Фюзеляж воздушного судна с интегрированной энергопоглощающей деформационной конструкцией и воздушное судно с таким фюзеляжем
Фюзеляж воздушного судна с интегрированной энергопоглощающей деформационной конструкцией. Фюзеляж (1) имеет кольцеобразные шпангоуты (10; 110; 210) и соединяющие между собой шпангоуты (10; 110; 210) лонжероны (12), а также образующую обшивку (16; 116; 216) фюзеляжа наружную оболочку (14). Внутри фюзеляжа (1) предусмотрена нижняя половая конструкция (3; 103; 203), которая имеет несколько соединенных с соотнесенным шпангоутом (10; 110; 210) поперечных балок (32; 132; 232) и соединяющие их между собой продольные балки (4, 5, 30; 104, 105; 204, 205) пола. В расположенной под нижней половой конструкцией (3; 103; 203) нижней области фюзеляжа образована деформационная конструкция, которая имеет первую неупруго деформируемую среднюю область (20; 120; 220) и соответственно вторую, левостороннюю или же правостороннюю, неупруго деформируемую область (26, 28; 126, 128; 226, 228) большей жесткости в вертикальном направлении, чем средняя область. Воздушное судно характеризуется использованием фюзеляжа. Группа изобретений направлена на повышение эффективности амортизации удара. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к фюзеляжу воздушного судна с интегрированной энергопоглощающей деформационной конструкцией в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к воздушному судну, которое оснащено таким фюзеляжем.
Достаточно известно, что воздушные суда в нижней области снабжаются так называемыми крэшбоксами, которые в случае аварийной посадки преобразуют кинетическую энергию сталкивающегося с землей воздушного судна в работу деформации.
Уровень техники
Из DE 60114455 T2 известно уплощение кольцеобразного шпангоута в нижней области фюзеляжа и выполнение под этим уплощенным горизонтальным участком шпангоута проходящих в продольном направлении балок, которые выполнены в виде энергопоглощающих композиционных балок. Эти композиционные балки с помощью деталей крепления закреплены на горизонтальных шпангоутах. Эти детали крепления довольно значительно увеличивают общий вес воздушного судна и, если они в целях уменьшения веса изготавливаются из титана, заметно повышают затраты на изготовление воздушного судна. Кроме того, шпангоуты в этой области соединены с обшивкой фюзеляжа только посредством деформируемых лонжеронов, так что в том случае, если при вертикальном ударе воздушного судна добавляется поперечная силовая компонента, можно ожидать, что деформируемые лонжероны отломаются в сторону.
Из DE 4416506 A1 известен фюзеляж воздушного судна, который в своей нижней области снабжен нижней половой конструкцией, которая поддерживается опорными элементами, которые простираются между нижней половой конструкцией и шпангоутами наклонно к вертикальной продольной средней плоскости воздушного судна. Под нижней половой конструкцией предусмотрена деформационная конструкция снаружи на фюзеляже, которая явно увеличивает аэродинамически эффективное поперечное сечение воздушного судна.
Если с самой нижней области фюзеляжа между нижним полом и шпангоутами предусмотрены балки, которые являются частью энергопоглощающей деформационной конструкции, тогда эти балки при ударе о твердый грунт, хотя и могут преобразовывать кинетическую энергию в энергию деформации, но при этом существует опасность, что в области крепления этих балок к шпангоутам будут возникать срезывающие силы, которые при ударе могут приводить к разрыву обшивки фюзеляжа или даже шпангоута в этой области. Тогда, в случае вынужденной посадки на воду в фюзеляж может проникнуть вода, что нежелательно.
Разработанная изобретателем настоящей заявки поглощающая импульсы конструктивная деталь уже известна из DE 102007038634 B3. Эта конструктивная деталь состоит из поглощающего импульсы слоя, на который нанесен покровный слой. Поглощающий импульсы слой имеет регулярный рисунок из возвышений и углублений, так что при попадании массовой детали на покровный слой в поглощающем импульсы слое образуется улавливающий мешок, с помощью которого уменьшается кинетическая энергия массовой детали.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать фюзеляж воздушного судна с интегрированной энергопоглощающей деформационной конструкцией, который при ударе воздушного судна о землю делает возможной эффективную амортизацию удара, а его деформационная конструкция при вынужденной посадке воздушного судна на воду всемерно предотвращает возникновение трещин в наружной обшивке воздушного судна. Еще одна задача заключается в том, чтобы разработать воздушное судно с таким фюзеляжем.
Относящаяся к фюзеляжу воздушного судна задача решена за счет указанных в п.1 формулы изобретения признаков.
Фюзеляж имеет кольцеобразные шпангоуты и соединяющие шпангоуты между собой лонжероны, а также наружную оболочку, которая образует обшивку фюзеляжа. Внутри фюзеляжа предусмотрена по меньшей мере одна нижняя половая конструкция, которая имеет несколько соединенных с соотнесенным шпангоутом поперечных балок, а также соединяющие эти поперечные балки между собой продольные балки пола. В расположенной под нижней половой конструкцией нижней области фюзеляжа образована деформационная конструкция. Согласно изобретению деформационная конструкция имеет первую неупруго деформируемую среднюю область и соответственно вторую, левостороннюю или же правостороннюю неупруго деформируемую область большей жесткости в вертикальном направлении, то есть, в направлении вертикальной оси воздушного судна, чем средняя область. Происходящие при крушении, например при аварийной посадке или вынужденной посадке на воду, происходящие в обеих деформируемых областях деформации являются необратимыми. Если деформационная конструкция образована из металла или если она имеет деформируемые металлические детали, то металлические детали пластически деформируются. Если же деформационная конструкция образована из армированного волокном композита, например армированного углеродным волокном композита, или армированного стекловолокном композита, или если она имеет деформируемые детали из армированного волокном композита, при крушении эти детали из армированного волокном композита подвергаются разрушению в крошку («дроблению»). Кроме того, с каждым шпангоутом соотнесена, т.е. связана, опорная конструкция, проходящая в поперечном направлении воздушного судна между левой и правой внутренними продольными балками пола, удлиненными вниз, соединяющая между собой нижние, соединенные с соответствующим шпангоутом области внутренних продольных балок пола и выполненная с возможностью передачи сил в поперечном направлении воздушного судна. Преимущества изобретения
При аварийной посадке или вынужденной посадке на воду сначала вдавливается средняя деформируемая область до того, как воздушное судно будет опираться на обе расположенные слева и справа от нее (относительно вертикальной продольной средней плоскости воздушного судна) вторые неупруго деформируемые области.
