Конструктивный балочный узел (варианты), способ сборки упрочненной конструктивной балки, аэродинамическая поверхность и летательный аппарат
Изобретение относится к системам и способам выдерживания нагрузок с использованием конструктивных балок, в частности, раскрытые варианты реализации относятся к упрочненным или усиленным конструктивным балкам. Усиленный изнутри конструктивный балочный узел содержит удлиненную балку и непрерывные элементы жесткости. Удлиненная балка имеет стеночную часть, первую полку и вторую полку, расположенную на расстоянии от первой полки и противоположно первой полке с другой стороны поверхности стеночной части. Непрерывные элементы жесткости проходят поочередно между первой полкой и второй полкой по соответствующей длине балки. Повышается прочность конструкции. 5 н. и 21 з.п. ф-лы, 13 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системам и способам выдерживания нагрузок с использованием конструктивных балок. В частности, раскрытые варианты реализации относятся к упрочненным или усиленным конструктивным балкам.
Конструктивные балки, такие как стальные балки с I-образным, профилем, десятилетиями используются по всему миру во множестве случаев применения, связанных со строительством зданий и транспортных средств (например, летательных аппаратов), а также мостов, башен, стен, а также в других аспектах области строительства. Конструктивные балки, такие как балки с I-образным профилем (также называемые балками с Н-образным профилем), балки с С-образным профилем, балки с J-образным профилем и тому подобные, название которых обычно связано с профилем их сечения, обычно используются в качестве несущих нагрузку элементов, таких как элементы корпуса. Основной характеристикой балки является ее способность к сопротивлению изгибу. Соответственно, балки иногда усиливают с применением усиливающих элементов, которые обычно представляют собой короткие части, разрозненно прикрепленные к балке. Например, множество вертикальных частей иногда прикрепляют между верхним и нижним полками балки. Такой подход является дорогим и предполагает использование множества частей, каждая из которых может быть повреждена, таким образом нарушая целостность балки.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Усиленные балочные узлы в соответствии с настоящим раскрытием обеспечивают устранение недостатков, описанных выше, путем обеспечения конструктивной балки с одним непрерывным внутренним элементом жесткости, который проходит туда и обратно между полками балки. Преимущество данного расположения может включать в себя удешевление, меньшее количество частей, возможность более легкого и/или автоматизированного производства, большую надежность и/или адаптируемые характеристики, относящиеся к несению нагрузки.
В настоящем изобретении обеспечены системы, устройства и способы, относящиеся к таким усиленным балочным узлам. В некоторых вариантах реализации усиленный изнутри конструктивный балочный узел может содержать удлиненную балку, имеющую стеночную часть, первую полку и вторую полку, расположенную на расстоянии от первой полки и противоположно первой полке с другой стороны поверхности стеночной части, и непрерывный элемент жесткости, проходящий поочередно между первой полкой и второй полкой по длине балки.
В некоторых вариантах реализации конструктивный балочный узел может содержать удлиненную балку, имеющую стеночную часть и противоположные полки, и множество ферменных элементов, соединенных с балкой и проходящих по стенке с перекрытием между противоположными полками, причем множество ферменных элементов образованы одним непрерывным элементом жесткости, проходящим от полки к полке между противоположными полками по длине балки.
В некоторых вариантах реализации способ сборки упрочненной конструктивной балки может включать образование балки, имеющей стенку, определяющую плоскость стенки, и противоположные полки, проходящие ортогонально плоскости стенке; образование множества изгибов в непрерывной металлической полосе для создания соответствующего множества прямых частей, выполненных так, чтобы проходить туда и обратно между противоположными полками балки; и прикрепление непрерывной металлической полосы к балке посредством присоединения полосы к одной из противоположных полок в каждом из изгибов.
Особенности, функции и преимущества могут быть достигнуты независимо в различных вариантах реализации настоящего раскрытия или могут быть комбинированы в других вариантах реализации, дополнительные подробности которых будут понятны со ссылкой на приведенные ниже описание и чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан изометрический вид примера реализации усиленного балочного узла в соответствии с особенностями настоящего раскрытия;
на фиг. 2 показан изометрическое изображение в разобранном виде балочного узла по фиг. 1;
на фиг. 3 показан изометрический вид примера реализации балки с С-образным профилем, содержащей непрерывный внутренний элемент жесткости в соответствии с особенностями настоящего раскрытия;
на фиг. 4 показан общий вид балки с С-образным профилем по фиг. 3;
на фиг. 5 показан вид сверху примера реализации элемента жесткости по фиг. 3, показанного в плоской конфигурации перед сборкой;
на фиг. 6 показан изометрический вид примера реализации балки с I-образным профилем, также называемой балкой с Н-образным профилем, содержащей непрерывный внутренний элемент жесткости в соответствии с особенностями настоящего раскрытия;
на фиг. 7 показан изометрический вид примера реализации балки с J-образным профилем, содержащей непрерывный внутренний элемент жесткости в соответствии с особенностями настоящего раскрытия;
на фиг. 8 показан другой изометрический вид балки с J-образным сечением по фиг. 7, выполненный с противоположной точки наблюдения;
на фиг. 9 показан изометрический вид примера реализации балки с С-образным профилем, имеющей криволинейные полки и непрерывный внутренний элемент жесткости в соответствии с особенностями настоящего раскрытия;
на фиг. 10 показан вид сбоку балки с С-образным профилем по фиг. 9, включенной в крыло летательного аппарата согласно примеру реализации;
на фиг. 11 показана блок-схема, отражающая этапы, выполняемые в примере реализации способа сборки усиленного балочного узла в соответствии с особенностями настоящего раскрытия;
на фиг. 12 показана блок-схема, отражающая операции в течение срока службы приведенного в качестве примера летательного аппарата от ранних стадий производства до начала эксплуатации в соответствии с особенностями настоящего раскрытия;
на фиг. 13 показана блок-схема выбранных компонентов приведенного в качестве примера летательного аппарата в соответствии с особенностями настоящего раскрытия.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обзор
Различные особенности и примеры балочного узла, имеющего непрерывный элемент жесткости, а также соответствующие способы, описаны ниже и показаны на соответствующих чертежах. Если не указано обратное, усиленный балочный узел в соответствии с настоящим раскрытием и/или его различные компоненты могут, но не обязательно, содержать по меньшей мере одну из конструкции, компонентов, функциональных особенностей и/или вариантов, описанных, проиллюстрированных и/или включенных в настоящее описание. Кроме того, если специально не исключено, этапы процесса, конструкции, компоненты, функциональные особенности и/или варианты, описанные, проиллюстрированные и/или включенные в настоящее описание и соответствующие настоящему раскрытию, могут быть включены в другие схожие устройства и способы, в том числе являясь взаимозаменяемыми между раскрытыми вариантами реализации. Нижеследующее описание различных вариантов реализации приведено лишь в иллюстративных целях и не предназначено для ограничения изобретения, его применения или использования. В дополнение, преимущества, обеспеченные примерами и вариантами реализации, описанными ниже, показаны лишь в иллюстративных целях, и не все примеры и варианты реализации обеспечивают одни и те же преимущества или преимущества в одинаковой степени.
