Стрингерная панель из композиционного слоистого материала

Изобретение относится к области авиации. Стрингерная панель из композиционного слоистого материала выполнена с формированием обшивки и стрингеров из чередующихся продольных, расположенных вдоль стрингеров и расположенных под углом к стрингерам монослоев композиционного материала. Стрингер имеет в поперечном сечении волнообразную форму и делится на первую часть, начинающуюся в толще обшивки и образованную дополнительными продольными монослоями стрингеров, вторую часть, у которой непродольные монослои обшивки выложены отдельными полосами, и третью часть, образованную продольными и непродольными монослоями стрингеров выше последнего верхнего слоя укладки обшивки. Непродольные монослои выходят на края волны и с нахлестом покрывают нижележащие непродольные монослои. Слои в срединной части сечения стрингеров могут быть выполнены горизонтальными так, что верх волны имеет гладкий горизонтальный участок. Изобретение направлено на повышение прочности и надежности соединения стрингера с обшивкой. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области авиации, к конструктивным элементам, преимущественно крыльев, в частности к конструкции композиционных панелей крыла летательного аппарата.

Широко известны конструкции композиционных стрингерных панелей, например конструкция, описанная в публикации WO 2009023346, которая и принята за прототип. Данная известная стрингерная панель из композиционного слоистого материала состоит из обшивки и закрепленных на ней (с помощью отверждаемого связующего или клея) стрингеров разомкнутого сечения с волнообразной формой; при этом обшивка и стрингер выполнены с помощью автоматизированной выкладки из чередующихся продольных, расположенных вдоль стрингеров, и непродольных, расположенных под углом к стрингерам, монослоев композиционного материала.

Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие: стрингерная панель из композиционного слоистого материала, состоит из обшивки и стрингеров волнообразной в сечении формы, при этом обшивка и стрингер выполнены с помощью автоматизированной выкладки из чередующихся продольных, расположенных вдоль стрингеров, и непродольных, расположенных под углом к стрингерам, монослоев композиционного материала.

К недостаткам традиционной конструкции стрингерной панели из композита следует отнести то, что связь обшивки со стрингером обеспечивается лишь слоем связующего (или клея, если вместо технологии приформовывания используют технологию склеивания). При изготовлении стрингерной панели полуфабрикаты стрингеров делают отдельно, чтобы затем либо пропитывать их совместно с обшивкой с последующим отверждением (в случае применения метода вакуумной инфузии или RTM), либо сразу отверждать, используя автоклав, если связующее уже содержится в полуфабрикате (препреговая технология). Относительно слабая связь между слоями композита, как известно, отрицательно сказывается на их прочности.

Предлагаемым изобретением решается техническая задача повышения прочности и надежности соединения стрингера с обшивкой, а также задача обеспечения высокой технологичности производства панели - за счет совместной операции автоматизированной выкладки стрингеров и обшивки.

Для достижения названного технического результата стрингерная панель из композиционного слоистого материала характеризуется тем, что выполнена с помощью автоматизированной выкладки с одновременным формированием обшивки и стрингеров из чередующихся продольных, расположенных вдоль стрингеров, и непродольных, расположенных под углом (например, +/-45 градусов) к стрингерам, монослоев композиционного материала, стрингер имеет в поперечном сечении волнообразную форму и условно делится по своей структуре на три части, первая из которых характеризуется тем, что начинается в толще обшивки и образована дополнительными по отношению к ее укладке продольными монослоями стрингеров; вторая характеризуется тем, что так же образована дополнительными по отношению к укладке обшивки продольными монослоями стрингеров, но при этом непродольные монослои обшивки выложены отдельными полосами - полосами, расположенными между стрингерами (межстрингерными), и полосами, расположенных в пределах волны сечения стрингера (стрингерными), так, что края межстрингерных и стрингерных полос перекрываются с нахлестом; третья характеризуется тем, что находится выше последнего верхнего слоя укладки обшивки и образована как продольными, так и непродольными монослоями стрингеров, причем непродольные монослои выходят на края волны, где они с нахлестом покрывают такие же нижележащие непродольные монослои, при том слои в срединной части сечения стрингеров могут быть выполнены горизонтальными, так что верх волны имеет гладкий горизонтальный участок.

