<Desc/Clms Page number 1>
" Perfectionnements aux structures des ossatures pour aéronefs ".
La vitesse accrue et le surcroît de manoeuvrabilité des aéronefs modernes, ont montré qu'il est essentiel que l'ossa- ture ou carcasse, c'est-à-dire, tant la structure du fuselage que celle des ailes, doit posséder une rigidité structurale très élevée. En outre, l'importance de la réduction du poids à un minimum rend désirable que tous les matériaux faisant par- tie d'une ossature d'aéronef contribuent pour une part à sa ca- paoité de supporter toute catégorie de charge, et la présente invention a pour objet de fournir une forme perfectionnée de construction d'ossature géodésique par laquelle ce but peut être atteint.
Jusqu'ici des structures d'ossatures géodésiques pour aéronefs ont été composées, comme.décrit dans les descriptions des brevets belge Nos 428 412, 428 413 et 428 414, de deux sé- ries d'éléments d'entretoisement géodésiques qui se croisent et sont disposés le long de lignes géodésiques dans la surface de la structure et se terminant à leurs points de liaison, par des membrures longitudinales ou longerons.
Dans des construc- tions de ce genre la fonction entière de résistance à la com- posante axiale de forces due aux charges de flexion, était rem- pli par les longerons seuls, les éléments d'entretoisement géo- désiques supportant seulement les charges de torsion et de ci- saillement, et il était donc plus commode de disposer les élé- ments géodésiques de façon qu'ils se croisent tous uniformément à angles droits, c'est-à-dire sous un angle de 45 par rapport à une génératrice de la structure.
Suivant l'invention, une structure ou construction entre- toisée d'une façon géodésique,, qui sera'capable de supporter toutes les charges auxquelles une ossature d'aéronef est sou- mise, est construite sans incorporer les longerons ou membr@res longitudinales conventionnelles utilisas jusqu'à présent, et comprend une charpente qui consiste essentiellement en deux sé- ries croisées d'éléments d'entretoisement disposés géodésique- ment dans la surface de la construction, les éléments d'une des séries étant reliés à ceux de l'aulne série aux noeuds ou points d'intersection, et les éléments,formant corde.rigides sont reliés diagonalement entre des noeuds opposés de certains des
<Desc/Clms Page number 2>
panneaux polygonaux délimités par les.
éléments géodésiques.
Lorsque l'ossature est garnie d'un revêtement extérieur fait de tissu ou autres matériaux de stabilité compressive in- suffisante pour résister'aux charges de compression et de ci- saillement,-de sorte qu'il est nécessaire que toutes les char- ges de flexion soient supportées par l'ossature; les éléments géodésiques en n'importe quel point sont disposés par rapport à la génératrice sous l'angle sous lequel ils peuvent le plus efficacement résister aux charges axiales, de torsion et de ci- saillement combinées agissant en ce point.
Ainsi, en un point où le moment fléchissant est relativement élevé, les éléments géodésiques s'étendent sous un angle aigu par rapport à la gé- nératrice locale et réciproquement, là oùles charges de torsion sont élevées en comparaison des charges axiales, la position an- gulaire correspondante des éléments géodésiques est moins aigue.
Alternativement, lorsqu'il est fait usage d'un revêtement extérieur composé de matériaux dont il est possible d'exiger une contribution à la résistance de la structure en égard aux char- ges de torsion les éléments géodésiques sont disposés uniformément dans la même position angulaire par rapport aux génératri- ces.
Tous les éléments de la structure perfectionnée qui en ré- sulte participent à la tâche de résistance aux charges de flex- ion et de torsion et, du fait quten vol les charges maximum de flexion ne coincident généralement pas, dans le temps, avec les charges maximum de torsion, l'on peut effectuer une réduction sensible de leurs poids combinés, en comparaison avec une ossa- ture qui comprend des longerons et qui est conque pour accomplir des perforctances équivalentes.
