Панель крыла или оперения летательного аппарата из слоистых композиционных материалов Российский патент 2017 года по МПК B64C3/20 B64C3/26 B32B1/06 B32B5/22 

Изобретение относится к области авиастроения и может быть использовано в ракетной, судостроительной и автомобильной технике, а также в строительстве.

Панели, как конструкционные силовые элементы, широко используются в различных областях машиностроения и строительства. Одной из областей использования панелей из композиционных материалов является авиационная отрасль, в которой такие панели используются в качестве элементов наружной обшивки летательных аппаратов: фюзеляжа, крыльев, оперения.

Известно крыло летательного аппарата, содержащее панели из слоистого композиционного материала (патент RU 2191137 С2, МПК В64С 3/44, опубликовано 20.10.2002, бюл. №29).

Известен способ изготовления элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов, оправка для осуществления способа изготовления планера самолета и элементы планера самолета из полимерных материалов, заключающийся в изготовлении обшивки с системой подкрепляющих перекрещивающихся ребер (патент RU 2312790 C1, В64С 1/00, опубликовано 20.12.2007, бюл. №35).

Известна панель из слоистых композиционных материалов, состоящая из гладкой пологой обшивки и силового набора перекрещивающихся ребер (патент RU 2518519 С2, В64С 3/20, опубликовано 10.06.2014, бюл. №16).

Во всех известных конструкциях изготавливаются тонкостенные панели из композиционных материалов, которые затем в качестве обшивки крепятся к силовым элементам (силовому каркасу) летательного аппарата: шпангоутам, стрингерам, лонжеронам и пр. Крепление тонкостенных композитных конструкций достаточно трудоемкое дело, влияющее на несущую способность всей конструкции и ее надежность.

Панель из слоистых композиционных материалов по патенту RU 2518519 является наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка единой конструкции обшивки с силовыми стрингерами, которая обеспечит их надежное соединение, будет более технологична в общем процессе изготовления летательного аппарата и будет обладать высокой надежностью единой конструкции, отдельно изготовленной на специальном оборудовании.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении прочности и надежности соединения обшивки крыла или оперения летательного аппарата с силовыми стрингерами за счет их изготовления в виде единого элемента, упрощения технологии и снижения трудоемкости изготовления крыла и оперения за счет предварительного совместного изготовления обшивки и силовых стрингеров и использования укрупненных элементов при сборке летательного аппарата.

Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что в панели крыла или оперения летательного аппарата из слоистых композиционных материалов, содержащей обшивку с гладкой, пологой геометрической формы, наружной поверхностью и скрепленный с ней силовой набор в виде системы перекрещивающихся ребер, состоящих из слоев, скрепленных полимерным связующим, однонаправленных высокопрочных и/или высокомодульных нитей и/или тканей, согласно изобретению в пространстве между ребрами расположен пористый материал с образованием с последними, эквидистантно наружной поверхности обшивки, сплошной гладкой поверхности, на которой расположены скрепленные с ней клеем или полимерным связующим, в продольном направлении панели между продольными ребрами, пропитанные связующим полосы тканого материала с ориентированными перпендикулярно к поверхности отбортовками, пространство между которыми заполнено пропитанным полимерным связующим, ориентированным по направлению расположения полос, однонаправленным армирующим материалом с образованием, облицованных с боковых сторон тканым материалом, силовых стрингеров, составляющих единое целое с продольными ребрами силового набора, причем в частных случаях выполнения изобретения, силовые стрингеры выполнены переменной по длине шириной и/или высотой, силовые стрингеры выполнены разной между собой ширины и/или высоты, полосы тканого материала выполнены переменной по длине шириной, тканый материал полос выполнен на основе углеродной, стеклянной или органической нити или комбинации из них, продольные кромки панели выполнены сплошными на основе пропитанного связующим тканого и/или однонаправленного материала, в качестве пористого материала использован пенополиуретан, в качестве армирующего материала стрингеров использована углеродная нить.

Предлагаемая конструкция панели с силовыми стрингерами выполняется по единой технологии на специализированном оборудовании путем последовательной выкладки конкретного материала в заданных геометрических конфигурациях с последующей термообработкой в автоклаве. За счет использованного непрерывного процесса изготовления предлагаемых панелей выкладка стрингеров является продолжением технологического процесса выкладки силовых ребер, в результате чего получает единая монолитная конструкция стрингера с продольным ребром и, соответственно, стрингера скрепленного со всем силовым набором ребер и обшивкой. Изменение ширины и/или высоты стрингеров обеспечивается за счет программной раскладки армирующего материала и не требует дополнительной механической обработки. Выполнение продольных кромок сплошными, при необходимости, обеспечивается дополнительным расположением тканого или однонаправленного материала у кромок и может быть использовано для крепления кромок панелей или присоединения к ним соединительных элементов.

Количество, ширина и высота стрингеров определяется конкретной конструкцией крыла или оперения в зависимости от прочностных и жесткостных характеристик используемого однонаправленного материала.

Отличительными от прототипа признаками заявленной панели являются следующие:

а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:

- в пространстве между ребрами расположен пористый материал с образованием с последними, эквидистантно наружной поверхности обшивки, сплошной гладкой поверхности,

- на которой расположены скрепленные с ней клеем или полимерным связующим, в продольном направлении панели между продольными ребрами, пропитанные связующим полосы тканого материала с ориентированными перпендикулярно к поверхности отбортовками,

- пространство между которыми заполнено пропитанным полимерным связующим, ориентированным по направлению расположения полос, однонаправленным армирующим материалом с образованием, облицованных с боковых сторон тканым материалом, силовых стрингеров,

- составляющих единое целое с продольными ребрами силового набора, б) признаки, характеризующие изобретение в частных случаях:

- силовые стрингеры выполнены переменной по длине шириной и/или высотой,

- силовые стрингеры выполнены разной между собой ширины и/или высоты,

- полосы тканого материала выполнены переменной по длине шириной,

- тканый материал полос выполнен на основе углеродной, стеклянной или органической нити или комбинации из них,

- продольные кромки панели выполнены сплошными на основе пропитанного связующим тканого и/или однонаправленного материала,

- в качестве пористого материала использован пенополиуретан,

- в качестве армирующего материала стрингеров использована углеродная нить.

Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков не известна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».

Предлагаемая панель, в отличие от панели по прототипу, представляет единую монолитную конструкцию обшивки с силовыми стрингерами, что обеспечивает высокую прочность и надежность их соединения, объединяет в одном технологическом процессе изготовление панели обшивки и стрингеров, что сокращает номенклатуру технологического оборудования и удешевляет производство, снижает трудоемкость и способствует повышению качества сборки крыла или оперения летательного аппарата.

Подобная конструкция может быть использована и при изготовлении обшивок фюзеляжа, в ракетной, судостроительной, автомобилестроительной областях, в строительстве, например в качестве панелей мостов, перекрытий сооружений и т.д.

Конструкция панели по предложенному техническому решению промышленно осуществима с использованием известных средств и методов и обеспечивает реализацию указанного назначения.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации и прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 представлена заявленная панель крыла или оперения летательного аппарата.

Панель крыла или оперения летательного аппарата из слоистых композиционных материалов, содержащая обшивку 1 с гладкой, пологой геометрической формы, наружной поверхностью и скрепленный с ней силовой набор в виде системы перекрещивающихся ребер: наклонных 2, поперечных 3 и продольных 4, состоящих из слоев, скрепленных полимерным связующим, однонаправленных высокопрочных и/или высокомодульных нитей и/или тканей. В пространстве между ребрами расположен пористый материал 5 с образованием с последними, эквидистантно наружной поверхности обшивки, сплошной гладкой поверхности, на которой расположены скрепленные с ней клеем или полимерным связующим, в продольном направлении панели между продольными ребрами, пропитанные связующим полосы тканого материала 6 с ориентированными перпендикулярно к поверхности отбортовками 7, пространство между которыми заполнено пропитанным полимерным связующим, ориентированным по направлению расположения полос, однонаправленным армирующим материалом с образованием, облицованных с боковых сторон тканым материалом, силовых стрингеров 8, составляющих единое целое с продольными ребрами 4 силового набора.

Продольные кромки 9 панели могут быть выполнены сплошными на основе пропитанного связующим тканого и/или однонаправленного материала.

Экспериментальная проверка подтвердила высокую прочность и надежность предложенной конструкции.

Изобретение относится к области авиастроения и касается панелей крыла или оперения летательного аппарата из слоистых композиционных материалов. Панель содержит обшивку с гладкой пологой геометрической формы наружной поверхностью и скрепленный с ней силовой набор в виде системы перекрещивающихся ребер, состоящих из слоев, скрепленных полимерным связующим, однонаправленных высокопрочных и/или высокомодульных нитей и/или тканей. Причем в пространстве между ребрами расположен пористый материал с образованием с последними эквидистантно наружной поверхности обшивки сплошной гладкой поверхности, на которой расположены скрепленные с ней клеем или полимерным связующим в продольном направлении панели между продольными ребрами пропитанные связующим полосы тканого материала с ориентированными перпендикулярно к поверхности отбортовками, пространство между которыми заполнено пропитанным полимерным связующим, ориентированным по направлению расположения полос, однонаправленным армирующим материалом с образованием облицованных с боковых сторон тканым материалом силовых стрингеров, составляющих единое целое с продольными ребрами силового набора. Достигается повышение прочности и надежности соединения обшивки с силовыми стрингерами, упрощение изготовления. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Панель крыла или оперения летательного аппарата из слоистых композиционных материалов, содержащая обшивку с гладкой пологой геометрической формы наружной поверхностью и скрепленный с ней силовой набор в виде системы перекрещивающихся ребер, состоящих из слоев, скрепленных полимерным связующим однонаправленных высокопрочных и/или высокомодульных нитей и/или тканей, отличающаяся тем, что в пространстве между ребрами расположен пористый материал с образованием с последними эквидистантно наружной поверхности обшивки сплошной гладкой поверхности, на которой расположены скрепленные с ней клеем или полимерным связующим в продольном направлении панели между продольными ребрами пропитанные связующим полосы тканого материала с ориентированными перпендикулярно к поверхности отбортовками, пространство между которыми заполнено пропитанным полимерным связующим, ориентированным по направлению расположения полос, однонаправленным армирующим материалом с образованием облицованных с боковых сторон тканым материалом силовых стрингеров, составляющих единое целое с продольными ребрами силового набора.

2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что силовые стрингеры выполнены переменной по длине шириной и/или высотой.

3. Панель по п.1, отличающаяся тем, что силовые стрингеры выполнены разной между собой ширины и/или высоты.

4. Панель по п.1, отличающаяся тем, что полосы тканого материала выполнены переменной по длине шириной.

5. Панель по п.1, отличающаяся тем, что тканый материал полос выполнен на основе углеродной, стеклянной или органической нити или комбинации из них.

6. Панель по п.1, отличающаяся тем, что продольные кромки панели выполнены сплошными на основе пропитанного связующим тканого и/или однонаправленного материала.

7. Панель по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пористого материала использован пенополиуретан.

8. Панель по п.1, отличающаяся тем, что в качестве армирующего материала стрингеров использована углеродная нить.