Разрезные ленты и профили усиления естественной траектории для сферических или приближенных к сферическим композитных герметических перегородок
Изобретение относится к композитным конструкциям и, в частности, к композитной укладке с перпендикулярной конфигурацией геодезических линий для разрезных лент и профилей усиления на сферических или приближенных к сферическим композитных герметических перегородках. Перегородка содержит сферический купол, содержащий периферический участок и верхнюю точку, с осью, перпендикулярной куполообразному элементу в верхней точке. Первая группа лент отходит от периферического участка куполообразного элемента по геодезическим линиям, заданным первой парой фактических полюсов за пределами периферического участка куполообразного элемента. Вторая группа лент отходит от периферического участка куполообразного элемента по вторым геодезическим линиям. Вторые геодезические линии задаются второй парой фактических полюсов за пределами периферического участка куполообразного элемента. Группы лент образуются из множества прядей лент, которые завершаются постепенно по мере приближения лент к краю перегородки. Отдельная лента в первой группе лент перекрывается только один раз с одной отдельной лентой во второй группе. Достигается упрощение конструкции. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты реализации изобретения относятся к композитным конструкциям и, в частности, к композитной укладке с перпендикулярной конфигурацией геодезических линий для разрезных лент и профилей усиления на сферических или приближенных к сферическим композитных герметических перегородках, в которых каждая лента перекрывает одну другую ленту только один раз.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Перегородки в композитных конструкциях, таких как фюзеляжи самолетов и другие авиационно-космические конструкции, могут образовывать стенку для обеспечения герметичности и целостности и содержать разрезные ленты и профили усиления для обеспечения требуемой конструкционной прочности и устойчивости к разрушению. Многие перегородки изогнуты и имеют частично сферическую или приближенную к сферической форму стенки. В соответствии с изображением примера из уровня техники на фиг. 1 ленты и профили 2 усиления обычно выступают от периферической окружности 4 к центральной верхней точке 6 перегородки 8. По мере приближения лент и профилей усиления к верхней точке 6, по законам геометрии, они начинают соединяться и перекрывать друг друга, или их завершают в соответствии с примерами, обозначенными номером 9, для исключения перекрывания. Для непрерывности конструкции некоторые ленты должны перекрываться в верхней точке 6, что приводит к многоуровневому перекрыванию в верхней точке. Необходимость завершения лент для исключения перекрывания требует сложной конструкции завершения, а перекрывание нескольких лент, в особенности, в верхней точке, образует нежелательное утолщение или наслоение в конструкции.
Таким образом, желательно создать конструкцию с конфигурацией разрезных лент и профилей усиления для проектов перегородки для исключения необходимости завершения и нескольких перекрываний.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Раскрытые в настоящем описании варианты реализации изобретения обеспечивают перегородку, содержащую по существу сферическую часть куполообразного элемента, содержащую периферический участок и верхнюю точку, с осью, перпендикулярной куполообразному элементу в верхней точке. Первая группа лент отходит от периферического участка куполообразного элемента по геодезическим линиям, заданным первой парой фактических полюсов за пределами периферического участка куполообразного элемента. Вторая группа лент отходит от периферического участка куполообразного элемента по вторым геодезическим линиям, заданным второй парой фактических полюсов за пределами периферического участка куполообразного элемента, в которой отдельная лента в первой группе лент перекрывается только один раз с одной отдельной лентой во второй группе лент, причем первая группа лент и вторая группа лент образованы из множества прядей; и пряди лент завершаются постепенно по мере приближения лент к краю перегородки.
Вариантами реализации изобретения обеспечен способ для расположения разрезных лент или профилей усиления на перегородках посредством образования по существу сферического куполообразного элемента, содержащего периферический участок и верхнюю точку, с осью, перпендикулярной куполообразному элементу в верхней точке. Определяют предварительно задаваемый относительный угол, а первую главную плоскость и вторую главную плоскость, проходящие через верхнюю точку куполообразного элемента устанавливают под относительным углом. Первая и вторая главные плоскости за пределами периферической окружности куполообразного элемента, определяют фактические полюсы. Плоскости, образующие геодезические линии, смещены от первой и второй главных плоскостей на предварительно задаваемые угловые смещения, при этом на поверхности куполообразного элемента определяют соответствующие геодезические линии. Определенные геодезические линии задают положения лент, в результате чего обеспечиваются только единичные перекрывания лент на пересечении геодезических линий. При этом, ленты образованы из множества прядей, и пряди лент завершаются постепенно по мере приближения лент к периферической окружности.
