Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала



Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала
Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала
Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала
Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала
Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала

 


Владельцы патента RU 2544067:

Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (RU)

Изобретение относится к способу изготовления профилированных ферменных структур из волокнистого композиционного материала (КМ) и касается изготовления нервюр сверхлегких летательных аппаратов (ЛА). Профилированная ферменная конструкция включает верхнюю и нижнюю обводы и соединяющие их стоечные элементы с усилениями в зоне соединения. Пропитанный связующим волокнистый материал выкладывают в канавки технологической оснастки, пропуская материал расчетное количество раз через каждый конструкционный элемент ферменной конструкции. Затем отверждают и извлекают из оснастки готовую профилированную ферменную конструкцию. При этом пропитанный связующим волокнистый материал выкладывают в канавки технологической оснастки по маршрутам, исключающим образование острых углов при переходах волокнистого материала из обвода к стоечному элементу и наоборот. Достигается снижение трудоемкости изготовления и повышение массовой эффективности профилированных ферменных конструкций, таких как нервюры сверхлегких ЛА. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к способам изготовления профилированных ферменных структур из волокнистого композиционного материала и может быть использовано для получения ферменных конструкций в авиационной и космической технике, например для изготовления нервюр сверхлегких летательных аппаратов.

Известен способ изготовления пустотелой аэродинамической конструкции из композиционных материалов (патент РФ на изобретение №2266847 C1 от 27.12.2005), при котором на нижнюю обшивку накладывают препрег в виде лент усиления в местах расположения продольных и поперечных элементов жесткости. При этом поперечный набор выполнен в виде ферменных нервюр, вставляемых в канавки трехгранных эластомерных вкладышей.

Недостатками данного технического решения являются необходимость использования сложной технологической оснастки, большая трудоемкость выкладки ферменной конструкции, наличие острых углов в зоне перегиба волокнистого материала, что снижает массовую эффективность изделия.

В патенте США №8074929 B1 от 13.12.2011 (прототип) описаны конструкция и способ изготовления композитной ферменной конструкции, включающей верхний и нижний хордовые элементы и соединяющие их перемычки, выполненные из волокнистого композиционного материала. Способ заключается в том, что выкладывают пропитанное эпоксидной смолой углеволокно в каналы формообразующей оснастки, причем пропитанное волокно проходит заранее определенное количество раз через каждый конструкционный элемент ферменной конструкции, и отверждают композитную ферменную конструкцию.

Недостатком данного технического решения является снижение массовой эффективности изделия за счет падения прочности волокнистого композиционного материала в зонах перехода от хордового элемента к перемычке, поскольку при укладке не исключаются перегибы волокон под углами менее 90°. Кроме того, выкладка материала с использованием острых углов является более трудоемкой.

Задачей изобретения является снижение трудоемкости изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала и повышение массовой эффективности изделия.

Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала, включающей верхний и нижний обводы и соединяющие их стоечные элементы с усилениями в зоне соединения, заключается в том, что пропитанный связующим волокнистый материал выкладывают в канавки технологической оснастки, формирующие профилированную ферменную структуру, пропуская пропитанный связующим волокнистый материал расчетное количество раз через каждый конструкционный элемент ферменной конструкции, после чего пропитанный связующим волокнистый материал отверждают и извлекают из оснастки готовую деталь. При этом пропитанный связующим волокнистый материал выкладывают по маршрутам, исключающим образование острых углов при переходах материала из обвода к стоечному элементу и наоборот.

Выкладку целесообразно производить таким образом, что начало и конец маршрута пропитанного связующим волокнистого материала находятся в зоне минимальных нагрузок и/или максимальных усилений.

Усиления в зоне соединения стоечных элементов с верхним и нижним обводами и обводов между собой можно выкладывать из рубленного пропитанного связующим волокнистого материала.

Использование выкладки по маршрутам, исключающим перегибы волокнистого композиционного материала под острыми углами (менее 90°), позволяет снизить трудоемкость изготовления и повысить реализацию прочности материала в зоне соединений стоечных элементов с обводами, что повышает массовую эффективность изделия.

Размещение начала и конца маршрута выкладки волокнистого материала в зоне минимальных нагрузок и/или максимальных усилений увеличивает прочность соединения обводов со стоечными элементами и жесткость конструкции в целом, повышая ее массовую эффективность.

Выкладка усилений в зоне соединения стоечных элементов с верхним и нижним обводами и обводов между собой из рубленного пропитанного связующим волокнистого материала увеличивает прочность соединения обводов со стоечными элементами и жесткость детали в целом без использования косынок, повышая ее массовую эффективность.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена типовая нервюра с указанием основных элементов профилированной ферменной конструкции.

На фиг.2 показана схема разбивки профилированной ферменной конструкции на маршрутные точки.

