Уровень техники
[01] Композитное крыло гражданского летательного аппарата выполняют для обеспечения прочности на изгиб и жесткости в условиях нормальной эксплуатации (когда изгибающие нагрузки являются основными). Обшивка крыла, изготовленная из композиционного материала, такого как армированные углеродными волокнами полимеры (CFRP), может содержать множество слоев армирующих волокон, ориентированных под углом 0 градусов относительно направления основной нагрузки для обеспечения прочности на изгиб.
Обшивка крыла также может содержать множество слоев армирующих волокон с ориентацией 90 градусов (относительно направления основной нагрузки) для обеспечения сопротивления изгибу. Эти ориентированные под углом 90 градусов волокна могут, кроме того, увеличивать поперечную прочность и подъемную силу.
Обшивка крыла также может быть выполнять для обеспечения стойкости к разрушению. Множество слоев армирующих волокон, ориентированных под углом +45 и -45 градусов (относительно направления действия основной нагрузки), можно добавлять для подавления продольного расслоения обшивки, которое в противном случае происходит, когда обшивка имеет значительное проникающее повреждение, и волокна разрушаются. Кроме того, такие ориентированные под углом ±45 градусов волокна позволяют увеличивать прочность при сдвиге и кручении, а также жесткость при изгибе.
Каждый слой армирующих волокон приводит к увеличению веса обшивки крыла. А с увеличением веса происходит увеличение затрат на топливо и другие расходы при эксплуатации летательного аппарата.
Таким образом, задача состоит в том, чтобы уменьшить вес обшивки крыла, не ухудшая прочности на изгиб, жесткости при изгибе и стойкости к разрушению.
Краткое описание изобретения
[02] В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения композитная многослойная панель содержит первое множество слоев армирующих волокон для обеспечения продольной прочности в направлении действия основной нагрузки и второе множество армирующих волокон, ориентированных под углами ±β относительно направления действия основной нагрузки, при этом угол β составляет величину от 15 до 35 градусов.
В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения, конструкция, имеющая направление действия основной нагрузки, содержит многослойную композитную панель, включающую в себя множество слоев α-волокон, ориентированных под углами +α и -α относительно некоторой оси x, и множество слоев B-волокон, ориентированных под углами +β и -β относительно этой оси x. Величина угла β составляет от 15 до 35 градусов, а величина угла α равна 0 градусов или составляет от 2 до 12 градусов.
Еще в одном варианте реализации изобретения композитная коробчатая балка содержит придающую жесткость опорную конструкцию, первую многослойную панель, закрывающую одну сторону опорной конструкции, и вторую многослойную панель, закрывающую противоположную сторону опорной конструкции. Каждая панель содержит первое множество армирующих волокон, ориентированных под углом от 15 до 35 градусов относительно продольной оси опорной конструкции.
Еще в одном варианте реализации изобретения, способ формирования панели, имеющей ось x, содержит формирование пакета слоев, содержащего первое множество армирующих волокон, ориентированных под углом ±α относительно оси x, и второе множество армирующих волокон, ориентированных под углом β относительно оси x, где величина угла β составляет от 15 до 35 градусов, а величина α равна 0 градусов или составляет от 2 до 12 градусов.
Указанные признаки и функции можно получить независимо в различных вариантах реализации изобретения, либо путем комбинации в других вариантах реализации изобретения. Далее приведено подробное описание вариантов реализации изобретения со ссылками на описание и чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[03] Фиг. 1A иллюстрирует слой армирующих волокон и координатную систему слоя.
Фиг. 1B иллюстрирует композитную многослойную панель, содержащей слои армирующих волокон, ориентированных под различными углами относительно оси x панели.
Фиг. 2 иллюстрирует влияние различных углов ориентации волокон на суммарную прочность многослойной композитной панели.
Фиг. 3 иллюстрирует общие результаты испытаний на растяжение с концентратором напряжений в виде большого надреза, проводимых заявителем на серии композитных образцов.
Фиг. 4 иллюстрирует общие результаты испытаний на растяжение с концентратором напряжений в виде заполненного отверстия, проводимых заявителем на серии композитных образцов.