Les méthodes de construction qui caractérisent la présente invention sont décrites ci-après d'une manière plus complète avec référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en plan schématique illustrant une forme de structure d t aile .
La figure 2 une élévation longitudinale d'une partie du bord de fuite vue de l'intérieur de l'aile, quand on regarde vers l'arrière, et montrant une méthode de liaison des ossatures con- stituantes de l'aile.
La figure 3 une vue analogue à la figure 2 représentant une variante de la liaison des ossatures.
Puisqu'il est pratiquement impossible d'utiliser des élé- ments géodésiques d'un rayon de courbure suffisamment petit pour leur permettre de s'étendre d'une manière ininterrompue autour des bords d'attaque et de fuite d'un profil d'aile, une structu- re dtaile suivant l'invention prend avantageusement la forme de deux charpentes ou ossatures séparées qui, lorsqu'elles sont garnies d'un revêtement extérieur, constituent respectivement la surface supérieure et la surface inférieure de l'aile.' Chaque charpente est composée de deux séries d'éléments géodésiques orientées en opposition, une des séries croisant ou coupant l' autre au moyen de demi-joints s'adaptant l'un dans l'autre de la manière décrite dans la description du brevet belge N 428414,
et il est possible de disposer les ossatures de sorte que des paires d'éléments d'orientations opposées de l'ossature supéri- eure se croisent ou se coupent tous le long de l'assemblage de l'ossature aux points situés le long d'une ligne verticalement au-dessus de la ligne correspondante des points d'intersection de paires d'éléments d'orientations opposées de l'ossature in- férieure, et de prévoir des moyens pour assembler les noeuds marginaux de chacune des ossatures de manière à transmettre les
<Desc/Clms Page number 3>
efforts de cisaillement sans imposer à ces moyens de liaison aucune participation à la résistance de la structure dans son ensemble à la déformation de flexion verticale.
On remarquers en-se référant à la. figure 1 que la struc- ture comprend deux séries'd'éléments d'entretoisement géodési- ques d'orientations opposées 10, 10,10 ... et 11, 11, 11 .., une série d'éléments croisant ou coupant les autres aux noeuds 12, 12, 12 ...
Cette disposition structurale est voulue pour l'uti,isation en conjonction avec un tissus ou d'autres matéri- aux de faible stabilité à la compression; dans la région la plus proche de l'emplanture de l'aile, où les charges de flex- ion sont d'une importance prédominante, les éléments'géodésiques 10 et 11 sont inclinés par rapport aux génératrices sous un an- gle sensiblement inférieur à 45 , et dans la région proche de l'extrémité d'aile où les charges de flexion sont les plus lé- gères, mais où les charges de torsion dues à l'action de l'aile- ron sont maximum, la position angulaire des éléments géodésiques est beaucoup moins aigue et peut excéder 45 .
Dans le cas d'une structure d'aile destinée à être employée en conjonction avec un revêtement métallique sous tension, les éléments géodésiques 10,11 sont tous inclinés sous le même angle par rapport aux génératrices.
Les panneaux polygonaux reliés par les éléments géodési- ques 10, 11 sont renforcés par les éléments formant corde 13, 13, 13.., contre la déformation à la façon de ciseaux de Nurenberg sous l'action de charges appliquées latéralement, ces éléments étant placés diagonalement au travers de certains pan- neaux, comme indiqué..
On appréciera que le poids supplémentaire attribuable aux éléments formant corde 13 est peu important, puisque dans la région du bord, où la charge'de flexion est la plus grande, l' angularité des éléments géodésiques est si petit que la charge résultante dans les éléments formant corde est aussi petite, tandis que sous des charges de pure torsion de tels éléments ne sont pas du tout nécessaires.-
Dans le modèle d'ailes d'aéroplanes destinées à travail- ler aux grandes vitesses, la nécessité d'éviter les pertes de contrôle dues à la torsion d'aile causée par l'application de l'aileron, exige que l'angle de déflection d'une corde-repère à la position mi-aileron sous l'influence d'un couple concentré appliqué à cette position n'excède pas une valeur définie.
