RU2655585C2 - Node of the fuselage compartment with mesh and traditional constructive-power circuits - Google Patents
Node of the fuselage compartment with mesh and traditional constructive-power circuits Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655585C2 RU2655585C2 RU2016145655A RU2016145655A RU2655585C2 RU 2655585 C2 RU2655585 C2 RU 2655585C2 RU 2016145655 A RU2016145655 A RU 2016145655A RU 2016145655 A RU2016145655 A RU 2016145655A RU 2655585 C2 RU2655585 C2 RU 2655585C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mesh
- compartment
- metal frame
- fuselage
- compartments
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
- B64C1/06—Frames; Stringers; Longerons ; Fuselage sections
- B64C1/12—Construction or attachment of skin panels
Abstract
Description
Изобретение относится к области разработки силовых композитных и металлокомпозитных авиационных конструкций с различными конструктивно-силовыми схемами (КСС), в частности к сетчатой силовой конструкции отсека фюзеляжа гражданского самолета, и может быть использовано для разработки авиационной техники.The invention relates to the field of development of power composite and metal composite aircraft structures with various structural power schemes (KSS), in particular to a mesh power structure of the fuselage compartment of a civil aircraft, and can be used to develop aviation technology.
Известен узел стыка отсеков фюзеляжа самолета, содержащий обшивки стыкуемых герметичного и негерметичного отсеков, подкрепленные стрингерами, и гермошпангоут, расположенный в месте стыка герметичного и негерметичного отсеков (Патент РФ №2472671, МПК В64С 1/10, ЗАО «Гражданские самолеты Сухого», 01.09.2011).Known junction of the compartments of the fuselage of the aircraft, containing the skin of the mating sealed and non-sealed compartments, reinforced by stringers, and a pressure gauge located at the junction of the sealed and non-sealed compartments (RF Patent No. 2472671, IPC ВСС 1/10, Sukhoi Civil Aircraft CJSC, 01.09. 2011).
Недостатком данной конструкции, применительно к соединению сетчатого композитного отсека фюзеляжа и отсека фюзеляжа с традиционной КСС (на основе обшивок, подкрепленных стрингерами и шпангоутами), являются низкие прочностные характеристики конструкции в зоне соединения сетчатого композитного каркаса с фитингами. В данной конструкции используется болтовое соединение сетчатых ребер и фитингов, для которого высверливаются отверстия в однонаправленных композитных ребрах. Очевидно, что любое отверстие в однонаправленной композитной структуре приводит к существенному снижению прочностных характеристик композитного элемента. Кроме того, прочностные характеристики однонаправленной композитной структуры при воздействии срезного усилия болта на порядок ниже прочностных характеристик ребра на растяжение/сжатие, что не позволяет обеспечить необходимую прочность данного типа соединений для сетчатых композитных конструкций.The disadvantage of this design, in relation to the connection of the mesh composite compartment of the fuselage and the compartment of the fuselage with the traditional KSS (based on skins reinforced by stringers and frames), is the low strength characteristics of the structure in the area of the connection of the mesh composite frame with fittings. This design uses a bolted connection of mesh ribs and fittings, for which holes are drilled in unidirectional composite ribs. Obviously, any hole in a unidirectional composite structure leads to a significant decrease in the strength characteristics of the composite element. In addition, the strength characteristics of a unidirectional composite structure under the shear force of the bolt are an order of magnitude lower than the tensile / compression strength characteristics of the rib, which does not allow the necessary strength of this type of joints to be provided for mesh composite structures.
Известна стыковая накладка для соединения отсеков фюзеляжа, содержащая полоску, предназначенную для создания перемычки между отсеками фюзеляжа, срезной элемент, накладывающийся на полоску, и соединительный элемент между полоской и срезным элементом, а также связанный с ней способ соединения отсеков фюзеляжа (Патент РФ №2564561, МПК В64С 1/12, Дзе Боинг Компани (США), 04.11.2011).Known butt plate for connecting the fuselage compartments containing a strip designed to create a jumper between the fuselage compartments, a shear element superimposed on the strip, and a connecting element between the strip and shear element, as well as a method for connecting the fuselage compartments connected thereto (RF Patent No. 2564561, IPC B64C 1/12, Dze Boeing Company (USA), 04/04/2011).