Отличительными признаками предложенного технического решения от известного прототипа являются следующие: производство панели предусматривает автоматическую выкладку с одновременным формированием обшивки и стрингеров из чередующихся продольных, расположенных вдоль стрингеров, и непродольных, расположенных под углом к стрингерам, монослоев композиционного материала, стрингер имеет в поперечном сечении волнообразную форму и условно делится по своей структуре на три части, первая из которых характеризуется тем, что начинается в толще обшивки и образована дополнительными по отношению к ее укладке продольными монослоями стрингеров; вторая характеризуется тем, что также образована дополнительными по отношению к укладке обшивки продольными монослоями стрингеров, но при этом непродольные монослои обшивки выложены с образованием отдельных полос - полос, расположенных между стрингерами (межстрингерных), и полос, расположенных в пределах волны сечения стрингера (стрингерных), так, что края межстрингерных и стрингерных полос перекрываются с нахлестом; третья характеризуется тем, что находится выше последнего верхнего слоя укладки обшивки и образована как продольными так и непродольными монослоями стрингеров, причем непродольные монослои выходят на края волны, где они с нахлестом покрывают такие же нижележащие непродольные монослои, при том слои в срединной части сечения стрингеров могут быть выполнены горизонтальными, так что верх волны имеет гладкий горизонтальный участок.

Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными, достигается следующий технический результат: обеспечивается прочность и надежность соединения стрингера с обшивкой, так как, по сути, стрингер становится единым целым с обшивкой (интегрирован в нее), кроме того, обеспечивается технологичность производства панели - обеспечивается возможность совместной автоматизированной выкладки стрингеров и обшивки. При неизбежно относительно большой толщине и сравнительно малой высоте такого стрингера его эффективность сравнима с эффективностью традиционных стрингеров - за счет того, что относительное количество продольных монослоев в нем при такой технологии изготовления может быть значительным, больше, чем в традиционных конструкциях стрингерных панелей из композита.

Данное решение может быть использовано в авиации - в конструкции, преимущественно, стрингерных панелей крыла летательного аппарата.

Предлагаемая конструкция поясняется рисунками фиг.1 и 2, на которых представлен участок панели с несколькими стрингерами (в сечении и в плане) - фиг.1 и участок панели в районе стрингера (сечение) - фиг.2.

Данная стрингерная панель состоит из обшивки 1 и стрингеров 2, выполнена из чередующихся в соответствии с заданными по проекту укладками продольных 3 и непродольных 4 (например, под углом 45 градусов) монослоев композита, стрингеры 2 в поперечном сечении имеют волнообразную форму. От основания до вершины структура стрингера имеет три основные части (выделены пунктиром), первая - нижняя, обозначена как 5 и характеризуется тем, что образована добавлением в укладку обшивки 1 (состоящую из продольных 3 и непродольных 4 монослоев) продольных монослоев 3 стрингеров 2; вторая - средняя - обозначена как 6 и характеризуется тем, что также имеет укладку обшивки 1 с добавлением продольных монослоев 3 стрингеров 2, причем непродольные монослои 4 выложены отдельными полосами - межстрингерными 7 и стрингерными 8, которые своими краями перекрывают друг друга с образованием зон нахлеста 9. Третья, верхняя, часть обозначена как 10 и характеризуется тем, что образована стрингерными продольными 3 и непродольными 4 монослоями, причем непродольные монослои 4 выходят на края волны, где они с нахлестом покрывают такие же нижележащие непродольные монослои 4.

Изготавливается предлагаемая стрингерная панель следующим образом.

1. На поверхность оснастки лентоукладчиком выкладочной машины автоматически выкладываются монослои 3 и 4 обшивки 1 (препрег или преформа из сухого материала) так же, как это имеет место в случае традиционного изготовления панели автоклавным методом или одним из методов, предусматривающих предварительную пропитку преформы.