Pour que l'aile réponde à ce critérium, la répartition da la rigidi- té de torsion peut varier dans de larges limites, car il y a une répartition particulière qui, comme on le sait, donnera le degré de protection maximum à la fois contre l'instabilité et la perte de contrôle pour un minimum de poids de la structure.
Cette répartition de la rigidité de torsion ayant été détermi- née, un avantage particulier de la forme'perfectionnée de con- struction décrite loi, réside dans le fait que le dessin des éléments géodésiques (c'est-à-dire la variation de leur angu- larité ) peut tre contrôlée de façon à procurer une structure d'aile ayant,ces caractéristiques désirées.
Une méthode de connexion des ossatures supérieures et in- férieures d'une aile construite conformément à la présente in- vention est représentée sur la figure 2. Les noeuds marginaux de chacune des ossatures sont constitués par des goussets 121, 121 auxquels les éléments géodésiques 10, 11 sont fixés, les goussets 121 de chacune des ossatures étant situés en des points disposés verticalement l'un au-dessus de l'autre.
Chaque paire de goussets adjacents 121 est reliée aux cotés opposés d'une
<Desc/Clms Page number 4>
mince plaque verticale 14, et chacune de ces plaques 14 est re- liée de- manière à pouvoir' pivoter à ses extrémités en 15, 15 à la plaque voisine de part et d'autre de celle-ci. lesdites pla- ques 14 forment une chaîne s'étendant suivant l'envergure d'un bout a l'autre de l'aile le long de chaque bord et transmettant les forces de cisaillement d'une plaque à l'autre; mais grâce à leur montage pivotant, celles-ci ne participent pas à la ré- sistance de la structure toute entière à la flexion verticale.
Une autre méthode de liaison des ossatures supérieure et inférieure d'une aile est représentée à la figure 3. Dans ce cas, les plaques articulées entre elles '' de la disposition représentée sur la figure 8 sont remplacées par une plaque ver- ticale continue 16 dont la section transversale a un notent d' inertie tellement petit par rapport à celui de l'aile toute en- tière, que ladite plaque est pratiquement insensible aux moments de flexion qui sont appliqués à l'iles Dans le cas d'une structure de fuselage ou de longerons de queue, l'ossature peut être construite " sans joint ". C'est- à-dire que les éléments géodésiques peuvent s'étendre en spirale le long de la périphérie complète de la structure, et,
'excepte où deux longueurs du matériau constituant une barre sont reliées au moyen de joints à éclisse ou de leur équivalent, lesdites barres sont en substance continues d'un bout à l'autre de la structure. Par conséquent, l'ossature simule une poutre tubulai- re dépourvue de toute composante uniquement longitudinale. les panneaux polygonaux de la structure du fuselage sont entretoisés contre les torsions par des éléments formant corde fixés à des points nodaux diagonalement opposés.
REVENDICATIONS.
1.) Une structure d'ossature géodésique pour aéronefs, dans laquelle les charges axiales de torsion et de cisaillement sont supportées entièrement par les éléments d'entretoisement géodésiques.
2.) Une structure d'ossature géodésique pour aéronefs n' ayant pas de membrures longitudinales ou longerons, comprenant une ossature ou charpente composée essentiellement de deux sé- ries croisées d'éléments d'entretoisement disposés d'une façon géodésique dans la surface de la structure, les éléments d'une série étant reliés à ceux de l'autre série aux noeuds ou points d'intersection, et d'éléments rigides formant corde reliant des noeuds diagonalement opposés de certains des panneaux polygo- naux délimités par les éléments géodésiques.
<Desc / Clms Page number 1>
"Improvements to the structures of aircraft frames".