Недостатком данной конструкции являются низкие прочностные характеристики конструкции в зоне соединения внешней обшивки сетчатого отсека со стыковой накладкой. Основным силовым элементом сетчатого отсека является композитный сетчатый каркас, воспринимающий все виды механических нагрузок (растяжение, сжатие, изгиб, кручение), а обшивка является несиловым элементом, основная функция которого - создание гладкой аэродинамической поверхности отсека фюзеляжа. Использование стыковой накладки с такой обшивкой для соединения сетчатого отсека с отсеками традиционных КСС не позволит обеспечить необходимую прочность соединения.The disadvantage of this design is the low strength characteristics of the structure in the zone of connection of the outer skin of the mesh compartment with the butt plate. The main power element of the mesh compartment is a composite mesh frame that accepts all types of mechanical loads (tension, compression, bending, torsion), and the skin is a non-force element, the main function of which is to create a smooth aerodynamic surface of the fuselage compartment. The use of a butt plate with such a sheathing to connect the mesh compartment with the compartments of traditional KSS will not allow to provide the necessary strength of the connection.
Известно фланцевое соединение сетчатых отсеков со смежными отсеками фюзеляжа, наиболее близкое по конструктивным признакам к предлагаемому изобретению и принятое за прототип. Данное решение известно и применяется в серийных сетчатых конструкциях, изготавливаемых в ЦНИИСМ (см. статьи: А.Ф. Разин, Ю.О. Бахвалов, С.А. Петроковский, В.П. Полиновский, А.Г. Бахтин «Особенности проектирования композитных сетчатых отсеков, связанные с условиями их нагружения» // Конструкции из композиционных материалов. - №4. - 2009. - С. 34-43 и V.V. Vasiliev, A.F. Razin «Anisogrid composite lattice structures for spacecraft and aircraft applications)) // Composite Structures. - 2006. - Vol. 76. - С. 182-189).Known flange connection of the mesh compartments with adjacent compartments of the fuselage, the closest in design features to the present invention and taken as a prototype. This solution is known and is used in serial mesh designs manufactured at the Central Scientific Research Institute of Mechanical Engineering (see articles: A.F. Razin, Yu.O. Bakhvalov, S. A. Petrokovsky, V. P. Polinovsky, A. G. Bakhtin “Design Features composite mesh compartments associated with the conditions of their loading "// Designs from composite materials. - No. 4. - 2009. - P. 34-43 and VV Vasiliev, AF Razin" Anisogrid composite lattice structures for spacecraft and aircraft applications)) // Composite Structures. - 2006. - Vol. 76.- S. 182-189).
Недостатком данной конструкции также являются низкие прочностные характеристики конструкции в зоне стыка, поскольку для его реализации предусматриваются продольные отверстия в торцевых кольцевых ребрах. Соединение осуществляется посредством шпилек и двух гаек, стягивающих стыкуемые конструкции. При воздействии растягивающих нагрузок на фланцевый стыковочный узел в торцевом кольцевом ребре возникают существенные концентрации напряжений. Это приводит к тому, что разрушение конструкции происходит в торцевых ребрах при уровне нагружения продольных и спиральных силовых ребер, составляющем лишь ~50% от уровня их несущей способности. Это обстоятельство не позволяет использовать данный тип стыка для конструкций отсеков фюзеляжей гражданских самолетов.The disadvantage of this design is also the low strength characteristics of the structure in the joint zone, since longitudinal holes in the end annular ribs are provided for its implementation. The connection is carried out by means of studs and two nuts, tightening the joined structures. When tensile loads are applied to the flange docking unit, significant stress concentrations arise in the end annular rib. This leads to the fact that the destruction of the structure occurs in the end ribs at a loading level of longitudinal and spiral force ribs, which is only ~ 50% of their level of bearing capacity. This circumstance does not allow the use of this type of joint for the construction of the fuselage compartments of civil aircraft.
Техническим результатом является обеспечение необходимой прочности узла стыка сетчатого отсека с отсеками традиционных КСС фюзеляжа гражданского самолета.The technical result is to provide the necessary strength of the junction of the mesh compartment with the compartments of the traditional KSS fuselage of a civilian aircraft.
