Способ получения слоистого материала с взаимно смещенными слоями

Изобретение относится к слоистым материалам. Предложен способ изготовления слоистого материала для панели фюзеляжа воздушного судна. Слоистый материла состоит из пакета чередующихся слоев металла и связующих слоев пластика. В пресс-форму укладывают стопой первый ряд слоев один поверх другого, затем укладывают стопой поверх первого ряда слоев, по меньшей мере, второй ряд слоев с образованием пакета слоев. При этом, по меньшей мере, на одном краю пакета, по меньшей мере, один из рядов смещают обратной ступенькой относительно первого ряда слоев. Возле смещенного обратной ступенькой ряда слоев на первом ряду слоев располагают вспомогательный инструмент с образованием зазора между смещенным обратной ступенькой рядом и обращенной к нему стороной вспомогательного инструмента. Затем увеличивают температуру и давление на пакет с обеспечением текучести связующего в связующих слоях пластика и скопления некоторого количества связующего из смещенного обратной ступенькой ряда в зазоре. Предложена также панель фюзеляжа воздушного судна, содержащая слоистый материал, полученный упомянутым выше способом. Изобретение направлено на обеспечение гладкого соединения слоистых материалов. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к получению слоистых материалов, которые можно скреплять друг с другом посредством краевых областей в форме ступенек. Тогда часть слоев, из которых состоит слоистый материал, оказывается выступающей относительно других слоев, так что выступающие слои образуют область собственно соединения. Преимущество такого соединения состоит в том, что оно является относительно гладким, что особенно выгодно с точки зрения аэродинамики.

Однако получение таких слоистых материалов с краями, выполненными в форме ступенек, создает проблемы. Например, в случае, скажем, связующих слоев пластика, которые содержат волокна, эти волокна могут сливаться на наружной стороне под влиянием повышенного давления, при котором получают слоистый материал. Такое слияние нежелательно, поскольку может стать причиной таких нежелательных явлений в готовом продукте, как проникновение влаги в слой волокон, коррозия и т.п. В результате срок службы слоистого материала может оказаться очень ограниченным.

В авиационной промышленности такие соединения делают как в продольном направлении, так и в окружном направлении фюзеляжа воздушного судна. Желательно поддерживать фюзеляж как можно более гладким в продольном направлении, и по этой причине соединения между панелями, состоящими из слоистого материала, часто делают со ступенчатыми краями. В окружном направлении фюзеляжа такие соединения тоже часто используют с полосами разной толщины. Такие соединения можно также использовать, когда сочленяют друг с другом полосы, выполненные из металлических слоистых материалов, которые могут быть армированы или не армированы волокнами и могут иметь или не иметь разные толщины и, которые обычно используются в сочленениях панелей в окружном направлении фюзеляжа воздушного судна.

Из патентов US 6090237 и US 5160771 известны конструкции слоистых материалов, содержащие пакеты чередующихся слоев металла и пластика, расположенные относительно друг друга обратной ступенькой. Однако в данных документах отсутствует информация о способе изготовления таких материалов. Кроме этого данные конструкции слоистых материалов не могут применяться при создании панелей, используемых при конструировании фюзеляжа воздушного судна, т.к. нет гарантии, что краевая граница ряда слоев будет иметь окончательный внешний вид гладкой поверхности вследствие того, что некоторое количество связующего попало в зазор между образующими его слоями и инструментом и, что обеспечивается желаемая форма краевой границы путем выбора формы края инструмента.

Задача изобретения заключается в разработке способа изготовления слоистого материала, который может быть применен при создании панелей, используемых при конструировании фюзеляжа воздушного судна, которые не имеют вышеупомянутых недостатков.

Указанная задача решается способом изготовления слоистого материала, состоящего из пакета чередующихся слоев металла и связующих слоев пластика, включающего укладку в пресс-форму первого ряда слоев один поверх другого, затем укладку стопой поверх первого ряда слоев, по меньшей мере, второго ряда слоев с образованием пакета слоев, при этом, по меньшей мере, на одном краю пакета, по меньшей мере, один из рядов смещают обратной ступенькой относительно первого ряда, отличающимся тем, что возле смещенного обратной ступенькой ряда слоев на первом ряду слоев располагают вспомогательный инструмент с образованием зазора между смещенным обратной ступенькой рядом и обращенной к нему стороной вспомогательного инструмента и увеличивают температуру и давление на пакет с обеспечением текучести связующего в связующих слоях пластика и скопления некоторого количества связующего из смещенного обратной ступенькой ряда в зазоре.

С помощью способа, соответствующего изобретению, гарантируется, что краевая граница ряда слоев будет иметь окончательный внешний вид гладкой поверхности вследствие того, что некоторое количество связующего попало в зазор между образующими его слоями и инструментом. Кроме того, край инструмента, обращенный к этим слоям, действует как формующая пресс-форма для упомянутой краевой границы, так что можно гарантировать ее желаемую форму путем выбора формы упомянутого края инструмента. Помимо этого любые отсоединившиеся волокна будут с успехом внедряться в связующее, протекшее в зазор.

