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

Изобретение относится к конструкциям из полимерных композиционных материалов и может применяться в авиастроении, объектах космической техники, судостроении и автомобилестроении.

Эффективное применение композиционных материалов в самолетостроении предполагает их использование, в первую очередь, в высоконагруженных (силовых) крупногабаритных конструкциях подкрепленного типа, например панелях крыла. Наряду с очевидными достоинствами таких конструкций (высокая эффективность, улучшенные аэродинамические качества, минимум механического крепежа и т.д.), их изготовление представляет собой определенную трудность, связанную, главным образом, с большим количеством единиц требующейся технологической оснастки и их увязкой между собой в процессе формования изделия. Этот фактор зачастую оказывается решающим при выборе конструктивной схемы разрабатываемого изделия и негативно сказывается на широте применения конструкций такого типа на практике.

Известно техническое решение [1], согласно которому панель из композиционного материала содержит обшивку, подкрепленную I-образными продольными ребрами жесткости (стрингерами), выполненными совместно с обшивкой (интегрально).

Основным недостатком данной конструкции являются низкие значения изгибной жесткости и прочности панели в поперечном направлении, а также устойчивости конструкции при сдвиге ввиду отсутствия поперечных элементов подкрепления.

Наиболее близким техническим решением по отношению к заявляемому является интегральная панель из композиционного материала, содержащая обшивку, подкрепленную стрингерами и поперечными ребрами I-образного сечения [2]. Данная конструкция имеет высокую эффективность, обусловленную наличием продольно-поперечного подкрепления, обеспечивающего рациональное напряженно-деформированное состояние панели и ее устойчивость при осевом сжатии и сдвиге в плоскости в широком диапазоне действующих нагрузок.

Основным недостатком данной конструкции является сложность изготовления, вызванная необходимостью применения большого количества единиц технологической оснастки (формующих элементов) для образования продольно-поперечного подкрепления, элементы которого образуют единое целое как друг с другом, так и с подкрепляемой ими обшивкой. При этом каждый формующий элемент оснастки представляет собой сложную сборочную деталь, выполненную из комбинации двух или более материалов, формообразующая поверхность которой должна обеспечивать точный теоретический контур формуемого изделия. Кроме того, наличие множества невзаимозаменяемых формующих элементов при изготовлении крупногабаритной сложнопрофилированной конструкции значительно усложняет задачу размещения и увязки технологических блоков (т. е. формующих элементов оснастки с размещенными на них заготовками элементов конструкции, соответствующих ее технологическому членению) друг с другом, их базирования на обшивке, упаковки изделия перед полимеризацией и т. п.

Целью настоящего изобретения является повышение технологичности интегральной панели с продольно-поперечным подкреплением за счет уменьшения количества единиц требуемой для ее изготовления оснастки.

Сущность изобретения состоит в том, что панель из композиционного материала содержит обшивку, продольные (стрингеры) и поперечные (ребра) элементы подкрепления, изготовленные совместно с обшивкой, причем ребра выполнены в виде силовых поясов, представляющих собой местные усиления на обшивке и лапках стрингеров.

Данное конструктивное решение позволяет повысить технологичность панели с продольно-поперечным подкреплением за счет уменьшения количества формующих элементов оснастки при ее изготовлении, так как выполнение поперечных элементов жесткости в виде силовых поясов (усилений) позволяет избежать членения оснастки в поперечном направлении. В этом случае в формующих элементах должны быть выполнены поднутрения в соответствующих местах под силовые пояса, что легко выполнимо практически.

На фиг. 1 представлена интегральная подкрепленная панель заявляемой конструкции: а) общий вид; б) продольное сечение: в) поперечное сечение. На фиг. 2 и 3 показан внешний вид панелей с Т-образными и трапециевидными сечениями стрингеров в соответствии с заявляемым техническим решением.

Панель изготовлена из полимерного композиционного материала (например, углепластика) и содержит обшивку 1, стрингеры I-образного сечения, образованные стенками 2 и лапками 3, и поперечные силовые пояса 4, размещенные на обшивке 1 и лапках 3 стрингеров. Зоны 5 перехода стенок 2 стрингеров в лапки 3 с целью повышения несущей способности соединения и панели в целом содержат заполнитель или соответствующим образом выполненный вкладыш.

Изготовление панели производят с помощью формующих элементов, выполненных в виде комбинированных оправок с использованием терморасширяющихся резин, имеющих выборки трапециевидной формы под силовые пояса и размещенных на формообразующей поверхности оснастки, которая обеспечивает теоретический контур формуемой конструкции. Формование панели осуществляется за один технологический цикл автоклавно-термокомпрессионным методом.

Технико-экономический эффект изобретения заключается в повышении технологичности интегральной панели с продольно-поперечным подкреплением за счет сокращения количества единиц технологической оснастки.

Источники информации.

1. Патент Франции 2440831, кл. B 64 C 3/26 /Dassauet-Breguet Aviation (Франция). - Опубл. 01.07.78.

2. Патент Франции 2477963, кл. B 64 C 1/12 /Messerschmitt-Boelkow-Blohm (ФРГ). - Опубл. 18.12.80.

Панель из композиционного материала содержит обшивку, продольные стрингеры I-образного сечения, образованные стенками и лапками стрингеров, и поперечные силовые пояса в виде усилений трапециевидного сечения, которые могут располагаться на обшивке и лапках стрингеров. Изобретение позволяет повысить технологичность панели с продольно-поперечным подкреплением за счет сокращения количества единиц технологической оснастки. 3 ил.

Панель из композиционного материала, содержащая обшивку, продольные стрингеры и поперечные элементы подкрепления, изготовленные совместно с обшивкой, отличающаяся тем, что элементы подкрепления выполнены в виде силовых поясов (усилений), расположенных на обшивке и лапках стрингеров.