Крыло летательного аппарата из полимерных композиционных материалов

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 области авиационной техники и касается вопроса создания обтекаемых конструкций для летательных аппаратов из композиционных материалов, в частности крыльев и крыльевых устройств.

Известна конструкция крыла летательного аппарата, содержащая заполненную сотовым заполнителем силовую раму, выполненную из передней и задней боковин, концевого обтекателя, корневого элемента и панелей верхней и нижней поверхностей крыла с уменьшающейся от корневого элемента толщиной. Панели верхней и нижней поверхностей крыла выполнены из пакета слоев ткани с перекрытием зоны узла крепления корневого элемента максимальным количеством слоев. Определяющие разнотолщинность поверхностей крыла слои в плане выполнены в форме подобных треугольников с увеличением размеров каждого последующего и расположением его боковых сторон параллельно кромкам боковин крыла (RU 2333865 C1, B64C 3/26, 16.11.2006).

Недостатком указанной конструкции является то, что наличие расположенных на наружных поверхностях крыла усиливающих слоев снижает аэродинамическое качество крыла, что приводит к необходимости последующей механической обработки его наружной поверхности и, как следствие, к ее микроповреждениям.

Известна также панель крыла композитной конструкции, содержащая верхнюю и нижнюю оболочки крыла, выполненные из силовых слоев на основе стекло-, углеткани (углеленты) либо препрега, и внутренний слой пенопластового или сотового заполнителя и два лонжерона на основе стекло- или углеткани (углеленты). При этом все элементы конструкции в сухом состоянии помещаются между элементами оправки крыла, закрываются верхней и нижней частями матрицы, совместно пропитываются связующим при помощи RTM-метода и полимеризуются при повышенной температуре (US 2010140404 A1, B29C 70/08, 10.06.2010 - прототип).

Недостатком указанной конструкции является ее высокая стоимость, так как требуется изготовление дорогостоящей оснастки, сложной в эксплуатации. Кроме того, такое крыло имеет большой вес.

Задачей предлагаемого изобретения является создание крыла летательного аппарата из полимерных композиционных материалов, позволяющего повысить его экономическую и техническую эффективность путем снижения стоимости его изготовления и веса, повышения качества изготовления наружных поверхностей крыла при одновременном обеспечении надежности и прочности конструкции крыла.

Указанный технический результат достигается тем, что у крыла летательного аппарата из полимерных композиционных материалов имеется обшивка, содержащая верхнюю и нижнюю оболочки, состоящая из наружных слоев на основе стекло-, углеткани (углеленты) и внутреннего между ними слоя из пенопластового заполнителя, расположенные вдоль размаха крыла лонжероны и ребра жесткости - нервюры - на основе стекло-, углеткани (углеленты). По изобретению верхняя и нижняя оболочки обшивки крыла, сформованные совместно с нервюрами в корневой и концевой частях крыла, и лонжероны изготовлены методом инфузии связующего с полимеризацией материала в соответствующих матрицах. Соединение оболочек обшивки между собой у передней и задней кромок крыла осуществлено 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 верхней и нижней оболочек обшивки с лонжеронами, введенными между ними, осуществлено посредством клеевой пленки, при этом внутренние нервюры изготовлены методом инфузии связующего и соединены с верхней и нижней оболочками и с лонжеронами через введенную между соединяемыми поверхностями клеевую пленку. Лонжероны и внутренние нервюры имеют трехслойную структуру, в которой между наружными слоями из полимерного композиционного материала на основе стекло-, углеткани (углеленты) расположен средний слой из пенопластового заполнителя.

Кроме того, сопряженные соединительные поверхности у передней и задней кромок крыла усилены введенными под них с внутренней стороны обшивки пенопластовыми вкладышами.

Внутренние нервюры состоят из трех частей каждая и выполнены с образованием по периметрам указанных частей двухсторонних фланцев, с помощью которых части внутренних нервюр связаны с верхней и нижней оболочками крыла и с лонжеронами.

Соединение лонжеронов с частями нервюр через их фланцы осуществлено с сохранением непрерывности парных приформовочных угольников, связывающих лонжероны с верхней и нижней оболочками крыла.

Изготовление оболочек обшивки крыла и его лонжеронов в отдельных матрицах методом инфузии связующего с полимеризацией материала обеспечивает снижение временных и материальных затрат по их изготовлению, высокое качество аэродинамической поверхности крыла, стабильность его геометрических размеров и повышение прочностных характеристик.

Соединение оболочек между собой в районе передней и задней кромок крыла, с лонжеронами через парные приформовочные угольники и нервюрами, а также лонжеронов с угольниками и частями нервюр с помощью нанесенной на соединяемые поверхности клеевой пленки позволяет повысить технологичность изготовления крыла с наименьшей трудоемкостью и обеспечением прочного и надежного соединения.

