Способ быстрого склеивания ортогональных поверхностей плоской и цилиндрической деталей в беспилотном летательном аппарате Российский патент 2025 года по МПК F16B11/00 C09J5/02 

Изобретение относится к области авиационных систем, в частности к беспилотным летательным аппаратам, в частности, к способам склеивания конструктивных элементов беспилотных летательных аппаратов.

Известен способ соединения деталей склеиванием, включающий сборку деталей с образованием клеевого зазора между их склеиваемыми поверхностями, заполнение клеевого зазора клеящим веществом с последующей выдержкой полученного соединения до отверждения клеящего вещества в клеевом зазоре, при этом при сборке детали располагают вертикально, заполнение клеевого зазора клеящим веществом осуществляют подачей его по направлению от верхнего торца клеевого зазора к нижнему, причем в процессе заполнения клеевого зазора клеящим веществом в клеевой зазор по направлению от нижнего его торца к верхнему под давлением подают поток теплоносителя в виде воздушной среды, который формируют в раздаточном коллекторе, размещенном снизу относительно зазора, теплоноситель подают в клеевой зазор с температурой, оптимальной для применения используемого клеящего вещества, после заполнения зазора прекращают подачу клеящего вещества, а подачу теплоносителя продолжают в течение времени выдержки полученного соединения до отверждения клеевого вещества в клеевом зазоре. При использовании клеящих веществ низкой вязкости давление воздушной среды составляет 9,8-196 Па. При использовании клеящих веществ средней вязкости давление воздушной среды составляет 197-735 Па. При использовании клеящих веществ высокой вязкости давление воздушной среды составляет 736-1470 Па. (Патент РФ №2652487, опубл. 26.04.2019).

Известен способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом, включающий нанесение слоя клеящего вещества на склеиваемые поверхности, соединение поверхностей и выдержку под давлением до полного высыхания клеевого соединения, при этом перед нанесением слоя клеящего вещества между поверхностями склеиваемых деталей устанавливают прокладки, выполненные из затвердевшего клеящего вещества толщиной, соответствующей величине зазора. (Патент РФ №2257292, опубл. 27.07.2005).

Известен способ склеивания стрингеров из алюминиевого сплава или отвержденного композиционного материала с панелью обшивки из алюминиевого сплава без использования автоклава с получением крупногабаритного конструктивного компонента для летательного аппарата, включающий в себя следующие этапы: нанесение по меньшей мере одной клейкой пленки в области мест соединения стрингеров и панели обшивки, причем клейкая пленка выполнена в виде каркасной ткани, пропитанной эпоксидной смолой, размещение и выравнивание стрингеров и панели обшивки относительно друг друга на опорной конструкции, покрытие выровненных стрингеров и выравненной панели обшивки вакуумной пленкой с получением вакуумного мешка, причем вакуумную пленку наносят непосредственно на стрингеры и панель обшивки, предназначенные для склеивания друг с другом, создание частичного вакуума с давлением Р_{внутреннее} в вакуумном мешке для приложения достаточного контактного давления к стрингерами панели обшивки при помощи давления окружающего воздуха Р_{окружающего воздуха} и отверждение по меньшей мере одной клейкой пленки для окончательного склеивания друг с другом стрингеров и панели обшивки), причем отверждение по меньшей мере одной клейкой пленки осуществляют при температуре выше комнатной. (Патент №2425778, опубл. 10.08.2011).

За прототип выбран способ получения клеевого соединения деталей, включающий сборку деталей с образованием клеевого зазора между их склеиваемыми поверхностями, заполнение клеевого зазора клеящим веществом с последующей выдержкой полученного соединения для отверждения клеящего вещества и формирования клеевого шва, при этом после сборки деталей, перед заполнением клеевого зазора клеящим веществом, в клеевом зазоре образуют из клеящего вещества кольцевую перемычку, обеспечивающую относительную фиксацию собранных деталей, а после ее отверждения формируют в кольцевом зазоре клеевой шов при воздействии избыточно-вакуумметрического давления. Для образования перемычки клеящее вещество размещают на внутренней поверхности охватывающей детали, после чего в ее отверстие вводят нагретую до температуры, оптимальной для отверждения используемого клеящего вещества, охватываемую деталь, до контакта ее наружной поверхности с клеящим веществом, после получения такой сборки проводят ее выдержку для отверждения клеевого слоя кольцевой перемычки. (Патент РФ №2751979, опубл.21.07.21).

