ПАНЕЛЬ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК B64C3/26 

Изобретение относится к конструкциям из полимерных композиционных материалов и может применяться в области авиастроения, космической техники, судостроения и автомобилестроения.

Эффективное применение полимерных композиционных материалов в самолетостроении пpедполагает их использование в силовых конструкциях (крыле, стабилизаторах), где, как показывают исследования, наиболее перспективными являются интегральные подкрепленные конструкции.

С целью выполнения операций сборки и технического контроля в процессе эксплуатации кессон силового агрегата самолета должен содержать хотя бы одну съемную панель, соединяющуюся с внутренним силовым набором агрегата (лонжеронами, нервюрами и т.п.) с помощью разъемных соединений (механического крепления).

Известно техническое решение [1], согласно которому панель из композиционного материала содержит обшивку и подкрепляющие ее Т-образные стрингеры, выполненные интегрально, т. е. совместно с обшивкой. Сборка подкрепленной панели с нервюрами швеллерного типа в составе кессона осуществляется с помощью болтовых соединений по полкам нервюр и обшивке. При этом нервюры снабжены вырезами вдоль полок для пропускания стрингеров панели.

Недостатком данной конструкции является наличие отверстий в обшивочной части панели под механический крепеж, что существенно ухудшает прочностные и аэродинамические характеристики и снижает показатель надежности конструкции. Кроме того, механическое соединение панели с нервюрами требует применения компенсаторов для обеспечения точной сборки агрегата.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является интегральная подкрепленная панель из композиционного материала, содержащая обшивку, продольные Т-образные стрингеры и поперечные I-образные ребра [2]. При этом ребра являются полками нервюр, по которым производится кроепление стенок нервюр (лонжеронов, балок и т.п.), что исключает необходимость применения компенсаторов неточности теоретических контуров деталей при сборке агрегата. Наряду с этим отсутствие механического крепления по обшивке панели позволяет в полной мере реализовать прочностные и аэродинамические свойства конструкции.

К числу основных недостатков такой конструкции относится сложность технологического изготовления, обусловленная необходимостью применения большого количества единиц оснастки (формующих элементов). При этом каждый формующий элемент представляет собой деталь и невзаимозаменяем с другими ввиду индивидуальности теоретического контура в каждой из зон аэродинамической поверхности конструкции.

Целью изобретения является повышение технологичности интегральной панели из композиционного материала с Т-образными стрингерами и поперечными ребрами за счет уменьшения количества единиц технологической оснастки.

Цель изобретения достигается путем выполнения поперечных ребер подкрепленной панели прерванными, то есть состоящими из отдельных частей, причем лапка каждой части ребра примыкает к лапкам смежных стрингеров, и может соединяться с лапками смежных стрингеров внахлест. При необходимости дополнительного повышения прочностных характеристик соединений подкрепляющих с обшивкой панель может быть выполнена с усиливающими накладками из композиционного материала поверх лапок стрингеров и ребер.

Такое конструктивное решение позволяет исключить необходимость организации перестыка стенок продольных стрингеров и поперечных ребер, представляющей одну из наиболее серьезных трудностей при проектировании и изготовлении подкрепленной конструкции интегрального типа, и соответственно, уменьшить количество формообразующих элементов технологической оснастки, представляющих собой в этом случае относительно простые оправки. Технологический процесс изготовления панели при этом основан на совмещении двух основных методов изготовления подкрепленных интегральных конструкций - блочном и матричном: с помощью формующих элементов формируются стрингеры панели, а ребра и обшивка выкладываются на матричной части оснастки.

На чертеже изображено сечение подкрепленной интегральной панели заявляемой конструкции.

Панель (фиг. 1) из углепластика содержит обшивку 1 и выполненные совместно с ней продольно расположенные стрингеры 2 T-образного сечения и I-образные ребра 3, состоящие из отдельных частей. Каждая часть ребра содержит стенку 4, расположенную между стенками 5 смежных стрингеров 2, и лапку 6, примыкающую к лапкам 7 смежных стрингеров 2. Зоны 8 соединений стенок 5 стрингеров 2 и стенок 4 ребер 3 с лапками 7 и 6 соответственно, а также стенок 5 стрингеров 2 с полками 9 содержат заполнитель (например, из однонаправленного жгутового материала) или специальный вкладыш. Армирование элементов панели, кроме зон соединений, определяется уровнем и характером действующих на конструкцию нагрузок.

Формование панели производят автоклавно-термокомпрессионным методом за один технологический цикл.

Технико-экономический эффект изобретения заключается в повышении технологичности панели за счет сокращения количества единиц технологической оснастки.

Источники информации:
1. Руль высоты и стабилизатор из перспективных КМ для самолетов В-727 и В-737 / ВЦП. - N П-17721. - М. Пер. ст. из материалов конф.: 23-th National SAMPE Symposium and Exibition. - 1978. - Vol. 23. - P. 1131 - 1149.

2. Основы проектирования и изготовления конструкций летательных аппаратов. - М.: МАИ, 1985. - С. 172 - 173.

Панель из композиционного материала содержит обшивку, продольные стрингеры Т-образного сечения и поперечные ребра, выполненные из отдельных частей. Стенки ребер не связаны со стенками стрингеров. При этом лапка в каждой части ребра примыкает к лапкам смежных стрингеров или соединяется с ними внахлест. Технико-экономический эффект изобретения заключается в повышении технологичности панели за счет сокращения количества единиц технологической оснастки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Панель из композиционного материала, содержащая обшивку, продольные стрингеры и поперечные ребра, выполненные совместно с обшивкой, отличающаяся тем, что ребра выполнены из отдельных частей и лапка каждой части ребра примыкает к лапкам смежных стрингеров. 2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что лапка каждой части ребра соединяется с лапками смежных стрингеров внахлест. 3. Панель по п.1, отличающаяся тем, что содержит накладки из композиционного материала, размещенные поверх лапок смежных стрингеров и частей ребра.