ЗАКОНЦОВКА КРЫЛА САМОЛЕТА Российский патент 2025 года по МПК B64C3/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Изобретение относится к области авиастроения, в частности, к конструкции законцовки крыла самолета, выполненной из полимерного композиционного материала, преимущественно для крыла широкофюзеляжного дальнемагистрального самолета.

[0002] Настоящее изобретение может быть использовано в конструкциях концевых частей крыла самолета, выполненных из полимерных композиционных материалов, обеспечивающих снижение аэродинамического сопротивления крыла самолета, а также экономию топлива при эксплуатации самолета.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] В известном уровне техники для обеспечения жесткости обшивки и сохранения аэродинамической формы при изменении нагрузки на рабочие поверхности законцовки крыла, в конструкции, как правило, применяются металлические материалы. Такая конструкция законцовки предполагает применение большого количества деталей, в том числе и крепежа, что сильно увеличивает вес конструкции. Для аэродинамических конструкций сложной формы применение металла в изготовлении каркаса и обшивки увеличивает сложность их изготовления, что, в свою очередь, увеличивает конечную стоимость изделия.

[0004] Из уровня техники известна законцовка крыла, в которой концевая часть кромки законцовки крыла формируется в матрице типа «мама». Сначала укладывается первый слой препрега, который является внешним слоем законцовки крыла и соответствует теоретическому контуру самолета, затем укладывается вторичный слой препрега, огибающего первый выложенный слой. Этот слой в свою очередь обернут и зажат препрегом пред-внутреннего слоя, и препрегом внутреннего слоя [CN217575589U, дата публикации 14.10.2022].

[0005] Недостаток конструкции заключается в том, что материал необходимо выкладывать в матрицу типа «мама», имеющую внутреннюю полость для выкладки. Это способствует сползанию материала со стенок матрицы, а также образованию пустот при выкладке материала, в которых скапливается связующее при окончательной формовке, что может приводить к неоднородной внешней поверхности кромки крыла.

[0006] Известна конструкция законцовки крыла из композитного материала, которая включает в себя обшивку, пенопластовый наполнитель, концевой лонжерон и хвостовую кромку, при этом пенопластовый наполнитель представляет собой механически обработанную деталь переменного сечения, повторяющую форму законцовки крыла. Одна сторона пенопластового наполнителя соединена с концевым лонжероном, другая сторона пенопластового наполнителя соединена с хвостовой кромкой. Снаружи эта конструкция покрыта верхней и нижней обшивками, которые изготовлены из эпоксидной смолы. Пенопластовый наполнитель, концевой лонжерон и хвостовая кромка соединены, образуя единую структуру законцовки крыла [CN114368469A, дата публикации 19.04.2022].

[0007] Недостаток конструкции заключается в том, что этот метод приводит к увеличению массы законцовки, а также увеличению трудоемкости изготовления пенопластовой вставки, имеющей большую площадь обрабатываемой поверхности.

[0008] Известно устройство законцовки крыла самолета, содержащее монолитный каркас, выполненный из полимерной матрицы с армирующим волокном, включающий передний и задний лонжерон, обшивку, образующую непрерывную поверхность внешней линии формы, распространяющуюся назад от передней кромки законцовки на расстояние, составляющее 60% длины хорды, и внутренний компонент, расположенный между поверхностями обшивки и выполненный за одно целое с ней [US2016031551A1, дата публикации 04.02.2016].

[0009] Недостаток конструкции заключается в том, что такая конструкция повышает сложность технологического процесса изготовления законцовки.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании законцовки из полимерных композиционных материалов для крыла широкофюзеляжного дальнемагистрального самолета.

[0011] Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, состоит в уменьшении веса законцовки крыла самолета с сохранением прочностных характеристик при увеличенных габаритах конечной конструкции.

