Конструктивный узел воздушного судна
Изобретение относится к конструктивному узлу воздушного судна. Конструктивный узел имеет элемент площади, который содержит внутренний слой и наружный слой. При этом первая поверхность элемента площади имеет выпуклую криволинейность в определенных частях относительно центральной зоны, проходящей через внутренний слой элемента площади, а вторая поверхность, противоположная первой, ориентирована параллельно центральной зоне. Причем элемент площади выполнен в виде наружного конструктивного элемента обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа или кессонной конструкции. Первая или вторая поверхность элемента площади предназначена для образования внутренней поверхности обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа или кессонной конструкции, обращенной к внутреннему пространству обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа или кессонной конструкции, в составе конструктивного узла (10′) воздушного судна при установке на воздушном судне. Достигается снижение веса, простота монтажа, достаточная механическая прочность и жесткость.9 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к конструктивному узлу воздушного судна, имеющему элемент площади, который содержит внутренний слой и наружный слой, при этом указанный наружный слой может образовывать, например, верхнюю и нижнюю обшивку.
Уровень техники
В современном воздушном судне гражданской авиации такие конструктивные узлы, как, например, обшивка фюзеляжа, отдельные сегменты обшивки фюзеляжа или система пола воздушного судна, обычно имеют составную конструкцию, в которой один или более элементов площади соединяются с конструкцией, повышающей жесткость или создающей опору и выполненной отдельно от элементов площади, чтобы придать конструктивному узлу требуемую конструктивную жесткость и устойчивость при продольном изгибе. В обшивке фюзеляжа или в сегменте обшивки фюзеляжа компоненты, которые называются здесь элементами площади, образуются, например, элементами оболочки, которые формируют наружную обшивку воздушного судна, а конструкция, повышающая жесткость, или опорная конструкция образуется системой шпангоутов и/или стрингеров воздушного судна. В отличие от этого традиционная система пола воздушного судна содержит элементы площади, выполненные, например, в виде панелей пола, которые устанавливаются на опорную конструкцию, содержащую множество поперечных опор, расположенных параллельно друг другу и перпендикулярно продольной оси воздушного судна. Такая система пола воздушного судна описана, например, в DE 10 2007062111 A1.
Система пола, которая известна из DE 10 2007062111 A1 и которая служит для отделения пассажирского салона от грузового отсека, расположенного под пассажирским салоном, содержит поперечную опорную конструкцию, выполненную из металла или пластика, армированного углеродным волокном (англ.: carbon fibre reinforced plastic, CFRP). Панели пола, имеющие слоистую структуру, устанавливаются на поперечную опорную конструкцию. Винты, проходящие сквозь панели пола, служат для крепления панелей пола к отдельным поперечным опорам поперечной опорной конструкции. Кроме того, к поперечной опорной конструкции прикрепляются панели потолка грузового отсека, которые проходят параллельно панелям пола и также имеют слоистую структуру.
В отличие от этого в DE 10 2005045181 A1 описана система пола воздушного судна, содержащая панели пола, которые изготовлены из волоконного композиционного материала и выполнены как единое целое с опорными элементами поперечной или продольной опорной конструкции. Панели пола представляют собой плоские облицовочные пластины, которые приклеиваются нижней стороной, противоположной рабочей поверхности пола, к опорным элементам поперечной или продольной опорной конструкции.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение конструктивного узла воздушного судна, который отличается низким весом и простотой монтажа, однако в то же время имеет достаточную механическую прочность и жесткость.
Эта задача решена при помощи конструктивного узла воздушного судна с признаками, описанными в пункте 1 формулы изобретения, и конструктивного узла воздушного судна с признаками, описанными в пункте 6 формулы изобретения.
Согласно первому варианту осуществления изобретения конструктивный узел воздушного судна содержит элемент площади, имеющий внутренний слой и наружный слой. Наружный слой может полностью окружать внутренний слой. Однако альтернативно этому возможна также конфигурация элемента площади, в которой наружный слой покрывает только отдельные участки внутреннего слоя. Первая поверхность элемента площади имеет выпуклую криволинейность, по меньшей мере в определенных частях, относительно воображаемой центральной зоны элемента площади, проходящей через внутренний слой элемента площади, при этом центральная зона элемента площади, проходящая через внутренний слой элемента площади, может иметь конфигурацию прямолинейной плоскости или криволинейной плоскости. В отличие от этого вторая поверхность элемента площади, противоположная первой поверхности, ориентирована, по меньшей мере в определенных частях, параллельно воображаемой центральной зоне элемента площади, проходящей через внутренний слой элемента площади. Таким образом, элемент площади имеет площадь поперечного сечения, которая изменяется вдоль его поверхностей.
Элемент площади конструктивного узла воздушного судна согласно изобретению может иметь выпуклую криволинейность в области всей своей первой поверхности относительно воображаемой центральной зоны элемента площади. Однако альтернативно этому возможна также конфигурация элемента площади, в которой только части первой поверхности имеют выпуклую криволинейность относительно воображаемой центральной зоны элемента площади. В отличие от этого другие части первой поверхности элемента площади могут проходить параллельно воображаемой центральной зоне элемента площади и, следовательно, параллельно второй поверхности элемента площади. В случае элемента площади, выполненного в виде панели системы пола, первая или вторая поверхность элемента площади образует рабочую поверхность пола в системе пола в составе конструктивного узла воздушного судна при установке на воздушном судне.