В целом, со ссылкой на фиг. 1-2, балочный узел 10, имеющий непрерывный элемент жесткости, может содержать балочную часть 12, также называемую балкой, и непрерывный элемент 14 жесткости, также называемый частью жесткости или частью элемента жесткости. Балочный узел 10 может быть назван балочным элементом.
Как показано на фиг. 1 и 2, балка 12 содержит стеночную часть 16, а также верхнюю полку 18 и противоположную нижнюю полку 20, расположенную на расстоянии от первой полки. Так как балка может быть расположена в любой ориентации, верхнюю и нижнюю полки могут называть первой и второй полкой соответственно. В примере, показанном на фиг. 1 и 2, балка 12 имеет С-образное поперечное сечение и может быть описана как балка с С-образным профилем или С-образным каналом.
Полки 18 и 20 проходят в целом в ортогональном направлении от одной и той же стороны стеночной части 16, образуя углубление или канал 22 с тремя сторонами. В других примерах, как описано выше, балка 12 может включать другие профили в поперечном сечении, например, балки с I-образным или Н-образным профилем, балки с J-образным профилем и т.д., каждая из которых имеет углубление наподобие канала 22. В некоторых примерах канал 22 балки 12 может быть закрытым с четвертой стороны, например, с образованием балки коробчатого сечения.
Элемент 14 жесткости представляет собой непрерывную плоскую полосу материала, имеющую множество изгибов 24 и соответствующее множество прямых частей (также называемых ножками) 26, выполненных так, чтобы проходить от полки к полке между противоположными полками балки. Когда элемент 14 жесткости соединен с балкой, он проходит поочередно между первой полкой 18 и второй полкой 20 по длине балки 12. Иными словами, элемент жесткости 14 может проходить от полки к полке между противоположными полками по длине балки. В связи с такой схемой прохождения туда и обратно, элемент 14 жесткости может быть назван складчатым элементом жесткости.
Балка 12 и элемент 14 жесткости могут содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов, выполненных с возможностью придания им необходимой формы, например, посредством неупругого изгиба, экструзии, гидравлической вытяжки или механической обработки, а также с возможностью обеспечения конструктивной поддержки узлу 10. В некоторых примерах балка 12 и элемент 14 жесткости содержат конструкционную сталь, стальную пластину, листовой металл, титан, алюминий и/или другие подходящие материалы или любую их комбинацию. В некоторых примерах балка 12 и элемент 14 жесткости содержат пластик, такой как акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), поливинилхлорид (ПВХ) и/или тому подобные, или любую их комбинацию, или же любую комбинацию этих материалов и других материалов, приведенных выше. Материалы могут быть выбраны, например, на основании применения, ожидаемой схемы распределения нагрузки и т.д.
Элемент 14 жесткости может быть соединен с балкой 12 любым подходящим способом механического соединения. Например, элемент 14 жесткости может быть соединен с балкой 12 посредством сварки (например, лазерной сварки), крепежных средств, пайки, диффузионного соединения, адгезива и/или с использованием механических крепежных средств, таких как болты, винты или заклепки. Присоединение или прикрепление указанного элемента к балке может происходить в любом месте или во всех местах контакта элемента жесткости с балкой. Например, внутренняя кромка 28 одной или более частей 26 может быть присоединена к стеночной части 16 посредством шовной сварки или точечной сварки. В некоторых примерах плоский участок 30 одного или более изгибов 24 может быть точечно приварен к полке 18 или 20. Плоские участки 30 могут включать в себя любой участок изгиба, который может быть присоединен к смежной полке. Например, каждый из плоских участков 30 в примере, показанном на фиг. 1 и 2, содержит короткое расширение, проходящее в целом параллельно полкам 18 и 20, между последовательными частями 26.
Плоские поверхности 30 могут быть любого подходящего размера. В некоторых примерах плоские поверхности 30 могут быть относительно короткими, например, когда плоская поверхность просто обеспечивает переход от одной наклонной части к другой. В некоторых примерах плоские поверхности 30 могут быть относительно длинными, например, когда вертикальные части (т.е. перпендикулярные полкам) разделены одной плоской поверхностью 30. Хотя они названы плоскими, каждый из плоских участков может включать в себя закругленный или скругленный участок, например, там, где элемент жесткости переходит от сегмента к плоской поверхности.
