FI119726B - Ilma-aluksen kaarielementti, siipi, ohjainpinta sekä vakaaja - Google Patents

Description

Ilma-aluksen kaarielementti, siipi, ohjainpinta sekä vakaaja

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on ilma-aluksen siipien ja ohjainpintojen tukirakenteissa käytettävä kaarielementti. Edelleen on keksinnön kohteena ilma-5 aluksen siipi, ohjainpinta ja vakaaja. Keksinnön kohde on kuvattu tarkemmin itsenäisten patenttivaatimusten johdannoissa.

Ilma-alusten, kuten lentokoneiden ja vastaavien siipi käsittää pinta-levyt, joiden välissä on siiven varsinainen tukirakenne, joka tyypillisesti käsittää siiven pituussuuntaiset etu- ja takasalon ja niitä yhdistävät siiven poikkisuun-10 täiset siipikaaret. Edelleen on siipikaarien ja pintalevyjen välissä yleensä useita pituusjäykisteitä. Vakaajien sekä ohjainpintojen, kuten esimerkiksi spoilerei-den, laskusiivekkeiden, peräsimien jne. rakenne on tyypillisesti vastaavanlainen kuin siivellä ja käsittää siipikaaria vastaavat kaarielementit.

Nykyaikaisissa ilma-aluksissa käytetään yhä enemmän komposiitti-15 materiaalista valmistettuja rakenneosia perinteisten metallisista osista niittaamalla valmistettujen komponenttien sijaan. Komposiittimateriaaleja käyttämällä voidaan rakenteiden painoa pienentää. Tunnetuissa komposiittiratkaisuissa siipikaaren pystysuuntaisiin pintalevyihin on kiinnitetty useita vierekkäisiä jäy-kistekappaleita liimaamalla tai vaihtoehtoisesti kiinnittämällä ne mekaanisilla 20 kiinnityselementeillä kuten niiteillä tai ruuveilla. Tällaisten kaarielementtien ko-koonpaneminen useista erillistä komponenteista on kuitenkin hidasta. Edelleen on erillisten osien välillä epäjatkuvuuskohtia, mikä on lujuusopillisesti ei-toivoitua.

Keksinnön lyhyt selostus 25 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen ja parannettu kaarielementti sekä tällaisella kaarielementillä varustetut siipi, ohjainpinta ja vakaaja.

Keksinnön mukaiselle kaarielementille on tunnusomaista se, että kaarielementti käsittää ensimmäisen pintalevyn ja toisen pintalevyn; ja että 30 kaarielementin kummankin pintalevyn ainakin yksi pinta on varustettu useilla suunnatuilla profiilijäykisteillä, jotka ovat integroitu osa pintalevyn profiilia.

Keksinnön mukaiselle siivelle on tunnusomaista se, että ainakin yksi siipikaari käsittää ensimmäisen pintalevyn ja toisen pintalevyn; ja että kummankin pintalevyn ainakin yksi pinta on varustettu useilla suunnatuilla profiili-35 jäykisteillä, jotka ovat integroitu osa pintalevyn profiilia.

2

Keksinnön mukaiselle ohjainpinnalle on tunnusomaista se, että ainakin yksi kaarielementti käsittää ensimmäisen pintalevyn ja toisen pintalevyn; ja että kummankin pintalevyn ainakin yksi pinta on varustettu useilla suunnatuilla profiilijäykisteillä, jotka ovat integroitu osa pintalevyn profiilia.

5 Keksinnön mukaiselle vakaajalle on tunnusomaista se, että ainakin yksi kaarielementti käsittää ensimmäisen pintalevyn ja toisen pintalevyn; ja että kummankin pintalevyn ainakin yksi pinta on varustettu useilla suunnatuilla profiilijäykisteillä, jotka ovat integroitu osa pintalevyn profiilia.

Keksinnön ajatus on, että komposiittimateriaalia oleva kaarielement-10 ti käsittää ainakin yhden pintalevyn, jonka ainakin yhteen pintaan on integroitu useita suunnattuja jäykisteitä. Jäykisteet ovat osa pintalevyn profiilia.

Keksinnön etuna on, että kaarielementti on aiempaa helpompi ja nopeampi valmistaa, kun jäykisteet ovat integroidut kaarielementin pintalevyi-hin. Edelleen rakenteeseen integroidut jäykisteet ovat lujuuden kannalta pa-15 rempia kuin useat erilliset pintalevyihin kiinnitettävät jäykistekappaleet. Rakenteeseen integroitujen jäykisteiden ja pintalevyjen välisiä epäjatkuvuuskohtia voidaan siten välttää.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että kaa-rielementissä on suunnattuja jäykisteitä ainakin kahdessa toisiinsa nähden 20 poikittaisessa suunnassa, jolloin suunnatut jäykisteet muodostavat kaariele-menttiin ristikkomaisen jäykisterakenteen, mikä on lujuuden kannalta edullista.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että ainakin yhden pintalevyn ainakin yksi pinta on aaltomainen ainakin ennalta määritellyllä yhdellä tai useammalla osuudella pintalevyn pintaa. Mahdollisen toisen pin-25 talevyn profiili voi myöskin olla aaltomainen tai se voi olla tasainen levymäinen kappale.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että kaarielementti käsittää yhden pintalevyn lisäksi ainakin yhden pintalevykomponen-tin. Pintalevykomponentti kattaa kaarielementin ulkopinnan vain halutulla koh-30 taa. Tällöin siis ainakin osa pintalevyn sisäpinnasta on näkyvissä. Pintalevykomponentti on varustettu profiilijäykisteillä.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että profiili-jäykisteen muodostaa pintalevyn tai pintalevyprofiilin yhdellä puolella oleva kohouma ja vastakkaisella toisella puolella oleva ura.

