Патент на изобретение №2190556
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ОТСЕК СИЛОВОЙ КОНСТРУКЦИИ
(57) Реферат: Изобретение относится к самолетостроению и касается создания конструкций фюзеляжа с гермоднищем, а также может быть использовано в машиностроении при разработке силовых конструкций. Отсек силовой конструкции содержит гермоднище. С внешней стороны гермоднища установлены кольцевые шпангоуты. На гермоднище закреплены меридиально расположенные стрингеры. Силовой гермошпангоут закреплен в зоне перехода гермоднища к обшивке отсека. Отсек снабжен стоппером, установленным между силовым гермошпангоутом и обшивкой отсека. Стоппер выполнен в виде кольцевой пластины из высокопрочного материала, на которой выполнены языки. Стрингеры гермоднища перестыкованы на этих языках. Стоппер может быть выполнен из отдельных частей, перестыкованных между собой по периметру полки гермошпангоута с выходом на обшивку отсека. Технический результат реализации изобретения заключается в увеличении ресурса и срока эксплуатации силовой конструкции посредством создания у нее конструктивных силовых элементов, препятствующих появлению трещин в конструкции, а в случае появления трещин – замедляющих рост их развития при повышении величины остаточной прочности. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. Изобретение относится к области самолетостроения, а именно к авиационным конструкциям, и может быть использовано в типовых конструкциях фюзеляжа и в корпусах других транспортных средств, имеющих гермоднище, обеспечивающих безопасность по условиям прочности при длительной эксплуатации изделия. Дополнительно изобретение может быть использовано в машиностроении при разработке силовых конструкций. Весовая отдача конструкции фюзеляжа, имеющего гермоднище, работающей на внутреннее избыточное давление, определяется уровнем нормальных напряжений в обшивке фюзеляжа и гермоднища. В соответствии с авиационными нормами (АП-25 и др.) конструкция должна обладать эксплуатационной живучестью, характеризующейся тем, что любое разрушение (усталостное, коррозионное или случайное) любого единичного элемента конструкции не должно приводить к катастрофическим последствиям. В гермоднище фюзеляжа, работающем на внутреннее избыточное давление, таким конструктивным элементом является стрингер. Напряжения в обшивке и стрингерах от внутреннего избыточного давления в гермоднище отсека силовой конструкции выбираются из условия обеспечения остаточной прочности с разрушенным стрингером и трещиной в прилегающей к нему обшивке до двух соседних стрингеров. При отсутствии стрингеров в зоне перехода гермоднища к обшивке отсека по всему периметру трещина в обшивке гермоднища может развиться до величины, при которой происходит разрушение конструкции. МОС (методы определения соответствия авиационным нормам) и АП-25 для этой зоны в качестве регламентированного повреждения рекомендуют, что конструкция должна выдерживать соответствующие нагрузки с трещиной в обшивке длиной 800-1000 мм. Упрощенный механизм разрушения элемента конструкции при переменных нагрузках можно представить в следующем виде. При действии переменных нагружений возникают микротрещины, источником которых является конструктивные (выточки, переходы от одного сечения к другому), технологические (риски, дефекты самого материала) или эксплуатационные (царапины, надрезы, коррозия) концентраторы напряжений, в области которых возникают местные напряжения. При определенном уровне напряжений в элементе конструкции образуются трещины, которые постепенно развиваются вглубь сечения элемента, уменьшая его. Процессы, связанные с развитием трещин и приводящие к разрушению конструкции, являются основным фактором, влияющим на долговечность работы конструкции. Известны силовые конструкции, в частности конструкция фюзеляжа летательного аппарата с гермоднищем, содержащим накладку для перестыковки обшивки и продольного набора фюзеляжа, расположенную по периметру обшивки фюзеляжа, на которой расположена стыковая накладка для перестыковки с обшивкой гермоднища, на последней установлен гермошпангоут. Стрингеры, расположенные на обшивке гермоднища, заканчиваются у стыковой накладки (см. журнал “Техническая информация” 6 за 1982 г., статья “Эксплуатационная долговечность конструкции планера самолета”, стр. 11-18, рис. 4 на стр. 15). На рис. 4 стрингеры не показаны, а в сечении в зоне соединения гермошпангоута и обшивки стрелкой показано место, где проникшая влага на границе соединения стыковой накладки и обшивки, явилась причиной катастрофической взрывной разгерметизации. К недостаткам такой конструкции относятся следующие факторы: – стрингеры, установленные на обшивке, заканчиваются перед стыковой накладкой, загружая последнюю дополнительными сосредоточенными силами; – меридианальные нормальные напряжения от указанных выше сосредоточенных сил по стрингерам, многократно повторяющихся, являются причиной появления и развития трещин в месте стыка в обшивке либо в стыковой накладке; – отсутствие силовых элементов, способствующих