[0012] Заявляемый технический результат достигается за счет того, что законцовка крыла самолета, включает кессон, состоящий из трех лонжеронов, верхней и нижней панели, выполненных из полимерного композиционного материала, при этом средний лонжерон выполняет роль стрингера для верхней и нижней панели;

носовую часть, состыкованную с кессоном законцовки, состоящую из концевой и корневой зоны, при этом корневая зона включает четыре алюминиевые диафрагмы, соединенные стенкой, выполненной из полимерного композиционного материала, верхние и нижние панели, выполненные из полимерного композиционного материала, закрепленные по торцам на алюминиевых диафрагмах, по задней кромке – на алюминиевые ленты, установленные для стыковки с панелями кессона законцовки, по передней кромке – на стенку, алюминиевые лобовики, сопрягающие верхние и нижние панели, концевая зона включает алюминиевую диафрагму и алюминиевые лобовики, формирующие переднюю кромку;

хвостовую часть, состыкованную с кессоном законцовки, состоящую из концевой и корневой зоны, при этом концевая зона сформирована трёхслойной сотовой панелью с обшивками из полимерного композиционного материала и сотовым заполнителем, по задней кромке установлен сухарь из полимерного композиционного материала для сопряжения верхней и нижней панели, стыковка с панелями кессона законцовки выполнена с помощью перестыковочных алюминиевых лент, корневая зона включает три алюминиевые диафрагмы, соединенные стенкой из полимерного композиционного материала, верхнюю и нижнюю панель из полимерного композиционного материала, стыковка с панелями кессона выполнена с помощью перестыковочных алюминиевых лент, причем концевая и корневая зона стыкуются между собой через алюминиевую диафрагму.

[0013] Применение силовой схемы из лонжеронов и панелей, выполненных из полимерных композиционных материалов, в совокупности с применением лобовиков и других элементов конструкции законцовки, выполненных из алюминиевых сплавов, позволяет добиться уменьшения веса конструкции законцовки с сохранением прочностных характеристик при увеличенных габаритах конечной конструкции.

[0014] Кроме того, в частном случае реализации изобретения, торец законцовки закрыт алюминиевой концевой нервюрой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] На чертежах, поясняющих сущность изобретения, изображены:

фиг. 1 – силовой набор законцовки;

фиг. 2 – общий вид законцовки (вид сверху);

фиг. 3 – общий вид законцовки (вид снизу)

[0016] На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:

1 – передний лонжерон кессона законцовки

2 – задний лонжерон кессона законцовки

3 – средний лонжерон кессона законцовки

4 – верхняя панель кессона законцовки

5 – нижняя панель кессона законцовки

6 – носовая часть законцовки

7 – хвостовая часть законцовки

8 – концевая зона носовой части законцовки

9 – корневая зона носовой части законцовки

10 – верхняя панель концевой зоны законцовки

11 – нижняя панель концевой зоны законцовки

12, 13, 14, 15, 16 – диафрагмы носовой части

17 – стенка носовой части

18 – алюминиевые ленты

19 – лобовики

20 – концевая часть хвостовой части

21 – корневая часть хвостовой части

22 – обшивка концевой части

23 – сотовый заполнитель

24 – сухарь задней кромки концевой части

25 – перестыковочные алюминиевые ленты

26, 27, 28 – диафрагмы хвостовой части законцовки

29 – верхняя панель корневой зоны хвостовой части законцовки

30 – нижняя панель корневой зоны хвостовой части законцовки

31 – стенка хвостовой части законцовки

32 – сухарь задней кромки

33 – перестыковочные алюминиевые ленты.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Осуществление изобретения поясняется приведенным ниже примером реализации с ссылками на чертежи.

[0018] Законцовка крыла самолета (фиг.1) включает в себя безнервюрный трёхлонжеронный кессон, состоящий из переднего лонжерона 1, заднего лонжерона 2, среднего лонжерона 3, верхней панели 4 и нижней панели 5.

[0019] Лонжероны 1 и 2 воспринимают перерезывающую силу и передают её на передний и задний лонжерон кессона крыла (на чертежах не показано), изгиб воспринимается растяжением нижней панели 5 кессона законцовки и сжатием верхней панели 4 кессона законцовки, а кручение воспринимается замкнутым контуром кессона законцовки. Средний лонжерон 3 выполняет роль стрингера как для верхней 4, так и для нижней панели 5.