Описанные признаки, функции и преимущества могут быть достигнуты по отдельности в различных вариантах реализации настоящего изобретения, или в сочетании в других вариантах реализации изобретения, которые более подробно описаны в следующем описании и на чертежах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан вид спереди композитной перегородки из уровня техники.
На фиг. 2А-С показаны изометрические виды сбоку и спереди конкретного варианта реализации частичной сферической перегородки;
На фиг. 3А-С показаны изометрические виды сбоку и спереди второго конкретного варианта реализации полусферической перегородки;
На фиг. 4 показан пример полусферических плоскостей, определяющих геодезические линии для расположения разрезных лент или профилей усиления; и,
На фиг. 5 показана приведенная в качестве примера перегородка с периферическим участком некруглой формы, содержащим по существу сферический участок в стенке;
На фиг. 6 показана блок-схема способа для изготовления вариантов реализации перегородок в соответствии с настоящим описанием.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описанные в настоящем описании варианты реализации изобретения обеспечивают композитную укладку естественной траектории для разрезных лент и профилей усиления на конструкционный куполообразный элемент с образованием сферической или приближенной к сферической композитной герметичной перегородки, содержащей конфигурацию геодезических линий, основанную на фактических полюсах, которые расположены за пределами периферической окружности куполообразного элемента, при этом каждая лента перекрывается одной другой лентой только один раз.
На фиг. 2А-С показан первый вариант реализации неглубокого по существу сферического колпака или куполообразного элемента 10, содержащего разрезные ленты и/или профили усиления, которые совместно обозначены термином ленты 12, обращенные в первом направлении, и ленты 14, обращенные во втором направлении относительно верхней точки 16 куполообразного элемента (для ясности на чертеже ссылочным номерным обозначены только две ленты в каждом направлении). В соответствии с фигурой только одна из лент 12 и лент 14 перекрыта на любом месте 18 перекрывания (номерным указателем обозначено только одно место перекрывания в качестве примера). Перекрывание ленты может быть достигнуто простым наложением одной ленты (или профиля усиления) на другую, в независимости от укладки. Альтернативно, может быть использована более сложная конфигурация, в которой пересекаются две ленты из нескольких прядей. В этом случае на пересечении пряди первой ленты переплетены с прядями второй ленты.
В соответствии с фиг. 2В и 2С ленты 12 и 14 отходят от периферического участка 20 куполообразного элемента и расположены на геодезических кривых или геодезических линиях, отходящих от фактических полюсов, которые более подробно будут описаны далее. Ленты завершаются на периферическом участке в соответствии с одним приведенным в качестве примера вариантом реализации посредством совпадающего завершения всех прядей на краю перегородки. В качестве альтернативы, для лент с многочисленными прядями, пряди ленты могут быть завершены постепенно по мере приближения ленты к краю перегородки. В приведенном в качестве примера варианте реализации завершение профиля усиления может совпадать с краем перегородки или может быть специально обрезанным для сведения концентрации напряжения к минимуму. В соответствии с изображенным вариантом реализации, геодезические полюсы направлены ортогонально относительно друг друга, а ось 22 перпендикулярна поверхности куполообразного элемента через верхнюю точку 16. В альтернативных вариантах реализации геодезические полюсы могут быть направлены под другим углом, отличным от ортогональных углов (полярные оси не перпендикулярны). Неглубокие куполообразные элементы противолежат участку сферической поверхности, имеющему конический угол 24, составляющий 45° или меньше, в соответствии с фиг. 2В.
На фиг. 2А-С показан второй вариант реализации глубокого куполообразного элемента 30. Аналогично предыдущему варианту реализации, ленты 32 обращены в первом направлении, а ленты 34 обращены во втором направлении относительно верхней точки 36 глубокого куполообразного элемента 30. В соответствии с фигурой только одна из лент 32 и лент 34 перекрыта в любом месте 38 перекрывания. В соответствии с фиг. 3В и 3С, ленты 32 и 34 отходят от периферического участка 40 куполообразного элемента и расположены на геодезических кривых или геодезических линиях, отходящих от фактических полюсов, которые будут более подробно с точки зрения геометрии описаны далее. В соответствии с изображенным вариантом реализации, геодезические полюсы направлены ортогонально относительно друг друга, а ось 42 перпендикулярна поверхности куполообразного элемента через верхнюю точку 36. В альтернативных вариантах реализации геодезические полюсы могут быть направлены под другим углом, отличным от ортогональных углов (полярные оси не перпендикулярны). Глубокие куполообразные элементы противолежат участку сферической поверхности, имеющему конический угол 44, составляющий 45° или больше, в соответствии с фиг. 3В.