Как известно, волокна в слоях пластика могут иметь разные ориентации. Если, по меньшей мере, один из связующих слоев пластика содержит слои волокон, которые имеют ориентацию параллельно краю пакета, то способ, соответствующий изобретению, предусматривает введение упомянутого слоя волокон с отступом относительно слоев металла, расположенных после него. В упомянутом положении отступа волокна интенсивно препятствуют любой возможности слияния между слоями металла, в результате чего дополнительно повышается качество слоистого материала.

Вместе с тем, если, по меньшей мере, один из связующих слоев пластика содержит волокна, которые имеют ориентацию перпендикулярно упомянутому краю, то упомянутые волокна могут продолжаться, по существу, заподлицо с соседними слоями металла.

Изобретение также относится к слоистому материалу, содержащему первый ряд слоев и второй ряд слоев на первом ряду слоев, образующих пакет, так, что, по меньшей мере, на одном краю пакета один ряд слоев расположен с отступом относительно другого ряда слоев, причем край смещенного обратной ступенькой ряда слоев покрыт слоем связующего.

Изобретение также относится к панели фюзеляжа воздушного судна, содержащей слоистый материал, полученный вышеуказанным способом, а также к узлу, содержащему две такие панели фюзеляжа воздушного судна.

Ниже приводится более подробное описание изобретения применительно к слоистым материалам, иллюстрируемым на чертежах.

На фиг.1 показано получение слоистого материала, соответствующего изобретению, в соответствии с первой возможностью.

На фиг.2 показан второй возможный способ получения.

На фиг.3 показан один конкретный вариант осуществления слоистого материала, соответствующего изобретению.

На фиг.4 и 5 показаны два возможных узла, полученных с использованием слоистого материала, соответствующего фиг.3.

На фиг.6 и 7 показаны два возможных узла из слоистого материала с двумя смещенными обратной ступенькой рядами.

На фиг.8 показан узел из слоистого материала со смещенным обратной ступенькой рядом и слоистого материала с двумя смещенными обратной ступенькой рядами.

На фиг.1 показан слоистый материал, который обозначен во всей его полноте позицией 1 и состоит из слоев 2 металла и армированных волокнами связующих слоев 3, заключенных между слоями металла. В свою очередь, каждый из этих армированных волокнами связующих слоев 3 состоит из двух слоев 4, 5, но это количество не имеет какого-то дополнительного значения для данного изобретения.

При осуществлении способа, соответствующего изобретению, первый ряд 7 слоев укладывают стопой на формующей пресс-форме 6. Затем второй ряд 8 слоев укладывают стопой поверх этого ряда. Край 9 второго ряда 8 слоев выступает относительно края 10 первого ряда 7 слоев. Готовый слоистый материал 1, полученный таким образом, можно соединять выступающей частью 11, которая оканчивается на краю 9, например, с соответствующей выступающей частью 11 другого слоистого материала.

При получении такого слоистого материала могут возникнуть проблемы, заключающиеся в том, что волокна отсоединяются от слоев волокон на краю 10. Это может создать проблему, особенно в случае волокон, которые проходят параллельно краю 10. Слой 5 содержит такие волокна, и поэтому оканчивается на некотором расстоянии от края 10, не доходя до него. С другой стороны, слой 4 содержит волокна, которые проходят перпендикулярно краю 10. В случае таких волокон риск их отсоединения отсутствует, так что упомянутый слой продолжается до края 10.

При получении слоистого материала используют вспомогательный инструмент 12, причем это получение, как известно, имеет место при повышенных давлении и температуре. Этот вспомогательный инструмент располагают относительно первого ряда 7 слоев таким образом, что между краем 10 и краем 14 вспомогательного инструмента 12 возникает зазор 13.

Вследствие повышенных температуры и давления некоторое количество связующего, которым пропитаны слои 4, 5 волокон, вытекает из зазора между слоями 2 металла и попадает в зазор 13, который остался между упомянутым рядом 7 слоев и вспомогательным инструментом 12. Затем край 10 ряда 7 слоев покрывают слоем связующего 16.

Вследствие этого конец ряда 7 слоев приобретает прямую гладкую границу 16, которая ограничена концевым краем 14 инструмента 12. Любые волокна, которые отсоединились, внедряются в объем связующего 16, которое имеется на этом конце ряда 7 слоев.

В изображении, приведенном на фиг.2, показано, что ряд 8 слоев также можно разместить так, что выступающая часть окажется непосредственно на формующей пресс-форме 6, а ряд 7 слоев, смещенный обратной ступенькой, окажется сверху упомянутого ряда 8 слоев. Тогда формующий инструмент 12 тоже окажется на выступающей части ряда 8 слоев. Связующее, которое приобрело текучесть под влиянием тепла, после этого собирается под давлением в зазоре 13 между концом 10 ряда 7 слоев и краем 14 вспомогательного инструмента 12.

Полученный слоистый материал изображен на фиг.3, где показано некоторое количество связующего 16, которое теперь ограничивает конец ряда 7 слоев.