В случае аварийной посадки на твердый грунт воздушное судно скользит на вторых, расположенных сбоку неупруго деформируемых областях, которые за счет энергии трения постепенно снашиваются или при более сильном вертикальном ударе также неупруго деформируются для того, чтобы ослабить дальнейшую кинетическую энергию.
В случае вынужденной посадки на воду тоже сначала внутрь вдавливается первая средняя деформируемая область деформационной конструкции. Так как в этой области не предусмотрено жестко поддерживающих шпангоуты вверх балок, вдавливание может происходить по существу беспрепятственно, так что опасность прорыва обшивки фюзеляжа является незначительной. Поэтому при вынужденной посадке на воду фюзеляж в этой области остается герметичным, по меньшей мере, в этой области проникновение воды в фюзеляж затруднено.
После вдавливания первой средней области деформационной конструкции обе боковые вторые неупруго деформируемые области образуют полозообразную конструкцию, которая действует как оба корпуса катамарана и стабилизирует воздушное судно в его поступательном движении на воде.
Опорная конструкция, соотнесенная с каждым шпангоутом, вместе с поперечными балками нижней половой конструкции направляет поперечные силы между обоими нижними участками шпангоута слева и справа от вертикальной продольной средней плоскости воздушного судна. За счет этого нижняя часть соответствующего шпангоута в области первой неупруго деформируемой средней области по большей части исключается из передачи сил, так что деформация этой области не приводит к разрушению образованной шпангоутами и лонжеронами статической системы фюзеляжа. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении безопасности и живучести летательного аппарата, имеющего предлагаемый фюзеляж.
Другие предпочтительные и благоприятные конструктивные признаки фюзеляжа воздушного судна согласно изобретению являются предметом зависимых п.п. 2-10 формулы изобретения.
Предпочтительно, соответствующая неупруго деформируемая область большей жесткости в вертикальном направлении имеет по меньшей мере одну удлиненную вниз за пределы поперечных балок нижней половой конструкции продольную балку пола, которая в своей верхней области соединена с поперечными балками половой конструкции, и которая в своей нижней области соединена со шпангоутами фюзеляжа. Эта конструктивная форма создает интегрированную конструкцию, в которой выполненная в этой форме продольная балка пола становится частью деформационной конструкции. Эта продольная балка пола может - аналогично тому, как в уровне техники - быть выполнена в виде энергопоглощающей конструктивной детали и выполняет, с одной стороны, функцию продольной балки для половой конструкции, а с другой стороны, функцию поглотителя энергии в случае столкновения («крушения»). Это двойное использование продольной балки пола по сравнению со специально предусмотренной в уровне техники продольной балкой-деформационным элементом уменьшает вес, затраты и трудоемкость монтажа.
В одной предпочтительной конструктивной форме расположенная между обеими вторыми неупруго деформируемыми областями первая неупруго деформируемая область выполнена в виде поглощающей импульсы конструктивной детали. Для этого, предпочтительно, на внутренней стороне обшивки фюзеляжа предусмотрен поглощающий импульсы слой, который выполнен, прежде всего, предпочтительно волнистым. Однако вместо волнистой формы является возможным любое исполнение в форме регулярного рисунка из возвышений или углублений, как это уже раскрыто в DE 102007038634 В3. Но расположение такой поглощающей импульсы конструктивной детали в самой нижней области фюзеляжа воздушного судна в качестве одного из нескольких аварийно-спасательных элементов из этого противопоставления не является ранее известным и не подсказано в нем.
При этом является благоприятным, если на расположенном между обеими вторыми неупруго деформируемыми областями участке фюзеляжа, который образует первую неупруго деформируемую область, не предусмотрено никаких подпирающих нижнюю половую конструкцию к обшивке фюзеляжа или шпангоутам лонжеронов. За счет этого создается особенно податливая конструкция меньшей жесткости в первой области деформационной конструкции, то есть в нижней части фюзеляжа, которая улавливает и смягчает, по меньшей мере, в определенном объеме первый удар самолета на земле или особенно эффективно на воде. Относительное расположение и фиксация шпангоутов в продольном направлении воздушного судна относительно друг друга в этом варианте перенимается соединенными поперечными балками пола со шпангоутами внешними продольными балками пола.
Предпочтительно, опорная структура дугообразно выгнута в сторону середины самолета и, по меньшей мере, на своем среднем участке соединена с соотнесенной поперечной балкой нижней половой конструкции. Таким образом посредством единства из поперечной балки пола и дугообразной опорной конструкции получается особенно эффективная передача поперечных сил.
При этом опорная конструкция, предпочтительно, имеет ферменную конструкцию или дугообразную балку.
