устройство и способ асимметричного скрепления накладками деталей, изготовленных из углерода и металла

Формула изобретения

1. Устройство скрепления накладками включает в себя накладку (1) и контрнакладку (2), обеспечивающие прочное скрепление по меньшей мере первого (3) и второго (4) конструктивных элементов, размещаемых между накладкой (1) и контрнакладкой (2), отличающееся тем, что контрнакладка (2) содержит точки крепления (М, N), количество которых меньше количества точек крепления (Р, Q) накладки, первый (3) и второй (4) конструктивные элементы фиксируются между накладкой (1) и контрнакладкой (2) в точках крепления (M+N), количество которых меньше количества точек крепления (P+Q) вышеупомянутых конструктивных элементов на накладке (1) с формированием асимметричного скрепления накладками, при этом, по меньшей мере, один из конструктивных элементов является элементом, изготавливаемым из композитных материалов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что накладка (1) имеет Т-образную форму, содержит первую полку (5), обеспечивающую крепление первого конструктивного элемента (3), вторую полку (6), которая является фактически продолжением первой полки (5) и обеспечивает крепление второго конструктивного элемента (4), третью полку (7), которая располагается под углом относительно вышеупомянутых первой и второй полок (5, 6) и обеспечивает крепление третьего конструктивного элемента (8).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между контрнакладкой (2) и накладкой (1) размещаются первый (3) и второй (4) конструктивные элементы.

4. Конструкция, скрепленная накладками, содержащая, по меньшей мере, одно устройство скрепления накладками по одному из п.2 или 3, отличающаяся тем, что первый и третий конструктивные элементы (3, 8) представляют собой части соприкасающихся поверхностей коробчатой конструкции (9), при этом первая полка (5) накладки, к которой крепится первый конструктивный элемент (3), располагается с внутренней стороны коробчатой конструкции (9).

5. Способ скрепления накладками коробчатой конструкции (9) и, по меньшей мере, одного элемента крыла (4) летательного аппарата, отличающийся тем, что из конструктивных листов (3, 8, 10), изготовленных из композитных материалов и скрепляемых при помощи накладок, собирают коробчатую конструкцию (9), при этом, по меньшей мере, одна накладка (1) содержит первую полку (5), которую крепят вначале при помощи удаленной точки крепления (Q1) на, по меньшей мере, одном листе, а другие места крепления (Q2, , Qn) первой полки (5) на вышеупомянутом листе остаются незакрепленными, в результате чего образуется коробчатая конструкция (9), к которой прочно крепят элемент крыла (4), при этом элемент крыла (4) прочно крепят ко второй полке (6) накладки посредством удаленной точки крепления (Р1) второй полки (6), а затем лист (3) и элемент крыла (4) зажимают между накладкой (1) и контрнакладкой (2) в точках крепления, располагаемых между вышеупомянутой удаленной точкой крепления первой полки и удаленной точкой крепления второй полки.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что коробчатую конструкцию формируют путем крепления листов коробчатой конструкции на внешних поверхностях накладки.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к устройству и способу асимметричного скрепления накладками, которые используются при создании, в частности в авиационной промышленности, конструкций, подвергаемых сильным нагрузкам.

В процессе изготовления летательного аппарата различные его части образуются в результате скрепления упругих или неупругих листов, нервюр и шпангоутов.

Важным конструктивным элементом летательного аппарата является центральный отсек, к которому крепится крыло самолета; при этом, поскольку данный элемент, имеющий форму коробчатой конструкции, испытывает значительные нагрузки, желательно обеспечить хороший перенос нагрузок с крыла на данную коробчатую конструкцию, а с этой коробчатой конструкции на всю остальную конструкцию.

Более того, при создании летательных аппаратов прибегают к композитным материалам, в частности, на базе углерода; при этом используются комбинированные конструкции, включающие в себя детали, изготавливаемые из композитных материалов и металла.

При соединении деталей, составляющих различные части коробчатых конструкций, и их скреплении между собой используются, в частности, методы скрепления накладками, т.е. соединение листов или элементов пояса фермы между собой при помощи скрепляющих деталей, которые включают в себя болты или заклепки, передающие усилия между листами и элементами пояса фермы.

Настоящее изобретение относится к сфере усовершенствования соединений путем скрепления накладками, в частности, которые могли бы использоваться при соединении элементов, обладающих различными физическими свойствами, например листов, изготовленных из композитных материалов, и металлических накладок.