35 Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että profiili- jäykisteen muodostaa pintalevyyn tai pintalevyprofiil iin muodostettu paksun- 3 nos, jolla on suurempi materiaalipaksuus verrattuna profiilijäykisteiden välissä oleviin osuuksiin. Tällaisen paksunnoksen järjestäminen rakenteeseen on varsin yksinkertaista.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että poikittai-5 set profiilijäykisteet ovat suunnatut toisiinsa nähden kohtisuorasti.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että suunnaltaan toisiinsa nähden poikittaiset profiilijäykisteet ovat sovitetut diagonaalisesti, jolloin ne ovat ennalta määritellyssä kulmassa kaarielementin pituusakseliin nähden.

10 Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että kaa- rielementti käsittää ensimmäisen pintalevyn ja toisen pintalevyn, joiden ulkopinnat muodostavat kaarielementin näkyvät pinnat. Ensimmäinen pintalevy ja toinen pintalevy ovat erillisissä valmistusvaiheissa ennalta muodostettuja komponentteja, jotka ovat liitetyt toisiinsa. Pintalevyjen välissä voi olla lisäjäykis-15 teenä esimerkiksi yksi tai useampi välilevy tai jokin muu jäykiste-elementti.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että kaa-rielementti käsittää ensimmäisen pintalevyn ja toisen pintalevyn, jotka ovat erillisissä valmistusvaiheissa ennalta muodostettuja komponentteja. Ensimmäisen pintalevyn ja toisen pintalevyn sisäpinnat ovat liitetyt toisiaan vasten. Liittämi-20 nen voi olla tehty esimerkiksi liima-aineella.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että ensimmäinen pintalevy ja toinen pintalevy ovat kiinnitetyt toisiinsa liima-aineen lisäksi useilla mekaanisilla kiinnitysvälineillä kuten esimerkiksi niiteillä tai pulttiliitoksel-la. Mekaaniset kiinnityselimet toimivat tällöin varmistuksena liima-aineella teh-25 dylle liitokselle.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että kaa-rielementti on yhtenäinen kappale, josta eri osia ei voida irrottaa rakennetta rikkomatta. Tällöin kaarielementtiä ei ole kokoonpantu erillisissä vaiheissa valmistetuista komponenteista, vaan se on voitu valmistaa yhdellä kertaa esimer-30 kiksi muotissa valamalla. Valmistus voi olla tehty esimerkiksi RTM-menetelmällä. Kun kaarielementti on yhtenäinen kappale, voi sen valmistus olla nopeaa. Lisäksi yhtenäinen kappale on edullinen lujuusopillisesti.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että jäykis-teen poikkileikkaus on olennaisesti vakio jäykisteen pituussuunnassa tarkastel-35 tuna.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että jäykis- 4 teen poikkileikkaus on sovitettu muuttumaan jäykisteen pituussuunnassa tarkasteltuna. Jäykisteessä voi olla esimerkiksi poikkisuuntainen laajennus tai kavennus, sen korkeus voi pienentyä tai suurentua pituussuunnassa tarkasteltuna, tai jäykisteen poikkileikkauksen muodot voivat muulla tavoin muuttua pi-5 tuussuunnassa tarkasteltuna. Jäykisteen poikkileikkauksen muotoa muuttamalla voidaan säätää saavutettavaa lujuutta.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että jäykiste muodostaa onton tilan. Ontto tila on varustettu yhdellä tai useammalla aukolla mahdollisen kondenssiveden tyhjentämiseksi.