Также является благоприятным, если удлиненные вниз внешние продольные балки пола, поперечные балки нижней половой конструкции и шпангоуты вместе с соединенной в этой области со шпангоутами наружной оболочкой фюзеляжа и, при необходимости, с предусмотренными в этой области и соединенными с нижней половой конструкцией половыми плитами образуют жесткий на изгиб и жесткий на кручение коробчатый профиль. Такой коробчатый профиль особенно хорошо подходит для того, чтобы преобразовывать кинетическую энергию в работу деформации, когда воздушное судно ударяется о твердый грунт без того, чтобы при этом распадалась вся статика конструкции фюзеляжа.
Особо благоприятная конструктивная форма отличается тем, что для соединения поперечных балок нижней половой конструкции со шпангоутами предусмотрены детали крепления, которые соответственно закреплены, с одной стороны, на боковом конце поперечной балки, а с другой стороны - на соотнесенном шпангоуте. Выполнение этих деталей крепления создает особо надежную передачу сил между соответствующим шпангоутом и соотнесенной с ним поперечной балкой нижней половой конструкции.
При этом является особенно благоприятным, если детали крепления снабжены соответственно расположенными в виде ферменной конструкции ребрами, которые проходят в направлении силовых составляющих подлежащих передачи деталью крепления сил. При этом тогда ребра поглощают большую часть подлежащих передаче сил, так что плоскостная часть детали крепления, которая соединена с соотнесенной поперечной балкой или же соответствующим шпангоутом, может быть выполнена существенно тоньше, чем обычные детали крепления. Таким образом может быть достигнуто уменьшение веса в деталях крепления. В качестве альтернативы - без уменьшения веса - может быть использован более экономичный материал (например, сталь вместо титана), за счет чего могут быть заметно понижены затраты на изготовление. Эти снабженные ребрами детали крепления могут быть выполнены специально для соответствующего случая применения для того, чтобы таким образом достигнуть максимальной передачи сил при минимальной массе детали крепления. Эти специально выполненные детали крепления представляют собой самостоятельное изобретение и, независимо от применения в настоящем фюзеляже воздушного судна с интегрированной энергопоглощающей деформационной конструкцией, могут быть применены, например, в любом другом фюзеляже воздушного судна, чтобы, например, соединять между собой шпангоуты и поперечные балки пола.
В этом отношении настоящее изобретение также распространяется на деталь крепления с расположенными в виде ферменной конструкции ребрами, которые проходят в направлении силовых составляющих подлежащих передаче деталью крепления сил. При этом ребра в своей продольной протяженности могут быть ориентированы, например, в направлениях, которые при разложении сил посредством параллелограмма сил или посредством конечных элементов определяются как основные направления передачи сил. Тогда высота и/или толщина соответствующих ребер может быть выполнена аналогично величине отдельных силовых составляющих. Предпочтительно, деталь крепления выполнена монолитной, например в виде отливки, прессованной детали или поковки, и может иметь интегрированные между ребрами участки поверхности, которые служат, например, для закрепления детали крепления, при этом они снабжены, например, сквозными отверстиями под болты, заклепки или другие крепежные пальцы.
К тому же, такие снабженные ребрами детали крепления в случае удара обладают тем преимуществом, что и детали крепления могут деформироваться и тем самым преобразовывать кинетическую энергию в работу деформации, что при используемых до сих пор массивных деталях крепления не является возможным или, по меньшей мере, возможным в существенном объеме.
Относящаяся к воздушному судну часть задачи решены посредством указанных в п.10 формулы изобретения признаков. Прежде всего, фюзеляж согласно изобретению находит применение в воздушном судне с несущими плоскостями или в вертолете.
Далее предпочтительные примеры осуществления изобретения с дополнительными конструктивными подробностями и другими преимуществами описываются и поясняются более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Показано на:
фиг.1 - изображение в перспективе в разрезе нижнего сегмента фюзеляжа воздушного судна согласно изобретению,
фиг.2 - изображение в разрезе показанного на фиг.1 сегмента фюзеляжа в направлении стрелки II,
фиг.3 - увеличенное изображение фрагмента III на фиг.2,
фиг.4 - изображение в разрезе согласно фиг.2 с дополнительной средней опорой,
фиг.5 - альтернативная конструктивная форма по отношению к изображенной на фиг.2 конструктивной форме с дугообразной решетчатой балкой,
фиг.6 - представленная на фиг.5 конструктивная форма с дополнительной средней опорой,
фиг.7 - разрез через представленную на фиг.2 конструктивную форму после вынужденной посадки на воду,
фиг.8 - конструктивная форма согласно фиг.2 после соударения, например, при аварийной посадке, с твердым грунтом,
фиг.9 - еще одна альтернативная конструктивная форма фюзеляжа согласно изобретению в грузовом воздушном судне большой вместимости,
фиг.10 - еще одна альтернативная конструктивная форма фюзеляжа согласно изобретению для вертолета.
Описание предпочтительных примеров осуществления На фиг.1 показана нижняя половина сегмента фюзеляжа 1 воздушного судна, который согласно изобретению в своей самой нижней области, «брюхе» воздушного судна, снабжен деформационной конструкцией 2. Фюзеляж имеет несколько таких элементов фюзеляжа с кольцеобразными шпангоутами 10, из которых в изображенном на фиг.1 сегменте фюзеляжа показан только один. Шпангоуты 10 расположены обычным образом в продольном направлении воздушного судна один за другим и на расстоянии друг от друга. Лонжероны 12 проходят в продольном направлении воздушного судна и соединяют между собой отдельные шпангоуты. Несколько лонжеронов 12 расположены вдоль периметра фюзеляжа на расстоянии друг от друга. Закрепленная снаружи на шпангоутах 10 и лонжеронах 12 наружная оболочка 14 образует обшивку 16 фюзеляжа.
