Рама иллюминатора для летательного аппарата
Изобретения относятся к рамам иллюминаторов летательных аппаратов и способу их изготовления. Рама содержит внешний фланец, внутренний фланец и вертикальный фланец, размещенный между внешним фланцем и внутренним фланцем перпендикулярно к ним, и прозрачную часть. Соединение с несущей конструкцией летательного аппарата осуществляется по внешнему фланцу. Прозрачная часть закреплена на внутреннем фланце, который удерживается вертикальным фланцем. Рама содержит несколько конструктивных элементов, приваренных друг к другу, состоящих из термопластичного материала, усиленного волокном. Способ изготовления рамы заключается в изготовлении заготовки, содержащей тканую ленту и термопластичный материал, которая представляет собой квазиизотропный листовой материал, обрабатывании заготовки штамповкой с глубокой вытяжкой с изготовлением нескольких конструктивных элементов, которые соединяют с помощью термопластической сварки. Достигается уменьшение веса рамы иллюминатора. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к рамам иллюминаторов для установки во внешнем корпусе летательного аппарата, которые содержат по меньшей мере один внешний фланец, один внутренний фланец и вертикальный фланец, размещенный между внешним и внутренним фланцами перпендикулярно к ним, причем соединение с несущей конструкцией летательного аппарата осуществляется по внешнему фланцу, и прозрачная часть иллюминатора, которая должна удерживаться, закреплена во внутреннем фланце, который удерживается вертикальным фланцем. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления такой рамы иллюминатора.
В большинстве выпускаемых и эксплуатирующихся летательных аппаратов используются рамы иллюминаторов, выполненные из алюминия, при изготовлении которых используются процессы штамповки и дополнительной обработки в размер. Рама иллюминатора состоит из следующих основных частей: внешнего фланца, внутреннего фланца и вертикального фланца, размещенного между этими фланцами перпендикулярно к ним. Для соединения рам иллюминаторов с несущей конструкцией летательного аппарата или с его внешним корпусом обычно используются два ряда заклепок, проходящих по внешнему фланцу. Прозрачная часть иллюминатора опирается на внутренний фланец, обычно содержит две вставки и размещенное между ними уплотнение и фиксируется в нужном положении с помощью прижимного фиксатора, который соединен с вертикальным фланцем.
Кроме функции фиксации прозрачной части иллюминатора такая рама также обеспечивает поглощение повышенного механического напряжения, возникающего на краю сравнительного большого выреза для иллюминатора, который монтируется во внешнем корпусе, передающем нагрузки. Таким образом, с одной стороны, внешний фланец рамы иллюминатора служит для усиления этого выреза и, с другой стороны, посредством внешнего фланца с помощью заклепок осуществляется соединение рамы с внешним корпусом.
Поскольку изготовление известных алюминиевых рам иллюминаторов обычно осуществляется штамповкой, то невозможно получить такое поперечное сечение профиля рамы, которое бы оптимально распределяло силу действия заклепок, из-за того что максимальный уклон фланца может составлять около двух градусов для облегчения процесса клепания. Внутренний фланец служит для непосредственного удерживания прозрачной части иллюминатора, и поэтому здесь наклон элемента крепления иллюминатора носит упрощенный характер. В то же время существующая нагрузка, вызываемая внутренним давлением, которая является главной силой для пассажирской кабины, передается через внутренний фланец на внешний корпус летательного аппарата.
Вертикальный фланец обычно используется исключительно как ребро усиления рамы, минимизирующее напряжение во внешнем корпусе при минимально возможном весе. К этому вертикальному фланцу также прикреплены болты с проушиной, с помощью которых держатель или прижимной фиксатор для элементов иллюминатора удерживается в нужном положении. В то же время вертикальный фланец образует направляющую для установки прозрачной части иллюминатора.
Целью настоящего изобретения является создание рамы иллюминатора вышеописанного типа, в которой достигается существенное уменьшение веса по сравнению с рамами иллюминаторов, используемыми в настоящее время. В то же время себестоимость изготовления такой рамы иллюминатора должна быть как можно более низкой. Кроме того, целью настоящего изобретения является создание простого и экономичного способа изготовления такой рамы иллюминатора.
Первая цель изобретения достигается за счет того, что в конструкции рамы иллюминатора предусматривается использование термопластичного материала, усиленного волокном. Вторая цель изобретения достигается за счет использования способа, в котором осуществляется изготовление заготовки из тканой ленты и термопластичного материала в форме квазиизотропного листового материала и последующая обработка заготовки в процессе штамповки с глубокой вытяжкой.
Изобретение обеспечивает создание конструкции рамы иллюминатора, которая изготовлена из волокнистого материала и которая позволяет получить экономию примерно 20 процентов по весу по сравнению с алюминиевыми рамами иллюминаторов, используемыми до настоящего времени. Несмотря на столь значительное потенциальное снижение веса конструкции стоимость ее изготовления не превышает стоимости рам иллюминаторов, изготовленных из штампованных алюминиевых частей.
В то же время в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается возможность изготовления рамы иллюминатора из волокнистого материала, имеющей допуск всего около 0,5 мм при средней толщине стенки 5 мм, что соответствует допуску на изготовление около 10 процентов. Что касается штампованных алюминиевых рам, то для них в зависимости от способа изготовления принимается допуск порядка 1,5 мм, что соответствует допуску изготовления примерно 30 процентов для той же толщины стенки. Поэтому изобретение позволяет не только существенно уменьшить отклонения весов отдельных рам иллюминаторов, но также одновременно может быть значительно упрощена установка рамы на летательном аппарате или монтаж в раме прозрачной части иллюминатора. Наконец, в качестве дополнительных достоинств можно назвать повышение безопасности, а также существенное улучшение тепловой изоляции предлагаемой в изобретении рамы иллюминатора.