Части 26 могут быть ориентированы в любом подходящем направлении, наклонном по отношению к продольной оси балки. Например, части 26 могут быть наклонены, как показано позицией 32. Подходящие углы включают 45 градусов и 60 градусов относительно балки, хотя возможны и другие углы. Например, части 26 могут быть проходить перпендикулярно (или вертикально) (т.е. под углом 90 градусов), как показано позицией 34. Как показано на фиг. 1 и 2, расположенные под углом и перпендикулярные части могут присутствовать в любой подходящей комбинации. Например, расположенные под углом части могут быть использованы для образования ферменных элементов 36, а перпендикулярные части могут быть использованы для образования ортогональных стоек 38, в зависимости от требований по нагрузке в различных местах на балке, поверхностей для стыковки компонентов (не показаны) и тому подобного.
Как показано на фиг. 1 и 2, элемент 14 жесткости соединен с балкой 12 таким образом, что внутренние кромочные участки 28 частей 26 расположены вплотную со стеночной частью 16, а каждый плоский участок 30 расположен вплотную с полкой 18 или полкой 20. В некоторых примерах элемент 14 жесткости приваривают или другим образом механически соединяют с балкой 12 в каждом месте контакта, включая внутреннюю кромку 28 каждой части 26 и плоскую поверхность 30 каждого изгиба 24.
Как указано выше, путь прохождения элемента 14 жесткости, который содержит любую подходящую комбинацию расположенных под углом и/или перпендикулярных частей, может быть оптимизирован, приспособлен или подогнан так, что усиленная балка имеет возможность выдерживания требований по нагрузке балочного узла 10. Так как элемент 14 жесткости выполнен непрерывным, нарушение прикрепления или соединения на любой части или плоской поверхности не нарушит усиливающую способность элемента жесткости в той степени, как в случае стандартной, выполненной обычным способом балке. Например, в стандартной балке с отдельными поддерживающими частями может случиться поломка, при которой поддерживающая часть отсоединится от балки и выпадет или сместится с места. Данная поддерживающая часть затем не сможет выполнять функцию выдерживания какой-либо нагрузки. С другой стороны, в балочном узле в соответствии с настоящим раскрытием, любая часть останется прикрепленной к остальной системе даже при нарушении соединения. Более того, множество отсоединенных частей все также будут доступны для обеспечения пути нагружения.
Усиленный балочный узел 10 может быть пригодным для множества случаев применения. Например, один или более таких балочных узлов могут быть использованы в производстве наземных транспортных средств (например, в основаниях, шасси, рамах, корпусах), летательных аппаратов (например, в балках пола, корпусах фюзеляжа, лонжеронах крыла, нервюрах крыла, конструкциях хвостового оперения и тому подобном), морских и наземных конструкций (например, мостов, эстакад, зданий и тому подобного) и т.д.
Примеры, компоненты и альтернативные варианты
В приведенных ниже разделах описаны выбранные особенности приведенных в качестве примера усиленных балочных узлов, а также связанные с ними системы и способы. Примеры в данных разделах приведены в иллюстративных целях и не должны рассматриваться как ограничивающие общий объем настоящего раскрытия. Каждый раздел может включать в себя одно или более отдельных изобретений, и/или контекстную или соответствующую информацию, функцию и\или конструкцию.
Пример упрочненной балки с С-образным профилем
Как показано на фиг. 3-5, в данном разделе описан пример упрочненного балочного узла 100 с С-образным профилем. Балочный узел 100 схож с балочным узлом 10, описанным выше.
На фиг. 3 показан изометрический вид балочного узла 100 с С-образным профилем, содержащего балочную часть 102 с С-образным профилем и непрерывный, складчатый элемент 104 жесткости. На фиг. 4 показан общий вид сбоку балочного узла 100. На фиг. 5 показан вид сверху элемента 104 жесткости в форме плоской полосы до изменения его формы в соответствии с усиливающей конфигурацией и последующего прикрепления к балочной части 102.
Балочная часть 102 содержит первую полку 106, вторую полку 108 и стеночную часть 110, все данных элементов являются по существу схожими с соответствующими компонентами, описанными выше в отношении балочной части 12. Стеночная часть 110 также содержит отверстия или проемы в стенке, а именно, круглое отверстие 112 и треугольное отверстие 114. Проемы, такие как отверстия 112 и 114, могут присутствовать в балке для любого из нескольких функциональных назначений. Например, такие отверстия могут снижать вес (т.е. облегчать) весь узел без существенного снижения несущей способности. В некоторых примерах такие отверстия могут облегчать прохождение других компонентов, таких как кабелепроводы, трубопроводы, воздуховоды и тому подобное. Хотя в данном примере показано некоторое количество и форма отверстий, могут быть использованы любые подходящие формы и/или количество отверстий, включая большее или меньшее (или их отсутствие). В некоторых примерах в элементе 104 жесткости могут присутствовать одно или более отверстий, как вместо, так и в дополнение к таким отверстиям в стеночной части 110 балочной части 102.
Элемент 104 жесткости является по существу таким же, как описан выше в отношении элемента 14 жесткости, и присоединен или прикреплен к балочной части 102 аналогичным образом. Элемент 104 жесткости может также содержать боковые выступы. Выступ внутренней кромки может облегчать стыковку, зажимание и прикрепление части к стеночной части 16. Внешняя сторона выступа свободной кромки может обеспечивать повышенную прочность на сжатие.
Например, как показано на фиг. 3-5, элемент 104 жесткости содержит последовательность частей: первую часть 116, имеющую выступ 118 внутренней кромки на внутренней кромке 120 и выступ 122 внешней или свободной кромки на внешней или свободной кромке 124; вторую часть 126, имеющую выступ 128 внутренней кромки на внутренней кромке 130, и выступ 132 внешней или свободной кромки на внешней или свободной кромке 134; третью часть 136, имеющую выступ 138 внутренней кромки на внутренней кромке 140, и выступ 142 внешней или свободной кромки на внешней или свободной кромке 144; четвертую часть 146, имеющую выступ 148 внутренней кромки на внутренней кромке 150, и выступ 152 внешней или свободной кромки на внешней или свободной кромке 154; пятую часть 156, имеющую выступ 158 внутренней кромки на внутренней кромке 160, и выступ 162 внешней или свободной кромки на внешней или свободной кромке 164; шестую часть 166 без выступов, имеющую внутреннюю кромку 168 и внешнюю кромку 170. Каждая часть может содержать один или оба из внутреннего и внешнего выступов, или не иметь их совсем.