Элемент площади, выполненный в виде слоистой структуры, обеспечивает хорошую тепловую и звуковую изоляцию и, следовательно, вносит свой вклад в повышение комфорта пассажиров и экипажа на борту воздушного судна при использовании в качестве панели системы пола воздушного судна. В то же время панель пола, стойкая к механическим воздействиям, образуется благодаря конфигурации элемента площади с выпуклой криволинейностью первой поверхности относительно воображаемой центральной зоны элемента площади. В частности, элемент площади, имеющий выпуклую криволинейность первой поверхности, отличается хорошим сопротивлением к ударным нагрузкам. При этом элемент площади удовлетворяет требованиям по прочности, жесткости и сопротивлению ударной нагрузке, предъявляемым к панели системы пола воздушного судна без необходимости установки элемента площади на поперечную опорную конструкцию, которая используется в традиционных системах пола воздушных судов.
Наоборот, в системе пола воздушного судна, в которой элементы площади, выполненные в виде панелей пола и имеющие выпуклую криволинейность первой поверхности относительно воображаемой центральной зоны элемента площади, используются в качестве панелей пола, можно отказаться от дополнительной опорной конструкции. Поэтому конструктивный узел воздушного судна согласно изобретению характеризуется особенно низким весом. Кроме того, этот конструктивный узел можно устанавливать просто и быстро, поскольку больше нет необходимости вначале монтировать поперечную опорную конструкцию, а затем прикреплять панели системы пола к отдельным опорным элементам поперечной опорной конструкции. Вместо этого достаточно установить только элементы площади конструктивного узла воздушного судна согласно изобретению, которые выполнены в виде панелей пола, в их требуемую позицию на воздушном судне.
Вторая поверхность элемента площади, ориентированная, по меньшей мере в определенных частях, параллельно воображаемой центральной зоне элемента площади, проходящей через внутренний слой элемента площади, предпочтительно предназначена для образования рабочей поверхности пола системы пола в составе конструктивного узла воздушного судна при установке на воздушном судне. В такой конфигурации конструктивного узла воздушного судна согласно изобретению воображаемая центральная зона элемента площади, проходящая через внутренний слой элемента площади, и вторая поверхность элемента площади, ориентированная параллельно центральной зоне, предпочтительно имеют плоскую форму по меньшей мере в определенных частях, для того, чтобы образовывать плоскую рабочую поверхность пола в системе пола.
В отличие от этого первая поверхность элемента площади, имеющая выпуклую криволинейность относительно воображаемой центральной зоны элемента площади, проходящей через внутренний слой элемента площади, предпочтительно предназначена для того, чтобы образовывать нижнюю сторону элемента площади, выполненного в виде панели пола, которая является стороной, противоположной рабочей поверхности пола системы пола в составе конструктивного узла воздушного судна при установке на воздушном судне. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления конструктивного узла первая поверхность элемента площади выполнена таким образом, чтобы она была пригодной для образования поверхности потолка в части воздушного судна, расположенной под системой пола, и чтобы дополнительное потолочное покрытие в этой части воздушного судна можно было исключить. В результате этого можно дополнительно уменьшить вес и еще больше упростить монтаж.
Элемент площади конструктивного узла воздушного судна согласно изобретению может содержать соединительное устройство для соединения элемента площади с первым концом опорной штанги. Опорная штанга, которая может быть выполнена, например, в виде штанги конструкции Самера (англ.: Samer rod), предпочтительно прикрепляется ее вторым концом к шпангоуту конструкции воздушного судна. Опорная штанга может быть изготовлена из металла или из волоконного композиционного материала, например из пластика, армированного углеродным волокном. Аналогично этому шпангоут конструкции воздушного судна может быть изготовлен из металла или из волоконного композиционного материала, например из пластика, армированного углеродным волокном. Соединительное устройство может содержать, например, выемку, которая выполнена на первой поверхности элемента площади и в которую входит первый конец опорной штанги. Эта выемка может быть облицована покрытием, повышающим жесткость конструкции и выполненным из металла или волоконного композиционного материала, например из пластика, армированного углеродным волокном. Кроме того, соединительное устройство может содержать соответствующие крепежные средства, такие как, например, винты, заклепки или т.п., для прикрепления элемента площади к первому концу опорной штанги. Элемент площади предпочтительно содержит по меньшей мере два соединительных устройства, которые в любом случае служат для соединения элемента площади с первым концом опорной штанги, второй конец которой прикрепляется к шпангоуту конструкции воздушного судна.
Крепежный рельс, предназначенный для крепления сиденья или конструктивного моноблока к элементу площади, можно встроить во внутренний слой элемента площади. В составе конструктивного узла воздушного судна при установке на воздушном судне крепежный рельс предпочтительно проходит, по существу, параллельно продольной оси воздушного судна. Если требуется, во внутренний слой элемента площади можно также, разумеется, встроить несколько крепежных рельсов, которые можно расположить параллельно друг другу и на требуемом расстоянии друг от друга. Очевидно, что крепежный рельс, предназначенный для взаимодействия с сиденьем или конструктивным моноблоком, устанавливается в области второй поверхности элемента площади, которая образует рабочую поверхность пола в системе пола в составе конструктивного узла воздушного судна при установке на воздушном судне.
Крепежный рельс, встроенный во внутренний слой элемента площади, может опираться на опорный элемент, также встроенный во внутренний слой элемента площади. Опорный элемент предпочтительно расположен параллельно крепежному рельсу, т.е. в составе конструктивного узла воздушного судна при установке на воздушном судне опорный элемент предпочтительно ориентирован параллельно продольной оси воздушного судна. Опорный элемент может быть выполнен, например, в виде H-образного профиля. Опорный элемент может быть изготовлен из металла или волоконного композиционного материала, например из пластика, армированного углеродным волокном.