На фиг.4 показан первый узел из двух слоистых материалов, соответствующих фиг.3. Смещенные обратной ступенькой слои ряда 7, в частности их границы 16, находятся непосредственно друг напротив друга, при этом в каждом случае не смещенный обратной ступенькой ряд 8 одного слоистого материала 1 лежит поверх смещенного обратной ступенькой ряда 7 другого слоистого материала 1. Слоистые материалы 1 могут быть скреплены друг с другом в месте нахождения отверстий, условно отображенных осью, например, посредством заклепок или болтовых соединений.

В варианте, показанном на фиг.5, узел выполнен с соединением заподлицо, так как в каждом случае один не смещенный обратной ступенькой ряд 8 одного слоистого материала 1 находится напротив смещенного обратной ступенькой ряда 7 другого слоистого материала 1.

В каждом из вариантов, показанных на фиг.6, 7 и 8, имеется слоистый материал 1' с двумя смещенными обратной ступенькой рядами 7, 7'. Ряд 7 является смещенным обратной ступенькой относительно не смещенного обратной ступенькой ряда 8, а смещенный обратной ступенькой ряд 7' в свою очередь смещен обратной ступенькой относительно смещенного обратной ступенькой ряда 7.

В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.6, в каждом случае один не смещенный обратной ступенькой ряд 8 лежит поверх второго смещенного обратной ступенькой ряда 7' другого слоистого материала 1'.

В варианте, показанном на фиг.7, не смещенный обратной ступенькой ряд 8 одного слоистого материала 1' в каждом случае находится напротив второго смещенного обратной ступенькой ряда 7' другого слоистого материала. При таком расположении, первые смещенные обратной ступенькой ряды 7 находится друг напротив друга. Таким образом получается гладкий узел.

В варианте, показанном на фиг.8, используют слоистый материал 1 со смещенным обратной ступенькой рядом 7 и второй слоистый материал 1' с двумя смещенными обратной ступенькой рядами 7, 7'. В направлении, поперечном шву, между слоистыми материалами не смещенный обратной ступенькой ряд 8 первого слоистого материала 1 находится напротив второго смещенного обратной ступенькой ряда 7' второго слоистого материала 1'. Смещенные обратной ступенькой слои 7 находится друг напротив друга. Посредством этого получается узел, являющийся гладким.

1. Способ изготовления слоистого материала (1, 1'), используемого для панели фюзеляжа воздушного судна, состоящего из пакета чередующихся слоев (2) металла и связующих слоев (3) пластика, включающий укладку в пресс-форму стопой первого ряда слоев (8) один поверх другого, затем укладку стопой поверх первого ряда слоев, по меньшей мере, второго ряда (7, 7') слоев с образованием пакета слоев, при этом, по меньшей мере, на одном краю пакета, по меньшей мере, один из рядов (7, 7') смещают обратной ступенькой относительно первого ряда слоев (8), отличающийся тем, что возле смещенного обратной ступенькой ряда (7, 7') слоев на первом ряду слоев (8) располагают вспомогательный инструмент (12) с образованием зазора между смещенным обратной ступенькой рядом (7, 7') и обращенной к нему стороной вспомогательного инструмента (12), и увеличивают температуру и давление на пакет с обеспечением текучести связующего в связующих слоях пластика и скопления некоторого количества связующего из смещенного обратной ступенькой ряда (7, 7') в зазоре (13).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из связующих слоев (3) пластика в смещенном обратной ступенькой ряду (7, 7') содержит слои (4) волокон, ориентированные параллельно краю (10) смещенного обратной ступенькой ряда (7, 7'), при этом слои (4) волокон со стороны размещения вспомогательного инструмента располагают с отступом от края слоев (2) металла, расположенных после него.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из связующих слоев (3) пластика в смещенном обратной ступенькой ряду (7, 7') содержит слои (5) волокон, ориентированные перпендикулярно краю (10) смещенного обратной ступенькой ряда (7, 7'), при этом слои (5) волокон размещают заподлицо с соседними слоями (2) металла.

4. Панель фюзеляжа воздушного судна, содержащая слоистый материал (1, 1'), полученный способом по любому из пп.1-3, при этом слоистый материал содержит пакет чередующихся слоев (2) металла и связующих слоев (3) пластика, а первый ряд слоев (8) и, по меньшей мере, один второй ряд слоев (7, 7') на первом ряду слоев (8) расположены так, что, по меньшей мере, один край пакета слоев (7, 7') смещен обратной ступенькой относительно другого ряда слоев (8), край (10), расположенный обратной ступенькой слоев (7, 7'), покрыт слоем (16) связующего и, по меньшей мере, один связующий слой (3) пластика в смещенных обратной ступенькой слоях (7, 7') содержит слои (4) волокон, введенные за слоями (2) металла.

5. Узел, содержащий две панели фюзеляжа воздушного судна по п.4, связанные друг с другом, в котором в направлении, поперечном шву, между слоистыми материалами, по меньшей мере, один не смещенный обратной ступенькой ряд (8) слоев расположен напротив смещенного обратной ступенькой ряда слоев (7, 7').