В нижней области внутреннего пространства фюзеляжа предусмотрена нижняя половая конструкция 3. Нижняя половая конструкция 3 содержит несколько продольных балок 4, 5, 30, а также соединенные с ними поперечные балки 32. Каждая поперечная балка 32 на своих концах соединена с соотнесенным шпангоутом 10. На образованной из поперечных балок 32 и продольных балок 4, 5, 30 половой конструкции установлены половые плиты 34, которые образуют пол нижнего пространства в фюзеляже воздушного судна. Половая конструкция 3 снабжена двумя разными видами продольных балок. Средние продольные балки 30 пола выполнены обычным образом и имеют высоту, которая примерно соответствует высоте поперечных балок 32. Крепление продольных балок 30 на поперечных балках 32 происходит посредством само по себе известных крепежных уголков 31, которые закреплены, как на продольных балках 30, так и на поперечных балках 32 посредством пальцевых соединений, например, посредством заклепок.
Боковые продольные балки 4, 5 пола таким же образом соединены с соответствующими поперечными балками 32 посредством крепежных уголков 33. Однако, в вертикальном направлении, то есть, в направлении вертикальной оси воздушного судна, боковые продольные балки 4, 5 простираются вниз до внутренней стороны обшивки 16 фюзеляжа. Конструкция и принцип действия боковых продольных балок 4, 5 пола в случае удара при аварийной посадке или вынужденной посадки на воду ниже описываются более подробно со ссылкой на фиг.2.
Между обеими внутренними удлиненными вниз продольными балками 5 пола образована первая неупруго деформируемая средняя область 20 деформационной конструкции 2. В этой средней области 20 участок 16′ обшивки 16 фюзеляжа воздушного судна на обращенной к центру фюзеляжа внутренней стороне снабжен поглощающим импульсы слоем 22, который имеет регулярный рисунок из возвышений и углублений и в показанном примере имеет форму волнистого профиля, в котором впадины волны и гребни волны простираются в продольном направлении воздушного судна. Этот средний участок 16′ обшивки фюзеляжа вместе с нанесенным на внутренней стороне поглощающим импульсы слоем 22 образует поглощающую импульсы конструктивную деталь 24, которая простирается между двумя соседними шпангоутами 10 в продольном направлении воздушного судна. Шпангоуты 10 удерживают обшивку фюзеляжа в этой области в форме и обеспечивают желательный внешний контур фюзеляжа. Так как волнистый профиль простирается в продольном направлении воздушного судна, в этой первой неупруго деформируемой средней области 20 можно отказаться от дополнительных лонжеронов 12 фюзеляжа, так что на расположенном между обеими внутренними удлиненными вниз продольными балками 5 пола участке фюзеляжа, который образует первую неупруго деформируемую область 20, не предусмотрено поддерживающих нижнюю половую конструкцию 3 относительно обшивки 16 фюзеляжа или шпангоутов 10 лонжеронов фюзеляжа.
Между левой и правой внутренними удлиненными вниз продольными балками 5 пола предусмотрена соотнесенная с каждым шпангоутом 10, проходящая в поперечном направлении воздушного судна дугообразная опорная конструкция 6. Эта дугообразная опорная конструкция 6 соединяет соответствующие нижние, соединенные со шпангоутом 10 области внутренних удлиненных вниз продольных балок 5 пола и в этой области соединена со шпангоутом 10 и продольной балкой 5 пола посредством соответствующих деталей 64 крепления. Дугообразная опорная конструкция 6 имеет изогнутую внутрь к центру воздушного судна дугообразную балку 60, которая своим средним участком касается поперечной балки 32 половой конструкции 3 также и здесь в области средней продольной балки пола соединена с поперечной балкой 32. Опоры 61, 62 соединяют дугообразные балки 60 с обеими проходящими слева и справа от средней продольной балки пола соседними продольными балками пола в области их соединения с поперечной балкой 32. Таким образом между шпангоутом 10 и дугообразной опорной конструкцией 6 в средней области нижнего участка фюзеляжа между обеими внутренними удлиненными вниз продольными балками 5 пола образуется свободное полое пространство 21, в которое может беспрепятственно спадаться выполненный в виде поглощающей импульсы конструктивной детали 24 участок фюзеляжа первой неупруго деформируемой области 20 при посадке на «брюхо», как это, например, показано на фиг.7.
На фиг.2 изображена нижняя часть показанного на фиг.1 сегмента фюзеляжа в поперечном разрезе. Слева и справа над привязкой нижней половой конструкции 3 к шпангоуту 10 показаны левая и правая вертикальные опоры 18, 19 (не показанной) верхней половой конструкции.
Слева и справа от первой неупруго деформируемой средней области 20 в области обеих удлиненных вниз продольных балок 4, 5 пола образованы две боковые вторые неупруго деформируемые области 26, 28, конструкция и принцип действия которых поясняется более подробно на основе второй неупруго деформируемой области 26 со ссылкой на фиг.3. Другая боковая неупруго деформируемая область 28 сконструирована зеркально последней и поэтому более подробно не описывается.
Внешняя продольная балка 4 пола установлена в непосредственной близости от торцевого конца поперечной балки 32 пола нижней половой конструкции 3 посредством обычных крепежных уголков 40 и простирается от поперечной балки 32 вниз к внутренней стороне обшивки 16 фюзеляжа, где она само по себе известным образом соединена с обшивкой 16 фюзеляжа, например, посредством заклепок. Боковая продольная балка 4 пола также соединена со шпангоутом 10 обычным образом, например, посредством соответствующих крепежных уголков 41, 42, например, заклепками.