Согласно второму варианту осуществления изобретения конструктивный узел воздушного судна содержит элемент площади, имеющий внутренний слой и наружный слой, при этом наружный слой может также полностью покрывать внутренний слой или может быть нанесен на отдельные участки внутреннего слоя. Первая поверхность элемента площади также имеет выпуклую криволинейность, по меньшей мере в определенных частях, относительно воображаемой центральной зоны элемента площади, проходящей через внутренний слой элемента площади. Кроме того, вторая поверхность элемента площади, противоположная первой поверхности, ориентирована, по меньшей мере в определенных частях, параллельно воображаемой центральной зоне элемента площади, проходящей через внутренний слой элемента площади. Центральная зона элемента площади, проходящая через внутренний слой элемента площади, также может иметь конфигурацию прямолинейной плоскости или криволинейной плоскости.
Однако в данном случае элемент площади выполнен в виде наружного конструктивного элемента, т.е. в виде покрытия (обтекателя, обтекаемой поверхности) обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна для кессонной конструкции воздушного судна. Кессонная или коробчатая конструкция воздушного судна может быть выполнена в виде крыла воздушного судна, хвостового оперения воздушного судна или т.п. или может образовывать часть крыла воздушного судна, хвостового оперения воздушного судна или т.п. Первая или вторая поверхность элемента площади предназначена для образования внутренней поверхности обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции воздушного судна, обращенной к внутреннему пространству обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции воздушного судна в составе конструктивного узла воздушного судна при установке на воздушном судне.
Вторая поверхность элемента площади, ориентированная, по меньшей мере в определенных частях, параллельно воображаемой центральной зоне элемента площади, проходящей через внутренний слой элемента площади, предпочтительно образует внутреннюю поверхность обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции воздушного судна, обращенную к внутреннему пространству обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции воздушного судна, в составе конструктивного узла воздушного судна при установке на воздушном судне. Центральная зона элемента площади, проходящая через внутренний слой элемента площади, и вторая поверхность элемента площади, ориентированная параллельно центральной зоне, могут иметь плоскую или криволинейную форму, по меньшей мере в определенных частях.
В отличие от этого первая поверхность элемента площади, имеющая выпуклую криволинейность относительно воображаемой центральной зоны элемента площади, проходящей через внутренний слой элемента площади, предпочтительно образует наружную обшивку воздушного судна. Первая поверхность элемента площади, которая имеет выпуклую криволинейность относительно воображаемой центральной зоны элемента площади, может образовывать наружный слой внешней обшивки воздушного судна. Однако альтернативно этому еще один слой наружной обшивки воздушного судна может быть нанесен на первую поверхность элемента площади, чтобы первая поверхность элемента площади образовывала только один слой наружной обшивки воздушного судна.
Как и элемент площади, выполненный в виде панели пола, элемент площади, выполненный в виде обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции воздушного судна, благодаря своей слоистой структуре также отличается способностью обеспечивать хорошую звуковую и тепловую изоляцию. Кроме того, первая поверхность элемента площади, имеющая выпуклую криволинейность относительно центральной зоны элемента площади, также обеспечивает высокую механическую прочность и, в особенности, высокое сопротивление ударной нагрузке элемента площади. Таким образом, можно получить обшивку фюзеляжа воздушного судна или сегмент обшивки фюзеляжа воздушного судна без стрингеров или с небольшим числом стрингеров. Опорные конструктивные компоненты в кессонной конструкции воздушного судна также можно исключить. В результате можно получить значительное сокращение веса. Кроме того, упрощается монтаж обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции воздушного судна. В остальном все дополнительные характеристики и достоинства, описанные для элемента площади, выполненного в виде панели пола, применимы к элементу площади, выполненному в виде наружного конструктивного элемента, предназначенного для применения в обшивке фюзеляжа воздушного судна, в сегменте обшивки фюзеляжа воздушного судна или в кессонной конструкции воздушного судна.
Криволинейность первой поверхности элемента площади, имеющей выпуклую криволинейность относительно воображаемой центральной зоны элемента площади, проходящей через внутренний слой элемента площади, предпочтительно соответствует, в зависимости от формы и размеров элемента площади, требуемой криволинейности внешней обшивки воздушного судна, образуемой первой поверхностью элемента площади.
Независимо от того, выполнен ли элемент площади конструктивного узла воздушного судна согласно изобретению в виде панели системы пола воздушного судна или в виде наружного конструктивного элемента обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции воздушного судна, во внутреннем слое элемента площади может быть предусмотрена приемная полость для прокладки кабельных линий, трубопроводов, например трубопроводов для воды, газа, топлива, или других линий. Линии, встроенные во внутренний слой элемента площади, особенно хорошо защищены от механических нагрузок. Кроме того, во внутреннем слое элемента площади может быть предусмотрена приемная полость для линии тестирования, которая служит для обнаружения повреждений внутреннего слоя элемента площади и передает соответствующие сигналы, указывающие на повреждение внутреннего слоя элемента площади, на пригодное устройство управления.
Кроме того, внутренний слой элемента площади может содержать участки, усиленные упрочняющими элементами, встроенными во внутренний слой. Упрочняющие элементы могут быть выполнены в виде отдельных компонентов, изготовленных из металла или волоконного композиционного материала, например из пластика, армированного углеродным волокном. Однако альтернативно этому сам материал внутреннего слоя элемента площади может быть упрочнен. В случае элементов площади, которые используются в качестве элементов оболочки обшивки фюзеляжа или сегмента обшивки фюзеляжа, применение упрочняющих элементов, встроенных во внутренний слой, является предпочтительным, в особенности для тех участков элементов площади, которые испытывают сильные нагрузки или являются ослабленными, как, например, участки элемента площади с проемами для иллюминаторов.
Внутренний слой элемента площади предпочтительно изготовлен из пеноматериала. Так, например, для изготовления внутреннего слоя элемента площади можно использовать пенополиметакрилимид, который можно получить в виде пенопласта с закрытыми ячейками. Наружный слой элемента площади предпочтительно изготовлен из волоконного композиционного материала, например из пластика, армированного углеродным волокном, что позволяет получить высокую прочность, жесткость и сопротивление ударной нагрузке наружного слоя и в то же время - низкий вес. Наружный слой предпочтительно соединен с внутренним слоем посредством промежуточного слоя. В качестве промежуточного слоя может служить, например, слой смолы, в частности слой эпоксидной смолы или слой эпоксидной аминовой смолы.