2. После выкладки примерно половины монослоев 3 и 4 обшивки 1 в местах будущих стрингеров 2 выкладочная машина в соответствии с программой начинает добавлять продольные монослои 3 стрингеров 2 (в зоне сечения стрингера 2, отвечающей первой части его структуры). Непродольные монослои 4 обшивки 1 при этом выкладываются во всю ширину - от одного до другого края панели.

3. В соответствии с программой автоматического процесса выкладки, по достижении определенной толщины обшивки 1, машина начинает выкладывать непродольные монослои 4 полосами - межстрингерными 7 и стрингерными 8 (в пределах волны сечения стрингера 2). Края этих полос перекрывают друг друга, образуя зоны нахлеста 9.

4. После того как все слои обшивки 1 будут выложены, выкладочная машина в соответствии с заложенной в нее программой начинает выкладывать остальные монослои стрингеров 2, преимущественно продольные 3. Они выкладываются стрингерными полосами - в пределах волны стрингера 2. При этом непродольные монослои 4 выкладываются более широкими полосами, так что края этих полос накладываются на края нижерасположенных таких же полос из непродольных монослоев 4.

Стрингерная панель из композиционного слоистого материала, характеризующаяся тем, что выполнена с помощью автоматизированной выкладки с одновременным формированием обшивки и стрингеров из чередующихся продольных, расположенных вдоль стрингеров, и непродольных, расположенных под углом к стрингерам, монослоев композиционного материала, стрингер имеет в поперечном сечении волнообразную форму и условно делится по своей структуре в сечении на три части, первая из которых характеризуется тем, что начинается в толще обшивки и образована дополнительными по отношению к ее укладке продольными монослоями стрингеров; вторая характеризуется тем, что так же образована дополнительными по отношению к укладке обшивки продольными монослоями стрингеров, но при этом непродольные монослои обшивки выложены с образованием отдельных полос - полос, расположенных между стрингерами, и полос, расположенных в пределах волны сечения стрингера, так, что края межстрингерных и стрингерных полос перекрываются с нахлестом; третья характеризуется тем, что находится выше последнего верхнего слоя укладки обшивки и образована как продольными, так и непродольными монослоями стрингеров, причем непродольные монослои выходят на края волны, где они с нахлестом покрывают такие же нижележащие непродольные монослои; при том слои в срединной части сечения стрингеров могут быть выполнены горизонтальными, так что верх волны имеет гладкий горизонтальный участок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции из композиционного материала (КМ) с выполненным в ней отверстием и касается крыла и фюзеляжа летательного аппарата (ЛА). Конструкция из КМ является нижней обшивкой основного крыла ЛА.

Изобретение относится к высоконагруженным элементам конструкций планера самолета, содержащим панели, выполненные из композиционных материалов. Панель из слоистых композиционных материалов содержит обшивку с гладкой, пологой геометрической формой наружной поверхности, скрепленную с силовыми наборами.

Изобретение относится к технологии изготовления сложнопрофильных изделий из композиционных материалов методом непрерывной автоматизированной намотки, преимущественно неосесимметричных аэродинамических силовых элементов конструкции типа крыльев самолета, лопастей вертолета, воздушных и водяных винтов, силовых установок насосов, компрессоров, вентиляторов, рулей управления и пр., и может быть использовано в авиа-, судо-, автостроении и других современных отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу изготовления крупногабаритных толстостенных полимерных композитных деталей. .
Изобретение относится к способам изготовления крупногабаритных толстостенных композитных деталей для электроэнергетики, энергомашиностроения, транспортных средств.

Изобретение относится к способу изготовления износостойкого слоистого материала износоустойчивыми пластинами пресса, применяемыми в создании износоустойчивого декоративного материала.

Изобретение относится к изготовлению деталей из армированных волокном термопластов. .