На торцевом конце поперечной балки 32 установлена снабженная расположенными в виде ферменной конструкции ребрами 70 деталь 7 крепления, которая прочно соединена с поперечной балкой 32, внешней продольной балкой 4 пола и шпангоутом 10 обычным образом, например, заклепками. При этом ребра 70 детали 7 крепления проходят в виде возвышений на плоском основании в направлении силовых составляющих, которые подлежат передаче деталью 7 крепления между поперечной балкой 32 и шпангоутом 10, в результате чего деталь 7 крепления объединяет в себе высокую нагрузочную способность в требующихся силовых направлениях с малым весом.
Между двумя соседними поперечными балками 32 пола предусмотрено по одной покровной плите 80, которые соединены с поперечной балкой 32, обеими боковыми удлиненными вниз продольными балками 4, 5 пола и деталью 7 крепления обычным образом, например, посредством соответствующих уголков и креплений заклепками. Поперечные балки 32, покровные плиты 80, шпангоуты 10, продольные балки 4 и 5 пола, а также обшивка 16 фюзеляжа образуют таким образом стабильный коробчатый профиль 8, который, в свою очередь, образует вторую неупруго деформируемую область 26.
Прежде всего, образованные боковыми продольными балками 4, 5 пола вертикальные опоры придают соответствующей боковой неупруго деформируемой области 26, 28 более высокую прочность (жесткость) в вертикальном направлении, то есть в направлении вертикальной оси воздушного судна, чем та, которую имеет средняя неупруго деформируемая область 20. По этой причине при посадке на «брюхо» сначала вдавливается средняя неупруго деформируемая область 20, как показано на фиг.7, перед тем, как в случае более жесткого удара воздушного судна о твердый грунт боковые неупруго деформируемые области 26, 28 поглощают энергию и преобразуют в работу деформации, как, например, показано на фиг.8.
Применяемый для деформируемых областей 20, 26, 28 материал специально подобран для задачи максимально поглощать энергию и преобразовывать в работу деформации. Так, например, поглощающий импульсы слой 22 состоит из волокнистого композита, предпочтительно из армированного углеродным волокном композита, из смеси стекловолокна и армированного углеродным волокном композита или только из армированного стекловолокном композита. Применяемый при этом стекловолокнистый материал имеет высокое относительное удлинение при разрыве величиной более чем 5%, чтобы можно было преобразовывать как можно больше энергии в работу деформации.
Средний участок 16′ обшивки фюзеляжа в средней неупруго деформируемой области 20, и, предпочтительно, также и в обеих боковых неупруго деформируемых областях 26, 28 может состоять из легкого металла, металловолокнистого композита, из композита, армированного углеродным волокном, или из смеси из композита, армированного углеродным волокном, с содержанием стекловолокна, при этом также и здесь применяется стекловолокно с относительным удлинением при разрыве величиной более чем 5%.
Обе удлиненных вниз боковые продольные балки 4, 5 пола могут состоять из легкого металла, например алюминия, или металловолокнистого композита, из армированного углеродным волокном композита или из армированного углеродным волокном композита с долей стекловолокна. Предпочтительно, также и здесь применяется стекловолокно с относительным удлинением при разрыве величиной более чем 5%.
На фиг.4 показана альтернативная фиг.2 конструктивная форма, в которой предусмотрена мягкая средняя вертикальная стойка 35, которая простирается между поперечной балкой 32 пола и образованной средним участком 16′ обшивки фюзеляжа и поглощающим импульсы слоем 22 поглощающей импульсы конструктивной деталью 24 и обеспечивает дополнительную стабилизацию. Но, вертикальная стойка 35 выполнена податливой таким образом, что она, хотя и может выполнять эти задачи по стабилизации, но в случае аварийной посадки не препятствует уже описанному вдавливанию поглощающей импульсы конструктивной детали 24 и, прежде всего, не вызывает прорыва среднего участка 16′ обшивки фюзеляжа. Вертикальная стойка 35 может быть выполнена в виде проходящей вертикально или наклонно к продольной оси воздушного судна штангообразной стойки, или она может быть выполнена в виде податливой плоскостной детали, которая простирается в вертикальной плоскости продольном направлении воздушного судна.
На фиг.5 изображена альтернативная показанной на фиг.2 конструктивная форма, в которой дугообразная опорная конструкция 6′ образована не дугообразной балкой, как в примере фиг.2, а ферменной конструкцией 65, которая на своей верхней стороне по всей ширине между обеими внутренними вертикальными продольными балками 5 пола соединен с поперечной балкой 32 нижней половой конструкции 3, и нижний контур 66 которой выполнен дугообразным.
На фиг.6 показана измененная по сравнению с показанным на фиг.5 вариантом конструктивная форма с образованной форменной конструкцией 65 дугообразной опорной конструкцией 6′, в которой, как в примере фиг.4, предусмотрена податливая средняя вертикальная стойка 36, которая простирается между поперечной балкой 32 пола и образованной средним участком 16′ обшивки фюзеляжа и поглощающим импульсы слоем 22 поглощающей импульсы конструктивной деталью 24 и обеспечивает дополнительную стабилизацию. Вертикальная стойка 36 по своим свойствам и своему выполнению соответствует вертикальной стойке 35; таким образом, она может быть выполнена в виде штангообразной стойки или в виде плоскостной детали.
