ОПОРНЫЙ УЗЕЛ ТРЕХСЛОЙНОЙ ПАНЕЛИ Российский патент 2008 года по МПК B32B3/06 B32B3/12 

Изобретение относится к авиационной и аэрокосмической технике, а именно к опорным узлам звукопоглощающих панелей авиационных двигателей, и может быть использовано для осуществления соединений трехслойных и многослойных сотовых конструкций между собой и с другими, например, корпусными элементами.

Известен крепежный элемент панели сотовой структуры (Япония, з. 3-79184, В32В 3/12, 3/06), состоящий из втулки с фланцем и ступенчатой цилиндрической частью, содержащей промежуточную опорную поверхность, выполненную во втулке.

Данный узел не позволяет увеличить жесткость конструкции в зоне восприятия сосредоточенной нагрузки, а ступенчатое уменьшение опорных поверхностей от верхнего фланца втулки, опирающегося на верхнюю обшивку, до нижней площадки крепежного элемента, соединенной с нижней обшивкой, не позволяет эффективно использовать строительную высоту панели за счет повышенного уровня напряжений в зоне соединения нижней части втулки с несущим слоем (обшивкой) панели при воздействии сосредоточенной нагрузки.

Известен также опорный узел в виде втулки, установленной в трехслойную сотовую конструкцию, и закрепленный в ней с помощью пенокомпаунда (Кесельман Г.Д., Зимин И.И., Данилов Е.Н., Наговицин В.Н., Патраев Е.В., Грязнов В.Н. Расчет на прочность трехслойной конструкции и закладных элементов // Конструкции из композиционных материалов, 2006, №1. - с.14) - прототип.

Данный узел состоит из втулки с фланцами на обоих торцах, установленной в сквозном отверстии панели, выполненном в обшивках из ПКМ и сотовом заполнителе трехслойной панели, в которой предварительно механически обработан сотовый заполнитель таким образом, чтобы размер внутренней камеры для заливки пенокомпаундом был заведомо больше размера отверстия в трехслойной панели. Фиксация втулки к сотовому заполнителю и к обшивкам осуществляется за счет заполнения внутренней камеры внутри сотового заполнителя пенокомпаундом, который вводится через пазы верхнего фланца втулки и отверждается. В результате этого получается соединение втулки с одновременным локальным усилением панели.

Данная конструкция требует обязательного заполнения значительного объема внутри панели пенокомпаундом, вес которого в панелях большой строительной высоты превышает вес втулки.

Пенокомпаунд и другие вспенивающиеся композиции, как правило, имеют термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР), в 3...4 раза превосходящий ТКЛР втулки и сотового заполнителя.

Соединение фланцев втулки с несущими слоями (обшивками) трехслойной панели происходит лишь через боковые поверхности фланцев.

Задачей изобретения является повышение прочности и снижение массы опорного узла.

Опорный узел трехслойной панели, включающей сотовый заполнитель, расположенный между верхней и нижней обшивками из композиционного материала, содержит втулку с фланцами на обоих торцах, установленную в отверстии, выполненном в верхней обшивке и сотовом заполнителе, и соединенную с ними по фланцам и боковой поверхности втулки с помощью клеевой композиции, при этом втулка соединена с сотовым заполнителем через один или более промежуточный элемент, выполненный в виде пластины, разбивающей строительную высоту трехслойной панели в зоне опорного узла на части, число которых на единицу превышает количество промежуточных элементов.

Втулка может быть составной.

Размеры промежуточного элемента в плане могут быть больше диаметра фланцев стыкующихся через него частей втулки не менее чем на две ячейки сотового заполнителя по контуру.

Размеры промежуточного элемента в плане могут быть равными размерам обшивок.

Втулка опорного узла может быть выполнена не менее чем из двух частей.

Сотовый заполнитель в зоне установки втулки может быть заполнен вспенивающейся или заливочной полимерной композицией.

Сотовый заполнитель в зоне установки втулки может быть заполнен вспенивающейся или заливочной полимерной композицией между одной из обшивок и промежуточным элементом.

