СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛА СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАНЕРА САМОЛЕТА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ОСНАСТКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛА СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАНЕРА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАНЕРА САМОЛЕТА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2011 года по МПК B64C1/26 B29C53/82 

Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы при создании конструкций для летательных аппаратов, в частности для разработки и производства планера самолета, например узлов соединения крыла и хвостового оперения с фюзеляжем из полимерных композиционных материалов, изготавливаемых преимущественно выкладкой или намоткой.

Известен узел соединения консоли крыла с центропланом фюзеляжа по патенту SU №1037539 A1 от 11.12.1981, МПК⁷ B64C 1/26. Недостатками известной конструкции являются ее высокая масса и низкая надежность работы.

Известен узел соединения консоли крыла с центропланом фюзеляжа по патенту RU №2154003 C2 от 18.05.1998, МПК⁷ B64C 1/26. Недостатками известной конструкции являются ее высокая масса и низкая надежность работы.

Известен узел соединения консоли крыла с центропланом фюзеляжа по патенту RU №2140375 C1 от 10.12.1997, МПК⁷ B64C 1/26. Недостатками известной конструкции являются ее высокая масса и низкая надежность работы.

Известен узел соединения консоли крыла с центропланом фюзеляжа по патенту US (BOEING СО) № СА 2657085 A1 от 2009-11-08, МПК⁷ B25J 9/10. Недостатком известной конструкции является низкая надежность работы.

Известен узел соединения консоли крыла с центропланом фюзеляжа по патенту US (BOEING CO) № CN 101574805 A от 2009-11-11, МПК⁷ B25J 9/10. Недостатком известной конструкции является низкая надежность работы.

Известен узел соединения консоли крыла с центропланом фюзеляжа по патенту AIRBUS GMBH (DE) № WO 2009083262 A2 от 2009-07-09, МПК⁷ B64C 1/26. Недостатком известной конструкции является низкая надежность работы.

Известен способ изготовления элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2153983 от 30.04.98, МПК⁷ B42C 53/56, при котором на форму укладывают разделительный слой, продольные и поперечные слои полимерного композиционного материала и обжимающую облицовку из термоусаживающего материала. Недостатками известного способа являются низкая технологичность и качество изготовления.

Известен узел соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2210726 от 22.11.2001, МПК⁷ F42B 15/00, выполненных из перекрещивающихся продольных ребер и силового пояса из, например, однонаправленных углеродных жгутов, пропитанных полимерным связующим. Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы.

Известна оснастка для осуществления способа изготовления элементов планера самолета по патенту RU 2345890 C2 от 20.03.2007, МПК⁷ B29C 53/82, содержащих продольные ребра и поперечный силовой пояс из однонаправленных углеродных жгутов. Способ предусматривает укладку жгутов с натяжением, причем натяжение поперечных жгутов обеспечивается технологическим оборудованием (намоткой), а натяжение продольных жгутов обеспечивается за счет обжатия последних кольцевыми витками волокон из термоусаживающего материала. Недостатками являются неравномерное натяжение продольных жгутов, а также отсутствие регулировки усилия натяжения этих жгутов.

Известные способ изготовления, оснастка и узлы соединения элементов планера самолета определяют общий уровень техники и не являются особо релевантными, поэтому предлагаемыми решениями устраняются недостатки общего известного уровня техники.

Недостатками общего известного уровня техники при реализации способа являются наличие резких изгибов, извитости продольных жгутов при их укладке у силового пояса и неравномерного распределения связующего по слоям у силового пояса и внутри последнего, неравномерное натяжения продольных жгутов по высоте (усилие натяжения жгутов во внешних слоях превышает натяжение во внутренних) из-за неравномерного изменения направления натяжения жгутов на выходе за силовым поясом при их обжатии термоусаживающимися волокнами, расположенными над канавкой формы вне ее рабочей зоны (угол изменения направления натяжения жгутов во внешних слоях превышает изменение направления во внутренних). Кроме того, недостатками являются отсутствие регулировки натяжения продольных жгутов стрингеров при их укладке и связанная с этим низкая прочность узла на вырыв жгутов стрингеров из силового пояса, а также низкая технологичность закрепления на силовом поясе соединительных элементов для стыка с центропланом.

Недостатками общего известного уровня техники для оснастки является то, что разделительной слой формы с канавками равной глубины не позволяет уложить продольные жгуты стрингеров при их подходе к силовому поясу без резких изгибов и извитости с равномерным натяжением из-за резкого изменения направления укладки при расположении их слоев между слоями поперечных жгутов силового пояса и из-за неравномерного изменения направления натяжения продольных жгутов за силовым поясом, также форма не позволяет обеспечить надежность закрепления продольных жгутов стрингеров между поперечными жгутами силового пояса из-за отсутствия регулировки натяжения продольных жгутов. Кроме того, оснастка не позволяет усилить силовой пояс закреплением его, например, в профиле корытообразного сечения.