Фиг. 5 иллюстрирует способ формирования многослойной композитной панели.
Фиг. 6 иллюстрирует пакет слоев армирующих волокон.
Фиг. 7 иллюстрирует коробчатую балку, содержащую многослойные композитные панели.
Фиг. 8 иллюстрирует различные балки, содержащие композитные многослойные панели.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[04] На Фиг. 1A изображен слой 10 армирующих волокон 12 и координатная система слоя. Координатная система слоя включает в себя ось 1, ось 2 и ось 3. Волокна 12 однонаправлены и вытянуты вдоль оси 1. Ось 2 лежит в одной плоскости с осью 1 перпендикулярно оси 1. Ось 3 лежит вне плоскости осей 1 и 2 перпендикулярно осям 1 и 2. Слой 10 характеризуется определенным направлением вдоль оси 1 и неопределенным направлением вдоль волокон (вдоль осей 2 и 3).
На Фиг. 1B изображена композитная многослойная панель 110, содержащая множество слоев армирующих волокон, внедренных в матрицу. Армирующие волокна и матрица не ограничены каким-либо конкретным составом. Примеры материала, используемого для армирующих волокон, включают в себя, помимо прочего, углерод, стекловолокно, кевлар, бор и титан. Примеры материала, используемого для матрицы, включают, помимо прочего, пластик и металл. В качестве первого примера, панель 110 содержит углеродные волокна, внедренные в полимерную матрицу. В качестве второго примера панель 110 содержит углеродные волокна, внедренные в титановую матрицу.
Панель 110 имеет ось x направления, изображенную пунктиром. Например, ось x может соответствовать направлению действия основной нагрузки панели 110, в которой сила растяжения или сжатия приложена по направлению оси x. Панель также имеет ось y, лежащую в одной плоскости с осью x, и ось z, которая находится вне плоскости осей x и y (оси y и z не показаны). Оси x, y и z ортогональные.
Первое множество слоев армирующих волокон 120 ориентировано под углами +α и -α относительно оси x. Эти волокна, далее называемые α-волокна 120, обеспечивают продольную прочность в направлении оси x. В некоторых вариантах реализации изобретения, α=0 градусов для обеспечения максимальной прочности в продольном направлении.
[05] Второе множество армирующих волокон 130 ориентировано под углами +β и -β относительно оси x, где β составляет от 15 до 35 градусов. Эти волокна далее называются β-волокнами 130. В некоторых вариантах реализации изобретения β составляет около 25 градусов.
Если все β-волокна ориентированы под одним и тем же углом, это может вызвать отслоение слоя в направлении таких β-волокон. Для того чтобы подавить расслоение, β-волокна можно ориентировать под немного различающимися углами, то есть угол ориентации β-волокон «нечеткий». Обратимся к примеру с углом β=25 градусов. Вместо того, чтобы использовать слои с β-волокнами, ориентированными только под углом +25 градусов, некоторые из слоев имеют β-волокна, ориентированные под углом +22 градусов, другие слои имеют β-волокна, ориентированные под углом +25 градусов, а третьи слои - под углом +28 градусов, так что в среднем угол ориентировки β-волокон составляет +25 градусов. Подобным образом, средний угол -25 градусов можно получить посредством некоторых слоев β-волокон, ориентированных под углом -22 градуса, другие под углом -25 градусов, а третьи под углом -28 градусов.
В некоторых вариантах реализации изобретения, третье множество слоев армирующих волокон может быть ориентировано под углами +γ и -γ относительно направления действия основной нагрузки, где γ составляет от 87 до 92 градусов. Эти волокна, далее называемые γ-волокнами 140, обеспечивают поперечную прочность и жесткость, а также увеличивают подъемную силу. В некоторых вариантах реализации изобретения γ=90 градусов.