10 Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että jäykiste muodostaa onton tilan, joka on täytetty insertillä. Vaihtoehtoisesti ontto tila on täytetty täyteaineella, kuten esimerkiksi vaahdolla tai vastaavalla kevyellä aineella.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että siipikaari 15 on valmistettu komposiittimateriaalista, jossa sideaine on muovimateriaalia. Muovimateriaali voi olla kestomuovia tai kertamuovia. Eräs tyypillinen sideaine on hartsi. Edelleen voi lujitekuitu olla esimerkiksi hiilikuitua tai aramidia.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksinnön eräitä sovellutusmuotoja selitetään tarkemmin oheisissa 20 piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti erästä ilma-aluksen siipeä, jonka tukirakenne käsittää useita kaarielementtejä, kuvio 2 esittää kaavamaisesti erään lentokoneen peräosaa, jossa on vakaajia ja ohjainpintoja, joiden tukirakenne voi käsittää useita kaariele-25 menttejä, kuvio 3a esittää kaavamaisesti erään kaarielementin ensimmäistä pintalevyä, ja kuvio 3b esittää kaavamaisesti toista pintalevyä, kuvio 4 esittää kaavamaisesti kaarielementtiä, joka on kokoonpantu kiinnittämällä kuvioiden 3a ja 3b mukaisten pintalevyjen sisäpinnat toisiaan 30 vasten, kuvio 5 esittää kaavamaisesti yksityiskohtaa kuvion 4 kaltaisesta kaarielementistä, kuvioissa 6a - 6f on esitetty kaavamaisesti ja poikkileikattuina erilaisia mahdollisuuksia integroitujen profiilijäykisteiden muodostamiseksi kaa-35 rielementin pintaan, 5 kuviossa 7a on esitetty kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä eräs kaarielementti, joka on varustettu diagonaalisilla jäykisteillä, kuviossa 7b on esitetty kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä eräs kaarielementti, jossa kaarielementin pituussuuntaiset jäykisteet ulottuvat koko 5 kaarielementin pituudelle, ja jossa poikkisuuntaisia jäykisteitä on ainoastaan kaarielementin päiden osuuksilla olevissa pintakomponenteissa, kuviossa 7c on esitetty kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä eräs kaarielementti, jossa kaarielementin pituussuuntaisten jäykisteiden etäisyys toisistaan on vakio, kun taas poikkisuuntaisia jäykisteitä on kaarielementin päi-10 den osuuksilla tiheämmin kuin keskiosuudella, kuviossa 7d on esitetty kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä eräs kaarielementti, tässä tapauksessa siipikaari, joka on varustettu miehistöaukoil-la sekä laipoilla, kuviossa 7e on esitetty kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä eräs 15 kaarielementti, jonka pinnan profiiliin muodostetut jäykisteet ovat ennalta määritellyn pituisia kohoumia tai uria ja jotka voivat olla sovitetut toisiinsa nähden poikittain, jolloin ne muodostavat yhdessä ristikkorakenteen, kuvioissa 8a - 8c on esitetty kaavamaisesti erilaisia päätykuvantoja eräistä kaarielementeistä, 20 kuviossa 9 on esitetty kaavamaisesti ja ns. räjäytyskuviona erään vaihtoehtoisen kaarielementin periaate, ja kuviossa 10 on esitetty kaavamaisesti ja kokoonpantuna kuvion 9 mukainen ratkaisu.

Kuvioissa keksinnön eräitä suoritusmuotoja on esitetty selvyyden 25 vuoksi yksinkertaistettuna. Samankaltaiset osat on merkitty kuvioissa samoilla viitenumeroilla.

Keksinnön eräiden sovellutusmuotojen yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 on esitetty eräs siipi 1, joka kiinnittyy ilma-aluksen runkoon 2. Siiven 1 jättöreunassa voi olla liikuteltavia ohjainpintoja 3a - 3c. Siipi 1 30 voi käsittää yläpintalevyn 4a ja alapintalevyn 4b, joiden välissä on siiven tukirakenne, joka voi käsittää etusalon 5 ja takasalon 6 sekä useita siipikaaria 7 sovitettuna salkojen välille. Etu- ja takasalko 5, 6 ovat siten olennaisesti siiven pituussuuntaisia jäykisteitä, kun taas siipikaaret 7 ovat siiven poikkisuuntaisia jäykisteitä. Lisäksi tukirakenteeseen voi kuulua useita pituusjäykisteitä 8, jotka 35 voivat olla kiinnitetyt pintalevyjen 4a, 4b sisäpintaan ja siipikaariin 7. Siipikaari 7 voi olla keksinnön mukainen kaarielementti.

6

Kuviossa 2 on esitetty lentokoneen pyrstö, jossa sijaitsevat kiinteät vakaajat 12a, 13a sekä liikuteltavat ohjainpinnat 12b, 13b. Näiden vakaajien ja ohjainpintojen tukirakenteissa voi olla keksinnön mukainen kaarielementti.

Kuviossa 3a on esitetty kaarielementin 7 ensimmäinen pintalevy 14, 5 joka voi olla komposiittimateriaalista esivalmistettu komponentti. Ensimmäisen pintalevyn 14 ulkopinnassa 15a voi olla kaarielementin 7 pituussuuntaan A nähden poikittain sovitettuja kaarevia kohoumia 16 ja vastaavasti sisäpinnassa 15b voi olla kaarevia uria 17. Näin ollen pintalevyn 14 kummatkin pinnat ovat profiililtaan aaltomaiset. Kohoumien 16 ja urien 17 välissä samoin kuin päissä 10 voi olla olennaisesti tasomaiset osuudet 18. Kohoumat 16 ja urat 17 muodostavat pintalevyyn 14 rakenteellisia poikkisuuntaisia jäykisteitä 20, joilla on suunnattu lujuusvaikutus. Pintaelementin 14 taivutusjäykkyys jäykisteiden 20 pituussuuntaan nähden poikittaisessa suunnassa on nimittäin olennaisesti suurempi kuin muissa suunnissa. Jäykisteiden 20 lukumäärä, etäisyys toisis-15 taan sekä muu mitoitus voidaan määrittää tarvittavan lujuuden mukaisesti.