The increased speed and the increased maneuverability of modern aircraft have shown that it is essential that the frame or carcass, that is to say, both the structure of the fuselage and that of the wings, must possess rigidity. very high structural. In addition, the importance of reducing weight to a minimum makes it desirable that all materials forming part of an aircraft frame contribute to its capacity to support any category of load, and this The object of the invention is to provide an improved form of geodesic frame construction by which this object can be achieved.
Hitherto geodesic framework structures for aircraft have been composed, as described in the descriptions of Belgian patents Nos. 428 412, 428 413 and 428 414, of two series of geodetic bracing elements which intersect and are arranged along geodesic lines in the surface of the structure and ending at their connection points, by longitudinal members or spars.
In such constructions the entire function of resistance to the axial component of forces due to bending loads was fulfilled by the side members alone, the geodesic bracing elements supporting only the torsional loads. and shear, and therefore it was more convenient to arrange the geodesic elements so that they all cross uniformly at right angles, i.e. at an angle of 45 to a generatrix of the structure.
According to the invention, a geodesically interlocked structure or construction which will be able to withstand all the loads to which an aircraft frame is subjected is constructed without incorporating longitudinal members or members. conventional hitherto used, and comprises a frame which consists essentially of two crossed series of bracing elements geodetically arranged in the surface of the construction, the elements of one of the series being connected to those of the alder series at the nodes or points of intersection, and the elements, forming stiff ropes are connected diagonally between opposite nodes of some of the
<Desc / Clms Page number 2>
polygonal panels delimited by the.
geodesic elements.
When the frame is lined with an outer covering made of fabric or other material of insufficient compressive stability to withstand compressive and shear loads, so it is necessary that all loads flexion are supported by the framework; geodesic features at any point are disposed relative to the generator at the angle at which they can most effectively withstand the combined axial, torsional and shear loads acting at that point.
Thus, at a point where the bending moment is relatively high, the geodesic elements extend at an acute angle to the local generator and vice versa, where the torsional loads are high compared to the axial loads, the position an - corresponding gular of geodesic elements is less acute.
Alternatively, when use is made of an external covering composed of materials from which it is possible to require a contribution to the resistance of the structure with regard to the torsional loads, the geodesic elements are uniformly arranged in the same angular position. in relation to gener- ations.
All the elements of the resulting improved structure participate in the task of resisting bending and torsional loads, and because in flight the maximum bending loads do not generally coincide with the loads over time. maximum torsion, a substantial reduction in their combined weight can be achieved, compared to a frame which includes side members and which is designed to achieve equivalent performance.
The construction methods which characterize the present invention are described more fully below with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic plan view illustrating one form of wing structure.
Figure 2 is a longitudinal elevation of part of the trailing edge seen from the inside of the wing, looking backwards, and showing a method of connecting the constituent frames of the wing.
FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 showing a variant of the connection of the frames.
Since it is practically impossible to use geodesic elements with a radius of curvature small enough to allow them to extend uninterruptedly around the leading and trailing edges of a wing profile , a detailed structure according to the invention advantageously takes the form of two separate frames or frames which, when provided with an external covering, respectively constitute the upper surface and the lower surface of the wing. Each frame is composed of two series of geodesic elements oriented in opposition, one of the series crossing or intersecting the other by means of half-joints fitting one into the other as described in the description of the Belgian patent. N 428414,
and it is possible to arrange the frames so that pairs of elements of opposite orientations of the upper frame all intersect or intersect along the frame assembly at points along the length of the frame. a line vertically above the corresponding line of the points of intersection of pairs of elements of opposite orientations of the lower frame, and to provide means for assembling the marginal nodes of each of the frames so as to transmit the
<Desc / Clms Page number 3>
shear forces without imposing on these connecting means any participation in the resistance of the structure as a whole to vertical bending deformation.
We notice with reference to the. figure 1 that the structure comprises two series of geodesic bracing elements of opposite orientations 10, 10,10 ... and 11, 11, 11 ..., a series of elements crossing or intersecting the others at nodes 12, 12, 12 ...