Они наиболее часто применяются при сборке центральной коробчатой конструкции летательного аппарата, обладающей большими размерами и изготавливаемой из композитных материалов, которая должна быть предварительно собрана, а затем перемещена для установки крыла летательного аппарата; при этом в процессе сборки обеспечивается сохранение габаритных характеристик коробчатой конструкции.

В связи с этим настоящее изобретение относится к устройству скрепления накладками, включающему в себя накладку и контрнакладку, которые обеспечивают прочное скрепление, по меньшей мере, первого и второго конструктивных элементов, размещаемых между накладкой и контрнакладкой и отличающемуся тем, что контрнакладка имеет меньшее, чем накладка, количество точек крепления, в результате чего вышеупомянутые первый и второй конструктивные элементы фиксируются между накладкой и контрнакладкой в точках крепления, количество которых меньше, чем количество точек крепления вышеупомянутых конструктивных элементов к накладке. В связи с этим такое скрепление накладками считается асимметричным скреплением накладками, при этом, по меньшей мере, один из конструктивных элементов является элементом, изготовленным из композитных материалов.

Кроме того, предлагаемое изобретение относится к способу сборки методом скрепления накладками коробчатой конструкции с элементом крыла летательного аппарата, отличающемуся тем, что коробчатая конструкция собирается из конструктивных листов, изготовленных из композитных материалов, скрепляемых при помощи накладок; при этом, по меньшей мере, одна накладка содержит первую полку, которая сначала крепится посредством удаленной точки крепления на, по меньшей мере, одном листе, а другие точки крепления вышеупомянутой полки на данном листе остаются незакрепленными; при этом для элемента крыла предусмотрена коробчатая конструкция, к которой крепится крыло; при этом элемент крыла прочно крепится ко второй полке накладки посредством удаленной точки крепления вышеупомянутой второй полки, а вышеупомянутые лист и элемент крыла зажимаются между накладкой и контрнакладкой в точках крепления, располагаемых между вышеупомянутой удаленной точкой крепления первой полки и удаленной точкой крепления второй полки.

Устройство согласно изобретению позволяет, в частности, упростить процесс крепления коробчатой конструкции летательного аппарата к крылу данного летательного аппарата и обеспечить лучший отбор коробчатой конструкцией нагрузок, испытываемых крылом.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения станут понятными из описания варианта осуществления, не носящего ограничительный характер, приводимого со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 изображает схематичный вид в изометрии варианта крепления коробчатой конструкции с крылом согласно изобретению.

Фиг.2 - вид сбоку устройства для скрепления накладками согласно изобретению.

Устройство скрепления накладками, изображенное на фиг.1, содержит накладку 1 и контрнакладку 2, обеспечивающие прочное крепление по меньшей мере первого 3 и второго 4 конструктивных элементов, размещаемых между накладкой 1 и контрнакладкой 2.

Первый конструктивный элемент 3 является, согласно приводимому примеру, нижней частью центральной коробчатой конструкции летательного аппарата, с которым соединяются нижние элементы несущей поверхности крыла летательного аппарата, при этом второй конструктивный элемент 4 является одним из элементов крыла.

Центральная коробчатая конструкция представляет собой коробчатую конструкцию, собираемую, в частности, из листов, изготавливаемых из композитных материалов на базе углерода.

Накладка располагается сверху вышеупомянутых конструктивных элементов, а контрнакладка удерживает эти конструктивные элементы вместе снизу.

Согласно изобретению в контрнакладке 2 выполнены точки крепления M, N, число которых меньше числа точек крепления P, Q, выполненных в накладке. В связи с этим вышеупомянутые первый 3 и второй 4 конструктивные элементы фиксируются между накладкой 1 и контрнакладкой 2 в точках крепления M+N, количество которых меньше, чем количество точек крепления P+Q вышеупомянутых конструктивных элементов на накладке 1; при этом такое скрепление накладками считается асимметричным скреплением накладками.

Первым преимуществом такого асимметричного скрепления накладками является то, что обеспечивается более хорошее распределение нагрузок на уровне крепления. Ко второму преимуществу можно отнести возможность выполнения предварительного монтажа совместных элементов листа, перемещения коробчатой конструкции и даже ее транспортировки к месту сборки, которое располагается на определенном удалении от элементов крыла, установки и предварительного крепления элемента крыла на накладке 1, и последующей установки контрнакладки без необходимости разъединения ранее собранных на накладке элементов, что могло бы привести к нарушению установленной линии расположения точек крепления как стенок коробчатой конструкции, так и элементов крыла с коробчатой конструкцией.