На фиг.3 представлены маршруты выкладки пропитанного связующим волокнистого материала в канавки технологической оснастки.

На фиг.4 показана оснастка для выкладки пропитанного связующим волокнистого материала профилированной ферменной конструкции.

На фиг.5 представлена готовая профилированная ферменная конструкция.

Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала, включающей верхний 1 и нижний 2 обводами и соединяющие их стоечные элементы 3 с усилениями 4 в зоне соединения, заключается в том, что пропитанный связующим волокнистый материал выкладывают в канавки технологической оснастки, формирующие профилированную ферменную конструкцию, пропитанный связующим волокнистый материал пропускают расчетное количество раз через каждый конструкционный элемент ферменной конструкции, отверждают пропитанный волокнистый связующим материал и извлекают из оснастки готовую профилированную ферменную конструкцию, при этом пропитанный связующим волокнистый материал выкладывают в канавки технологической оснастки по маршрутам, исключающим образование острых углов (менее 90°) при переходах волокнистого материала из обводов 1, 2 к стоечным элементам 3 и наоборот. Кроме того, выкладку производят таким образом, что начало и конец маршрута волокнистого материала находится в зоне минимальных нагрузок и/или максимальных усилений 4. Усиления 4 выкладывают из рубленного пропитанного связующим волокнистого материала.

Способ изготовления профилированной ферменной структуры был реализован при изготовлении нервюры сверхлегкого летательного аппарата с обводами сечением 3×3 мм и стоечными элементами сечением 3×2 мм из волокнистого композиционного материала на основе пропитанных эпоксидным связующим углеродных волокон (эквивалентное сечение волокнистого композиционного материала - 3×1 мм) следующим образом. Профилированную структуру разбили на маршрутные точки т.1, т.2, т.3, т.4, т.5, т.6, т.6a, т.7, т.8, т.9, т.10, т.11, т.12 в зонах контакта стоечных элементов 3 с верхним 1 и нижним 2 обводом и обводов друг с другом 5, 6. С учетом размеров сечений обводов, стоечных элементов и эквивалентного сечения волокнистого композиционного материала определили, что маршруты укладки волокнистого композиционного материала должны обеспечить его двукратное прохождение в зонах стоечных элементов 3 и трехкратное в зоне обводов 1, 2. Были разработаны четыре специальных маршрута укладки волокнистого материала по точкам разбивки: маршрут I: 1-2-10-9-4-5-6-7-6a-6-8-9-3-2-11-12; маршрут II: 1-2-10-9-8-5-6-7-8-4-3-10-11-12; маршрут III: 1-2-3-9-8-6-6а-7-8-4-3-2-11; маршрут IV: 12-11-10-9-4-5-8-7-6а-6-5-4-3-10-11. Рассчитали длину каждого маршрута путем измерения участков элементов ферменной конструкции, по которым он проходит. Пропитали эпоксидным связующим волокнистый материал, состоящий из углеродных волокон. Порезали его согласно расчетам длины маршрута (для каждого маршрута был добавлен припуск - 100-150 мм), уложили в канавки технологической оснастки. Остатки волокнистого материала (400…600 мм) порезали на отрезки длиной 3-8 мм и уложили их в зонах усилений 4, 5, 6. Оснастку упаковали в гермомешок и произвели формование изделия. Готовую профилированную ферменную конструкцию извлекли из оснастки. Данный способ также может быть реализован с использованием, например, стекловолокнистого наполнителя, пропитанного клеевой композицией, например на основе клея ВК-9.

Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала позволяет снизить трудоемкость изготовления изделия за счет разработки специальных маршрутов укладки материала, исключающих перегибы под острым углом, и повысить массовую эффективность изделия за счет исключения перегибов волокнистого композиционного материала под острыми углами, что повышает реализацию его свойств, и за счет усиления зон соединения элементов ферменной структуры рубленным волокном, которое позволяет также исключить использование косынок.

1. Способ изготовления профилированной ферменной конструкции из волокнистого композиционного материала, включающей верхний и нижний обводы и соединяющие их стоечные элементы с усилениями в зоне соединения, заключающийся в том, что пропитанный связующим волокнистый материал выкладывают в канавки технологической оснастки, формирующие профилированную ферменную конструкцию, пропуская пропитанный связующим волокнистый материал расчетное количество раз через каждый конструкционный элемент ферменной конструкции, отверждают пропитанный связующим волокнистый материал и извлекают из оснастки готовую профилированную ферменную конструкцию, отличающийся тем, что пропитанный связующим волокнистый материал выкладывают в канавки технологической оснастки по маршрутам, исключающим образование острых углов при переходах волокнистого материала из обвода к стоечному элементу и наоборот.