[06] В панели 110 на Фиг. 1B, β-волокна используют вместо обычных перекрестных под углом 45 градусов слоев волокон. Заявитель обнаружил, что по сравнению с волокнами, ориентированными под углом 45 градусов, использование волокон при величине угла β от 15 до 35 градусов немного снижает прочность на сдвиг, но при этом значительно увеличивает прочность в продольном направлении. Заявитель также обнаружил, что количество слоев с α-волокнами можно сократить, не ухудшая при этом продольную прочность, жесткость и стойкость к разрушению относительно направления действия основной нагрузки. В результате, многослойная α/β/γ панель получается тоньше, чем обычная панель с ориентацией волокон 0/45/90, имеющая близкие величины продольной прочности, жесткости и стойкости к разрушению.
Подавление или замедление расслоения слоя в продольном направлении (вдоль оси x) может быть дополнительно усилено посредством использования α-волокон, ориентированных под углом α от 2 до 12 градусов вместо волокон с ориентацией при 0 градусов. В некоторых вариантах реализации изобретения, диапазон величины угла α составляет от 3 до 5 градусов. Угол ориентации α-волокон также может быть нечетким (т.е. α-волокна могут быть ориентированы под немного различными углами для достижения среднего значения угла α). Например, среднее значение угла 0 градусов можно получить, используя некоторые слои α-волокон, ориентированных под углом +5 градусов и некоторые слои α-волокон, ориентированных под углом -5 градусов.
На Фиг. 2 изображено влияние различных углов ориентации волокон на суммарную прочность многослойной панели. По горизонтальной оси указаны различные величины угла ориентации волокон от 0 до 90 градусов, а по вертикальной оси приведена прочность панели. В целом, продольная прочность уменьшается нелинейно с увеличением угла ориентации волокна. Сдвиг, с другой стороны, нелинейно растет с увеличением угла ориентации волокна до 45 градусов, а затем нелинейно уменьшается при дальнейшем увеличении угла ориентации волокна. Когда угол ориентации волокна уменьшается с обычных 45 до 35 градусов, наблюдается уменьшение прочности на сдвиг на величину всего около 5 процентов, но при этом прочность в продольном направлении растет на 30 процентов. По мере дальнейшего уменьшения угла ориентации волокна до 15 градусов, такая увязка сохраняется, при этом процент снижения прочности на сдвиг меньше, чем процент снижения прочности в продольном направлении.
[07] На Фиг. 3 и 4 приведены общие результаты испытаний, проведенных заявителем. Каждое испытание проводили на серии композитных образцов, имеющих α-волокна, ориентированные под углом α=5 градусов, γ-волокна, ориентированные под углом γ=90 градусов, и β-волокна, ориентированные под углами, изменяемыми в диапазоне от 15 до 45 градусов. На Фиг. 3 и 4, по горизонтальной оси указаны образцы с различно ориентацией волокон α/β/γ по мере увеличения угла β от 15 до 45 градусов, а по вертикальной оси указаны значения прочности в продольном направлении.
На Фиг. 3 приведены общие результаты испытаний на растяжение с концентратором напряжений в виде большого надреза, выполненные на серии композитных образцов. Испытания на растяжение с концентратором напряжений в виде большого надреза имитирует повреждение, проникающее вглубь материала и вызывающее разрыв армирующих волокон. Эти испытания позволяют получить данные о продольной прочности поврежденного образца. Темным квадратом отмечена прочность образца с обычной ориентацией волокон 0/45/90. В процентном соотношении, 50% волокон имеют ориентацию 0 градусов, 40% волокон - ±45 градусов, и 10% - это волокна с углом ориентации 90 градусов (т.е. 50/40/10%). Однако наблюдалось расслоение такого образца.
Чтобы предотвратить расслаивание образца 0/45/90, это процентное соотношение волокон изменили на 30/60/10%. Результаты испытаний для образца 0/45/90 показаны в виде темного кружка. Несмотря на то, что расслаивание образца было предотвращено, продольная прочность снизилась.
[08] Испытания на растяжение образцов с большим надрезом проводили на различных образцах, имеющих углы ориентации β-волокон от 15 до 40 градусов. Кроме того, в этих образцах процентное содержание β-волокон превышало содержание α-волокон (т.е. "мягкие" слоистые материалы). Общие результаты таких испытаний, проведенных на образцах мягких слоистых материалов с ориентацией волокон α/β/γ, показаны в виде светлых кружков. По результатам можно видеть, что в образцах продольная прочность выше, чем у образца мягкого слоистого материала с ориентацией волокон 0/45/90, но ниже, чем у образца твердого слоистого материала с ориентацией волокон 0/45/90.