Как показано на фиг. 3 и 4, внешние выступы 122, 132, 142, 152, 162 могут быть изогнуты, образованы или выполнены криволинейно таким образом, чтобы проходить в целом под углом наклона относительно плоскости, образованной плоским центральным участком соответствующей части. Аналогично, внутренние выступы 118, 128, 138, 148, 158 могут проходить под углом наклона относительно плоскости плоского центрального участка соответствующей части. В целом, внешние выступы будут проходить в противоположном направлении от внутренних выступов. Данное расположение облегчает доступ к внутренним выступам во время прикрепления, обслуживания и тому подобного. В некоторых примерах внешний выступ и внутренний выступ могут проходить в одном направлении.
Аналогично плоскому участку 30 узла 10, элемент 104 жесткости содержит плоские участки 172, 174, 176, 178, 180, 182 и 184 на соответствующих концах описанных выше частей. Каждый из плоских участков находится в контакте и механически соединен с соответствующей полкой 106 или 108 балочной части 102. Аналогичным образом, каждый внутренний выступ каждой части механически соединен со стеночной частью 110, за исключением части 166. Часть 166 не имеет выступа с внутренней стороны. Соответствующим образом, внутренняя кромка 168 части 166 может быть приварена или другим образом прикреплена непосредственно к стеночной части 110 в виде Т-образного соединения.
Как указано выше, на фиг. 5 показан вид сверху развертки или штампованной заготовки в форме полосы элемента 104 жесткости до изменения его формы или до его изгибания с получением его конечной формы. Центральная полоса 186 металла проходит по центру заготовки, а боковые выступы проходят в боковом направлении, причем пунктирными линиями показано в целом где заготовка будет изогнута для создания конечных форм и плоских участков.
Данной штампованной плоской заготовке придают форму, например, при помощи листогибочного формования, гидроформования и/или тому подобного, таким образом, что часть 116 направлена под углом вверх от плоского участка 172 на полке 108 к полке 106, причем плоский участок 174 контактирует с полкой 106. Часть 126 затем направлена под углом вниз от полки 106 к полке 108, причем плоский участок 176 контактирует с полкой 108. Часть 136 затем направлена под углом вверх от полки 108 к полке 106, причем плоский участок 178 контактирует с полкой 106. Часть 146 проходит под углом 90 градусов прямо вниз к полке 108, причем плоский участок 180 контактирует с полкой 108, проходя вдоль полки 108 для обеспечения необходимого расстояния между частями 146 и 156. Часть 156 проходит в целом параллельно части 146 к полке 106, причем плоский участок 182 контактирует с полкой 106. Часть 166 затем направлена под углом вниз к полке 108 и оканчивается плоским участком 184. Как показано на чертежах, различные части, боковые выступы и плоские участки составляют один непрерывный элемент жесткости. Части или ножки могут быть расположены так, чтобы избегать отверстий 112 и 114, обеспечивать необходимые характеристики по выдерживанию нагрузки и/или подкреплять узел.
Конкретное положение, длина, угол и/или другие физические характеристики образованных элементов жесткости, частей, плоских участков и/или выступов может изменяться в соответствии с выбранным случаем применения узла. Некоторые или все части могут быть образованы с выступами или без них, при необходимости.
Хотя балочная часть 102 была описана как связанная и соединенная с одним непрерывным элементом 104 жесткости, некоторые примеры могут содержать более чем один непрерывный элемент 104 жесткости, расположенные последовательно вдоль балочной части 102. Например, между двумя последовательными элементами жесткости может быть образовано пространство. Например, множество элементов 104 жесткости могут быть прикреплены конец к концу в балочной части 102. Каждый такой элемент 104 жесткости может быть непрерывным сам по себе и может иметь любую подходящую длину и комбинацию частей, плоских участков и/или углов. Аналогичные расположения множества непрерывных элементов жесткости в одной балке может присутствовать в других примерах, приведенных ниже, специально описанных или не описанных самих по себе.
Пример усиленной балки с I-образным профилем
Как показано на фиг. 6, в данном разделе описан пример усиленный балочный узел 200 с Н-образным профилем. Узел 200 схож с узлами 10 и 100, описанными выше.
На фиг. 6 показан изометрический вид балки с I-образным или Н-образным профилем, содержащей пару элементов жесткости, по одному с каждой стороны стеночной части. Более конкретно, узел 200 содержит балочную часть 202, имеющую стеночную часть 204, первую полку 206, проходящую ортогонально в противоположных направлениях относительно одной кромки стеночной части, и вторую полку 208, проходящую ортогонально в противоположных направлениях относительно другой кромки стеночной части, таким образом образуя I-образный или Н-образный профиль. Простые балки с I-образным или Н-образным профилем хорошо известны в уровне техники.
Узел 200 также содержит первый элемент 210 жесткости, прикрепленный к одной стороне стеночной части 202 между полками 206 и 208, и второй элемент 212 жесткости, прикрепленный к противоположной стороне стеночной части 202 между полками 206 и 208.
Элементы 210 и 212 жесткости могут быть по существу такими, как описаны выше в отношении элементов 14 и/или 104 жесткости и по этой причине не будут описаны подробно в настоящем описании. Элементы 210 и 212 могут представлять собой зеркальное отражение друг друга. В некоторых примерах элемент 210 расположен иначе по сравнению с элементом 212. Как показано на фиг. 6, элемент 210 жесткости имеет множество направленных под углом 90 градусов частей 214, расположенных в виде ферменных элементов и стоек и содержащих выступы 216 внутренней кромки и выступы 218 внешней кромки. Элемент 212 жесткости может быть по существу идентичным зеркальным отображением на другой стороне стенки. В некоторых примерах элемент 212 жесткости может отсутствовать, так что элемент жесткости присутствует только на одной стороне стеночной части 202.
