Многослойная несущая поверхность со сборным дискретным заполнителем Российский патент 2023 года по МПК B32B5/00 B21D13/02 

Изобретение относится в первую очередь к области авиации и может быть использовано в производстве многослойных несущих поверхностей, в том числе имеющих двойную кривизну наружных поверхностей, изготовленных из металлических материалов и сплавов либо полимерных материалов, в частности может применяться, в конструкциях летательных аппаратов в качестве несущих поверхностей, таких как крыло, закрылок, предкрылок, интерцептор, элерон, флаперон, стабилизатор, руль направления, руль высоты, киль, лопасть несущего винта и т.п., а так же может быть применено в области автомобилестроения при изготовлении автомобильных спойлеров, и т.п., и судостроении при производстве подводных крыльев, килей и т.п.

Наиболее близким по технической сущности и взятое в качестве прототипа является изобретение “Многослойная несущая поверхность с дискретным заполнителем” (патент RU 2 749 312 C1, опубл. 08.06.2021)., представляющая собой объемную структуру, состоящую из обшивок и размещенных между ними двух слоев заполнителя. Каждый слой заполнителя выполнен цельным и состоит из шестигранных пирамидальных дискретных ячеек. Слои заполнителя соединены друг с другом контактными площадками, расположенными на вершинах дискретных ячеек. Контактные площадки ячеек соединенных слоев расположены в зоне нейтрального слоя сечения, а оси ячеек направлены по нормали к нейтральному слою сечения. Обшивки соединены с заполнителем в зоне контактных площадок, расположенных на ребрах основания ячеек. За счет сужения пирамидальных ячеек образованы пустоты для прокладки коммуникаций и вентиляции

Недостатками данного изобретения являются сложности создания конструкций несущих поверхностей, имеющих большую строительную высоту, либо большую относительную толщину профиля несущей поверхности при изготовлении слоёв сборного заполнителя при помощи обработки давлением, для увеличения плотности гексагональной сетки, обеспечивающей равномерное прилегание слоев обшивки к слоям сборного заполнителя.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является:

повышение надежности и прочности многослойных несущих поверхностей, слои сборного дискретного заполнителя которых изготовлены из листовых материалов при помощи обработки давлением, в случае необходимости увеличения плотности гексагональной сетки для обеспечения более равномерного прилегания контактных поверхностей внешних слоев сборного дискретного заполнителя к обшивкам, путем снижения размеров ячеек внешних слоёв сборного заполнителя, которые прилегают к обшивкам, что особенно актуально для несущих поверхностей, имеющих большую строительную высоту, либо большую относительную толщину профиля.

Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является возможность изготовление многослойных несущих поверхностей со сборным заполнителем, имеющих большую строительную высоту, либо большую относительную толщину профиля, без значительного увеличения веса конструкции и расхода материала.

Технический результат достигается тем, что многослойная несущая поверхность со сборным дискретным заполнителем, состоящая из обшивок и размещенных между ними более двух слоев сборного дискретного заполнителя, состоящих из шестигранных пирамидальных дискретных ячеек, оси которых ориентированы к хорде профиля несущей поверхности под углами, обеспечивающими равномерное прилегание слоев заполнителя к обшивкам, при этом слои дискретного заполнителя изготовлены из листовых заготовок различной толщины, изменяемой в меньшую сторону по мере приближения слоёв к нейтральной оси сечения профиля.

Для равномерного прилегания слоев заполнителя к обшивкам шестигранные основания ячеек могут быть повернуты относительно вертикальной оси ячейки.

Для равномерного прилегания слоев заполнителя к обшивкам вертикальные оси дискретных ячеек ориентированы под разными углами к основанию ячеек.

Сборный дискретный заполнитель для многослойной несущей поверхности большой высоты собирают из более чем двух слоев. При этом, требуемая высота каждого слоя соответствует технологическим требованиям изготовления дискретного заполнителя из листового материала методом обработки давлением. |Толщина листовых заготовок, из которых изготавливают слои, уменьшается по мере приближения слоёв к нейтральной оси сечения профиля несущей поверхности. Это позволяет избежать большого увеличения веса конструкции и позволяет экономить материал без снижения надежности конструкции.

Каждый слой заполнителя выполнен цельным и состоит из пирамидальных, гексагональных дискретных ячеек, оси которых ориентированы к хорде аэродинамического профиля под заданными углами, кроме того, между ячейками заполнителя за счет сужения пирамидальных ячеек образованы пустоты для прокладки коммуникаций и вентиляции.

Слои заполнителя соединены друг с другом и с обшивками контактными площадками, расположенными на вершинах дискретных ячеек.

В различных вариантах исполнения сборного многослойного дискретного заполнителя ячейки, имеющие гексагональную структуру можно ориентировать различным образом относительно передней кромки несущей поверхности, поворачивая шестигранное основание на необходимый угол относительно вертикальной оси. Также вертикальные оси дискретных ячеек можно ориентировать под разными углами к основанию обеспечивая тем самым возможность прилегания сборного дискретного заполнителя к обшивкам, имеющим двойную кривизну, обеспечивая при этом необходимую жесткость конструкции.

Сущность предлагаемого изобретения продемонстрирована чертежами, на которых изображена в качестве примера несущая поверхность крыла:

на Фиг. 1 представлен общий вид сегмента многослойной несущей поверхности со сборным равнопрочным дискретным заполнителем;

на Фиг. 2 представлена схема членения предлагаемой конструкции многослойной несущей поверхности со сборным равнопрочным дискретным заполнителем;

на Фиг. 3 представлен вид сбоку сегмента многослойной несущей поверхности со сборным равнопрочным дискретным заполнителем;

на Фиг. 4 представлен вид сбоку сегмента многослойной несущей поверхности со сборным равнопрочным дискретным заполнителем.