К общим недостаткам известных способов следует отнести сложность технологического процесса.

Задача - разработка способа быстрого склеивания вертикальной и горизонтальной поверхностей деталей в беспилотном летательном аппарате.

Технический результат - возможность быстрого получения герметичного и прочного соединения путем склеивания ортогональных поверхностей плоской и цилиндрической деталей в беспилотном летательном аппарате (БЛА).

Технический результат достигается способом быстрого склеивания ортогональных поверхностей плоской и цилиндрической деталей в беспилотном летательном аппарате, включающий сборку деталей и формирование клеевого шва, при этом на плоской детали выполняют отверстие с диаметром, равным внешнему диаметру сопрягаемой цилиндрической детали, в отверстии выполняют пазы шириной 0,25-2,0 мм и шагом 1-5 ширины паза, осуществляют точное позиционирование деталей относительно друг друга с помощью тугой посадки, выполняют кольцевую перемычку из цианоакрилатного клея-геля на стороне стыковки цилиндрической и плоской поверхностей, переворачивают детали и с обратной стороны в пазы заливают секундный клей, выдерживают до отверждения и повторяют заливку секундным клеем оставшихся неравномерно заполненных пустот в пазах.

Склеивание - широко используемый способ соединения различных материалов, имеющий особо важное значение в области производства беспилотных летательных аппаратов.

Склеенные изделия обладают хорошей герметичностью и высокой коррозионной стойкостью.

Изобретение поясняется фигурами, где на фиг.1 изображен общий вид склеивания ортогональных поверхностей плоской и цилиндрических деталей, на фиг.2 - соединение лонжерона и нервюры крыла, на фиг.3 - соединение нервюры и трубчатого лонжерона консоли.

Изобретение состоит из 1 - плоская деталь, 2 - цилиндрическая деталь, 3 - шлицевые пазы.

Способ быстрого склеивания ортогональных поверхностей плоской и цилиндрической деталей в беспилотном летательном аппарате осуществляется выполнением на плоской детали отверстия диаметром, равным внешнему диаметру цилиндрической детали. В отверстии выполняются пазы шириной 0,25-2,0 мм и шагом, равным 1-5 ширины паза. Соотношение ширины паза и шага определяется предполагаемой нагрузкой на узел. При увеличении нагрузки на узел, например момент до 90 Н/М, соотношение ширины пазов и шага выполняется минимальным, т.е. ширина паза равна 0,25 мм и шаг выбирается однократным, т.е. 0,25 мм. При нагрузке моментом кручения узла в 30…50 Н/М, соотношение размера пазов и шага максимальное, т.е. пазы шириной 2,0 мм с пятикратным шагом между ними, т.е. 10,0 мм.

При склеивании высоко нагруженных узлов, таких как нервюры элеронов, стрингеры, консоли с высокой удельной нагрузкой, необходимо выполнить пазы шириной 0,5 мм с шагом между ними в 0,5 мм, что будет достаточным для получения заявленной прочности узла. Для слабо и средненагруженных узлов, таких как нервюры крыла, шпангоуты, каркасные силовые элементы, секции фюзеляжа и консоли с низкой удельной нагрузкой, выполняют пазы размером 2,0 мм с пятикратным шагом между ними, т.е. в 10,0 мм. Так же следует учитывать толщину плоских деталей. Чем больше толщина плоской детали, тем мельче может быть ширина паза. Чем меньше толщина плоской детали, тем больше может быть ширина паза. Величина шага между пазами зависит от величины нагрузки на узел, чем выше нагрузка, тем меньше шаг. Точное позиционирование деталей относительно друг друга осуществляется с помощью тугой посадки, выполняется кольцевая перемычка из цианокрилатного клея-геля на стороне стыковки цилиндрической и плоской поверхностей. Благодаря гелеобразной консистенции, клей не течет, схватывается немного дольше, чем секундный клей (до полного высыхания выдерживают до одной минуты), что делает возможной коррекцию деталей при склеивании, в случае необходимости. После его высыхания детали переворачивают и с обратной стороны в пазы заливают секундный клей. Клей застывает, и при этом в пазах наблюдается их неравномерное заполнение клеем. После высыхание заливку повторяют второй раз. В результате заявленного способа обеспечивается 100%-ое пятно контакта поверхности пазов, т.к. в результате получаются «заливные шлицевые соединения», которые сформировались за счет принятия секундным клеем формы пазов. Увеличивалась площадь контакта по сравнению со стандартными клеевыми соединениями, т.е. добавилась площадь склеиваемых шлицев. Высокая скорость получения прочного и герметичного соединения, примерно 1-3 минуты.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Выполнялось соединение лонжерона (трубка карбоновая с внешним диаметром 16 мм) и нервюры крыла (фанера толщиной 6 мм), фиг.2.