Испытания на растяжение образцов с большим надрезом проводили на нескольких образцах, в которых доля α-волокон превышала долю β-волокон (т.е. «твердые» слоистые материалы). Общие результаты этих испытаний на образцах твердых слоистых материалов с ориентацией волокон α/β/γ показаны в виде светлых прямоугольников. По результатам можно видеть, что образцы с ориентацией β от 15 до 35 градусов обладают более высокой продольной прочностью, чем образец твердого слоистого материала с ориентацией волокон 0/45/90. По какой-то причине максимальная прочность была у образца твердого слоистого материала α/β/γ при значении β=25 градусов.
Указанные испытания показали, что количество слоев твердого слоистого материала с ориентацией волокон 5/25/90 можно уменьшить, обеспечив при этом такую же продольную прочность, как и у твердого слоистого материала с ориентацией волокон 0/45/90. Однако, поскольку твердый слоистый материал с ориентацией 5/25/90 имеет меньше слоев, чем твердый слоистый материал 0/45/90, он получается тоньше и легче. Кроме того, твердый слоистый материал с ориентацией волокон 5/25/90 имеет более высокую стойкость к разрушению путем отслаивания.
[09] На Фиг. 4 приведены общие результаты испытаний на растяжение с концентратором напряжений в виде заполненного отверстия. Заполненное отверстие в образце можно создать, например, просверлив в образце отверстие и вставив в него болт. При просверливании отверстия разрезают армирующие волокна, но образец не считается поврежденным. Таким образом, такое испытание позволяет получить информацию о продольной прочности неповрежденного образца.
Твердые слоистые материалы (представленные в виде светлых и темных квадратов) имеют более высокую продольную прочность, чем мягкие слоистые материалы (представленные светлыми и темными кружками). Кроме того, твердый слоистый материал, имеющий β-волокна, ориентированные под углом β=20 градусов, обладает продольной прочностью, подобной продольной прочности обычного твердого слоистого материала 0/45/90 (показан темным прямоугольником).
На Фиг. 5 приведена схема способа изготовления слоистой панели. На блоке 510 формируют пакет слоев. Этот пакет содержит слои α-волокна, слои β-волокна и слои γ-волокна. Армирующие волокна могут пропитывать смолой до или после укладки.
Указанные слои указанных армированных волокон можно располагать на оснастке (например, на оправку или пресс-форму). В некоторых вариантах реализации изобретения, каждый слой может представлять собой однонаправленную ленту с волокнами, ориентированными в одном направлении. В других вариантах реализации изобретения каждый слой может представлять собой переплетение волокон, ориентированных в более, чем одном направлении. Например, переплетение волокон может иметь некоторые волокна, ориентированные под углом +α, а другие волокна - под углом -α. В других вариантах реализации изобретения, «картриджи» могут содержать предварительно пакетированные слои с правильной ориентацией волокон (например, +α и -α) относительно оси x.
[10] Оси 1 слоев можно выровнять вдоль оси x многослойной панели, т.е. оси 1 могут быть выровнены с направлением действия основной нагрузки.
В блоке 520 на Фиг. 5 пакет слоев подвергают отверждению для получения композитной многослойной панели. В блоке 530 многослойную панель подвергают при необходимости механической обработке. Например, в многослойной панели можно просверлить или прорезать крепежные отверстия или иные отверстия. β-волокна предотвращают или замедляют процесс продольного расслоения вблизи этих отверстий. Расслоение можно также предотвратить или замедлить посредством α-волокон, ориентированных под углом а величиной от 2 до 12 градусов.
На Фиг. 6 приведен пример пакета 610 слоев, который имеет следующий порядок укладки: [β, γ, -β, α, α, β, -α, -α, -β, α, α, β, -α, -α, -β, α, α,]s. где символ "s" означает симметрию. Т.е. слои выше средней плоскости многослойной панели могу представлять собой зеркальное отражение слоев ниже средней плоскости.