Недостатками общего известного уровня техники для узла соединения являются низкая надежность работы стрингеров на сжатие, растяжение, а также на вырыв из заделки в силовом поясе и связанная с этим завышенная ширина силового пояса из-за наличия резких изгибов и извитостей их жгутов у силового пояса и отсутствия извитостей заданной формы внутри силового пояса. Кроме того, недостатками являются низкая надежность работы соединительных элементов силового пояса и низкая надежность скрепления силового пояса с этими элементами.

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание высокотехнологичной конструкции узла соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов с повышенной надежностью их работы.

Технический результат для способа, который может быть достигнут при решении технической задачи, заключается в повышении технологичности и качества изготовления узлов соединения за счет исключения резких изгибов, извитости продольных жгутов при их укладке у силового пояса и равномерного распределения связующего по слоям у силового пояса и внутри последнего, равномерного натяжения продольных жгутов по высоте благодаря равномерному изменению направления натяжения жгутов на выходе за силовым поясом при их обжатии термоусаживающимися волокнами, а также за счет регулировки натяжения продольных жгутов стрингеров при их укладке и повышения прочности заделки в силовом поясе без увеличения ширины последнего. Кроме того, технический результат заключается в повышении технологичности и качества закрепления на силовом поясе соединительных элементов.

Технический результат для оснастки, который может быть достигнут при решении технической задачи, заключается в повышении технологичности и качества изготовления изделий за счет обеспечения укладки в канавки разделительного слоя продольных жгутов стрингеров при их подходе к силовому поясу без резких изгибов и извитости, а также в повышении надежности закрепления продольных жгутов стрингеров между поперечными жгутами силового пояса благодаря регулировке натяжения продольных жгутов. Кроме того, оснастка обеспечивает усиление силового пояса закреплением его, например, в профиле корытообразного сечения.

Технический результат для узла соединения, который может быть достигнут при решении технической задачи, заключается в повышении надежности работы стрингеров на сжатие, растяжение, а также на вырыв из заделки в силовом поясе и связанное с этим снижение габарита силового пояса по ширине благодаря исключению резких изгибов и извитостей жгутов стрингеров у силового пояса и наличию извитостей заданной формы внутри силового пояса. Кроме того, технический результат заключается в повышении надежности работы соединительных элементов силового пояса и повышении надежности скрепления силового пояса с этими элементами.

Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что способ изготовления узла соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов включает выполнение каркаса элементов, например несущих панелей и крыла или консоли стабилизатора, на форме с разделительным слоем из антиадгезионного эластичного материала, например из силиконовой резины с продольными для стрингеров и поперечной для силового пояса канавками, укладкой с натяжением в канавки непрерывного жгута из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим, послойно, с образованием нахлестов в перекрестиях канавок, причем натяжение поперечных жгутов обеспечивают технологическим оборудованием, а натяжение продольных жгутов выполняют за счет обжатия последних кольцевыми витками волокон из термоусаживающего материала над канавкой формы вне ее рабочей зоны, при этом силовой пояс выполняют с увеличением его строительной высоты к внутренней стороне панели по направлению к узлу соединения, стрингеры выполняют с увеличением их строительной высоты также к внутренней стороне панели по направлению к силовому поясу, жгуты стрингеров располагают с обеспечением равномерного натяжения во всех их слоях и преимущественно равного изменения направления натяжения жгутов при выходе и за силовым поясом за счет расположения термоусаживающихся волокон между слоями продольных жгутов стрингеров, кроме того, силовой пояс снабжают соединительными элементами, например, для панелей крыла с деталями центроплана фюзеляжа, а для панелей стабилизатора с противоположными панелями.

Жгуты стрингеров внутри силового пояса располагают с образованием синусообразных изгибов и с периодичной деформацией их сечений между жгутами силового пояса за счет превышения натяжения поперечных жгутов силового пояса на 5-20% над натяжением продольных жгутов стрингеров, причем натяжение поперечных жгутов обеспечивают в пределах не более 90% усилия разрыва жгута, а натяжение продольных жгутов регулируют глубиной канавки формы путем размещения на ее дне сменных или подвижных регулировочных ламелей, при этом силовой пояс выполняют шириной, достаточной для размещения не менее 10-ти синусообразных волн изгибов жгутов стрингеров.

Соединительные элементы силового пояса для фланцевого стыка узла соединения элементов планера выполняют размещением в продольных отверстиях силового пояса болтов для скрепления панелей крыла с деталями центроплана или панели стабилизатора с противоположной панелью.

Соединительные элементы силового пояса для срезного стыка узла соединения элементов планера выполняют размещением силового пояса в процессе его изготовления в корытообразном профиле, содержащем полки и стенки с прорезями для стрингеров и днище, скошенное для контакта с внутренней поверхностью силового пояса переменной строительной высоты, при этом в полках профиля выполняют отверстия под болты для скрепления с полкой центроплана или полкой соединительной детали стабилизаторов.

Стенки профиля выполняют с поднутрением для неразъемного скрепления силового пояса с этим профилем соединением типа «ласточкин хвост».

Прорези стенок профиля выполняют с поднутрением для неразъемного скрепления корневой части стрингеров с профилем соединением типа «ласточкин хвост».

Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что оснастка для осуществления способа изготовления узла соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов содержит каркас с закрепленными на нем одной или более формами с поверхностями, задающими форму элементов планера, расположенный в рабочей зоне разделительный слой из антиадгезионного эластичного материала, например из силиконовой резины с продольными для стрингеров и поперечной для силового пояса канавками, причем канавки для стрингеров выполнены с увеличивающейся глубиной у канавки силового пояса, а канавка для силового пояса - с увеличивающейся глубиной по ширине, со скошенным дном, плавно переходящим от дна каждой канавки стрингеров, кроме того, на поверхностях форм вне их рабочих зон выполнена канавка регулируемой глубины, для чего на ее дне установлены сменные или подвижные регулировочные ламели.

Канавка силового пояса в разделительном слое выполнена увеличенного сечения как по ширине, так и по высоте, для размещения в ней корытообразного профиля соединительных элементов срезного стыка узла соединения элементов планера, причем в зоне перехода продольных канавок для стрингеров в поперечную канавку для профиля выполнен уступ глубиной, равной толщине днища профиля.

Для устройства поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что узел соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов включает каркасы элементов, например несущих панелей крыла или консоли стабилизатора, содержащие продольные стрингеры и поперечный силовой пояс, выполненные из перекрещивающихся жгутов из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим, расположенных послойно, с нахлестом в зоне перекрестий, при этом силовой пояс снабжен соединительными элементами, например, для панелей крыла с деталями центроплана фюзеляжа, а для панелей стабилизатора с противоположными панелями и выполнен с увеличением его строительной высоты к внутренней стороне панели по направлению к узлу соединения, стрингеры выполнены с увеличением их строительной высоты также к внутренней стороне панели по направлению к силовому поясу за счет веерного расположения слоев жгутов в корневой зоне и внутри силового пояса.

Жгуты стрингеров внутри силового пояса расположены с образованием синусообразных изгибов и выполнены с периодичной деформацией их сечений между жгутами силового пояса за счет частичного охвата последних, причем силовой пояс выполнен шириной, достаточной для размещения не менее 10-ти синусообразных волн изгибов жгутов стрингеров.

Соединительные элементы силового пояса для фланцевого стыка узла соединения элементов планера выполнены из размещенных в продольных отверстиях силового пояса болтов для скрепления панели крыла с деталями центроплана или панели стабилизатора с противоположной панелью.

Соединительные элементы силового пояса для срезного стыка узла соединения элементов планера выполнены с размещением силового пояса в корытообразном профиле, содержащем полки и стенки с прорезями для стрингеров и днище, скошенное для контакта с внутренней поверхностью силового пояса переменной строительной высоты, при этом в полках профиля выполнены отверстия под болты для скрепления с полкой центроплана или полкой соединительной детали стабилизаторов.

Стенки профиля выполнены с поднутрением для неразъемного скрепления силового пояса с этим профилем соединением типа «ласточкин хвост».

Прорези стенок профиля выполнены с поднутрением для неразъемного скрепления корневой части стрингеров с профилем соединением типа «ласточкин хвост».

Отличительными от общего известного уровня техники признаками для способа являются следующие признаки:

- силовой пояс выполняют с увеличением его строительной высоты к внутренней стороне панели по направлению к узлу соединения, стрингеры выполняют с увеличением их строительной высоты также к внутренней стороне панели по направлению к силовому поясу - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления узлов соединения за счет исключения резких изгибов, извитости продольных жгутов при их укладке у силового пояса и равномерного распределения связующего по слоям у силового пояса и внутри последнего;

- жгуты стрингеров располагают с обеспечением равномерного натяжения во всех их слоях и преимущественно равного изменения направления натяжения жгутов при выходе и за силовым поясом за счет расположения термоусаживающихся волокон между слоями продольных жгутов стрингеров - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления узлов соединения за счет равномерного натяжения продольных жгутов по высоте благодаря равномерному изменению направления натяжения жгутов на выходе за силовым поясом при их обжатии термоусаживающимися волокнами;

- силовой пояс снабжают соединительными элементами, например, для панелей крыла с деталями центроплана фюзеляжа, а для панелей стабилизатора с противоположными панелями - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности закрепления на силовом поясе соединительных элементов;

- жгуты стрингеров внутри силового пояса располагают с образованием синусообразных изгибов и с периодичной деформацией их сечений между жгутами силового пояса за счет превышения натяжения поперечных жгутов силового пояса на 5-20% над натяжением продольных жгутов стрингеров, причем натяжение поперечных жгутов обеспечивают в пределах не более 90% усилия разрыва жгута, а натяжение продольных жгутов регулируют глубиной канавки формы путем размещения на ее дне сменных или подвижных регулировочных ламелей, при этом силовой пояс выполняют шириной, достаточной для размещения не менее 10-ти синусообразных волн изгибов жгутов стрингеров, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, новых параметров операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления узлов соединения за счет регулировки натяжения продольных жгутов стрингеров при их укладке и повышения прочности заделки в силовом поясе без увеличения ширины последнего;

- соединительные элементы силового пояса для фланцевого стыка узла соединения элементов планера выполняют размещением в продольных отверстиях силового пояса болтов для скрепления панелей крыла с деталями центроплана или панели стабилизатора с противоположной панелью - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности закрепления на силовом поясе соединительных элементов;