Пример упрочненной балки с J-образным профилем
Как показано на фиг. 7-8, в данном разделе описан пример упрочненного балочного узла 300 с J-образным профилем. Балочный узел 300 схож с узлами 10, 100 и 200, описанными выше.
На фиг. 7 и 8 показаны изометрические виды узла 300 с разных точек зрения. Узел 300 содержит балочную часть 302 J-образного профиля и складчатый элемент 304 жесткости. Более конкретно, узел 300 содержит балочную часть 302, имеющую стеночную часть 306, верхнюю или первую полку 308, проходящую ортогонально в противоположных направлениях относительно одной кромки стеночной части, и нижнюю или вторую полку 310, проходящую ортогонально в одном направлении от другой кромки стеночной части, таким образом образуя J-образный профиль.
Узел 300 также содержит элемент 304 жесткости, прикрепленный к одной стороне стеночной части 306 между полками 308 и 310. Элемент 304 жесткости может быть по существу таким, как описан выше в отношении элементов 14 и/или 104 жесткости и по этой причине не будет описан подробно в настоящем описании. Как показано на фиг. 7, элемент 304 жесткости имеет множество направленных под углом 90 градусов частей 312, расположенных в виде ферменных элементов и стоек и содержащих выступы 314 внутренней кромки и выступы 316 внешней кромки.
Пример упрочненной нервюры крыла
Как показано на фиг. 9-10, в данном разделе описан пример упрочненного балочного узла 400 с С-образным профилем, подходящий для использования а качестве части узла крыла (также называемого аэродинамическим узлом) летательного аппарата и/или крыла или аэродинамической поверхности. Балочный узел 400 схож с балочными узлами 10 и 100, описанными выше, с некоторыми отличиями, описанными ниже.
На фиг. 9 показан изометрический вид балочного узла 400 с С-образным профилем, содержащего балочную часть 402 с С-образным профилем и непрерывный элемент 404 жесткости. На фиг. 10 показан общий вид сбоку аэродинамического узла 500, содержащего балочный узел 400.
Балочная часть 402 узла 400 содержит верхнюю или первую полку 406, нижнюю или вторую полку 408 и стеночную часть 410, ориентированную в целом ортогонально полкам 406 и 408. Как указано выше, одна или обе балочных полки могут быть криволинейными, прямыми или комбинированными из этих вариантов. В данном примере верхняя полка 406 является криволинейной и вогнутой вниз по своей длине. Нижняя полка 408 является криволинейной (т.е. изогнутой) и вогнутой вверх по своей длине. Как показано на фиг. 10, это облегчает включение балочного узла 400 в аэродинамический узел 500 (например, в качестве нервюры крыла).
Стеночная часть 410 содержит концевые выступы 412 и 414, которые представляют собой выступообразные удлинения стеночной части, проходящие в направлении длины в той же общей плоскости, что и стенка. Концевые выступы 412 и 414 могут быть использованы для прикрепления балочного узла к другим частям аэродинамического узла 500, или наоборот. Например, концевые выступы могут стыковаться и/или быть соединены с одним или более соответствующими элементами аэродинамического узла.
Элемент 404 жесткости 404 содержит одну непрерывную полосу металла, образованную в виде последовательности прямых частей 416, 418, 420, 422 и 424, определенных в изгибах посредством плоских участков 426, 428, 430, 432, 434 и 436. Плоские участки элемента 404 жесткости являются более узкими в боковом направлении, чем участки частей, создавая вырезанные области, или области выемки, или смещенные области там, где стеночная часть 410 переходит в полки 406 и 408, как показано позицией 438 на фиг. 9.
Обращаясь к фиг. 10, балочный узел 400 показан включенным в аэродинамический узел 500. Аэродинамический узел может содержать крыло, стабилизатор, крылышко, хвост или другую подходящую аэродинамическую поверхность летательного аппарата. Балочный узел 400 может быть включен в аэродинамическую поверхность, например, в качестве нервюры или другой конструктивной опоры. В данном примере балочный узел 400 соединен с аэродинамической поверхностью, так что участок 502 передней кромки состыкован с балкой при помощи выступа 412, а участок 504 задней кромки состыкован с балкой при помощи выступа 414. Обшивка или внешняя поверхность крыла может содержаться для покрытия и/или окружения аэродинамического узла. В некоторых примерах обшивка содержит полку 406 и/или полку 408 балки 400. Аэродинамический узел 500 может содержать множество балочных узлов 400 (например, расположенных в виде по существу параллельных ребер по длине аэродинамической поверхности).
Пример способа производства упрочненной балки
В данном разделе описаны этапы приведенного в иллюстративных целях способа сборки или производства другим образом упрочненной или усиленной балки в соответствии с особенностями настоящего раскрытия; см. фиг. 11. Особенности усиленных балочных узлов, описанных выше, могут быть применены на этапах способа, описанного ниже. В случаях, если применимо, может быть сделана отсылка на описанные ранее компоненты и системы, которые могут быть использованы при выполнении каждого этапа. Данные отсылки приведены в иллюстративных целях и не предназначены для ограничения возможных путей выполнения любого конкретного этапа способа.
На фиг. 11 показана блок-схема, иллюстрирующая этапы, выполняемые в приведенном в качестве иллюстрации способе, и может не отражать весь процесс или все этапы способа. На фиг. 11 показано множество этапов способа, в целом обозначенного позицией 550, которые могут быть выполнены в сочетании с усиленными балочными узлами в соответствии с особенностями настоящего раскрытия. Хотя различные этапы способа 550 описаны ниже и показаны на фиг. 11, указанные этапы не обязательно все должны быть выполнены, и в некоторых случаях могут быть выполнены в другом порядке, а не в таком, как показан.