[0020] Лонжероны 1, 2, 3 и панели 4, 5 кессона выполнены из полимерного композиционного материала из лент на основе углеродного волокна, например, РОБОЛЕН® методом вакуумной инфузии. Торец законцовки крыла самолета закрыт алюминиевой концевой нервюрой (на чертежах не показана).

[0021] Также законцовка крыла включает в себя носовую часть 6 и хвостовую часть 7, состыкованные с кессоном законцовки.

[0022] Носовая часть 6 законцовки имеет концевую 8 и корневую 9 зоны, при этом корневая зона 9 включает в себя верхние 10 и нижние 11 панели, выполненные из полимерного композиционного материала из лент на основе углеродного волокна, например, РОБОЛЕН®, панели 10 и 11 по торцам заделаны на алюминиевые диафрагмы 12 и 13, по задней кромке – на алюминиевые ленты 18, установленные для обеспечения стыковки с панелями 4 и 5 кессона законцовки, по передней кромке – на стенку 17, выполненную из полимерного композиционного материала из лент на основе углеродного волокна, например, РОБОЛЕН®. Концевая зона 8 включает в себя лобовики 19, образующие переднюю кромку носовой части 6, выполненные из алюминиевого сплава. Для подкрепления контура носовой части 6 законцовки, а также для перестыковки верхних панелей 10 и лобовиков 19, установлены пять алюминиевых диафрагм 12-16.

[0023] Хвостовая часть 7 законцовки состоит из концевой 20 и корневой 21 зоны. Концевая зона 20 сформирована трёхслойной сотовой панелью с обшивками 22 из полимерного композиционного материала и сотовым заполнителем 23, по задней кромке установлен сухарь 24 из полимерного композиционного материала. Стыковка концевой зоны 20 с панелями 10 и 11 кессона законцовки выполнена с помощью перестыковочных алюминиевых лент 25. Концевая 20 и корневая 21 зона стыкуются между собой через алюминиевую диафрагму 26.

[0024] Корневая зона 21 образована верхней 29 и нижней панелью 30 из полимерного композиционного материала, контур подкреплён тремя алюминиевыми диафрагмами 26, 27, 28 и стенкой 31 из полимерного композиционного материала, по задней кромке установлен сухарь 32. Стыковка корневой зоны 21 с панелями 10 и 11 кессона законцовки выполнена с помощью перестыковочных алюминиевых лент 33.

[0025] Безнервюрный трёхлонжеронный кессон, передний и задний лонжероны воспринимают перерезывающую силу и передают её на передний и задний лонжерон кессона крыла, изгиб воспринимается растяжением нижней панели кессона законцовки и сжатием верхней, кручение воспринимается замкнутым контуром кессона законцовки. Нагрузки от законцовки передаются на кессон крыла через cтыковочную силовую нервюру.

[0026] Для изготовления элементов конструкции из полимерного композиционного материала заявляемой законцовки отъемной части крыла самолета применяется метод вакуумной инфузии с последующим отверждением волокнистой заготовки, пропитанной термореактивным олигомерным связующим - смолой, при повышенной температуре в условиях вакуума.

[0027] Метод вакуумной инфузии (инжекции) использует силу вакуумного давления для ввода смолы в преформу. Преформа - сухая заготовка на основе волокнистого композита - изготавливается из нескольких типов армирующего наполнителя, например, однонаправленной ленты, ткани различного плетения, мультиаксиальной непереплетенной ткани. При изготовлении преформ обеспечивается требуемая сложная форма деталей, например, деталей с интегрированными элементами усиления, а также достигается максимальное объемное содержание волокна и требуемые размеры детали.

[0028] Каждая деталь из полимерного композиционного материала, входящая в законцовку, изготавливается отдельно.

[0029] Процесс изготовления деталей из полимерного композиционного материала заявляемой законцовки крыла самолета включает в себя следующие основные технологические операции:

подготовку оснастки и материала для выкладки лент из углеродного волокна;

автоматизированную выкладку пакетов лент из углеродного волокна с ориентацией слоев в укладке в соответствии с заявленной схемой;

сборку технологического пакета и формование;

сборку и позиционирование преформ на инфузионной оснастке;

предварительное формование сухой заготовки с набором;

сборку технологического пакета для вакуумной инфузии и контроль герметичности;

пропитку и формование (вакуумная инфузия);

разборку технологического пакета и снятие изделия с оснастки.

