми.

Одно из известных решений для отверстий люков летательного аппарата использует отверстие, имеющее достаточные размеры, в котором установлены две отдельных крышки или дверцы люка, одна крышка люка расположена внутри топливного бака, а вторая крышка люка на внешней аэродинамической поверхности летательного аппарата, обе крышки люка привинчены таким образом, что они держат панель обшивки летательного аппарата между собой. Для поддержания внешней аэродинамической поверхности на внешней поверхности обшивки посредством механообработки выполнена полость, которая будет использоваться для установки внешней крышки люка. В то же время уплотнительное кольцо используется для уплотнения внутренней крышки люка к внутренней поверхности обшивки, после чего обе крышки люка привинчиваются вместе для того, чтобы закрыть отверстие люка.

Таким образом, существующая практика заключается в использовании некоторых уплотнительных колец для уплотнения крышек люков на обшивке конструкции летательного аппарата, которая окружает отверстие люка, о котором идет речь. В настоящий момент большинство авиационных конструкций выполнено из композитных материалов, которые должны поддерживать конкретные поведенческие характеристики в случае удара молнии. По этой причине упомянутые уплотнительные кольца не являются деталями конструкции и обычно выполнены из стекловолокна вследствие поведенческих требований, которые они должны иметь, чтобы быть полезными против ударов молнии.

Как было упомянуто, эти уплотнительные кольца должны быть способны уплотнять внутреннюю крышку люка с внутренней поверхностью обшивки. Поверхность уплотнительного кольца в контакте с внешней поверхностью обшивки конструкции летательного аппарата имеет форму двойной кривой, так что она сама прилегает к упомянутой поверхности. Противоположная поверхность уплотнительного кольца является плоской.

Таким образом, учитывая, что положения отверстий люков требуют отличной от внутренней поверхности обшивки формы, требуется, чтобы уплотнительное кольцо имело различную форму для каждого положения отверстий люков летательного аппарата, потому что форма внутренней поверхности каждого кольца меняется и сформована к форме внутренней поверхности обшивки. Следовательно, существует очень большое количество конструкций с различными формами для этих уплотнительных колец, что приводит к высоким производственным и инженерным затратам. Также могут возникнуть ошибки во время производства и сборки этих колец, принимая во внимание большое разнообразие деталей, с которыми необходимо справляться. Кроме того, нет возможности взаимной замены этих деталей, что дополнительно повышает затраты процесса.

Настоящее изобретение ориентировано на решение проблем, описанных выше.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, целью настоящего изобретения является оптимизация конструкции уплотнительных колец внутренних крышек люков, которые закрывают отверстия люков на внутренней обшивке конструкции летательного аппарата.

В соответствии с изобретением формируется оптимальное количество семейств уплотнительных колец, которые могут быть применены в различных положениях отверстий люков на конструкции летательного аппарата таким образом, что обеспечивается возможность существенного уменьшения количества различных деталей, которые необходимо произвести и с которыми необходимо справляться в данном летательном аппарате.

Таким образом, способ, разработанный настоящим изобретением, содержит следующие этапы, на которых:

a) Разделяют внешний контур каждого уплотнительного кольца, используемого в каждом одном из отверстий люков летательного аппарата, на n точек.

b) Разделяют внутренний контур каждого уплотнительного кольца, используемого в каждом одном из отверстий люков летательного аппарата, на n точек.

c) Измеряют расстояние между каждой одной из точек n внешнего контура этапа a) и внутренней поверхностью обшивки, которая окружает каждое отверстие люка.

d) Измеряют расстояние между каждой одной из точек n внутреннего контура этапа b) и внутренней поверхностью обшивки, которая окружает каждое отверстие люка.

e) Берут максимальное и минимальное значения измерений, сделанных на этапе c), для точек n каждого уплотнительного кольца каждого из отверстий люков летательного аппарата.

f) Берут максимальное и минимальное значения измерений, сделанных на этапе d), для точек n каждого уплотнительного кольца каждого из отверстий люков летательного аппарата.

g) Берут минимальное значение из всех максимальных значений этапов e) и f) точек n каждого уплотнительного кольца каждого отверстия люка.