Данный пример приведен с простой целью показать, что каждый слой содержит волокна одной и той же ориентации, и что различные слои имеют различную ориентацию волокон. В этом конкретном примере распределение волокон следующее: 60% α-волокна, 30% β-волокна, и 10% γ-волокна (т.е. 60/30/10%). В других примерах может быть другой порядок укладки слоев и другие процентные соотношения волокон.
На Фиг. 8 приведена схема многослойной панели, которая может быть использована в конструкции, имеющей основное направление действия нагрузки. Одним из примеров такой конструкции является вытянутая балка, имеющая направление действия основной нагрузки вдоль ее продольной оси. В некоторых вариантах реализации изобретения такая балка содержит ребро 810, по меньшей мере, один фланец 820 и, по меньшей мере, одну композитную накладку 830. Ребро 810 и фланец (фланцы) 820 могут быть выполнены из металла или композиционного материала. По меньшей мере одна накладка 830 содержит α-волокна и β-волокна, ориентированные относительно направления действия основной нагрузки балки. Накладка 830 также может содержать γ-волокна.
[11] Указанные варианты реализации изобретения не ограничены конкретной геометрической формой. Примеры геометрической формы балки включают без ограничения притязаний трапециевидный каркас, C-образный канал, Z-образные балки, J-образные балки, тавровые и двутавровые балки, а также балки, усиленные пластинами. На Фиг. 8 изображены трапециевидный каркас 800a, Z-образная балка 800b и C-образные канал 800.
В других вариантах реализации изобретения, балка представляет собой коробчатую балку, содержащую придающую жесткость коробчатую опорную конструкцию и по меньшей мере одну композитную многослойную панель, закрывающую каркас. По меньшей мере одна панель содержит α-волокна и β-волокна, ориентированные относительно направления действия основной нагрузки коробчатой балки.
На Фиг. 7 изображено крыло 700 летательного аппарата, содержащего корпус 710 крыла (представляющий собой коробчатую балку), входную кромку 720 и выходную кромку 730. Корпус 710 содержит опорную конструкцию лонжеронов 712 (т.е. передний и задний лонжероны) и нервюры 714. Лонжероны 712 вытянуты в направлении размаха крыла, а нервюры 714 расположены между лонжеронами 712 в направлении хорды. Корпус 710 крыла может иметь многолонжеронную или многонервюрную конфигурацию. Многонервюрная конфигурация предпочтительна для промышленных летательных аппаратов, характеризующихся большими удлинениями крыла.
Корпус 710 крыла дополнительно содержит композитную обшивку 716, покрывающую лонжероны 712 и нервюры 714. Обшивка 716 может также содержать верхнюю обшивку 716a и нижнюю обшивку 716b.
[12] Во время эксплуатации крыло подвергается воздействию изгибающих и крутящих нагрузок. Например, порывы ветра или иные большие нагрузки могут заставить крыло 700 изгибаться вверх, подвергая верхнюю обшивку 716a продольному сжатию, а нижнюю обшивку 716b продольному растяжению. Изгибающие нагрузки являются основными. Для сопротивления продольным нагрузкам каждая обшивка 716a и 716b состоит из одной или нескольких многослойных композитных панелей, содержащих α-волокна, и β-волокна, ориентированные под соответствующими углами относительно направления действия основной нагрузки. Такие α-волокна обеспечивают прочность на изгиб, поскольку они несут большую часть продольной нагрузки.
β-волокна подавляют процесс продольного расслоения обшивки, который в противном случае может происходить, когда оболочка 716 подвергается проникающему вглубь повреждению и волокна разрываются. Такие β-волокна могут также увеличивать прочность на сдвиг, прочность на кручение и жесткость на изгиб.
Поскольку β-волокна также несут некоторую продольную нагрузку, количество слоев α-волокон можно сократить, не ухудшая при этом прочность и жесткость на изгиб и не ухудшая стойкость к разрушению по сравнению с обычным твердым слоистым материалом с углами ориентации волокон 0/45/90. Уменьшая количество слоев α-волокон, плотность и вес обшивки 716 уменьшаются. Использование такой обшивки 716 вместо обычных панелей с углами ориентации волокон 0/45/90 может привести к уменьшению веса конструкции в несколько тысяч фунтов. Такое уменьшение веса очень необходимо, поскольку оно позволяет снизить расходы на топливо и другие расходы при эксплуатации летательного аппарата.