This structural arrangement is intended for use in conjunction with tissue or other materials of low compressive stability; in the region closest to the root of the wing, where the bending loads are of predominant importance, the geodesic elements 10 and 11 are inclined with respect to the generators at an angle appreciably less than 45, and in the region near the wing tip where the bending loads are the lightest, but where the torsional loads due to the action of the aileron are maximum, the angular position of the geodesic elements is much less acute and may exceed 45.
In the case of a wing structure intended to be employed in conjunction with a metallic coating under tension, the geodesic elements 10,11 are all inclined at the same angle with respect to the generatrices.
The polygonal panels connected by the geodesic elements 10, 11 are reinforced by the rope elements 13, 13, 13 .., against deformation in the Nurenberg scissor way under the action of laterally applied loads, these elements being placed diagonally across some panels as shown.
It will be appreciated that the additional weight attributable to the chord members 13 is small, since in the region of the edge, where the bending load is greatest, the angularity of the geodesic members is so small that the resulting load in the members. chord forming is also small, while under pure torsional loads such elements are not at all necessary.
In the wing model of airplanes intended to work at high speeds, the need to avoid loss of control due to wing twist caused by the application of the aileron requires that the angle of deflection of a chord mark at the mid-aileron position under the influence of a concentrated torque applied at this position does not exceed a defined value.
In order for the wing to meet this criterion, the distribution of the torsional stiffness can vary within wide limits, since there is a particular distribution which, as is known, will give the maximum degree of protection against both. instability and loss of control for a minimum of weight of the structure.
This distribution of the torsional stiffness having been determined, a particular advantage of the perfected form of construction described by law, lies in the fact that the design of the geodesic elements (that is to say the variation of their angularity) can be controlled so as to provide a wing structure having these desired characteristics.
A method of connecting the upper and lower frames of a wing constructed in accordance with the present invention is shown in Figure 2. The marginal nodes of each of the frames are formed by gussets 121, 121 to which the geodesic elements 10 , 11 are fixed, the gussets 121 of each of the frames being located at points arranged vertically one above the other.
Each pair of adjacent gussets 121 is connected to the opposite sides of a
<Desc / Clms Page number 4>
thin vertical plate 14, and each of these plates 14 is connected so as to be able to 'pivot at its ends at 15, 15 to the neighboring plate on either side thereof. said plates 14 form a chain extending across the wingspan from end to end of the wing along each edge and transmitting shear forces from one plate to the other; but thanks to their pivoting mounting, they do not participate in the resistance of the entire structure to vertical bending.
Another method of connecting the upper and lower frames of a wing is shown in Figure 3. In this case, the hinged plates '' of the arrangement shown in Figure 8 are replaced by a continuous vertical plate 16. the cross section of which has such a small inertia rating compared to that of the entire wing, that said plate is practically insensitive to the bending moments which are applied to the islands. fuselage or tail spars, the framework can be constructed "seamless". That is, the geodesic elements can spiral along the entire periphery of the structure, and,
Except where two lengths of the material constituting a bar are connected by means of fishplate joints or their equivalent, said bars are substantially continuous throughout the structure. Therefore, the framework simulates a tubular beam devoid of any only longitudinal component. the polygonal panels of the fuselage structure are braced against torsion by rope members attached to diagonally opposed nodes.
CLAIMS.
1.) An aircraft geodesic frame structure in which axial torsional and shear loads are fully supported by geodesic bracing members.
2.) A geodesic frame structure for aircraft having no longitudinal members or spars, comprising a frame or frame composed essentially of two crossed series of bracing elements arranged in a geodesic fashion in the surface of the frame. the structure, the elements of one series being connected to those of the other series at the nodes or points of intersection, and rigid chord elements connecting diagonally opposite nodes of some of the polygonal panels delimited by the geodesic elements .