h) Берут минимальное значение из всех минимальных значений этапов e) и f) точек n каждого уплотнительного кольца каждого отверстия люка.

i) Группируют в семейства различные уплотнительные кольца каждого отверстия люка, которые удовлетворяют заданным требованиям для минимальных значений, взятых на этапах g) и h).

j) Сравнивают значения расстояний, полученных на этапах c) и d), для каждой из точек n каждого одного из уплотнительных колец, которые принадлежат одному и тому же семейству, сгруппированному в соответствии с этапом i), таким образом, что сравниваются эквивалентные точки n₂ и n₃ для каждого семейства.

k) Берут минимальное измерение каждой точки n₂ этапа j), чтобы получить набор минимальных значений точек n₂ для каждого семейства для внешнего контура уплотнительного кольца на этапе c), а также для внутреннего контура уплотнительного кольца на этапе d).

l) Формируют кривые, которые наилучшим образом приспособлены к набору точек, взятых на этапе k), для внешнего контура уплотнительного кольца и для внутреннего контура упомянутого уплотнительного кольца для каждого из семейств, сформированных на этапе i).

m) Формируют линейчатую поверхность между кривыми, сформированными на этапе l), для каждого одного из семейств, сформированных на этапе i).

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут раскрыты в последующем подробном описании примерного, неограничивающего варианта осуществления его объекта в связи с прилагаемыми Фигурами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Фиг. 1 показывает схематический вид размещения типичного уплотнительного кольца в отверстии люка летательного аппарата.

Фиг. 2 показывает секционный схематический вид компонентов уплотнения типичного отверстия люка на летательном аппарате.

Фиг. 3 показывает секционный схематический вид размещения колец, используемых для изготовления уплотнения внутренних крышек люков, которые закрывают эти отверстия люков на внутренней обшивке конструкции летательного аппарата, конструкция которых оптимизирована в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 4 показывает точки n_i различных уплотнительных колец, которые принадлежат к одному и тому же семейству, в соответствии со способом оптимизации настоящего изобретения.

Фиг. 5 показывает таблицу с распределением по семействам уплотнительных колец отверстий люков в соответствии со способом оптимизации настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением, раскрыт способ для получения оптимизации конструкции уплотнительных колец 10 для внутренних крышек 11 люков, которые закрывают отверстия 12 люков на внутренней поверхности 13 обшивки 20 конструкции летательного аппарата. В частности, изобретение оптимизирует конструкцию поверхности уплотнительных колец 10, которые находятся в контакте с внутренней поверхностью 13 обшивки 20 конструкции летательного аппарата, которая является поверхностью, которая имеет двойную кривизну, тогда как противоположная поверхность упомянутых колец 10 является плоской и, следовательно, геометрически менее сложная.

Как можно увидеть на Фиг. 1 и 2, отверстия 12 люков летательного аппарата содержат отверстие 1, имеющее необходимые размеры, где помещены две крышки люков, внутренняя крышка 11 люка, расположенная во внутренней зоне конструкции летательного аппарата, и внешняя крышка 14 люка, расположенная на внешней аэродинамической поверхности летательного аппарата, при этом обе крышки 11 и 14 люков привинчены (см. Фиг. 2) таким образом, что панель обшивки 20 конструкции летательного аппарата сжата между двумя. Таким образом, уплотнительное кольцо 10 используется для уплотнения внутренней крышки 11 люка к внутренней поверхности 13 обшивки 20, после чего обе крышки 11 и 14 люка привинчиваются вместе для того, чтобы закрыть отверстие 12 люка.

Предпочтительно эти отверстия 12 люка предоставляют доступ к внутренней части зоны летательного аппарата, которая содержит топливо, в частности, они предоставляют доступ к топливному баку.

Предпочтительно изобретение применяется к конструкциям летательного аппарата, которые выполнены из композитного материала. Упомянутые уплотнительные кольца 10 не являются деталями конструкции и обычно выполнены из стекловолокна вследствие поведенческих требований, которые они должны иметь при эксплуатации, чтобы быть полезными против ударов молнии.