Технический результат достигается тем, что в узле стыка отсеков фюзеляжа с сетчатой и традиционной КСС, содержащем спиральные ребра и торцевое кольцевое ребро сетчатого отсека, спиральные ребра выпущены за пределы торцевого кольцевого ребра на расстояние не менее 10 мм таким образом, что пересекающиеся ребра образуют дугу окружности с радиусом не менее 10 мм, вплотную к торцевому кольцевому ребру расположен металлический шпангоут с пазами, в которые помещены спиральные ребра за пределами торцевого ребра, накрытые крышкой, стягиваемой к металлическому шпангоуту болтами, обшивка и стрингеры отсека с традиционной КСС соединены с металлическим шпангоутом через фитинги посредством болтового соединения, обшивки смежных отсеков присоединены с нахлестом к металлическому шпангоуту посредством болтового соединения, причем ширина торцевого кольцевого ребра не менее ширины спиральных ребер.The technical result is achieved by the fact that at the junction of the fuselage compartments with the mesh and traditional KSS, containing spiral ribs and an end annular rib of the mesh compartment, the spiral ribs are released beyond the end of the annular rib to a distance of at least 10 mm so that the intersecting ribs form an arc of a circle with a radius of at least 10 mm, close to the end annular rib there is a metal frame with grooves in which spiral ribs are placed outside the end rib, covered with a lid tightened to m the metallic frames by bolts, plating and stringers compartment with conventional CMP are connected to a metal frame attachment through the fittings by bolting plating adjacent compartments are attached to the metal frames overlap by bolting, the width of the end annular edge of at least the width of the spiral ribs.
На фигуре 1 изображена схема узла стыка сетчатого отсека фюзеляжа с отсеком с традиционной КСС с внутренней стороны фюзеляжа.The figure 1 shows a diagram of the junction of the mesh compartment of the fuselage with the compartment with the traditional KSS on the inside of the fuselage.
На фигуре 2 изображена схема узла стыка сетчатого отсека фюзеляжа с отсеком с традиционной КСС с внешней стороны фюзеляжа без обшивок.The figure 2 shows a diagram of the junction node of the mesh compartment of the fuselage with a compartment with a traditional KSS on the outside of the fuselage without skin.
На фигуре 3 изображено сечение узла стыка сетчатого отсека фюзеляжа с отсеком с традиционной КСС в плоскости, параллельной оси фюзеляжа.The figure 3 shows a cross section of the junction of the mesh compartment of the fuselage with the compartment with the traditional KSS in a plane parallel to the axis of the fuselage.
Узел стыка отсеков фюзеляжа с сетчатой и традиционной КСС включает следующие основные элементы:The junction of the fuselage compartments with the mesh and traditional KSS includes the following main elements:
- спиральные ребра 1, выпущенные за пределы торцевого кольцевого ребра 2 на расстояние не менее 10 мм таким образом, что пересекающиеся ребра образуют дугу окружности с радиусом не менее 10 мм;-
- металлический шпангоут с пазами 3, расположенный вплотную к торцевому кольцевому ребру 2, в которые помещены спиральные ребра 1 за пределами торцевого ребра 2,- a metal frame with
- крышка 4, накрывающая спиральные ребра 1, помещенные в пазы металлического шпангоута 3, и стянутая к металлическому шпангоуту 3 болтами 5;- a cover 4, covering the
- фитинги 6, используемые для соединения обшивки 7 и стрингеров 8 отсека с традиционной КСС с металлическим шпангоутом 3 посредством болтового соединения.-
В предлагаемом узле стыка потоки усилий в стыковочной зоне передаются через металлический шпангоут 3, в пазы которого помещены спиральные ребра 1. Потоки растягивающих усилий передаются от спиральных ребер 1 сетчатого отсека на металлический шпангоут 3 и далее через фитинги 6 на стрингеры 8 и обшивку 7 отсека с традиционной КСС. Потоки сжимающих усилий передаются от торцевого кольцевого ребра 2 сетчатого отсека, а также от спиральных ребер 1 на металлический шпангоут 3 и далее через фитинги 6 на стрингеры 8 и обшивку 7 отсека с традиционной КСС. При этом ребра 1 нагружаются в продольном направлении, что обеспечивает надежность и высокую прочность соединения. Данный узел стыка позволяет максимально реализовать прочностные характеристики спиральных ребер 1 сетчатого отсека, снизить концентраторы напряжений в стыковочной зоне и тем самым обеспечить необходимую прочность соединения отсеков фюзеляжа гражданского самолета.In the proposed joint, the flow of forces in the docking zone is transmitted through a
Основными преимуществами предлагаемого узла стыка отсеков фюзеляжа с сетчатой и традиционной КСС по сравнению с аналогами являются:The main advantages of the proposed node junction of the fuselage compartments with mesh and traditional KSS in comparison with analogues are:
1) снижение уровня концентрации напряжений в стыковочной зоне, что позволяет обеспечить необходимую прочность соединения отсеков фюзеляжа гражданского самолета;1) reducing the level of stress concentration in the docking zone, which allows to provide the necessary strength of the connection of the fuselage compartments of a civilian aircraft;