На фиг. 4 показана геометрическая конфигурация геодезических линий и фактических полюсов для расположения лент 12, 14, 32 и 34 описанных ранее вариантов реализации. Полусфера 50 пересекается первой главной плоскостью 52 и второй главной плоскостью 54, проходящей через ось 56, проходящей от сферического центра 58 через верхнюю точку 60 (в соответствии с осями 22 и 42 в приведенных в качестве примера вариантах реализации). Пересечение первой и второй главных плоскостей периферической окружностью 62 полусферы 50 образует первую пару фактических полюсов 64а и 64b и вторую пару фактических полюсов 66а и 66b, соответственно, для куполообразного элемента 68, соответствующего куполообразным элементам 10 и 30 приведенных в качестве примера вариантах реализации. Пересечение первой главной плоскости 52 и куполообразного элемента 68 образует первую геодезическую линию 70, а пересечение второй главной плоскости 54 и куполообразного элемента 68 образует вторую геодезическую линию 72.
Плоскости, образующие геодезические линии, направлены с предварительно задаваемыми угловыми смещениями от главных плоскостей для образования геодезических линий на куполообразном элементе. На фиг. 4 показаны две приведенных в качестве примера образующих плоскости 74а и 74b, имеющие угловые смещения 76 от первой главной плоскости 52. Пересечение плоскостей 74а и 74b с куполообразными элементами 68 образует геодезические линии 78а и 78b, которые заканчиваются на периферической окружности 80 куполообразного элемента 68, но их геометрические продолжения достигают фактических полюсов 64а и 64b, расположенных за пределами периферической окружности 80. На фигурах угловые смещения 76 изображены равными для простоты, однако они могут быть расположены под любым желаемым углом, заданным конструкционным требованиями к лентам куполообразного элемента в альтернативных вариантах реализации. В соответствии с фиг. 4, первая геодезическая линия 70 также заканчивается на периферической окружности 80, но ее геометрическое продолжение достигает фактических полюсов 64а и 64b. Аналогично, вторая геодезическая линия 72 заканчивается на периферической окружности 80, но ее геометрическое продолжение достигает фактических полюсов 66а и 66b. Подобно плоскостям 74 и 74b, образующим геодезические линии, плоскости, образующие геодезические линии, направлены с предварительно задаваемыми угловыми смещениями от главных плоскостей 54 для образования пересекающихся геодезических линий для образования укладки лент в соответствии с вариантами реализации по фиг. 2А-С и 3А-С. Ленты перекрываются только на пересечении геодезических линий. Для глубоких куполообразных элементов глубина куполообразного элемента ограничена приблизительно 85° для удержания фактических полюсов за пределами фактической поверхности, таким образом исключая многочисленное перекрывание лент на полюсах. В таких вариантах реализации присутствуют ленты, соответствующие первой геодезической линии и второй геодезической линии, перекрывающиеся на верхней точке. В альтернативных вариантах реализации ленты могут отсутствовать на первой и второй геодезических линиях.
В варианте реализации, изображенном на фиг. 4, первая главная плоскость 52 и вторая главная плоскость 54 направлены через верхнюю точку 60 под предварительно задаваемым относительным углом 82, который является перпендикулярным. В альтернативных вариантах реализации относительный угол 82 может быть неперпендикулярным, а полярные оси 84 и 86 между первой парой фактических полюсов 64а и 64b и вторая пара фактических полюсов 66а и 66b, соответственно, будет неортогональной, в результате образуя неортогональные пересечения (места 18, 38) лент (12, 14 и 32, 34). Полярные оси 84 и 86 ортогональны оси 56 через верхнюю точку.
Настоящая конфигурация геодезических линий лент может быть использована в перегородках 90 с некруглыми границами 92, но содержащих по существу сферический участок 94 в пределах стенки, которая может быть описана как "мембрана мыльного пузыря" в соответствии с фиг. 5. Геодезические плоскости, образующие геодезические линии для сферического центрального участка используют в соответствии с предыдущим описанием, а траектории лент проходят через несферический участок перегородки посредством сведения к минимуму отклонения ленты или профиля усиления определенной ширины от сферической окружности завершения на периферическом участке куполообразного элемента к краю перегородки.
В соответствии с описанием варианты реализации для расположения и направления ленты на конструкционном куполообразном элементе могут быть достигнуты посредством осуществления способа в соответствии с фиг. 6. На этапе 602 образуют по существу сферический купол. На этапе 603 определяют предварительно задаваемый относительный угол, а на этапе 604 первую главную плоскость и вторую главную плоскость, проходящие через верхнюю точку куполообразного элемента устанавливают под относительным углом. На этапе 606 первая и вторая главные плоскости за пределами периферической окружности куполообразного элемента, определяют фактические полюсы. На этапе 608 плоскости, образующие геодезические линии, смещены от первой и второй главных плоскостей на предварительно задаваемые угловые смещения, а на этапе 610 поверхности куполообразного элемента определяют соответствующие геодезические линии. На этапе 612 определенные геодезические линии задают положения лент, в результате чего обеспечиваются только единичные перекрывания лент на пересечении геодезических линий. На этапе 614 продолжение лент к некруглой границе перегородки достигается продолжением лент или профилей усиления от сферической окружности завершения на периферическом участке куполообразного элемента к краю перегородки, обеспечивая сведение к минимуму отклонения ленты или профиля усиления определенной ширины.