Kuviossa 3b on esitetty kaarielementin 7 toinen pintalevy 21, joka voi myöskin olla komposiittimateriaalista esivalmistettu komponentti. Pintale-vyssä 21 on ulkopinta 22a ja sisäpinta 22b. Verrattuna kuviossa 3b esitettyyn ensimmäiseen pintalevyyn 14 nähden on erona ainakin se, että kohoumista 23 20 ja urista 24 muodostuvat jäykisteet 25 ovat kaarielementin pituussuunnassa A, eli poikittain jäykisteisiin 20 nähden. Jäykisteiden 25 välissä ja pintalevyn 21 pituussuuntaisissa reunoissa voi olla olennaisesti tasomaisia osuuksia 26. Pintalevyn 21 pintaprofiiliin muodostetut jäykisteet 25 aikaansaavat suunnatun lujuusvaikutuksen, joka pyrkii estämään kaarielementin 7 taipumista jäykistei-25 den 25 pituussuuntaan nähden poikittaisessa suunnassa. Jäykisteiden 25 lukumäärä, etäisyys toisistaan sekä muu mitoitus voidaan määrittää tarvittavan lujuuden mukaisesti.

Ensimmäisen pintalevyn 14 ja toisen pintalevyn 21 komposiittirakenne voi käsittää useita samansuuntaisia lujitekuituja. Tällaisia lujitekuituker-30 roksia voi olla yksi tai useampia. Eri kerroksissa lujitekuitujen suunta voi olla samanlainen tai erilainen. Vaihtoehtoisesti komposiittirakenne voi käsittää verkkomaisen kuitu lujitteen yhdessä tai useammassa kerroksessa. Sideaine voi olla esimerkiksi hartsia tai muuta sopivaa muovimateriaalia. Pintalevyt 14, 21 voidaan valmistaa sopivan muotin avulla.

35 Kuviossa 4 on esitetty kaarielementti 7 kokoonpantuna. Ensimmäi sen pintalevyn 14 sisäpinta 15b ja toisen pintalevyn 21 sisäpinta 22b ovat sovi- 7 tetut vastakkain ja kiinnitetyt toisiinsa esimerkiksi liimalla, mekaanisilla kiinni-tyselementeillä tai näiden yhdistelmällä. Kuten kuviosta nähdään, ovat pintale-vyihin integroidut rakenteelliset jäykisteet 20, 25 toisiinsa nähden poikittain, jolloin ne muodostavat eräänlaisen ristikkorakenteen, joka tunnetusti ottaa hy-5 vin kuormituksia vastaan. Pintalevyjen 14, 21 tasomaiset osuudet 18, 26 muodostavat hyvät vastinpinnat, joiden kohdalta pintalevyt 14, 21 voidaan kiinnittää tukevasti toisiinsa. Kuten kuviosta 4 havaitaan, voi kaarielementin 7 rakenne olla hyvin ohut paksuussuunnassa C. Vaikka rakenne on ohut ja kevyt, on se kuitenkin hyvin jäykkä ristikkomaisesti järjestettyjen profiilijäykisteiden ansios-10 ta.

Kuviosta 4 nähdään vielä, että kaarielementin 7 pitkät sivut 27a ja 27b ovat kaarevia pintoja, joihin siiven 1 tai ohjainpinnan pintalevyt voidaan kiinnittää. Tarvittaessa voidaan sovittaa pituusjäykisteet sivujen 27a, 27b ja pintalevyjen väliin. Edelleen voidaan kaarielementin 7 pitkät sivut 27a, 27b va-15 rustaa sopivilla kiinnityselementeillä, jotka helpottavat pintalevyjen tai pituus-jäykisteiden kiinnittämistä. Kaarielementin 7 lyhyihin sivuihin eli päätyihin 28a, 28b voidaan kiinnittää siiven tai ohjainpinnan etusalko ja vastaavasti takasalko. Päädyt 28a, 28b voidaan muotoilla halutulla tavalla salkojen kiinnittämistä varten, tai ne voidaan varustaa sopivilla kiinnityselementeillä.

20 Kuviossa 5 on esitetty yksityiskohta kuvion 4 mukaisesta kaariele- mentistä 7. Koska jäykisteet 20, 25 muodostavat rakenteen sisään onttoja tiloja, voidaan jäykisteet 20, 25 varustaa tyhjennysaukoilla 29, joiden kautta mahdollinen rakenteen sisään lämpötilojen vaihtelusta aiheutuva kondenssivesi pääsee valumaan pois rakenteen sisältä. Edelleen voidaan pintalevyjen 14, 21 25 kiinnitys toisiinsa varmistaa mekaanisilla kiinnityselimillä 30, kuten esimerkiksi niiteillä, ruuveilla tai vastaavilla. Kiinnitys voidaan tehdä tasomaisten osuuksien 18, 26 kohdalta.