Третьим преимуществом предлагаемого изобретения, позволяющего комбинировать асимметричное скрепление накладками и использование конструктивных элементов, изготовленных из композитных материалов, является достижение выигрыша по массе, при этом статическая устойчивость и износоустойчивость равны устойчивости в случае симметричного скрепления накладками металлических конструктивных элементов.

В связи с тем, что контрнакладка обладает меньшим количеством точек крепления к конструктивному элементу, асимметричное скрепление накладками может также снизить температурное напряжение, возникающее в результате образования разницы расширения между металлом и композитным материалом, в том числе между металлической накладкой и структурным элементом, изготовленным из композитного материала.

Как это показано на фиг.1, а также в случае применения устройства согласно изобретению в центральной коробчатой конструкции, к которой крепятся элементы крыла, накладка 1 имеет Т-образную форму и включает в себя первую полку 5, обеспечивающую крепление первого конструктивного элемента 3, представляющего собой основание коробчатой конструкции; вторую полку 6, обеспечивающую крепление второго конструктивного элемента 4, представляющего собой элемент крыла (при этом вторая полка является фактически продолжением первой полки 5); третью полку 7, обеспечивающую крепление третьего конструктивного элемента, представляющего собой, например, стенку коробчатой конструкции (при этом третья полка устанавливается под углом относительно вышеупомянутых первой 5 и второй 6 полок).

В рамках примера, изображенного на фиг.1, первый 3 и третий 8 конструктивные элементы являются частями соприкасающихся поверхностей коробчатой конструкции 9; первая полка 5 накладки, к которой крепится первый конструктивный элемент 3, располагается на внутренней стороне коробчатой конструкции 9, а вторая полка 6 выступает за пределы внутреннего пространства коробчатой конструкции своей нижней боковой кромкой.

Таким образом, Т-образная накладка представляет собой нижнюю кромку коробчатой конструкции.

Как это показано на фиг.2, изображающей деталь конструкции, между контрнакладкой 2 и накладкой 1 размещаются первый 3 и второй 4 конструктивные элементы.

Точки крепления конструктивных элементов к накладке и контрнакладке представляют собой отверстия, выполненные в конструктивных элементах, накладке и контрнакладке; при этом данные отверстия располагаются таким образом, что их местоположение совпадает, обеспечивая размещение средств крепления 11, 12, например гайки с винтом или заклепки, и соответственно скрепление.

Как показано выше, приспособление позволяет осуществлять предварительную сборку элементов на накладке путем использования точек крепления краев накладки, а затем окончательную сборку при помощи контрнакладки, не разбирая при этом конструкцию, созданную во время предварительной сборки.

Таким образом, согласно изобретению для сборки способом скрепления накладками коробчатой конструкции 9, по меньшей мере, с одним элементом 4 крыла летательного аппарата вначале из конструктивных листов 3, 8, 10, соединяемых при помощи накладок, собирается коробчатая конструкция 9; при этом, по меньшей мере, одна накладка 1 содержит первую полку 5, крепящуюся вначале при помощи удаленной точки крепления Q1, по меньшей мере, на листе коробчатой конструкции (в данном случае на нижнем листе коробчатой конструкции); при этом другие места крепления Q2 Q_n первой полки 5 на вышеупомянутом листе остаются незакрепленными, а образуемая таким образом коробчатая конструкция может перемещаться; затем формируют коробчатую конструкцию 9, предназначенную для прикрепления к ней элемента крыла 4, выравнивают и крепят ко второй полке 6 накладки при помощи удаленной точки крепления Р1 второй полки 6 элемент крыла 4 с формированием в результате конструкции, включающей в себя коробчатую конструкцию и элемент крыла, после чего лист 3 и элемент крыла 4 зажимаются между накладкой 1 и контрнакладкой 2 в точках крепления, располагаемых между вышеупомянутой удаленной точкой крепления первой полки и удаленной точкой крепления второй полки; при этом удаленные точки крепления не разъединяются для обеспечения соответствующего выравнивания ранее установленных элементов листов.

Таким образом, изобретение позволяет создавать коробчатую конструкцию путем крепления листов коробчатой конструкции на внешних поверхностях накладок, а затем перемещать данную коробчатую конструкцию, которая сохраняет свою целостность, для прикрепления к ней элементов крыла.

Элементы левого и правого крыла летательного аппарата собираются согласно изобретению.

Кроме того, изобретение не ограничивается представленным выше примером. В частности, устройство асимметричного соединения накладками может также использоваться для прочного скрепления верхних элементов крыла с вышеупомянутой коробчатой конструкцией или для прочного крепления других элементов летательного аппарата или любых других механических конструкций.