Заполнение пространства между наружными слоями оболочек обшивки и лонжеронов пенопластовым заполнителем позволяет снизить вес конструкции, не ухудшая ее прочностных характеристик.

Наличие в местах соединения нижней и верхней поверхностей крыла пенопластовых вкладышей повышает прочность и надежность соединения и конструкции крыла в целом.

Выполнение частей нервюр в корневой и концевой частях крыла одновременно с формованием верхней и нижней частей крыла методом инфузии связующего повышает надежность конструкции крыла.

При этом заданная прочность крыла обеспечивается укладкой в нужные районы трехслойных конструкций верхней, нижней оболочек крыла и лонжеронов предварительно рассчитанного количества слоев. Формы раскроя каждого слоя стекло-, углеткани (углеленты) также определяется расчетом, что приводит к оптимизации конструкции, более равномерному распределению напряжений в силовых элементах крыла и снижению его общего веса.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, где представлены:

- общий вид конструкции предлагаемого крыла летательного аппарата из полимерных композиционных материалов - фиг.1;

- поперечное сечение А-А (фиг.1) - фиг.2;

- поперечное сечение Б-Б (фиг.1) - фиг.3;

- вид В (фиг.3) - фиг.4;

- конструктивные элементы крыла - фиг.5.

Предлагаемая конструкция крыла 1 состоит из нижней 2 и верхней 3 оболочек обшивки трехслойной структуры, включающей наружные слои 4 из стекло-, углеткани (углеленты) и расположенный между ними внутренний слой 5 из пенопластового заполнителя (фиг.2, 4), укладываемых в соответствующие оснастки для последующей пропитки методом инфузии связующего и полимеризации материала, из расположенных вдоль размаха крыла лонжеронов 6 (фиг.1), состоящих из наружных силовых слоев стекло-, углеткани (углеленты) 7 и внутреннего пенопластового заполнителя 8 (фиг.4), также укладываемых в соответствующие оснастки для последующей пропитки связующим методом инфузии связующего и полимеризации материала, и из одной или нескольких внутренних нервюр 9, расположенных в средней части крыла (фиг.1, 3, 5). Количество силовых слоев стекло-, углеткани (углеленты) 10 (фиг.1) в верхней и нижней оболочках крыла и лонжеронах и форма раскроя каждого слоя по поверхностям крыла определяются расчетным путем и могут меняться в различных районах крыла. На внутренние поверхности верхней и нижней оболочек обшивки крыла установлены с помощью клеевой пленки 11 (фиг.4) парные приформовочные угольники 12, 13 из углеткани со связующим в отвержденном состоянии для последующего крепления указанных лонжеронов, вставленных между парными угольниками (фиг.4, 5) и соединенных с помощью клеевой пленки. Верхняя и нижняя оболочки соединены друг с другом у носовой 14 и концевой 15 кромок крыла посредством клеевой пленки, которая нанесена на сопряженные соединительные поверхности, усиленные введенными с их внутренней стороны пенопластовыми вкладышами 16 (фиг.5), а в средней части по длине крыла они связаны с помощью лонжеронов. Нервюры у корневой 17 и концевой частей 18 крыла (фиг.1) выполнены методом инфузии связующего одновременно с формированием верхней и нижней оболочек обшивки крыла. Внутренняя нервюра выполнена из слоев стекло-, углеткани и связующего методом инфузии связующего и соединена с верхней и нижней оболочками крыла и с лонжеронами через клеевую пленку, введенную между соединяемыми поверхностями. Она состоит из трех частей, которые имеют по периметру двухсторонние фланцы 19, обеспечивающие их соединение с верхней и нижней оболочками обшивки, а также с лонжеронами. Соединение нервюр через двухсторонние фланцы с лонжеронами осуществлено с сохранением непрерывности парных приформовочных угольников.

Изготовление крыла летательного аппарата из полимерных композиционных материалов и его работа осуществляются следующим образом.

Верхнюю и нижнюю оболочки обшивки крыла с пенопластовым заполнителем и его лонжероны изготавливают из стекло, -углеткани (углеленты) путем укладки в соответствующие матрицы для последующей пропитки связующим методом инфузии связующего и полимеризации материала. При помощи шаблонов на внутренние поверхности верхней и нижней оболочек обшивки крыла через клеевую пленку устанавливают парные приформовочные угольники из углеткани со связующим в отвержденном состоянии для последующего крепления указанных лонжеронов. Методом инфузии из слоев стекло-, углеткани и связующего изготавливаются три части внутренней нервюры, с образованием по их периметрам двухсторонних фланцев. Посредством клеевой пленки, нанесенной на вертикальные части парных угольников, установленных на внутреннюю поверхность нижней оболочки обшивки крыла, к ней крепятся лонжероны. Через клеевую пленку, нанесенную на фланцы частей внутренней нервюры, эти части также устанавливаются на внутреннюю поверхность нижней обшивки крыла и через свои фланцы соединяются с лонжеронами. Верхняя обшивка крыла соединяется с нижней обшивкой при помощи клеевой пленки, наносимой на сопряженные соединительные поверхности в районе передней (носовой) и концевой кромок крыла, усиленных пенопластовыми вкладышами, и клеевой пленки, наносимой на внутренние вертикальные поверхности установленных на верхнюю обшивку парных приформовочных угольников, между которьми через клеевую пленку помещаются лонжероны, а также верхние части фланцев внутренней нервюры.