Kuviossa 6a on esitetty eräs vaihtoehtoinen profiili ensimmäisen pintalevyn 14 jäykisteelle 20. Verrattuna edellisissä kuvioissa esitettyyn profii-30 limuotoon, on kuviossa 6a esitetty profiili korkeampi ja kapeampi. Profiilin korkeudella on olennainen vaikutus jäykisteen 20 taivutusjäykkyyteen. Toisen pintalevyn 21 jäykisteen 25 profiili voi olla samanlainen tai erilainen kuin jäykis-teellä 20, jolloin kaarielementin 7 taivutusjäykkyys voi olla erilainen eri suunnissa. Edelleen voi samassa pintalevyssä 14, 21 olla profiilimuodoltaan erilai-35 siä jäykisteitä 20 ja 25. Näin ollen kaarielementin 7 lujuusominaisuuksiin voidaan vaikuttaa monipuolisesti valitsemalla sopivat profiilimuodot ja mitoitukset.

8

Kuviossa 6b esitetty pintalevyn 14 profiili vastaa olennaisesti kuviossa 6a esitettyä, mutta erona on se, että nyt kohoumat 16 ovat pintalevyn 14 sisäpinnan 15b puolella ja urat 17 ovat ulkopinnan 15a puolella. Toisessa pin-talevyssä 21 voi vastaavaan tapaan olla kohoumat sisäpinnan 22b puolella tai 5 ulkopinnan 15b puolella.

Kuviossa 6c on esitetty pintalevy 14, johon on muodostettu rakenteellinen profiilijäykiste 20, joka käsittää onton tilan 31, joka voi olla valmistettu pois otettavan tai sulavan keernan avulla. Vaihtoehtoisesti voi ontto tila olla täytetty jollakin kevyellä täyteaineella, kuten esimerkiksi muovimateriaalia ole-10 valla vaahdolla 32.

Kuviossa 6d on esitetty pintalevy 14, johon on muodostettu paikallisesti suurempi materiaalipaksuus 33, joka muodostaa pintalevyyn 14 rakenteellisen suunnatun profiilijäykisteen 20. Paksunnoksen 33 poikkileikkauksen muoto voidaan valita halutuksi samoin kuin sen muut dimensiot.

15 Kuvioissa 6e ja 6f on esitetty vielä voimakkaasti yksinkertaistettuna eräitä mahdollisia pintalevyn profiilijäykisteiden poikkileikkausten muotoja.

Kuviosta 7a nähdään, että kaarielementin 7 suunnatut jäykisteet 20, 25 voivat olla sovitetut diagonaalisesti toisiinsa nähden. Jäykisteiden 20, 25 kulma kaarielementin 7 pituusakseliin nähden voidaan valita halutulla tavalla. 20 Kulma voi olla esimerkiksi 45 astetta. Myös tässä sovellutuksessa profiilijäykis-teet 20, 25 ovat toisiinsa nähden poikittain ja muodostavat siten kaarielement-tiin 7 rakenteellisen ristikkoprofiilin.

Kuviossa 7b on esitetty, että tarvittaessa voi halutulla osuudella olla jäykiste 20, 25 vain yhdessä suunnassa. Edelleen voidaan jokin osuus kaari-25 profiilista 7 jättää kokonaan ilman jäykisteitä 20, 25. Kuvion 7b mukaisessa tilanteessa kaarielementin päiden osuuksilla 34 jäykisteet 20, 25 kulkevat ristiin, kun taas keskiosuudella 35 ei ole lainkaan poikkisuunnassa B kulkevia jäykisteitä. Yhtenäisen ensimmäisen pintalevyn 14 sijaan voi osuuksilla 34 olla pintalevykomponentit 36a ja 36b, jotka kattavat vain päiden 34 osuudet, mutta 30 eivät ulotu keskiosuudelle 35. Tällöin keskiosuudella 35 on näkyvänä pintana pintalevyn 21 sisäpinta 22b. Vaihtoehtoisesti voi keskiosuudelle 35 olla sovitettu jäykisteillä varustettu pintalevykomponentti, joka ei ulotu lainkaan päiden 34 osuuksille, vaan päissä on näkyvissä pintalevyn 21 sisäpinta 22b.

Kuviossa 7c on havainnollistettu sitä, että jäykisteiden 20, 25 väli-35 nen etäisyys toisistaan voi olla vakio, tai se voi muuttua portaittain tai portaattomasti haluttujen lujuusominaisuuksien mukaisesti.

9

Kuviossa 7d esitetyssä kaarielementissä 7 on laipat 37 kaarevilla pitkillä sivuilla 27a, 27b. Laipat 37 voivat helpottaa siiven tai ohjainpinnan pin-talevyjen tai pituusjäykisteiden kiinnittämistä. Lisäksi laippojen 37 avulla voidaan lisätä kaarielementin 7 jäykkyyttä. Edelleen kuviosta 7d nähdään, että 5 kaarielementissä, varsinkin silloin kun kyse on siipikaaresta, voi olla yksi tai useampi miehistöaukko 38 huoltojen ja asennuksen helpottamiseksi. Pienemmissä kaarielementeissä, kuten esimerkiksi vakaimien kaarielementeissä voi olla muunlaisia kevennysaukkoja tai aukkoja esimerkiksi johtoja, letkuja ja vastaavia varten.