- соединительные элементы силового пояса для срезного стыка узла соединения элементов планера выполняют размещением силового пояса в процессе его изготовления в корытообразном профиле, содержащем полки и стенки с прорезями для стрингеров и днище, скошенное для контакта с внутренней поверхностью силового пояса переменной строительной высоты, при этом в полках профиля выполняют отверстия под болты для скрепления с полкой центроплана или полкой соединительной детали стабилизаторов - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества закрепления на силовом поясе соединительных элементов;

- стенки профиля выполняют с поднутрением для неразъемного скрепления силового пояса с этим профилем соединением типа «ласточкин хвост» - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение качества закрепления на силовом поясе соединительных элементов;

- прорези стенок профиля выполняют с поднутрением для неразъемного скрепления корневой части стрингеров с профилем соединением типа «ласточкин хвост» - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение качества закрепления на силовом поясе соединительных элементов.

Отличительными от общего известного уровня техники признаками для оснастки являются следующие признаки:

- канавки для стрингеров выполнены с увеличивающейся глубиной у канавки силового пояса, а канавка для силового пояса - с увеличивающейся глубиной по ширине, со скошенным дном, плавно переходящим от дна каждой канавки стрингеров, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают новую форму элементов, новое соотношение размеров и их новое взаимное расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления изделий за счет обеспечения укладки в канавки разделительного слоя продольных жгутов стрингеров при их подходе к силовому поясу без резких изгибов и извитости;

- на поверхностях форм вне их рабочих зон выполнена канавка регулируемой глубины, для чего на ее дне установлены сменные или подвижные регулировочные ламели, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов и их новое взаимное расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления изделий за счет повышения надежности закрепления продольных жгутов стрингеров между поперечными жгутами силового пояса благодаря регулировке натяжения продольных жгутов;

- канавка силового пояса в разделительном слое выполнена увеличенного сечения как по ширине, так и по высоте, для размещения в ней корытообразного профиля соединительных элементов срезного стыка узла соединения элементов планера, причем в зоне перехода продольных канавок для стрингеров в поперечную канавку для профиля выполнен уступ глубиной, равной толщине днища профиля, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов, новое их взаимное расположение и новое соотношение размеров, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления изделий за счет обеспечения усиления силового пояса закреплением его, например, в профиле корытообразного сечения.

Отличительными от общего известного уровня техники признаками для устройства являются следующие признаки:

- силовой пояс снабжен соединительными элементами, например, для панелей крыла с деталями центроплана фюзеляжа, а для панелей стабилизатора с противоположными панелями - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов и новую взаимосвязь элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы соединительных элементов силового пояса и на повышение надежности скрепления силового пояса с этими элементами;

- силовой пояс выполнен с увеличением его строительной высоты к внутренней стороне панели по направлению к узлу соединения, стрингеры выполнены с увеличением их строительной высоты также к внутренней стороне панели по направлению к силовому поясу за счет веерного расположения слоев жгутов в корневой зоне и внутри силового пояса - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают новую форму элементов, новое соотношение размеров и их новое взаимное расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы стрингеров на сжатие и растяжение благодаря исключению резких изгибов и извитостей жгутов стрингеров у силового пояса;

- жгуты стрингеров внутри силового пояса расположены с образованием синусообразных изгибов и выполнены с периодичной деформацией их сечений между жгутами силового пояса за счет частичного охвата последних, причем силовой пояс выполнен шириной, достаточной для размещения не менее 10-ти синусообразных волн изгибов жгутов стрингеров, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают новую форму элементов, новое соотношение размеров и их новое взаимное расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы стрингеров на вырыв из заделки в силовом поясе и связанное с этим снижение габарита силового пояса по ширине благодаря наличию извитостей заданной формы внутри силового пояса;

- соединительные элементы силового пояса для фланцевого стыка узла соединения элементов планера выполнены из размещенных в продольных отверстиях силового пояса болтов для скрепления панели крыла с деталями центроплана или панели стабилизатора с противоположной панелью - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов и новое их расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы соединительных элементов силового пояса;

- соединительные элементы силового пояса для срезного стыка узла соединения элементов планера выполнены с размещением силового пояса в корытообразном профиле, содержащем полки и стенки с прорезями для стрингеров и днище, скошенное для контакта с внутренней поверхностью силового пояса переменной строительной высоты, при этом в полках профиля выполнены отверстия под болты для скрепления с полкой центроплана или полкой соединительной детали стабилизаторов - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов, новую форму, новую взаимосвязь элементов и новое соотношение размеров, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы соединительных элементов силового пояса и на повышение надежности скрепления силового пояса с этими элементами;

- стенки профиля выполнены с поднутрением для неразъемного скрепления силового пояса с этим профилем соединением типа «ласточкин хвост» - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают новую форму элементов и их новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности скрепления силового пояса с этими элементами;