На фиг.7 показана конструктивная форма согласно фиг.4 после вынужденной посадки на воду. Видно, что первая неупруго деформируемая средняя область 20 деформационной конструкции 2 в результате удара воздушного судна о водную поверхность W спалась в полое пространство 21. При этом нижний средний участок 16′ обшивки фюзеляжа был вдавлен внутрь к центру воздушного судна, но не разорван, так что протечки в обшивке 16 фюзеляжа не возникло. Вертикальная стойка 35, как видно согласно фиг.7, спалась и не мешает вдавливанию поглощающей импульсы конструктивной детали 24. Шпангоут 10 в области средней неупруго деформируемой области 20 разбит на отдельные части 10′. Теперь передача сил между обоими отломанными концами оставшейся невредимой части шпангоута 10 происходит через дугообразную опорную конструкцию 6 и поперечную балку 32 нижней половой конструкции 3, так что статический остов фюзеляжа воздушного судна не отказывает. Даже если бы в этом случае прорвалась наружная оболочка 14 на нижнем среднем участке 16′ обшивки фюзеляжа, то поглощающий импульсы слой 22 только деформируется и обеспечивает герметичность обшивки 16 фюзеляжа.
Обе боковые неупруго деформируемые области 26, 28 в результате удара воздушного судна о водную поверхность W не пострадали и образуют что-то вроде лыж или поплавков, которые стабилизируют воздушное судно при его продольном движении по воде.
На фиг.8 показан фюзеляж воздушного судна согласно изобретению, который по конструкции соответствует показанному на фиг.4 фюзеляжу, после столкновения с твердым грунтом G. На фиг.8 также видно, что фюзеляж воздушного судна оснащен верхней половой конструкцией 9, которая обычным образом построена с помощью (не показанных) продольных балок и поперечных балок 92. В образованном между нижней половой конструкцией 3 и верхней половой конструкцией 9 нижнем этаже фюзеляжа воздушного судна предусмотрены кресла 94 для пассажиров.
При показанном на фиг.8 состоянии фюзеляжа воздушного судна после столкновения с землей не только - как при показанной на фиг.7 вынужденной посадке на воду - спалась в полое пространство 21 средняя поглощающая импульсы конструктивная деталь 24 средней неупруго деформируемой области 20, но и обе боковых неупруго деформируемых области 26, 28 поглотили энергию удара и в результате этого деформированы. Не только шпангоут 10 при этом ударе о землю в области между обеими выполненными по типу ферменной конструкции деталями 7 крепления, с помощью которых поперечная балка 32 нижней половой конструкции 3 закреплена на шпангоуте 10, разложился на свои отдельные части 10″, но и дугообразная балка 60 разбилась на отдельные части 60′. В этом случае статическая стабильность фюзеляжа в периметрическом направлении сохраняется только за счет оставшейся области шпангоута 10 и нижней поперечной балки 32 пола, а также верхней поперечной балки 92 пола.
На фиг.9 в схематическом изображении показана нижняя часть сегмента фюзеляжа воздушного судна согласно изобретению, например, для транспортного самолета в измененной конструктивной форме. Нижняя поперечная балка 132 пола, а также нижняя часть 111 шпангоута 110 выполнены в виде цельной конструктивной детали. Дополнительно к обеим внешним продольным балкам 104, 105 нижней половой конструкции 103 предусмотрено несколько вертикальных продольных балок 135, которые поддерживают нижнюю поперечную балку 132 пола на нижней части шпангоута 1 10 и обшивке 116 фюзеляжа. Эти продольные балки 135 выполнены значительно более податливыми (более мягкими), чем боковые продольные балки 104 и 105 пола, так что продольные балки 135, хотя и могут поддерживать действующие на нижнюю половую конструкцию 103 от загруженного груза силы, но в случае аварийной посадки на воду или на твердый грунт спадаются вместе с деформационной конструкцией 102.
Также и здесь деформационная конструкция 102 имеет среднюю неупруго деформируемую область 120, которая снабжена поглощающей импульсы конструктивной деталью 124, которая также имеет предусмотренный на внутренней стороне среднего участка 116′ фюзеляжа поглощающий импульсы слой 122, который выполнен как в предыдущих примерах. Кроме того, деформационная конструкция 102, как в предыдущих примерах, содержит две боковых неупруго деформируемых области 126, 128, которые в принципе выполнены точно так же, как это описано в связи с предыдущими примерами, и которые, прежде всего, имеют очень жесткие боковые продольные балки 104, 105 нижней половой конструкции 103.
Вместо дугообразной опорной конструкции в показанном на фиг.9 примере предусмотрено две боковых решетчатых балки 106, которые простираются между поперечной балкой 132 пола и нижним участком 111 шпангоута и по бокам расположены по соседству с боковой продольной балкой 105 пола. Обе решетчатые балки 106 проходят на своей нижней стороне от нижнего участка 111 шпангоута вверх к поперечной балке 132 пола и в боковом направлении далеко разнесены между собой, так что между нижним участком 111 шпангоута, нижней поперечной балкой 132 пола и обеими решетчатыми балками 106, а также внутренними боковыми продольными балками 105 пола остается полое пространство 121, в которое в случае столкновения воздушного судна с водной поверхностью или с твердым грунтом могут спадаться поглощающая импульсы конструктивная деталь 124 и нижний средний участок 111 шпангоута.
На фиг.10 показана измененная конструктивная форма изображенного на фиг.9 сегмента фюзеляжа с коробчатым внешним контуром, как он является типичным для вертолетов, прежде всего, для грузовых вертолетов. Также и здесь шпангоут 210 со своим нижним средним участком 211 и поперечной балкой 232 нижней половой конструкции 203 образуют цельный профиль с предусмотренным между нижней поперечной балкой 232 пола и средним нижним участком 211 шпангоута полым пространством 221.