10 Edelleen on kuviossa 7d esitetyssä kaarielementissä 7 päiden osuuksilla pintalevykomponentit 36a, 36b, joiden yhdessä pinnassa on jäykis-teitä 20a, 20b kahdessa poikittaisessa suunnassa.

Kuviossa 7e on esitetty pintalevyyn muodostettuja jäykisteitä, jotka voivat olla ennalta määritellyn pituisia ja toisiinsa nähden poikkisuuntaisia pro-15 fiileita 39a, 39b. Profiilijäykisteet 39a, 39b voivat muodostaa toisiinsa nähden ristikkomaisen lujittavan rakenteen koko kaarielementin 7 osuudelle tai rajatuille alueille. Vaihtoehtoisesti pintalevyjen 14, 21 pintaprofiilit voivat muistuttaa ns. munakennorakennetta, jossa on ulokkeita ja syvennyksiä.

Kuvioissa 8a - 8c on esitetty kaarielementin 7 erilaisia vaihtoehtoi-20 siä rakenteita pituussuunnasta päin nähtynä. Selvyyden vuoksi kuvioissa 8a-8c ei ole esitetty lainkaan jäykisteprofiileita. Pintalevyt 14, 21 voivat käsittää laipat 37, jotka voivat osoittaa toisistaan pois päin, kuten kuviossa 8a ja 8b, tai ne voivat osoittaa samaan suuntaan, kuten kuviossa 8c. Kuviossa 8b on esitetty, että pintalevyjen 14, 21 välissä voi olla yksi tai useampi välilevy 40 tai muu 25 lisäjäykiste. Välilevyssä 40 voi myöskin olla profiilijäykisteitä.

Edellä esitettyjä jäykisteprofiileita 20, 25, 20a, 20b, 39a, 39b, niiden sijoittelua ja rakenteellisia yksityiskohtia voidaan yhdistellä haluttujen lujuusominaisuuksien aikaansaamiseksi.

Mainittakoon myös, että jäykisteiden syvyysmitta voi kasvaa tai vä-30 hentyä lineaarisesti. Vaihtoehtoisesti voi syvyyden muutokset olla portaittaisia tai muutokset voivat noudattaa jotakin sopivaa kaarevaa käyrää.

Edelleen jäykisteen 20, 25 poikkileikkausmuoto voi olla olennaisesti vakio koko sen pituudella tai vaihtoehtoisesti poikkileikkausmuoto voi olla sovitettu muuttumaan jäykisteen pituussuunnassa tarkasteltuna, jolloin jäykistepro-35 fiili voi käsittää poikkileikkauspinta-alaltaan erisuuruisia osuuksia.

Kuvioissa 9 ja 10 esitellään vielä eräs vaihtoehtoinen ratkaisu edellä 10 esitellyille kaarielementin 7 eri sovellutuksille. Tässä ratkaisussa voi myöskin olla komposiittimateriaalia olevat ensimmäinen pintalevy 14 ja toinen pintalevy 21, joiden ulkopinnat 15a, 22a muodostavat kaarielementin 7 näkyvät pinnat. Pintalevyissä 14, 21 voi olla useita aukkoja 41, jotka keventävät rakennetta ja 5 muodostavat samalla pintalevylle ristikkomaisen rakenteen. Aukot 41 voivat olla muodoltaan esimerkiksi kulmista pyöristetyn kolmion muotoisia, jolloin aukkojen väliin jäävät toisiinsa nähden eri suuntaiset osuudet 42 muodostavat diagonaaliset suunnatut jäykisteet. Pintalevyissä 14, 21 voivat aukot 41 olla sijoitetut joko samalle tai eri kohdalle toisiinsa nähden. Jälkimmäisessä tapa-10 uksessa vierekkäisten pintalevyjen 14, 21 osuudet 42 voivat olla toisiinsa nähden ristikkäin. Pintalevyjen 14, 21 sisäpinnat 15b, 22b voivat olla kiinnitetyt toisiaan vasten esimerkiksi liima-aineen avulla. Vaihtoehtoisesti voi pintalevyjen väliin olla sovitettu yksi tai useampia jäykiste-elementtejä. Kuviossa on esitetty kaarielementin pituussuuntaiset jäykiste-elementit 43a sekä viistosti sovi-15 tetut jäykiste-elementit 43b, jotka jäykiste-elementit muodostavat pintalevyjen 14, 21 väliin ristikkomaisen lisäjäykisteen 44. Jäykiste-elementit 43b voivat olla sovitetut pintalevyissä 14, 21 olevien aukkojen 41 väliin jääville osuuksille 42. Vaihtoehtoisesti voidaan lisäjäykisteenä 44 käyttää yhtä tai useampaa aukoilla varustettua välilevyä. Lisäjäykisteet 44 voivat olla kiinnitetyt esimerkiksi liima-20 aineen avulla pintalevyihin 14, 21. Edelleen on mahdollista, että kaarielementti 7 on muodostettu integroiduksi yhdeksi kappaleeksi esimerkiksi RTM-menetelmällä. On huomattava, että aukkojen 41 lukumäärä, muoto, sijainti ja dimensiot voidaan mitoittaa tapauskohtaisesti samoin kuin mahdollisten lisä-jäykisteiden 44 käyttö ja dimensiot. Pintalevyjen 14, 21 pitkät sivut voivat olla 25 varustetut poikkisuuntaisilla laipoilla 37. Molemmat pintalevyt voivat käsittää ylä- ja alalaipat, jolloin pintalevyjen laipat voivat olla suunnatut vastakkaisiin suuntiin. Joissain tapauksissa ne voivat olla suunnatut samaan suuntaan, jolloin pintalevyt ovat ikään kuin sisäkkäin. Tällöin uloimman pintalevyn laipat voivat olla mitoitetut sisemmän pintalevyn laippoja pidemmiksi. Edelleen on 30 mahdollista, että vain yksi pintalevy käsittää laipat. Toisaalta kaarielementti voi käsittää laipan vain ylä- tai alareunassa. Laippa lisää kaarielementin jäykkyyttä sekä helpottaa siiven tai ohjainpinnan pintalevyjen ja mahdollisten pituusjäykis-teiden asentamista.