Внутренний слой элемента площади может проходить по всему элементу площади. Однако предпочтительно часть элемента площади не содержит внутреннего слоя. В той части элемента площади, которая не содержит внутреннего слоя, первая и вторая поверхности элемента площади предпочтительно проходят параллельно друг другу и, возможно, также параллельно воображаемой центральной зоне. Если требуется, первая и вторая поверхности элемента площади могут быть выполнены в виде плоских поверхностей в той части элемента площади, которая не содержит внутреннего слоя.
Часть элемента площади, которая не содержит внутреннего слоя, может иметь монолитную конструкцию и может быть изготовлена, например, из монолитного волоконного композиционного материала, например из пластика, армированного углеродным волокном. Однако альтернативно этому часть элемента площади, которая не содержит внутреннего слоя, также может состоять из двух наружных слоев, проходящих параллельно друг другу и соединенных друг с другом, например, при помощи промежуточного слоя.
Часть элемента площади, которая не содержит внутреннего слоя, предпочтительно проходит вдоль по меньшей мере части периферийной кромки элемента площади. Часть, которая не содержит внутреннего слоя и проходит вдоль периферийной кромки элемента площади, обеспечивает повышение жесткости элемента площади. Кроме того, элемент площади может соединяться своей частью, которая не содержит внутреннего слоя, с соседним элементом площади.
Конструктивный узел воздушного судна согласно изобретению может содержать множество элементов площади, которые соединены с соседним элементом площади при помощи той части элемента площади, которая не содержит внутреннего слоя. Части соседних элементов площади, которые не содержат внутреннего слоя, могут быть расположены внахлест или встык и могут быть соединены пригодным способом. Так, например, возможно соединение соседних элементов площади при помощи склеивания, свинчивания, приклепывания или т.п. Однако альтернативно этому возможно также выполнение соседних элементов площади как единого целого без применения дополнительных соединительных элементов для соединения элементов площади друг с другом. Кроме того, элементы площади в области той их части, которая не содержит внутреннего слоя, можно присоединить к другим компонентам воздушного судна. Так, например, возможно присоединение элементов площади к конструктивному компоненту воздушного судна, например, к шпангоуту конструкции воздушного судна.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено более подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых показаны:
фигуры 1a и 1b - конструктивный узел воздушного судна, содержащий элемент площади, который выполнен в виде панели системы пола воздушного судна,
фигура 2a - конструктивный узел воздушного судна, содержащий элементы площади, которые выполнены в виде наружных конструктивных элементов сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна,
фигуры 2b-2d - подробное изображение различных вариантов осуществления элементов площади, выполненных в виде наружных конструктивных элементов сегмента обшивки фюзеляжа воздушного судна,
фигуры 3a-3c - три альтернативных варианта соединения двух соседних элементов площади конструктивного узла воздушного судна с фигуры 2a,
фигуры 4a и 4b - два различных варианта осуществления конструктивного узла воздушного судна, содержащего элементы площади, которые выполнены в виде наружных конструктивных элементов кессонной конструкции воздушного судна,
фигуры 5a и 5b - поперечные сечения элементов площади известного уровня техники, на которые действует ударная нагрузка, и
фигура 5c - поперечное сечение элемента площади, который предназначен для использования в конструктивном узле воздушного судна согласно фигурам 1a, 2a, 4a или 4b и на который действует ударная нагрузка.
Осуществление изобретения
На фигурах 1a и 1b показан первый вариант осуществления конструктивного узла 10 воздушного судна. Конструктивный узел 10 воздушного судна содержит элемент 12 площади, который выполнен в виде панели системы 14 пола. В показанном варианте осуществления система 14 пола служит для отделения пассажирского салона 16 от грузового отсека 18, расположенного под пассажирским салоном 16. Однако следует понимать, что систему 14 пола можно также использовать для разделения двух пассажирских палуб в широкофюзеляжном воздушном судне, расположенных одна над другой.
Как наглядно показано на детальном чертеже на фигуре 1b, элемент 12 площади, по меньшей мере в определенных частях, представляет собой слоистую структуру и содержит внутренний слой 20, выполненный из пенопласта с закрытыми ячейками. Для получения внутреннего слоя 20 можно использовать, например, пенополиметакрилимид. Элемент 12 площади, содержащий такой вспененный внутренний слой 20, отличается превосходными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Кроме того, элемент 12 площади содержит наружный слой 22, который полностью покрывает вспененный внутренний слой 20. Наружный слой 22 выполнен из пластика, армированного углеродным волокном, который отличается высокой механической прочностью, высокой жесткостью и высоким сопротивлением ударной нагрузке. Таким образом, наружный слой 22 на основании только своих механических свойств обеспечивает хорошую механическую прочность и высокую жесткость всего элемента 12 площади. Наружный слой 22 соединяется с внутренним слоем 20 через промежуточный слой 24. В показанном варианте осуществления промежуточный слой 24 выполнен из смолы RTM6 производства компании Hexcel.
При этом, однако, внутренний слой 20 расположен не во всем элементе 12 площади. Напротив, элемент 12 площади имеет часть 26, в которой элемент 12 площади не содержит внутреннего слоя 20. Часть 26 элемента 12 площади проходит вдоль периферийной кромки элемента 12 площади и в показанном варианте осуществления состоит из двух наружных слоев 22, проходящих параллельно друг другу и соединенных друг с другом через промежуточный слой 24. Однако альтернативно этому часть 26 может также иметь монолитную конструкцию и состоять, например, из монолитного пластика, армированного углеродным волокном. Часть 26, расположенная вдоль всей периферийной кромки элемента 12 площади, обеспечивает дополнительное повышение жесткости элемента 12 площади.