На плоской детали - нервюры из фанеры, толщиной 5,0 мм, выполняли отверстие с радиусом 16 мм. В отверстии нервюры нарезали пазы шириной 0,5 мм и шагом между ними 0,5 мм. Осуществляли точное позиционирование лонжерона с нервюрой посредством тугой посадки и на их стыке выполняли кольцевую перемычку из цианокрилатного клея-геля. Дожидались высыхания, примерно 1 минуту. Далее переворачивали склеенные детали и с обратной стороны в пазы заливали секундный клей, дожидались высыхания, и повторяли заливку, тем самым создавая внутреннюю шлицевую герметизацию. Момент удержания соответствовал 90 Н/м. Проверка соединения испытывалась на деталях из фанеры большей площади, дабы избежать преждевременного разрушения нервюры.

Пример 2.

Выполнялось соединение нервюры и трубчатого лонжерона консоли, фиг.3. Габариты консоли 1500 мм × 350 мм, материал нервюр - фанера толщиной 3,0 мм, лонжерон из углепластиковой трубы с внешним диаметром 40,0 мм и толщиной стенки 1,0 мм. На нервюре выполняли отверстие диаметром 40,0 мм, внутри которого нарезали пазы шириной 1,5 мм и шагом между ними 4,5 мм. Осуществляли точное позиционирование консоли с основанием посредством тугой посадки и на их стыке выполняли кольцевую перемычку из цианоакрилатного клея-геля. Дожидались высыхания, примерно 1 минуту. Далее переворачивали склеенные детали и с обратной стороны в пазы заливали секундный клей, дожидались высыхания, и повторяли заливку, тем самым создавая внутреннюю шлицевую герметизацию. Момент удержания соответствовал 40 Н/м. Испытания соединения проводили с использованием детали из фанеры большей площади для предотвращения преждевременного разрушения нервюры.

Таким образом, заявленный способ склеивания деталей в беспилотном летательном аппарате обеспечивает возможность быстрого получения герметичного и прочного соединения путем склеивания ортогональных поверхностей плоской и цилиндрической деталей в беспилотном летательном аппарате (БЛА).

Изобретение относится к области авиационных систем, в частности к беспилотным летательным аппаратам, в частности к способам склеивания конструктивных элементов беспилотных летательных аппаратов. Сущность: на плоской детали выполняют отверстие с диаметром, равным внешнему диаметру сопрягаемой цилиндрической детали, в отверстии выполняют пазы шириной 0,25-2,0 мм и шагом 1-5 ширины паза, осуществляют точное позиционирование деталей относительно друг друга с помощью тугой посадки, выполняют кольцевую перемычку из цианоакрилатного клея-геля на стороне стыковки цилиндрической и плоской поверхностей, переворачивают детали и с обратной стороны в пазы заливают секундный клей, выдерживают до отверждения и повторяют заливку секундным клеем оставшихся неравномерно заполненных пустот в пазах. Технический результат: возможность быстрого получения герметичного и прочного соединения путем склеивания ортогональных поверхностей плоской и цилиндрической деталей в беспилотном летательном аппарате (БЛА). 3 ил.

Способ быстрого склеивания ортогональных поверхностей плоской и цилиндрической деталей в беспилотном летательном аппарате, включающий сборку деталей и формирование клеевого шва, отличающийся тем, что на плоской детали выполняют отверстие с диаметром, равным внешнему диаметру сопрягаемой цилиндрической детали, в отверстии выполняют пазы шириной 0,25-2,0 мм и шагом 1-5 ширины паза, осуществляют точное позиционирование деталей относительно друг друга с помощью тугой посадки, выполняют кольцевую перемычку из цианоакрилатного клея-геля на стороне стыковки цилиндрической и плоской поверхностей, переворачивают детали и с обратной стороны в пазы заливают секундный клей, выдерживают до отверждения и повторяют заливку секундным клеем оставшихся неравномерно заполненных пустот в пазах.