ФЮЗЕЛЯЖ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1996 года по МПК B64C1/12 

Изобретение относится к изготовлению летательных аппаратов.

Известен фюзеляж летательного аппарата, состоящий из концентричных слоев параллельно лежащих волокон, ориентированных относительно продольной оси фюзеляжа и скрепленных между собой посредством полимерного связующего (О.Г. Цыплаков. Конструирование изделий из композиционно-волокнистых материалов. Л-д. Машиностроение, 1984 г. с. 45) прототип.

Устройство-прототип имеет ограниченные прочностные характеристики, поскольку между волокнами содержится большое количество связующего. Кроме того, волокна при такой ориентации воспринимают только напряжения, ориентированные вдоль оси фюзеляжа.

Сущность изобретения заключается в том, что волокна выполнены с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника, при этом площадь поперечного сечения волокон уменьшается послойно в направлении от оси фюзеляжа. Обшивка выполнена из чередующихся слоев волокон, ориентированных параллельно продольной оси фюзеляжа и под углом 45^o, причем продольные слои выполнены из борных волокон, а наклонные из углеволокон, при этом между продольными волокнами размещен сверхлегкий заполнитель. Соседние волокна внутри каждого слоя, как и волокна соседних слоев, контактируют между собой взаимообращенными гранями.

В процессе эксплуатации обшивка фюзеляжа подвержена действию изгибающих и крутильных нагрузок. При этом волокна в каждом слое ориентированы вдоль направления действия сил (при этом максимально используются прочностные характеристики волокон), продольно расположенные волокна воспринимают изгибные нагрузки, а волокна, ориентированные под углом 45^o к продольной оси фюзеляжа, воспринимают крутильные (касательные) напряжения. При этом при малом весе волоконная обшивка может выдерживать огромные нагрузки, а в ряде случаев без использования дополнительного армирования.

На фиг. 1 представлен общий вид летательного аппарата; на фиг. 2 - поперечный разрез обшивки фюзеляжа; на фиг. 3 узел l на фиг. 2; на фиг. 4 - выполнение ошибки по п. 2 формулы; на фиг. 5 направление волокон по фюзеляжу.

Летательный аппарат имеет фюзеляж 1, обшивку 2, которая выполнена из концентричных слоев 3 5 параллельно лежащих волокон. Волокна выполнены с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника и скреплены между собой посредством полимерного связующего (например на основе эпоксидной, полиэфирной смол и т.д.). Площадь поперечного сечения волокон уменьшается послойно в направлении от оси фюзеляжа 1, а соседние волокна контактируют между собой взаимообращенными гранями. Обшивка 2 выполнена из чередующихся слоев 3, 4, 5 и т. д. причем один слой волокон, например слой 3, ориентирован параллельно продольной оси фюзеляжа 1, второй слой, например слой 4, под углом 45 ^o к продольной оси фюзеляжа, последующий наклонно под углом 90 ^o к слою 4 (под углом 45 ^o к продольной оси фюзеляжа, но навстречу слою 4) и т.д. Продольные слои выполнены из борных волокон 6, а наклонные из углеволокон 7, а между продольными волокнами 6 размещен сверхлегкий заполнитель 8, например вспененный металл, пенопласт и т.д.

Устройство работает следующим образом.

В процессе, например, изгибных напряжений нагрузка на периферии максимальная на этом месте имеет место большое количество волокон, имеющих меньшее поперечное сечение (прочность значительно увеличивается, если использовать большое число более тонких волокон). Следовательно, слои 3, 5 и т.д. имеют волокна, ориентированные вдоль направления действия сил, и легко воспринимают приложенную нагрузку.

То же самое имеет место и при наличии касательных напряжений, которые действуют под углом 45^o к продольной оси фюзеляжа 1 и воспринимаются наклонными слоями 4, 7 и т.д. Выполнение волокон из углепластика и боропластика позволяет иметь наивысшие физико-механические характеристики волокон при их минимальном весе. В конструкции использованы волокна с профилем в виде равностороннего треугольника. Такой профиль обладает высокой жесткостью, имеет развитую наружную поверхность и может быть плотно упакован с минимальным использованием связующего. В процессе работы волокон внешние нагрузки воспринимаются как за счет деформации формы слоев, так и за счет внутреннего трения в материале волокон, а также за счет упругих деформаций в связующем. Сверхлегкий заполнитель 8 не позволяет волокнам 6 и 7 смещаться под действием нагрузок и обладает высокой жесткостью при минимальном весе. Кроме того, предложенная обшивка обладает высоким демпфирующими свойствами, гасит вибрации в процессе полета, не пропускает шум и т.д. Количество продольных и поперечных слоев может быть рассчитано в зависимости от назначения фюзеляжа и его размеров.

Использование: изобретение относится к изготовлению летательных аппаратов. Сущность изобретения: обшивка выполнена из концентричных слоев параллельно лежащих волокон, ориентированных относительно продольной оси фюзеляжа и скрепленных между собой посредством полимерного связующего, причем волокна выполнены с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника, при этом площадь поперечного сечения волокон уменьшается послойно в направлении от оси фюзеляжа, а соседние волокна контактируют между собой взаимообращенными гранями. Обшивка также может быть выполнена из чередующихся слоев волокон, ориентированных параллельно продольной оси фюзеляжа и под углом 45^o, причем продольные слои выполнены из борных волокон, а наклонные - из углеволокон, при этом между продольными волокнами размещен сверхлегкий заполнитель. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Фюзеляж летательного аппарата, состоящий из концентричных слоев параллельно лежащих волокон, ориентированных относительно продольной оси фюзеляжа и скрепленных между собой посредством полимерного связующего, отличающийся тем, что в нем волокна выполнены с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника, при этом площадь поперечного сечения волокон уменьшается послойно в направлении от оси фюзеляжа. 2. Фюзеляж по п.1, отличающийся тем, что соседние волокна внутри каждого слоя, как и волокна соседних слоев контактируют между собой взаимообращенными гранями. 3. Фюзеляж по п.1, отличающийся тем, что обшивка выполнена из чередующихся слоев волокон, ориентированных параллельно продольной оси фюзеляжа и под углом 45^o, причем продольные слои выполнены из борных волокон, а наклонные из углеволокон, при этом между продольными волокнами размещен сверхлегкий заполнитель.