На необязательном этапе 552 образуют балку, которая имеет стенку, определяющую плоскость стенки, и противоположные полки, проходящие ортогонально плоскости стенке. Например, балка с С-образным профилем, например, балочная часть 12 или 102, может быть образована листогибочным прессом или гидроформованием с использованием листового металла или других подходящих материалов. Могут быть использованы балки различного профиля, например, С-образного, Н-образного, J-образного или других, так что создан по меньшей мере один канал или углубление, ограниченные стенкой и противоположными полками балки. Противоположные полки балки могут быть в целом параллельны друг другу. В некоторых примерах по меньшей мере одна из полок является криволинейной или изогнутой по длине балки. В некоторых примерах балочная часть может быть получена от других лиц или компаний, от другого процесса и\или может уже иметься в наличии как часть большего (например, главного) узла или конструкции.
На этапе 554 выполняют множество изгибов в непрерывной полосе материала (например, металла) для создания соответствующего множества прямых частей, выполненных так, чтобы проходить от полки к полке между противоположными полками балки. Множество изгибов может быть создано любым подходящим способом, например, с использованием листогибочного пресса или другого гибочного устройства. Может быть образован любой узор, или схема расположения, из прямоугольных и/или наклонных частей в соответствии с требуемыми характеристиками нагрузки. Поделенная на части и изогнутая полоса материала может быть названа элементом жесткости.
На этапе 556 непрерывную металлическую полосу прикрепляют к балке посредством присоединения полосы к одной из противоположных полок в каждом из изгибов, таким образом усиливая балку. Прикрепление непрерывной металлической полосы к балке может включать присоединение по меньшей мере одной части полосы к стенке балки. Прикрепление может быть выполнено с применением любого подходящего способа, такого как сварка, приклеивание или присоединение, или с применением одного или более механических крепежных элементов, например, болтов, заклепок и тому подобного. Металлическая полоса может содержать один или более боковых выступов для облегчения прикрепления и/или усовершенствования несущих характеристик.
Пример летательного аппарата и соответствующего способа
Способ 600 производства и обслуживания летательного аппарата (см. фиг. 12) и летательный аппарат 630 (см. фиг. 13) будут описаны ниже для лучшего понимания различных особенностей способов и систем, описанных в настоящем описании.
Как показано на фиг. 12, на предпроизводственном этапе способ 600 производства и обслуживания летательного аппарата может включать разработку спецификации и проектирование 602 летательного аппарата 630, а также снабжение 604 материалами. Этап производства включает изготовление 606 компонентов и подузлов, а также системную интеграцию 608 летательного аппарата 630. Затем, летательный аппарат 630 может пройти сертификацию и доставку 610 для его ввода в эксплуатацию 612. Во время эксплуатации потребителем летательный аппарат 630 может проходить плановое техническое и сервисное обслуживание 614 (которое также может включать модификацию, реконфигурацию, восстановление и так далее). Хотя варианты реализации, описанные в настоящем описании, относятся в целом к обслуживанию коммерческих летательных аппаратов, они могут быть выполнены на других этапах способа 600 производства и обслуживания летательного аппарата.
Каждый из процессов способа 600 производства и обслуживания летательного аппарата может быть выполнен или проведен системным интегратором, третьими лицами и/или оператором (например, потребителем). В целях настоящего описания, системный интегратор может представлять собой, без ограничения, любое количество производителей летательных аппаратов и субподрядчиком основных систем; третьи лица могут представлять собой, например, любое количество продавцов, субподрядчиков и поставщиков; а оператор может представлять собой авиакомпанию, лизинговую компанию, военную организацию, сервисную организацию и так далее.
Как показано на фиг. 13, летательный аппарат 630, произведенный в соответствии со способом 600 производства и обслуживания летательного аппарата, может содержать корпус 632 летательного аппарата, который может содержать одну или более аэродинамических поверхностей, таких как аэродинамический узел 500, множество систем 634 и внутреннюю часть 636. Примеры систем 634 включают одну или более двигательную систему 638, электрическую систему 640, гидравлическую систему 642 и климатическую систему 644. В данном примере может быть включено любое количество других систем. Несмотря на то, что показано на примере летательного аппарата, настоящее раскрытие может быть применено в других сферах промышленности, таких как автомобильная промышленность.
Устройства и способы, показанные в настоящем описании, могут быть выполнены во время одной или более стадий способа 600. Например, компоненты или подузлы, соответствующие производству 606 компонентов и подузлов, могут быть выполнены или изготовлены так же, как балочные узлы, описанные ранее, например, с использованием способов, таких как способ 550.
Один или более примеров реализации устройства, примеров реализации способа или их комбинация могут быть использованы во время производства 606 компонентов и подузлов и системной интеграции 608, например, посредством значительного ускорения сборки или снижения стоимости летательного аппарата 630. Аналогичным образом, один или более примеров реализации устройства, примеров реализации способа или их комбинация могут быть использованы, когда летательный аппарат 630 находится в эксплуатации, например, во время системной интеграции 608 и/или во время технического и сервисного обслуживания 614.
Дополнительные особенности и примеры
В данном разделе описаны дополнительные особенности и признаки усиленных балочных узлов и связанных с ними способов, представленных, без ограничения, в виде последовательности пунктов, некоторые из которых или все могут иметь буквенно-цифровые обозначения для ясности и эффективности. Каждый из этих пунктов может быть скомбинирован с одним или более других пунктов и/или с раскрытием из любого места настоящей заявки, включая материалы, включенные посредством ссылки в разделе перекрестных ссылок любым подходящим образом. Некоторые из пунктов ниже явным образом ссылаются и дополнительно ограничивают другие пункты, обеспечивая, без ограничения, примеры некоторых из подходящих комбинаций.
А0. Усиленный изнутри конструктивный балочный узел, содержащий:
удлиненную балку, имеющую стеночную часть, первую полку и вторую полку, расположенную на расстоянии от первой полки и противоположно первой полке с другой стороны поверхности стеночной части; и
один или более непрерывных элементов жесткости, каждый из которых проходит поочередно между первой полкой и второй полкой по соответствующей длине балки.