Сотовый заполнитель, расположенный между промежуточными элементами и/или между промежуточным элементом и обшивкой, может иметь более плотную структуру, чем остальной сотовый заполнитель.

Одна из составных частей втулки может быть выполнена с направляющим стержнем.

Диаметр направляющего стержня может быть на 0,2...0,4 мм меньше диаметра отверстия верхней части составной втулки.

Использование промежуточного элемента между отдельными частями составной втулки, разбивающего строительную высоту трехслойной панели в зоне опорного узла на части позволяет повысить жесткость трехслойной панели в зоне восприятия локальной нагрузки за счет введения дополнительных несущих слоев, а также повысить устойчивость сотового заполнителя на сжатие за счет снижения строительной высоты отдельных частей сотового заполнителя в зоне опорного узла, что, в свою очередь, исключает необходимость использования вспенивающихся композиций, которые в условиях эксплуатации при значительных перепадах температур (например, на околоземных орбитах) в конструкциях больших строительных высот привносят дополнительные термические напряжения, снижая прочностные и массовые характеристики изделий.

Выполнение втулки составной позволяет увеличить прочность соединения втулки с промежуточным элементом и усилить жесткость панели в зоне опорного узла.

Выполнение промежуточного элемента по контуру более чем на две ячейки большим, чем фланцы соединяемых между собой составных частей втулки, обеспечивает расширение зоны для передачи сосредоточенной нагрузки на регулярную часть панели (не усиленную промежуточным элементом).

Выполнение промежуточного элемента в плане равным несущим слоям позволяет использовать конструкцию опорного узла в пятислойных и многослойных панелях.

Выполнение втулки из не менее чем двух частей позволяет расширить область применения опорного узла для панелей больших строительных высот.

Выполнение заливки сотового заполнителя в зоне втулки вспенивающейся композицией позволяет усилить сотовую структуру, что обеспечивает повышение прочности опорного узла.

Выполнение заливки сотового заполнителя в зоне втулки вспенивающейся композицией между одой из обшивок и промежуточным элементом позволяет усилить сотовую структуру не по всей строительной высоте панели, что снижает массу опорного узла и его устойчивость к восприятию температурных нагружений.

Выполнение сотового заполнителя, расположенного между обшивками и промежуточным элементом из заполнителя более плотной структуры, позволяет увеличить жесткость в зоне опорного узла, что увеличивает его прочность.

Выполнение одной из составных частей втулки с направляющим стержнем позволяет повысить технологичность сборки опорного узла.

Выполнение диаметра направляющего стержня на 0,2...0,4 мм меньше отверстий верхних частей втулки позволяет получить прочное клеевое соединение частей втулки.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен вид опорного узла в сечении; на фиг.2 представлен опорный узел с использованием составной втулки, и усилением сотового заполнителя вспенивающейся композицией; на фиг.3 представлен опорный узел, содержащий промежуточный элемент, размеры которого равны размерам несущих слоев; на фиг.4 представлен опорный узел с двумя промежуточными элементами и заполнителем в зоне промежуточного элемента, отличающимся более плотной структурой.

Опорный узел трехслойной панели, включающей сотовый заполнитель 1, расположенный между верхней 2 и нижней 3 обшивками из композиционного материала, содержит втулку 4 с фланцами 5, 6 на обоих торцах, установленную в отверстии, выполненном в верхней обшивке 2 и сотовом заполнителе 1, и соединенную с ними по фланцам 5, 6 и боковой поверхности втулки 4 с помощью клеевой композиции 7, для увеличения жесткости втулка 4 соединена с сотовым заполнителем 1 через промежуточный элемент 8, выполненный в виде пластины, разбивающей строительную высоту трехслойной панели в зоне опорного узла на части, число которых на единицу превышает количество промежуточных элементов. Втулка 4 для увеличения прочности соединения и жесткости трехслойной панели в зоне опорного узла выполнена составной из нижней 9 и верхней 10 частей, сотовый заполнитель 1 в зоне втулки 4 для увеличения прочности усилен вспенивающейся композицией 11. Нижняя часть 9 втулки 4 для повышения технологичности сборки имеет направляющий стержень 12, диаметр которого меньше диаметра отверстия верхней части 10 втулки 4. Промежуточный элемент 8 для расширения зоны передачи сосредоточенной нагрузки на регулярную часть трехслойной панели (не усиленную промежуточным элементом 8) выполнен большим, чем фланцы 5, 6 нижней 9 и верхней 10 частей втулки 4. Промежуточный элемент 8 в плане выполнен таким же, как обшивки 2, 3 трехслойной панели с образованием пятислойной конструкции. Трехслойная панель для увеличения жесткости выполнена с двумя промежуточными элементами 8. Сотовый заполнитель 13 в зоне промежуточных элементов 8 для повышения прочности опорного узла выполнен более плотной структуры.