Из различных вариантов реализации изобретения, подробно описанных в соответствии с патентным законодательством, специалистам в области техники будут очевидны возможные модификации и замены в описанных конкретных вариантах реализации. Такие модификации находятся в пределах объема и сущности настоящего изобретения в соответствии со следующими пунктами формулы изобретения.
1. Перегородка, содержащая:
по существу сферический куполообразный элемент (10), содержащий периферический участок (20) и верхнюю точку (16), с осью, перпендикулярной куполообразному элементу (10) в верхней точке (16);
первую группу (12) лент, отходящую от периферического участка (20) куполообразного элемента (10) по геодезическим линиям, заданным первой парой фактических полюсов за пределами периферического участка (20) куполообразного элемента (10); и
вторую группу (14) лент, отходящую от периферического участка (20) куполообразного элемента (10) по вторым геодезическим линиям, заданным второй парой фактических полюсов за пределами периферического участка (20) куполообразного элемента (10),
причем отдельная лента в первой группе (12) лент перекрывается только один раз с одной отдельной лентой во второй группе (14) лент,
причем первая группа (12) лент и вторая группа (14) лент образованы из множества прядей, и
пряди лент завершаются постепенно по мере приближения лент к краю перегородки.
2. Перегородка по п. 1, в которой первая пара фактических полюсов и вторая пара фактических полюсов ортогональны оси.
3. Перегородка по п. 1, в которой вторая пара фактических полюсов перпендикулярна первой паре фактических полюсов.
4. Перегородка по п. 1, в которой куполообразный элемент (10) выполнен неглубоким и противолежит коническому углу, составляющему 45° или меньше, сферической поверхности.
5. Перегородка по п. 1, в которой куполообразный элемент (10) выполнен глубоким и противолежит коническому углу, составляющему от 45° до 85°, сферической поверхности.
6. Перегородка по п. 1, в которой любое перекрывание является простым перекрыванием лент.
7. Перегородка по п. 1, в которой в любом перекрывании пряди первой ленты переплетены с прядями второй ленты.
8. Перегородка по п. 1, в которой все пряди лент завершаются на периферическом участке (20).
9. Перегородка по п. 1, дополнительно содержащая некруглую границу, причем указанный по существу сферический куполообразный элемент (10) содержит участок стенки, отходящий от некруглой границы.
10. Перегородка по п. 9, в которой первая группа (12) лент и вторая группа (14) лент отходят за пределы периферического участка (20) куполообразного элемента (10) с обеспечением сведения к минимуму отклонения ленты определенной ширины от сферической окружности завершения к некруглой границе.
11. Способ расположения ленты на по существу сферическом куполообразном элементе (10), включающий:
образование по существу сферического куполообразного элемента (10), содержащего периферический участок (20) и верхнюю точку (16), с осью, перпендикулярной куполообразному элементу (10) в верхней точке (16);
определение предварительно задаваемого относительного угла;
установку первой главной плоскости и второй главной плоскости, проходящих через верхнюю точку (16) куполообразного элемента (10), под относительным углом;
определение фактических полюсов посредством первой и второй главных плоскостей за пределами периферической окружности куполообразного элемента (10);
смещение плоскостей, образующих геодезические линии, от первой и второй главных плоскостей на предварительно задаваемые угловые смещения;
определение соответствующих геодезических линий и плоскостей, образующих геодезические линии, на поверхности куполообразного элемента (10);
определение положений лент посредством геодезических линий, причем на пересечениях геодезических линий обеспечиваются только единичные перекрывания лент, причем ленты образованы из множества прядей, и
пряди лент завершаются постепенно по мере приближения лент к периферической окружности.
12. Способ по п. 11, в котором предварительно задаваемый относительный угол является перпендикулярным.
13. Способ по п. 11, в котором предварительно задаваемые угловые смещения равны.
14. Способ по п. 11, дополнительно включающий:
продолжение лент к некруглой границе перегородки от сферического завершения периферической окружности куполообразного элемента (10) к границе перегородки, обеспечивая сведение к минимуму отклонения ленты определенной ширины.