А1. Узел по пункту А0, в котором каждый непрерывный элемент жесткости образует множество ферменных элементов.
А2. Узел по любому из пунктов А0-А1, в котором каждый элемент жесткости содержит множество прямых частей, каждая из которых на первом конце прикреплена к первой полке, а на втором конца прикреплена к второй полке.
A3. Узел по пункту А2, в котором продольная ось по меньшей мере одной из прямых частей проходит под наклоном к длине балки.
А4. Узел по пункту А2, в котором продольная ось по меньшей мере одной из прямых частей проходит по существу под прямым углом к длине балки.
А5. Узел по любому из пунктов А0-А4, в котором первая полка и вторая полка проходят ортогонально относительно поверхности стеночной части.
А6. Узел по пункту А5, в котором балка имеет С-образное поперечное сечение.
А7. Узел по пункту А5, в котором балка имеет J-образное поперечное сечение.
А8. Узел по пункту А5, в котором балка имеет Н-образное поперечное сечение.
А9. Узел по любому из пунктов А0-А8, в котором каждый непрерывный элемент жесткости расположен рядом с поверхностью стеночной части.
А10. Узел по любому из пунктов А0-А9, в котором каждый непрерывный элемент жесткости прикреплен к поверхности стеночной части.
A11. Узел по пункту А10, в котором каждый непрерывный элемент жесткости приварен к стеночной части.
А12. Узел по любому из пунктов А0-A11, в котором первая полка является изогнутой по длине балки.
А13. Узел по любому из пунктов А0-А12, в котором первая полка является параллельной второй полке.
А14. Узел по любому из пунктов А0-А13, в котором стеночная часть содержит по меньшей мере одно отверстие.
B0. Усиленный изнутри конструктивный балочный узел, содержащий:
удлиненную балку, имеющую стеночную часть и противоположные полки, и
множество ферменных элементов, соединенных с балкой, и проходящих по указанной стенке с перекрытием между противоположными полками,
причем множество ферменных элементов образованы одним непрерывным элементом жесткости, проходящим от полки к полке между противоположными полками по длине балки.
B1. Узел по пункту В0, в котором балка содержит листовой металл.
B2. Узел по любому из пунктов В0-В1, в котором элемент жесткости содержит плоскую полосу, образованную в виде последовательности прямых частей и ориентированную ортогонально стеночной части балки.
B3. Узел по пункту В2, в котором каждая часть имеет соответствующие концевые участки, прикрепленные по меньшей мере к одной из противоположных полок, а также кромочный участок, прикрепленный к стеночной части балки.
B4. Узел по любому из пунктов В0-В3, в котором элемент жесткости имеет выступ кромки, приваренный к стеночной части балки.
B5. Узел по пункту В4, в котором элемент жесткости имеет выступ жесткости, расположенный напротив выступа кромки.
B6. Узел по любому из пунктов В0-В5, в котором по меньшей мере одна из противоположных полок балки является криволинейной.
B7. Узел по любому из пунктов В0-В6, в котором противоположные полки являются по существу параллельными друг другу.
B8. Узел по любому из пунктов В0-В7, в котором балка имеет С-образное поперечное сечение.
С0. Способ сборки упрочненной конструктивной балки, включающий:
образование множества изгибов в непрерывной металлической полосе для создания соответствующего множества прямых частей, выполненных так, чтобы проходить от полки к полке между противоположными полками балки, причем противоположные полки балки проходят ортогонально плоскости стенки, образованной стенкой балки;
прикрепление непрерывной металлической полосы к балке посредством присоединения полосы к одной из противоположных полок в каждом из изгибов.
С1. Способ по пункту С0, в котором прикрепление непрерывной металлической полосы к балке также включает присоединение по меньшей мере одной части полосы к стенке балки.
С2. Способ по любому из пунктов С0-С1, в котором балка содержит листовой металл.
С3. Способ по любому из пунктов С0-С2, в котором балка имеет С-образное поперечное сечение.
С4. Способ по любому из пунктов С0-С3, в котором противоположные полки являются параллельными друг другу.
С5. Способ по любому из пунктов С0-С4, в котором по меньшей мере одна из противоположных полок является криволинейной.
С6. Способ по любому из пунктов С0-С5, также включающий образование балки, имеющей стенку и противоположные полки, причем образование балки включает гидроформование.
С7. Способ по любому из пунктов С0-С6, в котором образование множества изгибов включает образование множества изгибов с использованием листогибочного пресса.
D0. Аэродинамическая поверхность, содержащая участок передней кромки аэродинамической поверхности;
участок задней кромки аэродинамической поверхности; и
один или более усиленных участков, выполненных в виде нервюр, соединяющих участок передней кромки и участок задней кромки, причем каждый усиленный участок, выполненный в виде нервюры, содержит удлиненную балку, имеющую стеночную часть, первую полку и вторую полку, расположенную на расстоянии от первой полки и противоположно первой полке с другой стороны поверхности стеночной части; и один или более непрерывных элементов жесткости, каждый из которых проходит поочередно между первой полкой и второй полкой по соответствующей длине балки.
D1. Аэродинамическая поверхность по пункту D0, также содержащая обшивку, окружающую верхнюю и нижнюю поверхность аэродинамической поверхности.
D2. Аэродинамическая поверхность по пункту D1, в которой обшивка содержит балочную часть по меньшей мере одного из усиленных участков, выполненных в виде нервюр.
D3. Аэродинамическая поверхность по любому из пунктов D0-D2, в которой участки, выполненные в виде нервюр, расположены по существу параллельно друг другу по длине аэродинамической поверхности.
Е0. Летательный аппарат, содержащий:
корпус летательного аппарата, содержащий аэродинамическую поверхность;
участок аэродинамической поверхности, содержащий удлиненную балку, имеющую стеночную часть и противоположные полки, множество ферменных элементов, соединенных с балкой, и проходящих по стенке с перекрытием между противоположными полками;
причем множество ферменных элементов образованы по меньшей мере одним непрерывным элементом жесткости, проходящим от полки к полке между противоположными полками по соответствующей длине балки.