Изобретение относится к области авиационной техники и касается разработки обтекаемых конструкций для летательных аппаратов (ЛА) из композиционных материалов (КМ), в частности крыльев и крыльевых устройств. Крыло ЛА из полимерных КМ имеет обшивку, расположенные вдоль размаха крыла лонжероны и ребра жесткости - внутренние нервюры на основе стекло-, углеткани (углеленты). Обшивка содержит верхнюю и нижнюю оболочки и состоит из наружных слоев на основе стекло-, углеткани (углеленты) и внутреннего между ними слоя из пенопластового заполнителя. Верхняя и нижняя оболочки обшивки крыла, переходящие в корневой и концевой частях крыла в нервюры, и лонжероны изготовлены методом инфузии связующего с полимеризацией материала в соответствующих матрицах, с соединением оболочек между собой у передней и задней кромок крыла посредством клеевой пленки, нанесенной на сопряженные соединительные поверхности. В средней вдоль профиля части крыла соединение верхней и нижней оболочек выполнено с помощью лонжеронов через парные приформовочные угольники, изготовленные из углеткани со связующим и предварительно установленные через клеевую пленку на внутренние поверхности верхней и нижней оболочек обшивки, соединение которых с лонжеронами, введенными между ними, осуществлено также посредством клеевой пленки. Внутренние нервюры изготовлены методом инфузии связующего и соединены с верхней и нижней оболочками и с лонжеронами через введенную между соединяемыми поверхностями клеевую пленку. Достигается повышение качества изготовления наружных поверхностей крыла при одновременном обеспечении надежности и прочности конструкции крыла, снижение веса. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к конструкции из композитного материала (КМ) с отверстиями и касается крыла и фюзеляжа летательного аппарата (ЛА). Конструкция из КМ, который удлинен в продольном направлении крыла, содержит множество выполненных в нем отверстий и изготовлен из армированного волокнами пластика, и подвергается растягивающей нагрузке и/или сжимающей нагрузке в продольном направлении. Жесткость при растяжении и/или жесткость при сжатии в продольном направлении в периферийной краевой области вокруг отверстия меньше, чем жесткость при растяжении и/или жесткость при сжатии в продольном направлении в другой области, окружающей периферийную краевую область. Каждое отверстие представляет собой отверстие для доступа, выполненное во внешней обшивке нижней поверхности крыла ЛА. Также продольное направление может быть продольным направлением фюзеляжа, при этом каждое отверстие будет представлять собой отверстие иллюминатора, выполненное во внешней обшивке фюзеляжа ЛА. Достигается исключение концентрации напряжения в периферийных краевых участках отверстий, снижение массы конструкции. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к композитной конструктивной панели задней кромки элемента летательного аппарата (ЛА). Панель задней кромки содержит верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, заднюю кромку, соединяющую верхнюю и нижнюю поверхности. При этом верхняя поверхность и нижняя поверхность соединены поперечными элементами жесткости. Причем панель выполнена в виде единой цельной детали, формирующей выполненные за одно целое друг с другом верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, заднюю кромку и поперечные элементы жесткости. При изготовлении панели стержни, каждый из которых частично окружен покрывающей оболочкой, располагают на несущей оболочке на участке такой длины, что обеспечена возможность сгиба несущей оболочки. Затем несущую оболочку загибают, накладывая ее на обернутые стержни. Далее панель полимеризуют, присоединяя слои покрывающей оболочки к несущей оболочке и формируя поперечные элементы жесткости, после чего стержни извлекают. Достигается отличная аэродинамическая целостность у задней кромки, повышение жесткости, прочности, простота изготовления. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области авиастроения и касается складываемых аэродинамических поверхностей из композиционных материалов (КМ). Консоль складной аэродинамической поверхности из полимерного КМ, выполненная из углепластика или стеклопластика и по интегральной схеме, состоит из металлического кронштейна и композиционной коробчатой многостеночной конструкции. Коробчатая конструкция выполнена в виде моноблока, состоящего из замкнутой обшивки и стенок, который изготовлен методом вакуумного безавтоклавного формования за один технологический переход. Кронштейн со стороны крепления консоли выполнен в виде гребенки с пазами, образованными стенками, соединяющими вытянутые вдоль пазов поверхности сопряжения кронштейна с моноблоком. Расположение пазов соответствует расположению стенок моноблока, которые выполнены с возможностью свободного входа в соответствующие пазы для крепления кронштейна с моноблоком. Достигается повышение надежности, точности конструкции, улучшение аэродинамических характеристик. 2 ил.
Наверх