Боковые продольные балки 204, 205 пола выполнены таким же образом, как и в предыдущих примерах, и образуют стержневые компоненты боковых неупруго деформируемых областей 226, 228. Средняя неупруго деформируемая область 220 тоже выполнена точно так же, как в предыдущих примерах, и имеет, прежде всего, поглощающую импульсы конструктивную деталь 224, которая имеет предусмотренный на внутренней стороне нижнего среднего участка 216′ обшивки 216 фюзеляжа поглощающий импульсы слой 222, который выполнен как поглощающий импульсы слой 22 описанных вначале примеров.
Также и в примере фиг.10 предусмотрено две решетчатых балки 206, которые простираются между нижней поперечной балкой 232 пола и нижним участком 211 шпангоута и, в каждом случае по соседству с внутренней стороной внутренней продольной балки 205 пола, далеко разнесены между собой. И у этих обеих боковых решетчатых балок 206 нижний контур балки проходит, как у решетчатых балок 106 примера согласно фиг.9, к центру наискось вверх, так что в распоряжении имеется достаточное полое пространство 221, в которое может спадаться средняя неупруго деформируемая область 220.
Податливая средняя продольная балка 235 простирается от поперечной балки 232 пола к нижнему участку 211 шпангоута и к нижнему участку 216′ обшивки фюзеляжа и обеспечивает, как дополнительные продольные балки 135 в пример согласно фиг.9, что размещенный на половой конструкции груз оптимально поддерживается в шпангоут 210. Но дополнительная средняя продольная балка 235 является настолько податливой, что в случае аварийной посадки она не оказывает заметного сопротивления вдавливанию средней неупруго деформируемой области 220 внутрь в полое пространство 221 и, прежде всего, не приводит к разрыву нижнего участка 216′ обшивки фюзеляжа.
Таким образом, все показанные примеры выполнены так, что при вынужденной посадке на воду лишь только средняя неупруго деформируемая область 20, 120, 220 вдавливается в образованное за ней полое пространство 21, 121, 221 без того, чтобы при этом повреждалась обшивка фюзеляжа, то есть протечки в обшивке фюзеляжа не возникает. Лишь при более сильном ударе, который имеет место при аварийной посадке на твердый грунт, деформируются и боковые неупруго деформируемые области 26, 28; 126, 128; 226, 228, чтобы поглощать вызванные менее податливым по сравнению с водной поверхностью твердым грунтом большие по величине высокие силы удара. В этом случае удара о твердый грунт критерий герметичности обшивки фюзеляжа больше не стоит на первом плане, так что здесь и разрушение обшивки фюзеляжа способствует поглощению энергии.
Ссылочные обозначения в формуле изобретения, описании и на чертежах служат лишь лучшему пониманию изобретения и не должны ограничивать объем охраны.
| ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ | |
| 1 | Фюзеляж воздушного судна |
| 2 | Деформационная конструкция |
| 3 | Нижняя половая конструкция |
| 4 | Продольная балка |
| 5 | Продольная балка |
| 6 | Опорная конструкция |
| 6′ | Опорная конструкция |
| 7 | Деталь крепления |
| 8 | Коробчатый профиль |
| 9 | Верхняя половая конструкция |
| 10 | Шпангоут |
| 10′ | Отдельные части шпангоута 10 |
| 10″ | Отдельные части шпангоута 10 |
| 12 | Лонжерон фюзеляжа |
| 14 | Наружная оболочка |
| 16 | Обшивка фюзеляжа |
| 16′ | Участок обшивки фюзеляжа |
| 18 | Вертикальная опора |
| 19 | Вертикальная опора |
| 20 | Средняя неупруго деформируемая область |
| 21 | Полое пространство |
| 22 | Поглощающий импульсы слой |
| 24 | Поглощающая импульсы конструктивная деталь |
| 26 | Боковая неупруго деформируемая область |
| 28 | Боковая неупруго деформируемая область |
| 30 | Продольная балка |
| 31 | Крепежный уголок |
| 32 | Поперечная балка |
| 33 | Крепежный уголок |
| 34 | Половая плита |
| 35 | Вертикальная стойка |
| 36 | Вертикальная стойка |
| 40 | Крепежный уголок |
| 41 | Крепежный уголок |
| 42 | Крепежный уголок |
| 60 | Дугообразная балка |
| 60′ | Отдельные части дугообразной балки |
| 61 | Опора |
| 62 | Опора |
| 65 | Форменная конструкция |
| 66 | Контур ферменной конструкции |
| 70 | Ребро |
| 80 | Покровная плита |
| 92 | Поперечная балка пола |
| 94 | Пассажирские кресла |
| 102 | Деформационная конструкция |
| 103 | Половая конструкция |
| 104 | Продольная балка пола |
| 105 | Продольная балка пола |
| 106 | Решетчатая балка |
| 110 | Шпангоут |
| 111 | Нижний участок шпангоута |
| 116 | Обшивка фюзеляжа |
| 116′ | Средний участок обшивки фюзеляжа |
| 120 | Средняя неупруго деформируемая область |
| 121 | Полое пространство |
| 122 | Поглощающий импульсы слой |
| 124 | Поглощающая импульсы конструктивная деталь |
| 126 | Боковая неупруго деформируемая область |
| 128 | Боковая неупруго деформируемая область |
| 132 | Поперечная балка пола |
| 135 | Вертикальные продольные балки |
| 203 | Половая конструкция |
| 204 | Продольная балка пола |
| 205 | Продольная балка пола |
| 206 | Боковая решетчатая балка |
| 210 | Шпангоут |
| 211 | Нижний средний участок шпангоута |
| 216 | Обшивка фюзеляжа |
| 216′ | Нижний участок обшивки фюзеляжа |
| 220 | Средняя неупруго деформируемая область |
| 221 | Полое пространство |
| 222 | Поглощающий импульсы слой |
| 224 | Поглощающая импульсы конструктивная деталь |