Кроме того, элемент 12 площади в области своей части 26 может соединяться с соседним элементом 12 площади. Для этого части 26 соседних элементов площади могут быть расположены внахлест или впритык друг к другу и соединены соответствующим способом. Так, например, соединение соседних элементов 12 площади можно осуществить при помощи склеивания, свинчивания, приклепывания или т.п. Кроме того, элементы 12 площади в области их части 26, которая не содержит внутреннего слоя 20, можно присоединить к другим компонентам воздушного судна. Например, в системе пола, показанной на фигурах 1a и 1b, возможно присоединение элемента 12 площади в области его части 26 к конструктивному компоненту воздушного судна, например, к шпангоуту 28 конструкции воздушного судна.
Элемент 12 площади имеет первую поверхность 30 и вторую поверхность 32, противоположную первой поверхности 30. Первая поверхность 30 элемента 12 площади имеет выпуклую криволинейность, в части элемента 12 площади, содержащей внутренний слой 20, относительно воображаемой плоской центральной зоны Z, проходящей через внутренний слой 20 элемента 12 площади (см. фигуру 1b). В отличие от этого вторая поверхность 32 элемента 12 площади, противоположная первой поверхности 30, ориентирована параллельно воображаемой центральной зоне Z элемента 12 площади, проходящей через внутренний слой 20 элемента 12 площади, т.е. вторая поверхность 32 элемента 12 площади имеет плоскую форму.
Плоская вторая поверхность 32 элемента 12 площади, ориентированная параллельно плоской центральной зоне Z, образует рабочую поверхность пола в системе 14 пола в составе элемента 12 площади, показанного на фигуре 1а, при установке на воздушном судне. В отличие от этого первая поверхность 30 элемента 12 площади, имеющая выпуклую криволинейность относительно центральной зоны Z, образует нижнюю сторону системы 14 пола, противоположную второй поверхности 32 элемента 12 площади, которая образует рабочую поверхность пола в системе 14 пола. Только в части 26 элемента 12 площади, которая не содержит внутреннего слоя 20, первая и вторая поверхности 30, 32 элемента 12 площади расположены параллельно друг другу и параллельно воображаемой центральной зоне Z, т.е. первая и вторая поверхности 30, 32 элемента 12 площади выполнены в виде плоских поверхностей в части 26 элемента 12 площади, которая не содержит внутреннего слоя 20.
Как можно видеть на схематических чертежах на фигурах 5a-5c, первая поверхность 30 элемента 12 площади, имеющая выпуклую криволинейность относительно центральной зоны Z, отличается значительно большим сопротивлением ударной нагрузке по сравнению с плоской поверхностью. Увеличение сопротивления ударной нагрузке криволинейной поверхности вызвано тем фактом, что сила сопротивления ударной нагрузке, противодействующая силе ударной нагрузки F1, содержит компонент, который направлен прямо противоположно силе ударной нагрузки F1. Таким образом, благодаря конфигурации первой поверхности 30, имеющей выпуклую криволинейность относительно центральной зоны Z, устойчивость к повреждению и, в частности, сопротивление ударной нагрузке, элемента 12 площади можно значительно повысить по сравнению с элементом площади, содержащим две плоские поверхности.
Кроме того, элемент 12 площади, имеющий первую поверхность 30 с выпуклой криволинейностью относительно центральной зоны Z и, следовательно, имеющий изменяющуюся площадь поперечного сечения и изменяющуюся толщину внутреннего слоя, в случае приложения ударной нагрузки, будет иметь характер деформации, который заметно отличается от характера деформации слоистой структуры с постоянной площадью поперечного сечения и постоянной толщиной внутреннего слоя. Слоистая структура с постоянной площадью поперечного сечения и постоянной толщиной внутреннего слоя лишь немного деформируется в случае ударной нагрузки, т.е. только небольшая часть ударной энергии превращается в энергию деформации при изгибе. Вместо этого основная часть ударной энергии, действующая на слоистую структуру, превращается в "энергию разрушения", которая вызывает пластическую деформацию внутреннего слоя и в зависимости от величины ударной нагрузки может также вызывать разрушение от сдвига внутреннего слоя.
В отличие от этого в случае элемента 12 площади, имеющего выпуклую криволинейность первой поверхности 30 и, следовательно, изменяющуюся площадь поперечного сечения и изменяющуюся толщину внутреннего слоя, ударная нагрузка вызывает деформацию на большой площади, возможно, - на площади всей структуры. Следовательно, основную часть ударной энергии, действующей на элемент 12 площади в случае ударной нагрузки, можно превратить в энергию деформации изгиба (см. штриховые линии элемента площади на фигуре 5c), т.е. с соответствующей опорой элемент 12 площади является более гибким, чем слоистая структура с постоянной площадью поперечного сечения и постоянной толщиной внутреннего слоя. Хотя часть ударной энергии, действующей на элемент 12 площади, которая не превращается в энергию деформации изгиба, может все-таки вызывать на небольшой площади разрушающую или пластическую деформацию V внутреннего слоя 20, можно исключить или по меньшей мере значительно снизить повреждение, которое, по существу, ослабляет прочность и стойкость элемента 12 площади, по сравнению с известными слоистыми структурами с постоянной площадью поперечного сечения и постоянной толщиной внутреннего слоя. Таким образом, систему 14 пола можно использовать без дополнительной поперечной опорной конструкции, несущей основную нагрузку, что обеспечивает особенно низкий вес и простоту монтажа указанной системы.
В показанном варианте осуществления первая поверхность 30 элемента 12 площади, имеющая выпуклую криволинейность относительно центральной зоны Z, выполнена таким образом, что она является пригодной для получения поверхности потолка грузового отсека 18. В результате этого можно исключить применение дополнительной подшивки потолка грузового отсека 18. Это обеспечивает дополнительное уменьшение веса и упрощение монтажа.