- прорези стенок профиля выполнены с поднутрением для неразъемного скрепления корневой части стрингеров с профилем соединением типа «ласточкин хвост» - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают новую форму элементов и их новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности скрепления силового пояса с этими элементами.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технических результатов. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технических результатов и характеризует предложенные технические решения существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данные технические решения являются результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению технологичности узла соединения элементов планера самолета с повышением надежности их работы без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладают неочевидностью, что свидетельствует об их соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид планера самолета, на фиг.2 - общий вид формы, на фиг.3 - общий вид оснастки, на фиг.4 - узел соединения консоли крыла с центропланом, на фиг.5 - общий вид способа изготовления, на фиг.6 - поперечное сечение канавки силового пояса, на фиг.7 - продольное сечение канавки стрингера, на фиг.8 - поперечное сечение канавки силового пояса при осуществлении способа, на фиг.9 - продольное сечение канавки стрингера при осуществлении способа, на фиг.10 - продольное сечение жгутов стрингеров, на фиг.11 - поперечное сечение жгутов силового пояса с жгутами стрингеров, на фиг.12 - продольное сечение жгутов силового пояса с жгутами стрингеров, на фиг.13 - поперечное сечение силового пояса с корытообразным профилем, на фиг.14 - общий вид узла соединения панели крыла с центропланом при фланцевом стыке, на фиг.15 - общий вид узла соединения панели крыла с центропланом при срезном стыке.

Способ изготовления узла соединения элементов планера 1 (см. фиг.1) самолета 2 из полимерных композиционных материалов включает выполнение каркаса элементов, например несущих панелей 3 и 4 крыла 5 или консоли стабилизатора 6, на форме 7 (см. фиг.2, 3) с разделительным слоем 8 из антиадгезионного эластичного материала, например из силиконовой резины с продольными для стрингеров 9 (см. фиг.4, 14, 15) и поперечной для силового пояса 10 канавками 11 (см. фиг.5, 7, 14, 15), укладкой с натяжением 12 (см. фиг.5) в канавки 11 непрерывного жгута 13 (см. фиг.5, 9) из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим 14, послойно, с образованием нахлестов 15 (см. фиг.9) в перекрестиях 16 (см. фиг.5) канавок 11, причем натяжение 17 (см. фиг.5) поперечных жгутов обеспечивают технологическим оборудованием, а натяжение 18 (см. фиг.5, 8) продольных жгутов выполняют за счет обжатия последних кольцевыми витками волокон 19 (см. фиг.8, 9) из термоусаживающего материала над канавкой 20 (см. фиг.5, 8, 9) формы 7 вне ее рабочей зоны 21 (см. фиг.3), при этом силовой пояс 10 (см. фиг.4) выполняют с увеличением его строительной высоты 22 (см. фиг.8, 9) к внутренней стороне 23 панели по направлению 24 к узлу соединения, стрингеры 9 выполняют с увеличением их строительной высоты 25 также к внутренней стороне 23 панели по направлению 26 к силовому поясу 10, жгуты 13 стрингеров 9 располагают с обеспечением равномерного натяжения 18 во всех их слоях и преимущественно равного изменения направления 27 натяжения 18 жгутов 13 при выходе и за силовым поясом 10 за счет расположения термоусаживающихся волокон 19 между слоями продольных жгутов 13 стрингеров 9, кроме того, силовой пояс 10 снабжают соединительными элементами, например, для панелей 3, 4 крыла 5 с деталями центроплана 28 (см. фиг.1, 4, 15) фюзеляжа, а для панелей 29 (см. фиг.1) стабилизатора 6 с противоположными панелями.

Жгуты 13 (см. фиг.11, 12) стрингеров 9 внутри силового пояса 10 располагают с образованием синусообразных изгибов 30 и с периодичной деформацией 31 их сечений между жгутами 13 силового пояса 10 за счет превышения натяжения 17 (см. фиг.5) поперечных жгутов силового пояса на 5 - 20% над натяжением 18 продольных жгутов 13 стрингеров 9, причем натяжение 17 поперечных жгутов обеспечивают в пределах не более 90% усилия разрыва жгута 13, а натяжение 18 продольных жгутов регулируют глубиной канавки 20 (см. фиг.8, 9) формы 7 путем размещения на ее дне сменных или подвижных регулировочных ламелей 32, при этом силовой пояс 10 выполняют шириной 33 (см. фиг.8), достаточной для размещения не менее 10-ти синусообразных волн 34 изгибов 30 жгутов 13 стрингеров 9 (см. фиг.11).

Соединительные элементы силового пояса 10 для фланцевого стыка узла соединения элементов планера 1 выполняют размещением в продольных отверстиях силового пояса 10 (см. фиг.14) болтов 35 для скрепления панелей 3,4 крыла 5 с деталями 36 центроплана 28 (см. фиг.1) или панели 29 стабилизатора 6 с противоположной панелью.