| 226 | Боковая неупруго деформируемая область |
| 228 | Боковая неупруго деформируемая область |
| 232 | Поперечная балка пола |
| 235 | Дополнительная средняя продольная балка |
| G | Твердый грунт |
| W | Водная поверхность |
1. Фюзеляж воздушного судна с интегрированной энергопоглощающей деформационной конструкцией,
- причем фюзеляж (1) имеет кольцеобразные шпангоуты (10; 110; 210) и соединяющие между собой шпангоуты (10; 110; 210) лонжероны (12), а также образующую обшивку (16; 116; 216) фюзеляжа наружную оболочку (14),
- причем внутри фюзеляжа (1) предусмотрена по меньшей мере одна нижняя половая конструкция (3; 103; 203), которая имеет несколько соединенных с соотнесенным шпангоутом (10; 110; 210) поперечных балок (32; 132; 232) и соединяющие их между собой продольные балки (4, 5, 30; 104, 105; 204, 205) пола, и
- причем в расположенной под нижней половой конструкцией (3; 103; 203) нижней области фюзеляжа образована деформационная конструкция, отличающийся тем, что:
- деформационная конструкция имеет первую неупруго деформируемую среднюю область (20; 120; 220) и соответственно вторую, левостороннюю или же правостороннюю, неупруго деформируемую область (26, 28; 126, 128; 226, 228) большей жесткости в вертикальном направлении, чем средняя область, и
- с каждым шпангоутом (10) соотнесена опорная конструкция (6; 6′), проходящая в поперечном направлении воздушного судна между левой и правой внутренними продольными балками (5) пола, удлиненными вниз, соединяющая между собой нижние, соединенные с соответствующим шпангоутом (10) области внутренних продольных балок (5) пола и выполненная с возможностью передачи сил в поперечном направлении воздушного судна.
2. Фюзеляж по п.1, отличающийся тем, что соответствующая неупруго деформируемая область (26, 28; 126, 128; 226, 228) большей жесткости в вертикальном направлении имеет по меньшей мере одну удлиненную вниз за пределы поперечных балок (32; 132; 232) нижней половой конструкции (3; 103;203) продольную балку (4, 5; 104, 105; 204, 205) пола, которая в своей верхней области соединена с поперечными балками (32; 132; 232) половой конструкции (3; 103; 203) и которая в своей нижней области соединена со шпангоутами (10; 110; 210) фюзеляжа (1).
3. Фюзеляж по п.1, отличающийся тем, что расположенная между обеими вторыми неупруго деформируемыми областями (26, 28; 126, 128; 226, 228) первая неупруго деформируемая область (20; 120; 220) выполнена в виде поглощающей импульсы конструктивной детали, для чего, предпочтительно, на внутренней стороне обшивки (16; 116; 216) фюзеляжа предусмотрен поглощающий импульсы слой (22; 122; 222), который, также предпочтительно, имеет регулярный рисунок из возвышений и углублений, для чего он выполнен, например, волнообразным.
4. Фюзеляж по п.3, отличающийся тем, что на расположенном между обеими неупруго деформируемыми областями (26, 28; 126, 128; 226, 228) участке фюзеляжа, который образует первую неупруго деформируемую область (20; 120; 220), не предусмотрено удерживающих нижнюю половую конструкцию на обшивке фюзеляжа или шпангоутах лонжеронов фюзеляжа.
5. Фюзеляж по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что проходящая в поперечном направлении воздушного судна опорная конструкция (6; 6′) дугообразно выгнута внутрь к центру воздушного судна и по меньшей мере на своем среднем участке соединена с соотнесенной поперечной балкой (32) нижней половой конструкции (3).
6. Фюзеляж по п.5, отличающийся тем, что опорная конструкция (6; 6′) имеет ферменную конструкцию (65) или дугообразную балку (60).
7. Фюзеляж по одному из пп.2-4 или 6, отличающийся тем, что удлиненные вниз продольные балки (4, 5) пола, поперечные балки (32) нижней половой конструкции (3) и шпангоуты (10) вместе с соединенной в этой области со шпангоутами (10) наружной оболочкой (14) фюзеляжа (1) и, при необходимости, с предусмотренными в этой области и соединенными с нижней половой конструкцией (3) половыми плитами (34) образуют жесткий на изгиб и жесткий на кручение коробчатый профиль (8).
8. Фюзеляж по п.5, отличающийся тем, что удлиненные вниз продольные балки (4, 5) пола, поперечные балки (32) нижней половой конструкции (3) и шпангоуты (10) вместе с соединенной в этой области со шпангоутами (10) наружной оболочкой (14) фюзеляжа (1) и, при необходимости, с предусмотренными в этой области и соединенными с нижней половой конструкцией (3) половыми плитами (34) образуют жесткий на изгиб и жесткий на кручение коробчатый профиль (8).
9. Фюзеляж по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что для соединения поперечных балок (32) нижней половой конструкции (3) со шпангоутами (10) предусмотрены детали (7) крепления, которые соответственно закреплены, с одной стороны, на боковом конце поперечной балки (32), а с другой стороны - на соотнесенном шпангоуте (10).
10. Фюзеляж по п.9, отличающийся тем, что детали (7) крепления снабжены расположенными по типу ферменной конструкции ребрами (70), которые проходят в направлении силовых составляющих подлежащих передаче деталью (7) крепления сил.
11. Воздушное судно, прежде всего воздушное судно с несущими плоскостями или вертолет, с фюзеляжем, который выполнен в соответствии с одним из предшествующих пунктов.