В некоторых вариантах реализации изобретения оболочка 716 может быть немного разбалансирована. В некоторых вариантах реализации изобретения оболочка может быть немного несимметричной.
[13] Придающая жесткость опорная конструкция корпуса крыла 710 может дополнительно содержать стрингеры 718, которые выполняют функции, включающие в себя, без ограничения, обеспечение жесткости обшивки 716. Стрингеры 718 могут также быть вытянуты в направлении размаха крыла.
Лонжероны 712, нервюры 714 и стрингеры 718 могут быть выполнены из металла или сбалансированного композиционного материала. Стрингеры 718 могут быть выполнены в виде балок, имеющих накладки, фланцы и полки. Накладки 718 можно изготовить из панелей композиционного материала, содержащих α-волокна, β-волокна и γ-волокна, ориентированные относительно продольной оси соответствующих стрингеров 718.
Для вариантов реализации изобретения, в которых стингеры 718 можно изготавливать из композиционного материала, стрингеры 718 могут быть выполнены за единое целое с обшивкой 716. Во время формирования пакета слоев, армирующие волокна для стрингеров 718 могут быть размещены на армирующих волокнах для обшивки 716.
Лонжероны 712 могут содержать накладки, изготовленные из композиционного материала, имеющего слои α-волокон, β-волокон и γ-волокон. Нервюры 714 могут содержать хорды, изготовленные из композиционного материала, имеющего слои α-волокон, β-волокон и γ-волокон.
Заявленное изобретение далее содержит конструкции, изложенные ниже:
Раскрыта композитная многослойная панель, содержащая первое множество слоев армирующих волокон для обеспечения продольной прочности относительно направления действия основной нагрузки, и второе множество армирующих слоев, ориентированных под углами ±β относительно направления действия основной нагрузки, при этом величина β составляет от 15 до 35 градусов.
[14] Величина β может составлять примерно 25 градусов. Углы ориентации β-волокон могут быть нечеткие. Армирующие волокна первого множество слоев могут быть ориентированы под углами ±α относительно направления действия основной нагрузки, при этом α составляет величину от 2 до 12 градусов. Углы ориентации α-волокон могут быть нечеткие.
Панель может дополнительно содержать третье множество слоев армирующих волокон, ориентированных под углом γ относительно направления действия основной нагрузки, где γ составляет величину от 87 до 92 градусов.
Указанная панель может дополнительно содержать матрицу, при этом волокна внедрены в эту матрицу.
Матрица может представлять собой полимерную матрицу, при этом волокна могут представлять углеродные волокна, внедренные в полимерную матрицу.
В первом множестве слоев процентная доля волокон может превышать долю волокон во втором множестве слоев.
[15] Также раскрыта конструкция, имеющая направление действия основной нагрузки, при этом указанная конструкция содержит многослойную композитную панель, содержащую множество слоев α-волокон, ориентированных под углами +α и -α относительно ости x; и множество слоев β-волокон, ориентированных под углами +β и -β относительно оси x, где β составляет величину от 15 до 35 градусов, и где α равно 0 градусов или составляет величину от 2 до 12 градусов.
Конструкция может дополнительно содержать придающую жесткость опорную конструкцию коробчатой балки, подвергаемую изгибу, создающему продольные силы вдоль оси x, при этом панель прикреплена к придающей жесткость опорной конструкции.
Конструкция может дополнительно содержать балку, имеющую ребро и фланец, при этом панель прикреплена к фланцу в виде накладки.
Также раскрыта коробчатая балка, содержащая опорную конструкцию, придающую жесткость; первую многослойную панель, закрывающую одну сторону опорной конструкции; и вторую многослойную панель, закрывающую противоположную сторону опорной конструкции, при этом каждая панель содержит первое множество армирующих волокон, ориентированных под углом от 15 до 35 градусов относительно продольной оси опорной конструкции.