Соединительные элементы силового пояса 10 для срезного стыка (см. фиг.13, 15) узла соединения элементов планера 1 выполняют размещением силового пояса 10 в процессе его изготовления в корытообразном профиле 37, содержащем полки 38 и стенки 39 с прорезями 40 для стрингеров 9 и днище 41, скошенное для контакта с внутренней поверхностью силового пояса 10 переменной строительной высоты 49, при этом в полках 38 профиля 37 выполняют отверстия под болты 43 для скрепления с полкой 44 центроплана 28 или полкой соединительной детали стабилизаторов 6 (см. фиг.1).

Стенки 39 профиля 37 выполняют с поднутрением 45 (см. фиг.13, 15) для неразъемного скрепления силового пояса 10 с этим профилем 37 соединением типа «ласточкин хвост».

Прорези 40 стенок 39 профиля 37 выполняют с поднутрением 46 (см. фиг.15) для неразъемного скрепления корневой части стрингеров 9 с профилем 37 соединением типа «ласточкин хвост».

Оснастка 47 (см. фиг.3) для осуществления способа изготовления узла соединения элементов планера 1 самолета 2 из полимерных композиционных материалов содержит каркас с закрепленными на нем одной или более формами 7 (см. фиг.2, 3) с поверхностями, задающими форму элементов планера, расположенный в рабочей 21 зоне разделительный слой 8 из антиадгезионного эластичного материала, например из силиконовой резины с продольными для стрингеров 9 и поперечной для силового пояса 10 канавками 11 (см. фиг.5), причем канавки 11 для стрингеров 9 выполнены с увеличивающейся глубиной 48 (см. фиг.7) у канавки 11 силового пояса 10, а канавка 11 для силового пояса 10 - с увеличивающейся глубиной 49 (см. фиг.6) по ширине 33, со скошенным дном, плавно переходящим от дна каждой канавки 11 стрингеров 9, кроме того, на поверхностях форм 7 вне их рабочих зон 21 выполнена канавка 20 регулируемой глубины, для чего на ее дне установлены сменные или подвижные регулировочные ламели 32 (см. фиг.8, 9).

Канавка 11 силового пояса 10 в разделительном слое 8 выполнена увеличенного сечения как по ширине, так и по высоте, для размещения в ней корытообразного профиля 37 (см. фиг.13) соединительных элементов срезного стыка узла соединения элементов планера 1, причем в зоне перехода продольных канавок для стрингеров 9 в поперечную канавку для профиля 37 выполнен уступ 50 глубиной, равной толщине днища 41 профиля.

Узел соединения элементов планера 1 самолета 2 из полимерных композиционных материалов включает каркасы элементов, например несущих панелей 3 и 4 крыла 5 (см. фиг.1) или консоли стабилизатора 6, содержащие продольные стрингеры 9 и поперечный силовой пояс 10, выполненные из перекрещивающихся жгутов 13 (см. фиг.9) из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим 14, расположенных послойно, с нахлестом 15 в зоне перекрестий 16 (см. фиг.5), при этом силовой пояс 10 снабжен соединительными элементами, например, для панелей 3,4 крыла 5 (см. фиг.1) с деталями центроплана 28 фюзеляжа, а для панелей 29 стабилизатора 6 с противоположными панелями и выполнен с увеличением его строительной высоты 22 (см. фиг.8) к внутренней стороне 23 панели по направлению 24 к узлу соединения, стрингеры 9 выполнены с увеличением их строительной высоты 25 (см. фиг.9) также к внутренней стороне 23 панели по направлению 26 к силовому поясу 10 за счет веерного 51 (см. фиг.10) расположения слоев 52 жгутов 13 в корневой зоне 53 и внутри силового пояса 10.

Жгуты 13 стрингеров 9 внутри силового пояса 10 расположены с образованием синусообразных изгибов 30 (см. фиг.11, 12) и выполнены с периодичной деформацией 31 их сечений между жгутами 13 силового пояса 10 за счет частичного охвата 54 последних, причем силовой пояс 10 выполнен шириной 33 (см. фиг.8), достаточной для размещения не менее 10-ти синусообразных волн 34 изгибов 30 жгутов 13 стрингеров 9.

Соединительные элементы силового пояса 10 для фланцевого стыка (см. фиг.4, 14) узла соединения элементов планера 1 выполнены из размещенных в продольных отверстиях силового пояса 10 болтов 35 для скрепления панели 3,4 (см. фиг.1) крыла 5 с деталями 36 центроплана 28 или панели 29 стабилизатора 6 с противоположной панелью.

Соединительные элементы силового пояса 10 для срезного стыка (см. фиг.13, 15) узла соединения элементов планера 1 выполнены с размещением силового пояса 10 в корытообразном профиле 37, содержащем полки 38 и стенки 39 с прорезями 40 для стрингеров 9 и днище 41, скошенное для контакта с внутренней поверхностью силового пояса 10 переменной строительной высоты 49, при этом в полках 38 профиля 37 выполнены отверстия 42 под болты 43 для скрепления с полкой 44 центроплана 28 или полкой соединительной детали стабилизаторов 6.

Стенки 39 профиля 37 выполнены с поднутрением 45 (см. фиг.13) для неразъемного скрепления силового пояса 10 с этим профилем 37 соединением типа «ласточкин хвост».