Как можно видеть на фигуре 1а, элемент 12 площади снабжен соединительным устройством 34, которое служит для соединения элемента 12 площади с первым концом опорной штанги 36. Соединительное устройство 34 встроено во внутренний слой 20 элемента площади 20 и содержит приемное устройство для ввода первого конца опорной штанги 36. Второй конец опорной штанги 36 прикрепляется к шпангоуту 28 конструкции воздушного судна. Кроме того, элемент 12 площади, или часть 26 элемента 12 площади, которая не содержит внутреннего слоя 20, прикреплена к шпангоуту 28 при помощи соединительного элемента 37. На фигуре 1а показано только одно соединительное устройство 34, только одна опорная штанга 36 и только один соединительный элемент 37, однако следует понимать, что элемент 12 площади может быть снабжен дополнительным соединительным устройством 34 и дополнительной опорной штангой 36, чтобы обеспечить пространственную опору элемента 12 площади на шпангоут 28 конструкции воздушного судна. Кроме того, элемент 12 площади при помощи дополнительного соединительного элемента 37 может быть присоединен к части шпангоута 28, противоположной части шпангоута 28, которая показана на фигуре 1а.
Кроме того, во внутреннем слое элемента 12 площади предусмотрено множество приемных полостей 38, которые служат для прокладки кабельных линий, трубопроводов и т.п. Кроме того, по меньшей мере через одну из приемных полостей 38 проходит линия тестирования, которая предназначена для контроля структурной целостности внутреннего слоя 20 элемента 12 площади. Сигналы, передаваемые по линии тестирования, поступают на управляющее устройство (не показано на чертежах), при этом управляющее устройство может определять структурное повреждение внутреннего слоя 20 элемента 12 площади на основе сигналов, переданных ему по линии тестирования.
И, наконец, во внутренний слой 20 элемента 12 площади встроены крепежные рельсы 40, предназначенные для крепления сидений или конструктивного моноблока к элементу 12 площади. Следует понимать, что крепежные рельсы 40 расположены в области второй поверхности 32 элемента 12 площади, которая образует рабочую поверхность пола в системе 14 пола при ее установке на воздушном судне. Крепежные рельсы 40 расположены, по существу, параллельно продольной оси воздушного судна в составе системы 14 пола при установке на воздушном судне.
Все крепежные рельсы 40 опираются на опорный элемент 42, встроенный во внутренний слой 20 элемента 12 площади. В показанном варианте осуществления опорные элементы 42 выполнены в виде H-образного профиля. Опорные элементы 42 выполнены из пластика, армированного углеродным волокном, и поэтому обеспечивают повышение жесткости элемента 12 площади в области крепежных рельсов 40 без ненужного увеличения веса элемента 12 площади. Если требуется, внутренний слой 20 элемента 12 площади может содержать дополнительные участки, усиленные при помощи упрочняющих элементов, встроенных во внутренний слой 20.
На фигурах 2a-2d показан другой вариант осуществления конструктивного узла 10' воздушного судна, который содержит множество элементов 12' площади. Основная конструкция элементов 12' площади соответствует основной конструкции элемента 12 площади, описанной выше, т.е. элементы 12' площади, как и элемент 12 площади, содержат вспененный внутренний слой 20 из вспененного материала, который через промежуточный слой 24 из смолы соединяется с наружным слоем 22, изготовленным из пластика, армированного углеродным волокном. Кроме того, элементы 12' площади, как и элемент 12 площади, вдоль их периферийной кромки имеют часть 26', которая не содержит внутреннего слоя 20', но состоит из двух наружных слоев 22', соединенных друг с другом через промежуточный слой 24'. И, наконец, все элементы 12' площади, как и элемент 12 площади, содержат первую поверхность 30', которая имеет выпуклую криволинейность в части элемента 12' площади, содержащей внутренний слой 20', относительно воображаемой центральной зоны 71 элемента 12' площади, проходящей через внутренний слой 20' элемента 12' площади. В отличие от этого вторая поверхность 32' элемента 12' площади, противоположная первой поверхности 30', расположена параллельно центральной зоне Z', при этом центральная зона 71 и вторая поверхность 32' могут иметь плоскую форму (см. фигуры 2b и 2с) или криволинейную форму (см. фигуру 2d).
Однако в отличие от элемента 12 площади элементы 12' площади выполнены не в виде панели пола, а в виде элемента оболочки сегмента 44 обшивки фюзеляжа. Иными словами, сегмент 44 обшивки фюзеляжа, показанный на фигуре 2a, состоит из множества элементов 12' площади, соединенных друг с другом и выполненных в виде элементов оболочки. Соединение соседних элементов 12' площади друг с другом осуществляется в области части 26' элементов 12' площади, которая не содержит внутреннего слоя 20'.
Как указано выше, части 26' элементов 12' площади могут быть расположены внахлест или встык и соединяться друг с другом соответствующим способом, например склеиванием, приклепыванием или т.п. На фигуре 3a показано три взаимно соединенных соседних элемента 12' площади, части 26' которых имеют участок 47, выступающий под углом около 90° ко второй поверхности 32', и соединяются друг с другом в области этого участка 47 при помощи клеевого или заклепочного соединения 48. В отличие от этого на фигуре 3b показано два соседних элемента 12' площади, которые расположены встык и соединяются друг с другом при помощи T-образной накладки 50. Уплотнение 52 служит в обоих случаях для герметизации соединения между соседними элементами 12' площади. И, наконец, на фигуре 3c показаны элементы 12' площади, выполненные как единое целое друг с другом. Элементы 12' площади, показанные на фигуре 3c, изготавливаются по одностадийной технологии и поэтому являются более сложными для производства, чем элементы 12' площади, которые изготавливаются как отдельные детали согласно фигурам 3a и 3b. Однако применение дополнительных соединительных элементов для соединения соседних элементов 12' площади можно исключить. В случае необходимости элементы 12' площади, выполненные как единое целое друг с другом, в их частях 26' или на участках их частей 26' можно снабдить упрочняющими элементами 46, которые обеспечивают повышение жесткости на граничных участках между соседними элементами 12' площади.