2) максимальная реализация прочностных характеристик спиральных ребер сетчатого отсека;2) the maximum implementation of the strength characteristics of the spiral ribs of the mesh compartment;
3) возможность изготовления металлического шпангоута, интегрированного с торцевым кольцевым ребром сетчатого отсека, что позволит обеспечить надежное соединение отсеков без зазоров и люфтов.3) the possibility of manufacturing a metal frame integrated with the end ring edge of the mesh compartment, which will ensure reliable connection of the compartments without gaps and backlashes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016145655A RU2655585C2 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Node of the fuselage compartment with mesh and traditional constructive-power circuits |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016145655A RU2655585C2 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Node of the fuselage compartment with mesh and traditional constructive-power circuits |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016145655A RU2016145655A (en) | 2018-05-23 |
RU2016145655A3 RU2016145655A3 (en) | 2018-05-23 |
RU2655585C2 true RU2655585C2 (en) | 2018-05-28 |
Family
ID=62202173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016145655A RU2655585C2 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Node of the fuselage compartment with mesh and traditional constructive-power circuits |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2655585C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211391U1 (en) * | 2021-11-12 | 2022-06-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | The junction of the metal docking unit and the fuselage compartment of the mesh structural-power scheme of composite materials |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4046933A (en) * | 1975-09-16 | 1977-09-06 | Ppg Industries, Inc. | Laminated window structure and its method of fabrication |
SU533004A1 (en) * | 1974-07-05 | 1991-10-30 | Предприятие П/Я В-2739 | Joint of structural members of laminated composite materials |
RU2475412C1 (en) * | 2011-08-29 | 2013-02-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Инженерная Компания" (Ооо "Ник") | Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication |
RU2564561C2 (en) * | 2010-12-15 | 2015-10-10 | Дзе Боинг Компани | Butt strap and fuselage compartments connection process related therewith |
-
2016
- 2016-11-22 RU RU2016145655A patent/RU2655585C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU533004A1 (en) * | 1974-07-05 | 1991-10-30 | Предприятие П/Я В-2739 | Joint of structural members of laminated composite materials |
US4046933A (en) * | 1975-09-16 | 1977-09-06 | Ppg Industries, Inc. | Laminated window structure and its method of fabrication |
RU2564561C2 (en) * | 2010-12-15 | 2015-10-10 | Дзе Боинг Компани | Butt strap and fuselage compartments connection process related therewith |
RU2475412C1 (en) * | 2011-08-29 | 2013-02-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Инженерная Компания" (Ооо "Ник") | Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211391U1 (en) * | 2021-11-12 | 2022-06-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | The junction of the metal docking unit and the fuselage compartment of the mesh structural-power scheme of composite materials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016145655A (en) | 2018-05-23 |
RU2016145655A3 (en) | 2018-05-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8715808B2 (en) | Method for coupling stiffening profile elements and structural component | |
CN101883717B (en) | System of aircraft fuselage two sections and connection structure for fuselage skin connection | |
JP6423621B2 (en) | Apparatus and method for joining aircraft composite structures | |
US8943666B2 (en) | Method for assembling fuselage sections of an aircraft | |
US10189578B2 (en) | Self-balancing pressure bulkhead | |
EP2735503B1 (en) | Modular structural assembly | |
CA2692289C (en) | Stiffened multispar torsion box | |
JP5808112B2 (en) | Composite structure and aircraft main wing provided with the same | |
US9511845B2 (en) | Aircraft frame | |
CA3000411C (en) | Pressure bulkhead system | |
US9957032B2 (en) | Fibre composite component, winglet and aircraft with a fibre composite component | |
JP2018070142A (en) | Aircraft wings and aircraft including those aircraft wings | |
US8651421B2 (en) | Aircraft fuselage structure and method for its production | |
Velicki et al. | PRSEUS structural concept development | |
RU2666101C2 (en) | Joint assembly and method of assembling same | |
RU2655585C2 (en) | Node of the fuselage compartment with mesh and traditional constructive-power circuits | |
CA3010856C (en) | Co-cured spar and stringer center wing box | |
RU2613661C1 (en) | Method to assemble wing from polymer composite material | |
US20110073711A1 (en) | Joining of structural aircraft elements | |
RU167805U1 (en) | Mesh sheath of the pressurized compartment of composite materials | |
RU169058U1 (en) | ARROW ASSEMBLY ASSEMBLY | |
Kumar et al. | Static and dynamic analysis of aircraft fuselage splice joint | |
US2334844A (en) | Attachment for aircraft structures | |
RU156690U1 (en) | BUTT ASSEMBLY | |
US20120255258A1 (en) | Method Of Slowing The Propagation Of Cracks In A Fail Safe Structure And Fail Safe Frame, Especially For Fuselage |