В процессе полета летательного аппарата, при воздействии воздушного потока на аэродинамические поверхности крыла в элементах его конструкции возникает поле деформаций. При этом рассчитанное количество силовых слоев в обшивках и лонжеронах, а также рассчитанная форма раскроя каждого слоя по поверхностям крыла приводит к оптимизации конструкции по деформациям и более равномерному их распределению по силовым элементам конструкции, тем самьм обеспечивая заданную прочность крыла при минимальном весе. Изготовление нижней и верхней обшивок в соответствующей оснастке приводит к повышению качества изготовления наружных аэродинамических поверхностей крыла. Благодаря наличию пенопластовых вкладышей в местах соединения нижней и верхней обшивок в районе передней и задней кромок крыла обеспечивается надежное и прочное соединение оболочек обшивки и прочность крыла в целом.

Предлагаемое крыло летательного аппарата из полимерных композиционных материалов позволяет создать конструкцию крыла с наружными поверхностями высокого качества, снизить стоимость ее изготовления и вес при одновременном обеспечении надежности и прочности конструкции крыла, что его выгодно отличает от прототипа.

1. Крыло летательного аппарата из полимерных композиционных материалов, имеющее обшивку, содержащую верхнюю и нижнюю оболочки и состоящую из наружных слоев на основе стекло-, углеткани (углеленты) и внутреннего между ними слоя из пенопластового заполнителя, расположенные вдоль размаха крыла лонжероны и ребра жесткости - внутренние нервюры на основе стекло-, углеткани (углеленты), отличающееся тем, что 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, а 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, при этом внутренние нервюры изготовлены методом инфузии связующего и соединены с верхней и нижней оболочками и с лонжеронами через введенную между соединяемыми поверхностями клеевую пленку.

2. Крыло летательного аппарата по п.1, отличающееся тем, что лонжероны и внутренние нервюры имеют трехслойную структуру, в которой между наружными слоями из полимерного композиционного материала на основе стекло-, углеткани (углеленты) расположен средний слой из пенопластового заполнителя.

3. Крыло летательного аппарата по п.1, отличающееся тем, что сопряженные соединительные поверхности у передней и задней кромок крыла усилены введенными под них с внутренней стороны обшивки пенопластовыми вкладышами.

4. Крыло летательного аппарата по п.1, отличающееся тем, что внутренние нервюры состоят из трех частей, каждая из которых выполнена с образованием по периметрам указанных частей двухсторонних фланцев, с помощью которых части внутренних нервюр связаны с верхней и нижней оболочками крыла и лонжеронами.

5. Крыло летательного аппарата по п.1, отличающееся тем, что соединение лонжеронов с частями внутренних нервюр через их фланцы осуществлено с сохранением непрерывности парных приформовочных угольников, связывающих лонжероны с верхней и нижней оболочками крыла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области изготовления конструкций, содержащих стыковочные соединения панелей из полимерного композиционного материала (ПКМ), и касается стыковки габаритных деталей самолета из ПКМ (кессонов крыла, стабилизаторов).

Изобретение относится к области производства многослойных панелей и оболочек с легкими заполнителями и касается многослойной панели ступенчатой формы и способа ее изготовления.

Изобретение относится к способу обшивки легких самолетов полиэфирной обшивочной тканью, а также к дисперсионному клею горячего склеивания и к его применению для обшивки.

Изобретение относится к узлу летательного аппарата и касается крыла и фюзеляжа летательного аппарата, оснащенного средствами молниезащиты. .

Изобретение относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха с мягким крылом. .
Изобретение относится к ткани для покрытия воздушных летательных аппаратов, к способу ее изготовления и нанесения на указанные аппараты. .

Изобретение относится к способу изготовления первой части для узла компонента летательного аппарата и, более предпочтительно, к способу, который включает использование прокладок.

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.

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 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 области авиационной техники и касается разработки обтекаемых конструкций для летательных аппаратов из композиционных материалов, 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. Обшивка содержит верхнюю и нижнюю оболочки и состоит из наружных слоев на основе стекло-, углеткани 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.

Наверх