Конструктивное решение опорного узла позволяет повысить прочность изделия за счет увеличения локальной жесткости трехслойной панели в зоне приложения сосредоточенной нагрузки без использования вспенивающихся полимерных заполнителей, которые значительно снижают массовую эффективность конструкций больших строительных высот и ухудшают их эксплуатационные свойства при эксплуатации в условиях значительных температурных перепадов.

По сравнению с прототипом узел обеспечивает снижение массы за счет полного или частичного исключения вспенивающихся композиций при его изготовлении, а также повышает прочность узла за счет увеличения зоны локальной жесткости с помощью промежуточного элемента.

Изобретение относится к авиационной и аэрокосмической технике, а именно к опорным узлам звукопоглощающих панелей авиационных двигателей. Опорный узел трехслойной панели включает сотовый заполнитель, расположенный между верхней и нижней обшивками из композиционного материала, содержит втулку с фланцами на обоих торцах, установленную в отверстии, выполненном в верхней обшивке и сотовом заполнителе, и соединенную с ними по фланцам и боковой поверхности втулки с помощью клеевой композиции. Втулка соединена с сотовым заполнителем через один или более промежуточный элемент, выполненный в виде пластины, разбивающей строительную высоту трехслойной панели в зоне опорного узла на части, число которых на единицу превышает количество промежуточных элементов. В результате повышается прочность и снижается масса опорного узла. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Опорный узел трехслойной панели, включающей сотовый заполнитель, расположенный между верхней и нижней обшивками из композиционного материала, содержит втулку с фланцами на обоих торцах, установленную в отверстии, выполненном в верхней обшивке и сотовом заполнителе и соединенную с ними по фланцам и боковой поверхности втулки с помощью клеевой композиции, отличающийся тем, что втулка соединена с сотовым заполнителем через один или более промежуточный элемент, выполненный в виде пластины, разбивающей строительную высоту трехслойной панели в зоне опорного узла на части, число которых на единицу превышает количество промежуточных элементов.2. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена составной.3. Опорный узел трехслойной панели по п.2, отличающийся тем, что размеры промежуточного элемента в плане больше диаметра фланцев стыкующихся через него частей составной втулки на менее чем на две ячейки сотового заполнителя по контуру.4. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что размеры промежуточного элемента в плане равны размерам обшивок.5. Опорный узел трехслойной панели по п.2, отличающийся тем, что составная втулка выполнена не менее чем из двух частей.6. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что сотовый заполнитель в зоне установки втулки заполнен вспенивающейся или заливочной полимерной композицией.7. Опорный узел трехслойной панели по п.6, отличающийся тем, что сотовый заполнитель в зоне установки втулки между одной из обшивок и промежуточным элементом заполнен вспенивающейся или заливочной полимерной композицией.8. Опорный узел трехслойной панели по п.2, отличающийся тем, что одна из частей составной втулки выполнена с направляющим стержнем.9. Опорный узел трехслойной панели по п.8, отличающийся тем, что диаметр направляющего стержня на 0,2...0,4 мм меньше диаметра отверстия верхней части составной втулки.10. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что сотовый заполнитель, расположенный между промежуточными элементами и/или между промежуточным элементом и обшивкой, имеет более плотную структуру, чем остальной сотовый заполнитель.