Е1. Летательный аппарат по пункту Е0, в котором аэродинамическая поверхность содержит крыло летательного аппарата.
Е2. Летательный аппарат по пункту Е0 или Е1, в котором удлиненная балка содержит поперечную нервюру аэродинамической поверхности.
Заключение
Приведенное выше раскрытие может охватывать множество отдельных примеров с независимыми сферами применения. Хотя каждый из них раскрыт в предпочтительной форме (формах), их конкретные варианты реализации, раскрытые и показанные в настоящем описании, не должны рассматриваться в качестве ограничения, так как возможно множество вариантов. В случаях, где использованы заголовки разделов, эти заголовки приведены только в организационных целях. Сущность изобретения (изобретений) включает все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных вариантов реализации, особенностей, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании. Приведенная ниже формула изобретения в частности указывает на некоторые комбинации и подкомбинации, считающиеся новыми и неочевидными. Другие комбинации и подкомбинации особенностей, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены в заявках, испрашивающих приоритет по данной заявке или относящейся к ней заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, одинаковая, соответствующая, или эквивалентная или отличающаяся в объеме относительно первоначальной формулы изобретения, также подразумевается включенной в сущность настоящего раскрытия.
1. Усиленный изнутри конструктивный балочный узел, содержащий:
удлиненную балку, имеющую стеночную часть, первую полку и вторую полку, расположенную на расстоянии от первой полки и противоположно первой полке с другой стороны поверхности стеночной части, и
один или более непрерывных элементов жесткости, каждый из которых проходит поочередно между первой полкой и второй полкой по соответствующей длине балки.
2. Узел по п. 1, в котором каждый непрерывный элемент жесткости образует множество ферменных элементов.
3. Узел по п. 1, в котором первая полка и вторая полка проходят ортогонально относительно поверхности стеночной части.
4. Узел по п. 3, в котором балка имеет С-образное поперечное сечение.
5. Узел по п. 1, в котором каждый непрерывный элемент жесткости прикреплен к поверхности стеночной части.
6. Узел по п. 1, в котором первая полка является изогнутой по длине балки.
7. Узел по любому из пп. 1-6, в котором каждый элемент жёсткости содержит множество прямых частей, каждая из которых на первом конце прикреплена к первой полке, а на втором конце прикреплена к второй полке.
8. Узел по п. 7, в котором продольная ось по меньшей мере одной из прямых частей проходит под наклоном к длине балки.
9. Конструктивный балочный узел, содержащий:
удлиненную балку, имеющую стеночную часть и противоположные полки; и
множество ферменных элементов, соединенных с балкой и проходящих по указанной стенке с перекрытием между противоположными полками;
причем множество ферменных элементов образованы одним непрерывным элементом жесткости, проходящим от полки к полке между противоположными полками по длине балки.
10. Узел по п. 9, в котором элемент жесткости содержит плоскую полосу, образованную в виде последовательности прямых частей и ориентированную ортогонально стеночной части балки.
11. Узел по п. 10, в котором каждая часть имеет соответствующие концевые участки, прикрепленные по меньшей мере к одной из противоположных полок, а также кромочный участок, прикрепленный к стеночной части балки.
12. Узел по п. 9, в котором элемент жесткости имеет выступ кромки, приваренный к стеночной части балки.
13. Узел по п. 12, в котором элемент жесткости имеет выступ жесткости, расположенный напротив выступа кромки.
14. Способ сборки упрочненной конструктивной балки, включающий:
образование множества изгибов в непрерывной металлической полосе для создания соответствующего множества прямых частей, выполненных так, чтобы проходить от полки к полке между противоположными полками балки, и причем противоположные полки балки проходят ортогонально плоскости стенки, образованной стенкой балки, и
прикрепление непрерывной металлической полосы к балке посредством присоединения полосы к одной из противоположных полок в каждом из изгибов.
15. Способ по п. 14, в котором балка содержит листовой металл.
16. Способ по п. 14, в котором балка имеет С-образное поперечное сечение.
17. Способ по п. 14, в котором по меньшей мере одна из противоположных полок является криволинейной.
18. Способ по п. 14, в котором образование множества изгибов включает образование множества изгибов с использованием листогибочного пресса.
19. Способ по любому из пп. 14-18, в котором прикрепление непрерывной металлической полосы к балке также включает присоединение по меньшей мере одной части полосы к стенке балки.
20. Аэродинамическая поверхность, содержащая:
участок передней кромки аэродинамической поверхности,
участок задней кромки аэродинамической поверхности и
один или более усиленных участков, выполненных в виде нервюр и перекрывающих промежуток между участком передней кромки и участком задней кромки, причем каждый усиленный участок, выполненный в виде нервюры, содержит усиленный изнутри конструктивный балочный узел по любому из пп. 1-8.
21. Аэродинамическая поверхность по п. 20, также содержащая обшивку, окружающую верхнюю и нижнюю поверхность аэродинамической поверхности.
22. Аэродинамическая поверхность по п. 21, в которой обшивка содержит балочную часть по меньшей мере одного из усиленных участков, выполненных в виде нервюр.
23. Аэродинамическая поверхность по п. 20, в которой участки, выполненные в виде нервюр, расположены по существу параллельно друг другу по длине аэродинамической поверхности.
24. Летательный аппарат, содержащий:
корпус летательного аппарата, содержащий аэродинамическую поверхность;
участок аэродинамической поверхности, содержащий усиленный изнутри конструктивный балочный узел по любому из пп. 1-8.
25. Летательный аппарат по п. 24, в котором аэродинамическая поверхность содержит крыло летательного аппарата.
26. Летательный аппарат по п. 24, в котором удлиненная балка содержит поперечную нервюру аэродинамической поверхности.