Первая поверхность 30' каждого элемента 12' площади, имеющая выпуклую криволинейность относительно центральной зоны Z' элемента 12' площади, образует наружную обшивку воздушного судна в составе сегмента 44 обшивки фюзеляжа при установке на воздушном судне. При этом следует понимать, что первая поверхность 30' элементов 12' площади может образовывать только один слой внешней обшивки воздушного судна и, если требуется, может быть предусмотрен дополнительный поверхностный слой. В зависимости от формы и размеров элементов 12' площади криволинейность первой поверхности 30' в каждом случае адаптируется к требуемой криволинейности внешней обшивки воздушного судна, образуемой первой поверхностью 30'.
Приемные полости 38' для прокладки кабельных линий, трубопроводов или линий тестирования также выполнены во внутреннем слое 20' элементов 12' площади. Кроме того, если требуется, во внутренний слой 20' элементов 12' площади встраиваются упрочняющие элементы 46, при помощи которых образуются усиленные части внутреннего слоя. Так, например, особенно целесообразно предусмотреть усиление при помощи упрочняющих элементов 46 тех элементов 12' площади, которые содержат проемы 48 иллюминаторов и поэтому являются конструктивно ослабленными.
Элементы 12' площади, как и элемент 12 площади, отличаются высокой механической прочностью, высокой жесткостью и в особенности - превосходным сопротивлением ударной нагрузке. Поэтому конструкция воздушного судна, снабженная сегментом 44 обшивки фюзеляжа, который показан на фигуре 2а, может не содержать стрингеров (продольных опор, проходящих параллельно продольной оси воздушного судна) или содержать гораздо меньше стрингеров, чем конструкции воздушного судна, снабженные традиционными сегментами обшивки фюзеляжа. Это также позволяет значительно уменьшить вес и существенно упростить монтаж сегмента 44 обшивки фюзеляжа. В то же время обеспечивается превосходная тепло- и звукоизоляция благодаря слоистой структуре элементов 12' площади с вспененным внутренним слоем 20'. Все остальные дополнительные характеристики и достоинства, описанные для элемента 12 площади, выполненного в виде панели пола, являются применимыми к элементу 12' площади, выполненному в виде элемента оболочки и предназначенному для применения в сегменте 44 обшивки фюзеляжа.
На фигурах 4a и 4b показан другой вариант осуществления конструктивного узла 10' воздушного судна, который содержит множество элементов 12'' площади. Основная конструкция элементов 12'' площади соответствует основной конструкции элементов 12, 12' площади, описанных выше, т.е. элементы 12'' площади, как и элементы 12, 12' площади, содержат вспененный внутренний слой, который через промежуточный слой смолы соединяется с наружным слоем, выполненным из пластика, армированного углеродным волокном. Кроме того, элементы 12'' площади, как и элементы 12, 12' площади, вдоль их периферийной кромки имеют часть, которая не содержит внутреннего слоя, но состоит из двух наружных слоев, соединенных друг с другом через промежуточный слой. И, наконец, каждый элемент 12'' площади, как и элементы 12, 12' площади, имеет первую поверхность 30'', которая имеет выпуклую криволинейность в части элемента 12'' площади, содержащей внутренний слой, относительно воображаемой центральной зоны Z'' элемента 12'' площади, проходящей через внутренний слой элемента 12'' площади. В отличие от этого вторая поверхность 32'' элемента 12'' площади, противоположная первой поверхности 30'', расположена параллельно центральной зоне Z''.
Однако в отличие от элемента 12 площади или элементов 12' площади элементы 12'' площади выполнены не в виде панели пола или в виде наружных конструктивных элементов сегмента 44 обшивки фюзеляжа, а в виде наружных конструктивных элементов кессонной конструкции 50 воздушного судна. Кессонная или коробчатая конструкция 50 воздушного судна может образовывать крыло, хвостовое оперение или другой конструктивный компонент воздушного судна, имеющий коробчатую форму, или часть такого конструктивного компонента воздушного судна, имеющего коробчатую форму. В вариантах осуществления кессонной конструкции 50 воздушного судна, показанных на фигурах 4a и 4b, элементы 12'' площади соединяются друг с другом при помощи соединительных стоек 52, расположенных между элементами 12'' площади. Однако в случае необходимости соединительные стойки 52 можно также заменить другими элементами 12'' площади. Соединение соседних элементов 12'' площади можно осуществить способами, описанными выше для элементов 12' площади.
Первая поверхность 30'' каждого элемента 12'' площади, имеющего выпуклую криволинейность относительно центральной зоны Z'', образует наружную обшивку воздушного судна в составе кессонной конструкции 50 воздушного судна при установке на воздушном судне. При этом также следует понимать, что первая поверхность 30'' элементов 12'' площади может образовывать только один слой внешней обшивки воздушного судна и, если требуется, может быть снабжена дополнительным поверхностным слоем. В зависимости от формы и размеров элементов 12'' площади криволинейность первой поверхности 30'' во всех случаях адаптируется к требуемой криволинейности внешней обшивки воздушного судна, образуемой первой поверхностью 30''. Во внутреннем слое элементов 12'' площади также предусмотрены каналы для прокладки кабельных линий, трубопроводов или линий тестирования. Кроме того, если требуется, во внутренний слой элементов площади встраиваются упрочняющие элементы, которые повышают прочность в области внутреннего слоя.