замедлению и ограничению роста развития трещин. Задачей настоящего изобретения является создание конструктивных силовых элементов, препятствующих появлению трещин в конструкции, а в случае появления трещин замедление роста развития с повышением величины остаточной прочности обеспечивал их эксплуатационную живучесть конструкции, при этом увеличиваются ресурс и срок эксплуатации конструкции создаваемых вновь изделий. Решение указанных выше задач приводит к гарантированному и надежному созданию машин и агрегатов с ресурсом их эксплуатации, значительно превышающим находящиеся в эксплуатации в настоявшее время изделия. Указанные задачи в настоящем изобретении решаются созданием отсека силовой конструкции, имеющего гермоднище, на обшивке которого (гермоднища) с внешней стороны установлены несколько кольцевых шпангоутов и на котором меридиально закреплены стрингеры, силовой гермошпангоут, установленный через накладку в зоне перехода гермоднища к обшивке отсека, которая соединена с обшивкой гермоднища, и стоппер, причем стоппер установлен под силовыми гермошпангоутом внутри отсека. Стоппер выполнен в виде кольцевой пластины из высокопрочного материала, которая имеет языки, выпущенные для перестыковки со стрингерами, при атом стоппер может состоять из отдельных частей, перестыкованных между собой. На фиг. 1 изображен отсек силовой конструкции с гермоднищем в аксонометрии. На фиг.2 – сечение А-А по фиг.1. На фиг.3 – вид Б по фиг.1. На фиг.4 – сечение В-В по фиг.3. На отсеке 1 силовой конструкции, содержащей гермоднище 2, установлена обшивка 3, стрингеры 4 и шпангоуты 5. На гермоднище 2 установлена обшивка 6, с внешней стороны которой расположено несколько кольцевых шпангоутов 7. В зоне перехода гермоднища 2 к обшивке 3 отсека 1 на обшивке 6 гермоднища 2 закреплены меридионально расположенные стрингеры 8 и силовой гермошпангоут 9 со скругленным переходом от полки 10 к стенке 11. Гермошпангоут 9 установлен через накладку 12, расположенную по периметру шпангоута и состыкованную с обшивкой 6 гермоднища 2. Под силовым гермошпангоутом 9 и накладкой 12 внутри отсека 1 установлен стоппер 13, выполненный в виде кольцевой пластины с выпущенными языками 14 для перестыковки со стрингерами 8. Стоппер 13 может быть выполнен из отдельных частей. Стоппер 13 выполнен из ленты высокопрочного материала, например титановый сплав марки ВТ 6ч с пределом прочности G=900 МПа и плотностью  =4500 кг/м3.
При многократных повторных нагружениях внутренним избыточным давлением отсека 1 силовой конструкции гермоднища 2 последнее стремится увеличиться в объеме, а обшивка 6 увеличиться в окружном (кольцевом) сечении и меридиональном направлении, т.к. гермоднище 2 представляет собой конус в зоне перехода гермоднища к обшивке 3 отсека 1 силовой конструкции, переходящей далее в сферу.
Обшивка 6 гермоднища 2 нагружается соответственно растягивающими усилиями в окружном, вдоль кольцевых шпангоутов 7, и меридиональном направлениях, вдоль стрингеров 8.
При определенном количестве циклов нагружений отсека 1 силовой конструкции, имеющего гермоднище 2, любой концентратор в обшивке 6 или накладке 12 приводит к появлению в них трещин, и в процессе дальнейших нагружений начинается рост трещины. Наиболее опасным участком является зона перехода гермоднища к обшивке отсека силовой конструкции. На участке обшивки 6 и накладки 12, ограниченном стрингерами 8 (см. фиг.3), появляется трещина, которая растет в длину в окружном направлении. В зоне, расположенной между двумя соседними стрингерами 7 и, пройдя расстояние от одного языка 14 стоппера 11 до другого, останавливается, т.к. языки 14, состыкованные со стрингерами 8, работая на растяжение и принимая на себя дополнительную нагрузку, не дают возможности раскрытия обшивки и выключают на этом участке обшивку из работы.
Тем самым изобретение позволяет при образовавшейся трещине отсеку 1 силовой конструкции, имеющему гермоднище 2, продолжить выполнение своих функций как агрегату, при этом не разрушаясь.
Использование изобретения позволит обеспечить следующие преимущества по сравнению с известными устройствами, а именно: установка стопперов по гермоднищу в зоне сочленения последнего с обшивкой отсека силовой конструкции и соединение стопперов со стрингерами приводят к уменьшению вероятности появления трещин, замедлению развития роста трещин, увеличению остаточной прочности конструкции, причем такая компоновка конструкции дает возможность технологически произвести корректную сборку (монтаж) зоны сочленения гермоднища с отсеком силовой конструкции, а также повысить надежность работы машин, агрегатов и увеличить их ресурс при значительных экономических выгодах в процессе эксплуатации за счет увеличения межремонтных сроков и за счет сокращения числа последних.
Формула изобретения
РИСУНКИ
PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Номер и год публикации бюллетеня: 13-2003
(73) Патентообладатель:
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 19.03.2003 № 16292
Извещение опубликовано: 10.05.2003
|
||||||||||||||||||||||||||