Ниже определен способ для оптимизации уплотнительных колец 10, раскрытый в настоящем изобретении, так что упомянутый способ содержит следующие этапы, на которых:

a) Разделяют внешний контур 2 поверхности в контакте с внутренней поверхностью 13 обшивки 20 каждого уплотнительного кольца 10, используемого на каждом одном из отверстий 12 люков летательного аппарата, на n точек (точки n₂ на Фиг. 4).

b) Разделяют внутренний контур 3 поверхности в контакте с внутренней поверхностью 13 обшивки 20 каждого уплотнительного кольца 10, используемого на каждом одном из отверстий 12 люков летательного аппарата, на n точек (точки n₃ на Фиг. 4).

c) Измеряют расстояние между каждой одной из точек n внешнего контура 2 этапа a) (точки n₂) и внутренней поверхностью 13 обшивки 20, которая окружает каждое одно из отверстий 12 люков.

d) Измеряют расстояние между каждой одной из точек n внутреннего контура 3 этапа b) (точки n₃) и внутренней поверхностью 13 обшивки 20, которая окружает каждое одно из отверстий 12 люков.

e) Берут максимальное и минимальное значения измерений, сделанных на этапе c), для точек n каждого уплотнительного кольца 10 каждого одного из отверстий 12 люков летательного аппарата (точки n₂).

f) Берут максимальное и минимальное значения измерений, сделанных на этапе d), для точек n каждого уплотнительного кольца 10 каждого одного из отверстий 12 люков летательного аппарата (точки n₃).

g) Берут минимальное значение из всех максимальных значений этапов e) и f) для точек n каждого уплотнительного кольца 10 каждого отверстия 12 люка.

h) Берут минимальное значение из всех минимальных значений этапов e) и f) n точек каждого уплотнительного кольца 10 каждого отверстия 12 люка.

i) Группируют в семейства F_i уплотнительные кольца 10 каждого отверстия 12 люка, которые удовлетворяют заданным требованиям для минимальных значений, взятых на этапах g) и h).

j) Сравнивают значения расстояний, полученных на этапах c) и d), для каждой одной из n точек каждого одного из уплотнительных колец 10, которые принадлежат одному и тому же семейству F_i в соответствии с этапом i), таким образом, что сравниваются эквивалентные точки n₂ и n₃ для каждого семейства F_i.

k) Берут минимальное измерение каждой точки n_i этапа j), чтобы получить набор минимальных значений для точек n_i каждого семейства F_i для внешнего контура 2 уплотнительного кольца 10 на этапе c), то есть точек n₂, а также для внутреннего контура 3 уплотнительного кольца 10 на этапе d), то есть точек n₃.

l) Формируют кривые, которые наилучшим образом приспособлены к набору точек, взятых на этапе k), для внешнего контура 2 уплотнительного кольца 10 (точки n₂) и для внутреннего контура 3 упомянутого уплотнительного кольца 10 (точки n₃) для каждого из семейств, сформированных на этапе i).

m) Формируют линейчатую поверхность между кривыми, созданными на этапе l) для каждого одного из семейств F_i, сформированных на этапе i).

На этапе i) требования, обычно используемые для формирования группировок по семействам F_i различных уплотнительных колец 10 каждого отверстия 12 люка, заключаются в том, что минимальные значения, полученные как на этапе g), так и на этапе h) для уплотнительных колец 10 того же семейства F_i, не должны отличаться друг от друга более, чем на заданное значение, которое представляет максимальное допустимое отклонение, разрешенное в конструкции, которое может быть заполнено уплотнительным материалом, удовлетворяющим требованиям безопасности.