Элементы 12'' площади, как и элемент 12 площади и элементы 12' площади, отличаются высокой механической прочностью, высокой жесткостью и в особенности - превосходным сопротивлением ударной нагрузке. Поэтому кессонная конструкция 50 воздушного судна, показанная на фигуре 4a или 4b, может иметь меньшее количество или вообще не иметь стрингеров. Благодаря этому также можно получить значительное уменьшение веса и существенно упростить монтаж кессонной конструкции 50 воздушного судна. В то же время в результате применения слоистой структуры элементов 12'' площади с вспененным внутренним слоем обеспечиваются превосходные тепло- и звукоизоляционные свойства. Все остальные дополнительные характеристики и достоинства, описанные для элементов 12, 12' площади, выполненных в виде панели пола или элемента оболочки, являются применимыми к элементу 12'' площади, образующему наружный конструктивный элемент кессонной конструкции 50 воздушного судна.
1. Конструктивный узел (10′) воздушного судна, имеющий элемент (12′; 12″) площади, который содержит внутренний слой (20′) и наружный слой (22′), отличающийся тем, что первая поверхность (30′; 30″) элемента (12′; 12″) площади имеет выпуклую криволинейность, по меньшей мере в определенных частях, относительно воображаемой центральной зоны (Z′; Z″) элемента (12′; 12″) площади, проходящей через внутренний слой (20′) элемента (12′; 12″) площади, а вторая поверхность (32′; 32″) элемента (12′; 12″) площади, противоположная первой поверхности (30′; 30″), ориентирована, по меньшей мере в определенных частях, параллельно воображаемой центральной зоне (Z′; Z″) элемента (12′; 12″) площади, проходящей через внутренний слой (20′) элемента (12′; 12″) площади, причем элемент (12′; 12″) площади выполнен в виде наружного конструктивного элемента обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента (44) обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции (50) воздушного судна, при этом первая или вторая поверхность (30′, 32′; 30″, 32″) элемента (12′; 12″) площади предназначена для образования внутренней поверхности обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента (44) обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции (50) воздушного судна, обращенной к внутреннему пространству обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента (44) обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции (50) воздушного судна, в составе конструктивного узла (10′) воздушного судна при установке на воздушном судне.
2. Конструктивный узел по п.1, отличающийся тем, что вторая поверхность (32′; 32″) элемента (12′; 12″) площади, ориентированная, по меньшей мере в определенных частях, параллельно воображаемой центральной зоне (Z′; Z″) элемента (12′; 12″) площади, проходящей через внутренний слой (20′) элемента (12′; 12″) площади, предназначена для образования внутренней поверхности обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента (44) обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции (50) воздушного судна, обращенной к внутреннему пространству обшивки фюзеляжа воздушного судна, сегмента (44) обшивки фюзеляжа воздушного судна или кессонной конструкции (50) воздушного судна, в составе конструктивного узла (10′) воздушного судна при установке на воздушном судне, при этом первая поверхность (30′; 30″) элемента (12″; 12″) площади, имеющая выпуклую криволинейность относительно воображаемой центральной зоны (Z′; Z″) элемента (12′; 12″) площади, проходящей через внутренний слой (20)′ элемента (12′; 12″) площади, предназначена для образования наружной обшивки воздушного судна в составе конструктивного узла (10′) воздушного судна при установке на воздушном судне.
3. Конструктивный узел по п.2, отличающийся тем, что криволинейность первой поверхности (30′; 30″) элемента (12′; 12″) площади, имеющей выпуклую криволинейность относительно воображаемой центральной зоны (Z′; Z″) элемента (12′; 12″) площади, проходящей через внутренний слой (20)′ элемента (12′; 12″) площади, соответствует, в зависимости от формы и размеров элемента (12′; 12″) площади, требуемой криволинейности внешней обшивки воздушного судна, образованной первой поверхностью (30′; 30″) элемента (12′; 12″) площади.
4. Конструктивный узел по п.1, отличающийся тем, что во внутреннем слое (20; 20′) элемента (12; 12′; 12″) площади предусмотрена приемная полость (38; 38′) для прокладки кабельных линий, трубопроводов или линий тестирования.
5. Конструктивный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренний слой (20; 20′) элемента (12; 12′; 12″) площади содержит участки, усиленные упрочняющими элементами (46), встроенными во внутренний слой (20; 20′).
6. Конструктивный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренний слой (20; 20′) элемента (12; 12′; 12″) площади выполнен из пеноматериала, а наружный слой (22; 22′) элемента площади (12; 12′) выполнен из волоконного композиционного материала, при этом наружный слой (22; 22′) соединен с внутренним слоем (20; 20′) посредством промежуточного слоя (24; 24′).
7. Конструктивный узел по п.5, отличающийся тем, что элемент (12; 12′; 12″) площади имеет по меньшей мере одну часть (26; 26′), которая не содержит внутреннего слоя (20; 20′).
8. Конструктивный узел по п.7, отличающийся тем, что часть (26; 26′) элемента (12; 12′; 12″) площади, которая не содержит внутреннего слоя (20; 20′), имеет монолитную конструкцию или содержит несколько наружных слоев (22; 22′), соединенных друг с другом.
9. Конструктивный узел по п.7, отличающийся тем, что часть (26; 26′) элемента (12; 12′; 12″) площади, которая не содержит внутреннего слоя (20; 20′), проходит вдоль по меньшей мере одного участка периферийной кромки элемента (12; 12′; 12″) площади.
10. Конструктивный узел по п.7, отличающийся тем, что он содержит множество элементов (12; 12′; 12″) площади, которые соединены друг с другом вдоль частей (26; 26′) элементов (12; 12′; 12″) площади, которые не содержат внутреннего слоя (20; 20′).