На фигурах обозначено позициями:

1. Передний носок;

2. Усиление нижней обшивки;

3. Усиление верхней обшивки;

4. Верхний внутренний слой дискретного заполнителя;

5. Нижний внутренний слой дискретного заполнителя;

6. Верхний внешний слой дискретного заполнителя;

7. Нижний внешний слой дискретного заполнителя;

8. Верхняя обшивка;

9. Нижняя обшивка;

10. Контактные площадки внутренних слоёв с внутренними слоями дискретного заполнителя;

11. Контактные площадки внутренних слоёв с внешними слоями дискретного заполнителя.

Многослойная несущая поверхность представляет собой объемную структуру из металлических материалов и сплавов, либо полимерных материалов, выполненную с внутренними пустотами для прокладки коммуникаций и вентиляции, состоящую из обшивок (8, 9) с местными усилениями (2, 3) или без таковых, с наличием передних носков (1) или без таковых и размещенных между ними более двух слоев сборного дискретного заполнителя (4, 5, 6, 7), изготовленного из листовых заготовок различной толщины изменяемой в меньшую сторону по мере приближения слоёв к нейтральной оси сечения профиля, состоящих из изолированных и сопряжённых ячеек, имеющих пирамидальную, гексагональную дискретную структуру, оси которых ориентированы к хорде аэродинамического профиля под заданными углами, соединённых между собой в местах контактных площадок (10, 11) расположенных на вершинах ячеек и с обшивками (8, 9), контактными площадками, расположенными на ребрах основания ячеек, посредством крепёжных элементов через отверстия, находящиеся на контактных площадках, либо без таковых, либо при помощи сварки, пайки или клеевого соединения.

Сборка конструкции состоит из следующих этапов: сначала необходимо соединить внутренние слои заполнителя (4, 5 Фиг. 2) таким образом, чтобы дискретные ячейки соприкасались соответствующими друг другу контактными площадками (10 Фиг. 3) и соединить их при помощи крепёжных элементов, для этого необходимо предварительно произвести отверстия на контактных площадках, либо, произвести соединение при помощи склеивания, сварки или пайки, после этого необходимо осуществить соединение с последующими слоями таким образом, чтобы дискретные ячейки соприкасались соответствующими друг другу контактными площадками (11 Фиг. 4) вплоть до внешних слоев заполнителя (6, 7 Фиг. 2), в результате чего получается цельная конструкция сборного заполнителя, далее осуществляется сборка с обшивками (8, 9 Фиг. 2) при помощи крепёжных элементов, либо сварки, склеивания, или спаивания, при этом в слоях обшивки в зоне максимальной строительной высоты профиля могут быть установлены местные усиления (2, 3 Фиг. 2), поскольку они в значительной степени способны повысить устойчивость обшивок без существенного увеличения массы, после чего, в случае необходимости увеличения ресурса и прочностных характеристик многослойной несущей поверхности, осуществляется установка передних носков (1 Фиг. 2), далее на торцах полученной конструкции остаётся возможность установки нервюр для соединения с общей конструкцией летательного аппарата аналогичным образом как собираются классические авиационные трёхслойные конструкции, например с сотовым заполнителем.

Изобретение относится в первую очередь к области авиации и может быть использовано в производстве многослойных несущих поверхностей, в том числе имеющих двойную кривизну наружных поверхностей, изготовленных из металлических материалов и сплавов, либо полимерных материалов. Так же может быть применено в области автомобилестроения и судостроения. Многослойная несущая поверхность состоит из обшивок и размещенных между ними более двух слоев сборного дискретного заполнителя, состоящих из шестигранных пирамидальных дискретных ячеек, оси которых ориентированы к хорде профиля несущей поверхности под углами, обеспечивающими равномерное прилегание слоев заполнителя к обшивкам. Слои дискретного заполнителя изготовлены из листовых заготовок различной толщины, изменяемой в меньшую сторону по мере приближения слоёв к нейтральной оси сечения профиля. Техническим результатом является возможность изготовление многослойных несущих поверхностей со сборным заполнителем, имеющих большую строительную высоту либо большую относительную толщину профиля, без значительного увеличения веса конструкции и расхода материала. 4 ил.

1. Многослойная несущая поверхность со сборным дискретным заполнителем, состоящая из обшивок и размещенных между ними более двух слоев сборного дискретного заполнителя, состоящих из шестигранных пирамидальных дискретных ячеек, оси которых ориентированы к хорде профиля несущей поверхности под углами, обеспечивающими равномерное прилегание слоев заполнителя к обшивкам, при этом слои дискретного заполнителя изготовлены из листовых заготовок различной толщины, изменяемой в меньшую сторону по мере приближения слоёв к нейтральной оси сечения профиля.

2. Многослойная несущая поверхность со сборным дискретным заполнителем по п. 1, отличающаяся тем, что шестигранные основания ячеек повернуты относительно вертикальной оси ячейки таким образом, чтобы было обеспечено равномерное прилегание слоев заполнителя к обшивкам.

3. Многослойная несущая поверхность со сборным дискретным заполнителем по п. 1, отличающаяся тем, что вертикальные оси дискретных ячеек ориентированы под разными углами к основанию ячеек таким образом, чтобы было обеспечено равномерное прилегание слоев заполнителя к обшивкам.