Прорези 40 (см. фиг.15) стенок 39 профиля 37 выполнены с поднутрением 46 для неразъемного скрепления корневой части стрингеров 9 с профилем 37 соединением типа «ласточкин хвост».

Пример конкретного исполнения способа заключается в том, что при выполнении соединительных элементов силового пояса 10 для срезного стыка (см. фиг.13, 15) узла соединения элементов планера 1 жгуты 13 силового пояса 10 и стрингеров 9 в процессе их изготовления в корытообразном профиле 37 обжимают при термообработке в автоклаве или термоусаживающим материалом, повышая коэффициент армирования материала силового пояса 10, а значит, и его прочностные характеристики, более эффективно, чем при укладке жгутов 13 в канавки 11, выполненные в эластичном разделительном слое 8, где силовой пояс 10 имеет возможность деформироваться с искажением своего поперечного сечения.

Пример конкретного исполнения оснастки 47 (см. фиг.3) заключается в том, что при осуществлении способа изготовления узла соединения жгуты 13 могут быть уложены предварительно пропитанными, для этого формы 7 (см. фиг.2) выполнены съемными, или стрингеры 9 и силовой пояс 10 (см. фиг.14, 15) выполнены на намоточном станке с пропиткой в процессе изготовления и натяжением 12 (см. фиг.5). Причем предварительное натяжение 18 продольного жгута 13 обеспечено охватом жгута 13 вокруг штифта-зацепа 54 (см. фиг.5), а равномерность этого натяжения 18 (см. фиг.8, 9), значительно повышающего несущую способность стрингеров и всего узла соединения, обеспечивается при термообработке расположением кольцевых слоев термоусаживающегося материала 19 между слоями продольных жгутов 13 стрингеров 9 за счет преимущественно одинакового удлинения жгутов в слоях 52 (см. фиг.10) вне рабочей зоны 21 (см. фиг.3, 5) формы 7, при изменении направления натяжения 18 на преимущественно одинаковый угол 27 (см. фиг.8).

Работает узел соединения следующим образом. При эксплуатации самолета 2 (см. фиг.1) крылья 5 и стабилизаторы 6 подвержены преимущественно изгибающим и крутящим нагрузкам под действием аэродинамических сил при полете и инерционных сил при посадке, в том числе и жесткой, стрингеры 9, в этом случае, работают преимущественно на растяжение с вырывом из заделки в силовом поясе 10 (см. фиг.4, 14, 15) и сжатие. Надежность их работы, а также остальных элементов узла, обеспечена всей совокупностью признаков предлагаемых изобретений.

Таким образом, использование изобретений позволит создать высокотехнологичную конструкцию узла соединения элементов планера самолета с повышенной надежностью работы, что и подтверждает использование изобретений по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний образцов и фрагментов конструкций, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.

Изобретения относятся к способу изготовления узла соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов, к оснастке для осуществления этого способа и к узлу соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов. Способ включает выполнение каркаса элементов на форме с разделительным слоем из антиадгезионного эластичного материала с продольными для стрингеров и поперечной для силового пояса канавками укладкой с натяжением в канавки непрерывного жгута из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим, послойно, с образованием нахлестов в перекрестиях канавок. Натяжение поперечных жгутов обеспечивают технологическим оборудованием, а натяжение продольных жгутов выполняют за счет обжатия последних кольцевыми витками волокон из термоусаживающего материала над канавкой формы вне ее рабочей зоны. Силовой пояс выполняют с увеличением его строительной высоты к внутренней стороне панели по направлению к узлу соединения. Стрингеры выполняют с увеличением их строительной высоты также к внутренней стороне панели по направлению к силовому поясу. Жгуты стрингеров внутри силового пояса располагают с обеспечением равномерного натяжения во всех их слоях и преимущественно равного изменения направления натяжения жгутов при выходе и за силовым поясом за счет расположения термоусаживающихся волокон между слоями продольных жгутов стрингеров. Силовой пояс снабжают соединительными элементами. Достигается повышение надежности узла. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ изготовления узла соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов, включающий выполнение каркаса элементов, например несущих панелей и крыла или консоли стабилизатора, на форме с разделительным слоем из антиадгезионного эластичного материала, например из силиконовой резины с продольными для стрингеров и поперечной для силового пояса канавками, укладкой с натяжением в канавки непрерывного жгута из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим, послойно, с образованием нахлестов в перекрестиях канавок, причем натяжение поперечных жгутов обеспечивают технологическим оборудованием, а натяжение продольных жгутов выполняют за счет обжатия последних кольцевыми витками волокон из термоусаживающего материала над канавкой формы вне ее рабочей зоны, при этом силовой пояс выполняют с увеличением его строительной высоты к внутренней стороне панели по направлению к узлу соединения, стрингеры выполняют с увеличением их строительной высоты также к внутренней стороне панели по направлению к силовому поясу, жгуты стрингеров внутри силового пояса располагают с обеспечением равномерного натяжения во всех их слоях и преимущественно равного изменения направления натяжения жгутов при выходе и за силовым поясом за счет расположения термоусаживающихся волокон между слоями продольных жгутов стрингеров, кроме того, силовой пояс снабжают соединительными элементами, например, для панелей крыла с деталями центроплана фюзеляжа, а для панелей стабилизатора с противоположными панелями.