Mainittakoon, että komposiittimateriaali voi käsittää yhtä tai useam-35 paa kuitu lujitetta ja yhtä tai useampaa sideainetta. Kuitu lujitteena voi olla esi- 11 merkiksi lasikuitua, hiilikuitua, aramidikuitua tai vastaavaa. Sideaineena voi olla muovimateriaalia, esimerkiksi hartsia tai vastaavaa.

Komposiittiosat voidaan valmistaa esimerkiksi RTM-menetelmällä (Resin Transfer Moulding). RTM nimittäin soveltuu monimutkaisten ja mitta-5 tarkkojen kappaleiden valmistamiseen. Lujitteet tai lujiteaihiot asetetaan muottiin, jonka jälkeen muotti suljetaan. Tämän jälkeen muottiin voidaan injektoida hartsia tai vastaavaa sideainetta. Edelleen voidaan käyttää myös Prepreg-materiaalia eli esi-impregnoitua lujitetta, joka voidaan kovettaa autoklaavissa.

Joissain tapauksissa tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voi-10 daan käyttää sellaisenaan, muista piirteistä huolimatta. Toisaalta tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voidaan tarvittaessa yhdistellä erilaisten kombinaatioiden muodostamiseksi.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patentti-15 vaatimusten puitteissa.

Claims (15)

1. Kaarielementti, joka on pitkänomainen tukikappale, joka on tarkoitettu sovitettavaksi ilma-aluksen siivessä, ohjainpinnassa tai vakaajassa pinta-levyjen ja reunasalkojen rajaamaan tilaan, ja joka kaarielementti (7) käsittää: 5 ainakin yhden pintalevyn (14, 21); pintalevyn pituussuuntaiset kaarevat sivut (27a, 27b), jotka ovat sovitettavissa siiven, ohjainpinnan tai vakaajan pintalevyjä kohti; pintalevyn poikkisuuntaiset päädyt (28a, 28b), jotka ovat sovitettavissa siiven, ohjainpinnan tai vakaajan reunasalkoja kohti; 10 useita jäykisteitä pintalevyn jäykkyyden lisäämiseksi; ja joka kaarielementti on valmistettu komposiittimateriaalista, tunnettu siitä, että kaarielementti (7) käsittää ensimmäisen pintalevyn (14) ja toisen pintalevyn (21); ja 15 että kaarielementin (7) kummankin pintalevyn (14, 21) ainakin yksi pinta on varustettu useilla suunnatuilla profiilijäykisteillä (20, 25, 20a, 20b, 39a, 39b), jotka ovat integroitu osa pintalevyn (14, 21) profiilia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaarielementti, tunnettu siitä, 20 että kaarielementissä (7) on suunnattuja profiilijäykisteitä (20, 25, 20a, 20b, 39a, 39b) ainakin kahdessa toisiinsa nähden poikittaisessa suunnassa, jolloin suunnatut profiilijäykisteet muodostavat kaarielementtiin ristik-komaisen jäykisterakenteen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kaarielementti, tunnet- 25 tu siitä, että ainakin yhden pintalevyn (14, 21) ainakin yksi pinta on aaltomainen ainakin ennalta määritellyllä yhdellä tai useammalla osuudella pintalevyn pintaa.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaarielementti, 30 tunnettu siitä, että ensimmäisen pintalevyn profiilijäykisteet ja toisen pintalevyn profiilijäykisteet ovat toisiinsa nähden erisuuntaisia.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen kaarielementti, tunnettu siitä, 35 että kaarielementti (7) käsittää yhden pintalevyn (14, 21) lisäksi ai nakin yhden pintalevykomponentin (36a, 36b), joka kattaa kaarielementin (7) ulkopinnan vain osittain, jolloin ainakin osa pintalevyn (14, 21) sisäpinnasta (15b, 22b) on näkyvissä; ja että pintalevykomponentti (36a, 36b) on varustettu profiilijäykisteillä (20; 20a, 20b).