[0030] Затем изготовленные таким образом детали механически собираются между собой с получением конечного изделия.

Изобретение относится к области авиастроения, в частности к конструкции законцовки крыла самолета, выполненного из полимерного композиционного материал. Законцовка крыла самолета характеризуется тем, что включает в себя кессон, состоящий из трех лонжеронов, верхней и нижней панели, выполненных из полимерного композиционного материала, при этом средний лонжерон выполняет роль стрингера для верхней и нижней панели; носовую часть, состыкованную с кессоном законцовки, состоящую из концевой и корневой зоны. При этом корневая зона включает четыре алюминиевые диафрагмы, соединенные стенкой, выполненной из полимерного композиционного материала, верхние и нижние панели, выполненные из полимерного композиционного материала, закрепленные по торцам на алюминиевых диафрагмах, по задней кромке – на алюминиевые ленты, установленные для стыковки с панелями кессона законцовки, по передней кромке – на стенку, алюминиевые лобовики, сопрягающие верхние и нижние панели, концевая часть включает алюминиевую диафрагму и алюминиевые лобовики, формирующие переднюю кромку; хвостовую часть, состыкованную с кессоном законцовки, состоящую из концевой и корневой зоны. При этом концевая зона сформирована трёхслойной сотовой панелью с обшивками из полимерного композиционного материала и сотовым заполнителем, по задней кромке установлен сухарь из полимерного композиционного материала для сопряжения верхней и нижней панели. Стыковка с панелями кессона законцовки выполнена с помощью перестыковочных алюминиевых лент, корневая зона включает три алюминиевые диафрагмы, соединенные стенкой из полимерного композиционного материала, верхнюю и нижнюю панель из полимерного композиционного материала, стыковка с панелями кессона выполнена с помощью перестыковочных алюминиевых лент, причем концевая и корневая зона стыкуются между собой через алюминиевую диафрагму. Технический результат – уменьшение веса законцовки крыла самолета с сохранением прочностных характеристик при увеличенных габаритах конечной конструкции. 1 з.п. ф-лы., 3 ил.

1. Законцовка крыла самолета, характеризующаяся тем, что включает в себя:

кессон, состоящий из трех лонжеронов, верхней и нижней панели, выполненных из полимерного композиционного материала, при этом средний лонжерон выполняет роль стрингера для верхней и нижней панели;

носовую часть, состыкованную с кессоном законцовки, состоящую из концевой и корневой зоны, при этом корневая зона включает четыре алюминиевые диафрагмы, соединенные стенкой, выполненной из полимерного композиционного материала, верхние и нижние панели, выполненные из полимерного композиционного материала, закрепленные по торцам на алюминиевых диафрагмах, по задней кромке – на алюминиевые ленты, установленные для стыковки с панелями кессона законцовки, по передней кромке – на стенку, алюминиевые лобовики, сопрягающие верхние и нижние панели, концевая зона включает алюминиевую диафрагму и алюминиевые лобовики, формирующие переднюю кромку;

хвостовую часть, состыкованную с кессоном законцовки, состоящую из концевой и корневой зоны, при этом концевая зона сформирована трёхслойной сотовой панелью с обшивками из полимерного композиционного материала и сотовым заполнителем, по задней кромке установлен сухарь из полимерного композиционного материала для сопряжения верхней и нижней панели, стыковка с панелями кессона законцовки выполнена с помощью перестыковочных алюминиевых лент, корневая зона включает три алюминиевые диафрагмы, соединенные стенкой из полимерного композиционного материала, верхнюю и нижнюю панель из полимерного композиционного материала, стыковка с панелями кессона выполнена с помощью перестыковочных алюминиевых лент, причем концевая и корневая зона стыкуются между собой через алюминиевую диафрагму.

2. Законцовка крыла самолета по п. 1, отличающаяся тем, что торец законцовки закрыт алюминиевой концевой нервюрой.