На этапах a) и j) описанного способа должно быть принято во внимание, что точки n внешнего контура 2 поверхности в контакте с внутренней поверхностью 13 обшивки 20 каждого уплотнительного кольца 10 (точки n₂), а также точки n внутреннего контура 3 поверхности n в контакте с внутренней поверхностью 13 обшивки 20 каждого уплотнительного кольца 10 (точки n₃) должны быть сформированы упорядоченным способом, так что точка n_i внешнего контура 2 уплотнительного кольца 10 (точка n₂) была размещена в аналогичном положении на всех без исключения различных уплотнительных кольцах 10, которые используются. Подобным образом каждая точка n_i внутреннего контура 3 уплотнительного кольца 10 (точка n₃) должна быть размещена в аналогичном положении на всех без исключения различных уплотнительных кольцах 10, которые используются. Таким образом, если бы кольца 10 были сложены одно на другое, эти точки n_i (точки n₂ и n₃) были бы наложены друг на друга, как видно из приложенной Фиг. 4.

Как правило, количество n точек, используемых на этапах a) и b), составляет между 50 и 100, с тем чтобы получить ряд семейств F_i различных уплотнительных колец 10 каждого отверстия 12 люка, которое достаточно отличается от ряда отверстий 12 люков, находящихся на летательном аппарате.

Предпочтительно, формирование кривых на этапе l) способа выполняется компьютером с программой автоматизированного проектирования.

Подобным образом также предпочтительно формировать линейчатую поверхность на этапе m) из кривых, сформированных на этапе l), с использованием компьютера с программой автоматизированного проектирования.

Линейчатая поверхность, сформированная на этапе m) способа, придаст форму нижней поверхности уплотнительного кольца 10, которое будет в контакте с внутренней поверхностью 13 обшивки 20 в различных положениях отверстий 12 люков, при этом удовлетворяя нескольким требованиям:

- Иметь способность поглощать отклонения толщины обшивки 20 в соответствии с допуском, указанным в требованиях производства.

- Обеспечить минимальную толщину обшивки 20, ниже которой использование уплотнительного кольца 10 не рекомендовалось бы, поскольку не гарантировалось бы наличие достаточно большой опорной поверхности.

- Убедиться, что отклонение между линейчатой поверхностью уплотнительного кольца 10 и различными внутренними поверхностями 13 обшивки 20 каждого отверстия 12 люка, находящегося в том же семействе F_i, не может превышать максимальную допустимую толщину уплотнителя.

Таким образом, основные преимущества, полученные вместе со способом оптимизации, описанным в изобретении, следующие:

- Уменьшение количества различных уплотнительных колец, которые используются для различных отверстий 12 люков летательного аппарата, что уменьшает проектные работы, что в свою очередь улучшает эффективное использование времени, необходимого различным подразделениям, задействованным в проектировании, расчетах и производстве этих компонентов.

- Процесс производства уплотнительных колец 10 значительно ускоряется, потому что их линейчатые поверхности же легче обрабатывать.

- Производственные затраты этих уплотнительных колец 10 значительно уменьшаются.

- Ограниченное количество, как правило, три, основных слоистых изделий из композитного материала, выполненных из композитных материалов, имеющих различные толщины, определено для производства уплотнительных колец 10 для конструкции летательного аппарата, что приводит к значительной экономии времени и материала.

- Меньше инструментов требуется для производства и сборки.

- Путем уменьшения разнообразия деталей, которые необходимо собрать, становится труднее ошибиться во время установки.

- Способ изобретения применим в последующих вариантах летательного аппарата, к любой конструкции или детали, которые имеют высокую повторяемость форм или размеров, которые могут быть похожими друг на друга.

Хотя настоящее изобретение было полностью раскрыто в связи с предпочтительными вариантами осуществления, очевидно, что могут быть представлены модификации в пределах его объема, которые должны рассматриваться ограниченными не предшествующими вариантами осуществления, а скорее содержанием последующей формулы изобретения.

1. Способ получения конструкции уплотнительных колец (10) внутренних крышек (11) люков, которые закрывают отверстия (12) люков на внутренней поверхности (13) обшивки (20) конструкции летательного аппарата, при этом поверхность, которая находится в контакте с внутренней поверхностью (13) обшивки (20), является оптимизированной поверхностью упомянутых уплотнительных колец (10), отличающийся тем, что упомянутый способ содержит следующие этапы, на которых:

a) разделяют внешний контур (2) оптимизированной поверхности каждого уплотнительного кольца (10) на n точек,

b) разделяют внутренний контур (3) оптимизированной поверхности каждого уплотнительного кольца (10) на n точек,