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaarielementti, tunnettu siitä, että ainakin yhden profiilijäykisteen (20, 25) muodostaa pintalevyn (14, 21) tai pintalevyprofiilin (36a, 36b) yhdellä puolella oleva kohouma (16) ja vastakkaisella toisella puolella oleva ura (17).

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaarielementti, tunnettu siitä, että ainakin yhden profiilijäykisteen (20, 25) muodostaa pintalevyyn (14, 21) tai pintalevyprofiiliin (36a, 36b) muodostettu paksunnos (33), jolla on suurempi materiaalipaksuus verrattuna profiilijäykisteiden (20, 25) välissä ole- 15 viin osuuksiin (18, 26).

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kaarielementti, tunnettu siitä, että suunnaltaan toisiinsa nähden poikittaiset profiilijäykisteet (20, 25) ovat toisiinsa nähden kohtisuorasti.

9. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kaarielementti, tunnettu sii tä, että suunnaltaan toisiinsa nähden poikittaiset profiilijäykisteet (20, 25) ovat sovitetut diagonaalisesti, jolloin ne ovat ennalta määritellyssä kulmassa kaarielementin (7) pituusakseliin nähden.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaarielementti, tunnettu siitä, että kaarielementti (7) käsittää kaksi erikseen muodostettua pintale-vyä (14, 21), jotka ovat kiinnitetyt toisiinsa liima-aineen avulla.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen kaariele- 30 mentti, tu n n ett u siitä, että kaarielementti (7) on yksi yhtenäinen kappale, joka on valmistettu yhdessä muotissa samanaikaisesti.

12. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kaarielementti, tunnet- t u siitä, 35 että ainakin yksi pintalevy (14, 21) on varustettu useilla aukoilla (41), joiden väliset osuudet (42) ovat sovitetut muodostamaan useita suunnattuja profiilijäykisteitä ainakin kahdessa toisiinsa nähden poikittaisessa suunnassa, jolloin osuudet (42) muodostavat kaarielementtiin (7) ristikkomaisen jäykistera-kenteen.

13. Ilma-aluksen siipi, joka käsittää: 5 ainakin yhden etusalon (5) siiven (1) johtoreunan alueella; ainakin yhden takasalon (6) siiven (1) jättöreunan alueella; useita siipikaaria (7a - 7d) etusalon (5) ja takasalon (6) välillä; yläpintalevyt (4a) ja alapintalevyt (4b); useita pituusjäykisteitä (8) pintalevyjen (4) ja siipikaarien (7) välillä; 10 tunnettu siitä, että ainakin yksi siipikaari (7) käsittää ensimmäisen pintalevyn (14) ja toisen pintalevyn (21); ja että kummankin pintalevyn (14, 21) ainakin yksi pinta on varustettu useilla suunnatuilla profiilijäykisteillä (20, 25, 20a, 20b, 39a, 39b), jotka ovat 15 integroitu osa pintalevyn (14, 21) profiilia.

14. Ilma-aluksen ohjainpinta, joka käsittää: ainakin yhden etusalon (5) ohjainpinnan (12b, 13b) johtoreunan alueella; ainakin yhden takasalon (6) ohjainpinnan (12b, 13b) jättöreunan 20 alueella; useita kaarielementtejä (7a - 7d) etusalon (5) ja takasalon (6) välillä; yläpintalevyt (4a) ja alapintalevyt (4b); tunnettu siitä, 25 että ainakin yksi kaarielementti (7) käsittää ensimmäisen pintalevyn (14) ja toisen pintalevyn (21); ja että kummankin pintalevyn (14, 21) ainakin yksi pinta on varustettu useilla suunnatuilla profiilijäykisteillä (20, 25, 20a, 20b, 39a, 39b), jotka ovat integroitu osa pintalevyn (14, 21) profiilia.

15. Ilma-aluksen vakaaja, joka käsittää: ainakin yhden etusalon (5) vakaajan (12a, 13a) johtoreunan alueella; ainakin yhden takasalon (6) vakaajan (12a, 13a) jättöreunan alueella; 35 useita kaarielementtejä (7a - 7d) etusalon (5) ja takasalon (6) välil lä; yläpintalevyt (4a) ja alapintalevyt (4b); tunnettu siitä, että ainakin yksi kaarielementti (7) käsittää ensimmäisen pintalevyn (14) ja toisen pintalevyn (21); ja 5 että kummankin pintalevyn (14, 21) ainakin yksi pinta on varustettu useilla suunnatuilla profiilijäykisteillä (20, 25, 20a, 20b, 39a, 39b), jotka ovat integroitu osa pintalevyn (14, 21) profiilia.