Каждая панель может дополнительно содержать второе множество армирующих волокон, ориентированных под углом от 2 до 12 градусов относительно продольной оси опорной конструкции.
[16] Во втором множестве слоев процентная доля волокон может превышать долю волокон в первом множестве.
Также раскрыт способ формирования панели, имеющей ось x, при этом способ включает формирование пакета слоев, включающего в себя первое множество армирующих волокон, ориентированных под углом ±α относительно оси x, и второе множество армирующих волокон, ориентированных под углом ±β относительно оси x, где β составляет величину от 15 до 35 градусов, а α равно 0 или составляет величину от 2 до 12 градусов.
Указанный способ может дополнительно содержать укладку третьего множества волокон под углом γ относительно оси x, при этом γ составляет величину от 87 до 92 градусов.
Способ может дополнительно содержать укладку выполненных за одно целое элементов жесткости на пакет слоев.
Способ может дополнительно содержать внедрение волокон в смолу и отверждение пакета слоев.
Способ может дополнительно содержать обрезку волокон в отвержденном пакете слоев.
Изобретение относится к летательным аппаратам и касается крыльев из композитных многослойных панелей. Композитная многослойная панель содержит первое множество слоев армирующих волокон, ориентированных под средним углом α, и второе множество армирующих волокон, ориентированных под углами ±β относительно направления основной нагрузки. Причем α составляет 0 градусов относительно направления основной нагрузки, а β составляет величину от 15 до 35 градусов. Достигается уменьшение веса обшивки крыла, не ухудшая прочности на изгиб, жесткости при изгибе и стойкости к разрушению. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.
1. Композитная многослойная панель (110), содержащая первое множество слоев (10) армирующих волокон (12), ориентированных под средним углом α, равным 0 градусов относительно направления основной нагрузки, и второе множество армирующих волокон (12), ориентированных под углами ±β относительно направления основной нагрузки, где β составляет величину от 15 до 35 градусов.
2. Панель (110) по п. 1, в которой величина β равна примерно 25 градусам.
3. Панель (110) по любому из пп. 1 и 2, в которой углы ориентации β-волокон нечеткие.
4. Панель (110) по п. 1, в которой первое множество слоев (10) армирующих волокон (12) ориентировано под углами ±α относительно направления основной нагрузки, где α составляет величину от 2 до 12 градусов.
5. Панель (110) по п. 4, в которой углы ориентации α-волокон нечеткие.
6. Панель (110) по п. 1, также содержащая третье множество слоев (10) армирующих волокон (12), ориентированных под углом γ относительно направления основной нагрузки, где γ составляет величину от 87 до 92 градусов.
7. Панель (110) по п. 1, также содержащая матрицу, причем волокна (12) внедрены в матрицу.
8. Панель (110) по п. 7, в которой матрица представляет собой полимерную матрицу, и в которой волокна (12) содержат углеродные волокна (12), внедренные в полимерную матрицу.
9. Панель (110) по п. 1, в которой в первом множестве использовано более высокое процентное содержание волокон, чем во втором множестве.
10. Способ формирования панели (110), имеющей ось x, включающий формирование пакета слоев, содержащих первое множество армирующих волокон (12), ориентированных под средним углом α относительно оси x, и второе множество армирующих волокон (12), ориентированных под углом ±β относительно оси x, где β составляет величину от 15 до 35 градусов, а α равно 0 градусов.
11. Способ по п. 10, также включающий укладку третьего множества волокон (12) под углом γ относительно оси x, где γ составляет величину от 87 до 92 градусов.
12. Способ по любому из пп. 10 и 11, также включающий укладку выполненных за одно целое элементов жесткости на пакет (610) слоев.
13. Способ по п. 10, также включающий внедрение волокон (12) в смолу и отверждение пакета (610) слоев.
14. Способ по п. 13, также включающий резку волокон (12) в отвержденном пакете (610) слоев.
| US 2006222837 A1, 05.10.2006 | |||
| US 2010219294 A1, 02.09.2010 | |||
| КРЫЛО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА | 2000 |
|
RU2191137C2 |