2. Способ изготовления профилированной ферменной конструкции по п.1, отличающийся тем, что начало и конец маршрута волокнистого материала находятся в зоне минимальных нагрузок и/или максимальных усилений.

3. Способ изготовления профилированной ферменной конструкции по п.1, отличающийся тем, что усиления в зоне соединения стоечных элементов с верхним и нижним обводами и обводов между собой выкладывают из рубленного пропитанного связующим волокнистого материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам контроля технического состояния авиационной техники. Способ эксплуатации вертолета заключается в том, что при каждом полете осуществляют контроль фактической тяги несущего винта вертолета, причем предварительно перед началом эксплуатации вертолета осуществляют сбор исходных данных по характеристикам двигателей силовой установки в соответствии с формулярами и сбор исходных данных по величине тяги несущего винта при контрольных висениях вертолета.

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к устройству взлетно-посадочных полос аэродрома. Мобильный взлетно-посадочный комплекс содержит n-грузовых автомобилей с гидравлическими упорами, выполненными в виде домкратов с цилиндрическими наконечниками.

Изобретение относится к авиационной технике и касается экспериментальных исследований проблем аэроупругости летательных аппаратов (ЛА) в аэродинамических трубах.

Изобретение относится к устройству для (1) для пространственного ориентирования и способу по меньшей мере двух крупноформатных компонентов секции фюзеляжа, в частности по меньшей мере одной боковой оболочки (7, 8), по меньшей мере одной верхней оболочки (12), по меньшей мере одной нижней оболочки (11) и/или по меньшей мере одного каркаса пола, по отношению друг к другу для сборки секции фюзеляжа летательного аппарата.

Изобретение относится к способу изготовления летательных аппаратов (ЛА). Во время изготовления ЛА оправку пропускают через шпангоуты.

Изобретение относится к способу изготовления конструкций из слоистых композитных материалов, содержащих замкнутые полости с малой геометрической высотой. Изготавливают раскроенные по шаблонам заготовки слоев препрега и формообразующие твердые оправки из слепочной массы, соответствующих по форме внутренним полостям изделия.

Диагностическая система предназначена для обнаружения критического состояния и вывода оператору информации о местоположении, относящейся к местоположению обнаруженного критического состояния.

Изобретение относится к технологии изготовления конструкций из неметаллических композиционных материалов. Способ изготовления полых конструкций с внутренними стенками включает изготовление заготовки путем выкладки слоев препрега верхней и нижней обшивок, раскроенных по шаблонам, и формирование каркаса, укладку заготовки в пресс-форму, состоящую из отдельных формообразующих частей, предварительную опрессовку выложенных заготовок, прессование с помощью оправок и герметичных эластичных мешков, размещенных внутри заготовки, и удаление их из изделия после прессования.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам диагностики технического состояния летательных аппаратов. Система сбора данных, контроля и диагностики технического состояния агрегатов привода винтов вертолета включает пьезоэлектрические датчики вибрации, которые установлены на корпусе, по меньшей мере, одного из агрегатов привода винтов вертолета и расположены так, что получают данные с полнотой, достаточной для диагностики технического состояния деталей, узлов, по меньшей мере, одного агрегата привода винтов работающего вертолета, и бортовой электронный блок.

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 композитным материалам для авиастроения и касается конструкции из пластика, армированного углеволокном (CFRP конструкция), и способа изготовления такой конструкции.

Изобретение относится к конструктивным элементам крыльев и касается конструкции кессона крыла летательного аппарата (ЛА) из композиционных материалов (КМ). Кессон крыла из КМ содержит верхнюю и нижнюю стрингерные панели, передний и задний лонжероны и нервюры, делящие внутреннее пространство кессона на отсеки.

Изобретение относится к конструктивным элементам крыльев и касается конструкции кессона крыла летательного аппарата (ЛА) из композиционных материалов (КМ). Кессон крыла из КМ содержит верхнюю и нижнюю стрингерные панели.

Изобретение относится к способу повышения жесткости нервюры при совмещении ее с компонентами крыла воздушного судна при изготовлении блока крыла. Во время сборки крыла воздушного судна для повышения жесткости нервюры присоединяют панели жесткости к боковой стороне нервюры посредством действия низкого вакуума.

Интегральная конструкция из композитного материала многолонжеронного кессона для самолета содержит нижнюю обшивку (12), верхнюю обшивку (11), несколько лонжеронов (9), образующих ячейки (14).

Изобретение относится к конструкциям из композиционных материалов, предназначенных для использования в авиакосмической отрасли. .

Изобретение относится к авиационной технике и касается крыльев летательных аппаратов и узлов крепления их консолей. .

Изобретение относится к композитным материалам для авиастроения и касается конструкции из пластика, армированного углеволокном (CFRP конструкция), и способа изготовления такой конструкции.
Наверх