c) измеряют расстояние между каждой из n точек внешнего контура (2) этапа a) и внутренней поверхностью (13) обшивки (20),

d) измеряют расстояние между каждой из n точек внутреннего контура (3) этапа b) и внутренней поверхностью (13) обшивки (20),

e) группируют в семейства F_i различные уплотнительные кольца (10) каждого отверстия (12) люка,

f) берут минимальное измерение каждой точки n_i каждого семейства F_i для внешнего контура (2) каждого уплотнительного кольца (10) на этапе c), а также для внутреннего контура (3) каждого уплотнительного кольца (10) на этапе d),

g) формируют кривые, которые наилучшим образом приспособлены к набору точек, взятых на этапе f), для внешнего контура (2) и для внутреннего контура (3) каждого уплотнительного кольца (10) для каждого из семейств, сформированных на этапе e),

h) формируют линейчатую поверхность из кривых, сформированных на этапе g), для каждого из семейств F_i, сформированных на этапе e).

2. Способ по п.1, который после этапа d) дополнительно содержит следующие этапы, на которых:

d1) берут максимальное и минимальное значения измерений, сделанных на этапе c), n точек каждого уплотнительного кольца (10),

d2) берут максимальное и минимальное значения измерений, сделанных на этапе d), n точек каждого уплотнительного кольца (10),

d3) берут минимальное значение из всех максимальных значений этапов d1) и d2) точек n каждого уплотнительного кольца (10),

d4) берут минимальное значение из всех минимальных значений этапов d1) и d2) точек n каждого уплотнительного кольца (10).

3. Способ по п.2, в котором группировки по семействам F_i этапа e) выполнены на основе заданных требований, которые должны быть удовлетворены минимальными значениями, полученными как на этапе d3), так и на этапе d4) для уплотнительных колец (10) одного и того же семейства F_i.

4. Способ по п.3, в котором минимальные значения этапов d3) и d4) для уплотнительных колец (10) одного и того же семейства F_i не должны отличаться друг от друга более, чем на значение, которое представляет максимальное допустимое отклонение конструкции, которое может быть заполнено уплотнительным материалом, удовлетворяющим требованиям безопасности.

5. Способ по п.1, который после этапа e) дополнительно содержит следующие этапы, на которых:

e1) сравнивают значения расстояний, полученных на этапах c) и d), для каждой из n точек каждого из уплотнительных колец (10), которые принадлежат одному и тому же семейству F_i в соответствии с этапом e), таким образом, что сравниваются эквивалентные точки n₂ и n₃ для каждого семейства F_i.

6. Способ по п.5, который дополнительно содержит следующий этап после этапа e1), на котором:

e2) берут минимальное измерение каждой точки n₂ этапа e1), чтобы получить набор минимальных значений точек n₂ для каждого семейства F_i для внешнего контура (2) уплотнительного кольца (10) на этапе c), а также для внутреннего контура (3) уплотнительного кольца (10) на этапе d).

7. Способ по любому из пп.5 и 6, в котором на этапах a) и e1) точки n внешнего контура (2) и точки n внутреннего контура (3) поверхности в контакте с внутренней поверхностью (13) обшивки (20) каждого уплотнительного кольца (10) формируют таким образом, что точка n_i внешнего контура (2) уплотнительного кольца (10) помещена в аналогичное положение на всех без исключения различных уплотнительных кольцах (10), которые используются, и более того, что каждая точка n_i внутреннего контура (3) уплотнительного кольца (10) помещена в аналогичное положение на всех без исключения различных уплотнительных кольцах (10), которые используются.

8. Способ по любому из пп.1-6, в котором кривые формируют на этапе g) с использованием компьютера с программой автоматизированного проектирования.

9. Способ по любому из пп.1-6, в котором кривые формируют на этапе h) с использованием компьютера с программой автоматизированного проектирования.

10. Способ по любому из пп.1-6, который применяется к конструкциям летательного аппарата, выполненным из композитного материала.

11. Способ по любому из пп.1-6, который применяют к уплотнительным кольцам (10), выполненным из стекловолокна.