Изобретение будет описано ниже более подробно со ссылками на один из вариантов реализации, который представлен на прилагаемых чертежах, где:
Фигура 1 - вид рамы иллюминатора в перспективе.
Фигура 2 - вид сечения рамы иллюминатора, показанной на фигуре 1, установленной на летательном аппарате.
Фигура 3 - конструкция рамы иллюминатора, представленной на фигуре 1, в разобранном виде.
Фигура 4 - вид сечения рамы иллюминатора, представленной на фигуре 1.
Фигура 5 - иллюстрация основных направлений для рамы иллюминатора, представленной на фигуре 1.
Фигура 6 - более детальное изображение зоны, обозначенной цифрой VIII на фигуре 5.
Рама 1 иллюминатора, представленная на фигуре 1, изготовлена из волокнистого материала, и так же как известные штампованные алюминиевые рамы, имеет внешний фланец 2, внутренний фланец 3 и вертикальный фланец 4, размещенный между внешним и внутренним фланцами перпендикулярно к ним. Однако в отличие от обычных алюминиевых рам иллюминаторов краевая охватывающая часть внешнего фланца 2 в данном случае имеет постоянную ширину, и кроме того, она имеет постоянную толщину, что также представляет собой отличие от алюминиевых рам. На фигуре 2 это показано на детальном сечении, где иллюстрируется рама 1 иллюминатора, установленная во внешнем корпусе 5 летательного аппарата. Также на этой фигуре показаны положения 6 заклепок, с помощью которых рама соединяется с внешним корпусом 5, а также две прозрачные вставки 7 и 8 иллюминатора, которые вместе с уплотнением 9 формируют прозрачную часть иллюминатора.
Рама 1 иллюминатора, выполненная из волокнистого материала, изготавливается с использованием технологии штамповки термопластичных материалов с глубокой вытяжкой. При этой технологии сначала из усиливающей тканой ленты и термопластичного материала получают заготовку, а затем заготовка штампуется как квазиизотропный листовой материал. Сама заготовка представляет отдельные конструктивные элементы 16-19, как показано на фигуре 3, в то время как на фигуре 4 структура собранной рамы 1 иллюминатора, выполненной из термопластичного материала и состоящей из отдельных элементов 16-19, показана в разрезе. Конструктивные элементы 16 и 19 отштампованы из тонких пластин, а конструктивный элемент 18 изготовлен из толстой пластины с последующей доводкой на станке. Эти три конструктивных элемента имеют многослойную квазиизотропную структуру и показаны с привязкой к фиксированной системе координат, приведенной на фигуре 5. Конструктивный элемент 17, напротив, является анизотропным, и волокна усиления тянутся в нем по направлению движения вдоль рамы иллюминатора.
Направление отдельных слоев волокон является критическим для экономии веса, которая достигается в описанной конструкции рамы иллюминатора. Общее направление слоев с основными направлениями 0° и 90° показано на фигуре 5. Направление 0° является боковым направлением, и направление 90° является направлением возвышения рамы 1. Для конструктивного элемента 17 направление по линии движения вдоль рамы, показанное на фигуре 6 стрелкой, является критическим. Соединение отдельных конструктивных элементов происходит в порядке, определенном на разобранном виде структуры, приведенной на фигуре 5, с помощью термопластической сварки.
Вес рамы 1 иллюминатора, изготовленной вышеописанным способом, составляет примерно 20 процентов от веса обычных алюминиевых рам иллюминаторов, причем себестоимость производства в обоих случаях примерно одинакова. Допуски такой рамы при промышленном производстве существенно меньше, чем допуски соответствующих алюминиевых изделий. В то же время предлагаемая в изобретении рама обеспечивает повышение безопасности и улучшение тепловой изоляции по сравнению с обычными алюминиевыми рамами иллюминаторов.
1. Рама иллюминатора для установки во внешнем корпусе летательного аппарата, которая содержит по меньшей мере один внешний фланец, по меньшей мере один внутренний фланец и по меньшей мере один вертикальный фланец, размещенный между внешним фланцем и внутренним фланцем перпендикулярно к ним, причем соединение с несущей конструкцией летательного аппарата осуществляется по меньшей мере по одному внешнему фланцу, и прозрачную часть иллюминатора, которая закреплена по меньшей мере на одном внутреннем фланце, который удерживается по меньшей мере одним вертикальным фланцем, отличающаяся тем, что она содержит несколько конструктивных элементов, приваренных друг к другу, состоящих из термопластичного материала, усиленного волокном.
2. Рама по п.1, которая имеет внутреннюю часть, содержащую тканую ленту, проходящую в одном направлении.
3. Способ изготовления рамы иллюминатора по п.1 или 2, заключающийся в том, что изготавливают заготовку, содержащую тканую ленту и термопластичный материал, которая представляет собой квазиизотропный листовой материал, и затем обрабатывают ее штамповкой с глубокой вытяжкой с изготовлением нескольких конструктивных элементов, которые затем соединяются с помощью термопластической сварки.