2. Способ по п.1, при котором жгуты стрингеров внутри силового пояса располагают с образованием синусообразных изгибов и с периодичной деформацией их сечений между жгутами силового пояса за счет превышения натяжения поперечных жгутов силового пояса на 5-20% над натяжением продольных жгутов стрингеров, причем натяжение поперечных жгутов обеспечивают в пределах не более 90% усилия разрыва жгута, а натяжение продольных жгутов регулируют глубиной канавки формы путем размещения на ее дне сменных или подвижных регулировочных ламелей, при этом силовой пояс выполняют шириной, достаточной для размещения не менее 10 синусообразных волн изгибов жгутов стрингеров.

3. Способ по п.1, при котором соединительные элементы силового пояса для фланцевого стыка узла соединения элементов планера выполняют размещением в продольных отверстиях силового пояса болтов для скрепления панелей крыла с деталями центроплана или панели стабилизатора с противоположной панелью.

4. Способ по п.1, при котором соединительные элементы силового пояса для срезного стыка узла соединения элементов планера выполняют размещением силового пояса в процессе его изготовления в корытообразном профиле, содержащем полки и стенки с прорезями для стрингеров и днище, скошенное для контакта с внутренней поверхностью силового пояса переменной строительной высоты, при этом в полках профиля выполняют отверстия под болты для скрепления с полкой центроплана или полкой соединительной детали стабилизаторов.

5. Способ по п.4, при котором стенки профиля выполняют с поднутрением для неразъемного скрепления силового пояса с этим профилем соединением типа «ласточкин хвост».

6. Способ по п.4, при котором прорези стенок профиля выполняют с поднутрением для неразъемного скрепления корневой части стрингеров с профилем соединением типа «ласточкин хвост».

7. Оснастка для осуществления способа изготовления узла соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов, содержащая каркас с закрепленными на нем одной или более формами с поверхностями, задающими форму элементов планера, расположенный в рабочей зоне разделительный слой из антиадгезионного эластичного материала, например из силиконовой резины с продольными для стрингеров и поперечной для силового пояса канавками, причем канавки для стрингеров выполнены с увеличивающейся глубиной у канавки силового пояса, а канавка для силового пояса - с увеличивающейся глубиной по ширине, со скошенным дном, плавно переходящим от дна каждой канавки стрингеров, кроме того, на поверхностях форм вне их рабочих зон выполнена канавка регулируемой глубины, для чего на ее дне установлены сменные или подвижные регулировочные ламели.

8. Оснастка по п.7, в которой канавка силового пояса в разделительном слое выполнена увеличенного сечения как по ширине, так и по высоте, для размещения в ней корытообразного профиля соединительных элементов срезного стыка узла соединения элементов планера, причем в зоне перехода продольных канавок для стрингеров в поперечную канавку для профиля выполнен уступ глубиной, равной толщине днища профиля.

9. Узел соединения элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов, включающий каркасы элементов, например несущих панелей крыла или консоли стабилизатора, содержащие продольные стрингеры и поперечный силовой пояс, выполненные из перекрещивающихся жгутов из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим, расположенных послойно, с нахлестом в зоне перекрестий, при этом силовой пояс снабжен соединительными элементами, например, для панелей крыла с деталями центроплана фюзеляжа, а для панелей стабилизатора с противоположными панелями и выполнен с увеличением его строительной высоты к внутренней стороне панели по направлению к узлу соединения, стрингеры выполнены с увеличением их строительной высоты также к внутренней стороне панели по направлению к силовому поясу за счет веерного расположения слоев жгутов в корневой зоне и внутри силового пояса.

10. Узел соединения по п.9, в котором жгуты стрингеров внутри силового пояса расположены с образованием синусообразных изгибов и выполнены с периодичной деформацией их сечений между жгутами силового пояса за счет частичного охвата последних, причем силовой пояс выполнен шириной, достаточной для размещения не менее 10 синусообразных волн изгибов жгутов стрингеров.

11. Узел соединения по п.9, в котором соединительные элементы силового пояса для фланцевого стыка узла соединения элементов планера выполнены из размещенных в продольных отверстиях силового пояса болтов для скрепления панели крыла с деталями центроплана или панели стабилизатора с противоположной панелью.

12. Узел соединения по п.9, в котором соединительные элементы силового пояса для срезного стыка узла соединения элементов планера выполнены с размещением силового пояса в корытообразном профиле, содержащем полки и стенки с прорезями для стрингеров и днище, скошенное для контакта с внутренней поверхностью силового пояса переменной строительной высоты, при этом в полках профиля выполнены отверстия под болты для скрепления с полкой центроплана или полкой соединительной детали стабилизаторов.

13. Узел соединения по п.12, в котором стенки профиля выполнены с поднутрением для неразъемного скрепления силового пояса с этим профилем соединением типа «ласточкин хвост».

14. Узел соединения по п.12., в котором прорези стенок профиля выполнены с поднутрением для неразъемного скрепления корневой части стрингеров с профилем соединением типа «ласточкин хвост».