Способ изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов, форма для изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов и аэродинамическая конструкция из полимерных композиционных материалов
Владельцы патента RU 2321525:
Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU)
Изобретения относятся к области машиностроения. При изготовлении аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов в верхнюю и нижнюю полуформы (2, 3) укладывают слои материала аэродинамической обшивки (4). После полимеризации и извлечения из полуформ (2, 3), и мехобработки обшивку (4) склеивают, устанавливая внутрь обшивки (4) ячеистый наполнитель (5), в плоскости его разъема - мембрану, а снаружи - обтекатель. Формообразующая поверхность каждой полуформы (2, 3) снабжена выступом (17). Аэродинамическая конструкция содержит аэродинамическую обшивку (4), выполненную из двух обечаек (6), и ячеистый наполнитель (5), который выполнен из двух частей, склеенных через мембрану. Клеевой стык закрыт обтекателем. Изобретения направлены на создание высокотехнологичной аэродинамической конструкции с повышенной надежностью работы. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы при создании конструкций для летательных аппаратов, в частности для разработки и производства крыльев и оперения.
Известен способ изготовления аэродинамической конструкции, SU №1058199 А1 от 23.02.93 МКП6 В64С 3/26.
Известен способ изготовления аэродинамической конструкции, ЕР №0875452 A3 от 04.11.83 МКП6 В64С 3/26.
Известна лопасть поворотного крыла, RU №2009075 С1 от 09.10.91 МКП6 В64С 3/26, содержащая аэродинамическую обшивку и ячеистый наполнитель.
Известна лопасть поворотного крыла, RU №2085440 С1 от 11.05.95 МКП6 В64С 3/26, содержащая силовые элементы и ячеистый наполнитель.
Известен способ изготовления аэродинамической конструкции, а.с. СССР №431733, МКИ В64С 27/46.
Известны способ изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов, форма для изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов и аэродинамическая конструкция из полимерных композиционных материалов (RU №2030336 С1 от 05.03.91 МПК7 B64F 5/00).
Также известны способ изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов, форма для изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов и аэродинамическая конструкция из полимерных композиционных материалов (RU №2266847 С1 от 27.05.2004 МПК7 B64F 5/00).
При реализации известного способа в верхнюю и нижнюю полуформы укладывают слои стеклопластика аэродинамической обшивки, затем, после полимеризации, извлечения из полуформ и мехобработки, обшивку склеивают, устанавливая внутрь обшивки ячеистый наполнитель.
Известная форма выполнена из двух полуформ.
Известная конструкция содержит аэродинамическую обшивку, выполненную из двух обечаек, и ячеистый наполнитель.
Недостатками известного способа являются низкая технологичность и качество изготовления конструкции, так как в известном случае требуется трудоемкая операция по изготовлению ячеистого наполнителя заданного профиля, а отсутствие операций по защите клеевого стыка значительно снижает надежность работы конструкции в условиях интенсивного воздушного потока, то есть качество конструкции.
Недостатком известной формы является низкое качество изготовления конструкции из-за нарушения ее аэродинамического профиля.
Недостатком известной конструкции является низкая надежность ее работы из-за низкой надежности работы незащищенного клеевого стыка в условиях интенсивного воздушного потока, а также из-за низкой прочности клеевого соединения ячеистого наполнителя с аэродинамической обшивкой.
Известный способ, форма и конструкция как наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату выбраны в качестве прототипа.
Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание высокотехнологичной аэродинамической конструкции с повышенной надежностью ее работы.
Технический результат для способа, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в повышении технологичности и качества изготовления конструкции за счет повышения технологичности изготовления и установки ячеистого наполнителя и повышения надежности работы конструкции в условиях интенсивного воздушного потока.
Технический результат для формы, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в повышении качества изготовления конструкции при повышении точности ее аэродинамического профиля.
Технический результат для конструкции, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в повышении надежности ее работы за счет защищенности клеевого стыка в условиях воздействия интенсивного воздушного потока, а также за счет повышения прочности клеевого соединения ячеистого наполнителя с обшивкой.
Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что способ изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов, при котором в верхнюю и нижнюю полуформы укладывают слои материала аэродинамической обшивки, затем, после полимеризации, извлечения из полуформ и мехобработки, обшивку склеивают, устанавливая внутрь обшивки ячеистый наполнитель. При этом ячеистый наполнитель вклеивают по отдельности в обечайки обшивки, мехобработкой ячеистого наполнителя формируют сопрягаемую плоскость, склеивают конструкцию, располагая в сопрягаемой плоскости мембрану, частично огибая ею элементы ячеистого наполнителя, а клеевой стык закрывают обтекателем из слоистого материала, укладывая его по кромке конструкции в заранее подготовленную выемку, глубиной, соответствующей количеству слоев материала обтекателя. В качестве ячеистого наполнителя используют сотовую конструкцию с расположением стенок сотов преимущественно перпендикулярно мембране. Мембрану изготавливают из слоистого материала, например стеклопластика, и устанавливают свежепропитанную или частично отвержденную. Выемку для обтекателя оформляют, укладывая в полуформы, по их кромкам слоистый материал, аналогичный материалу обтекателя.
Для формы поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что форма для изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов, способом изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов, выполненная из двух полуформ, и, в соответствии с изобретением, формообразующая поверхность каждой полуформы снабжена выступом, расположенным по ее кромке и выполненным из слоистого материала, аналогичного материалу обтекателя, закрывающего клеевой стык аэродинамической конструкции.
Для конструкции поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что аэродинамическая конструкция из полимерных композиционных материалов, изготовленная способом изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов, содержащая аэродинамическую обшивку, выполненную из двух обечаек, и ячеистый наполнитель, и, в соответствии с изобретением, ячеистый наполнитель выполнен из двух частей, склеенных через мембрану с частичным внедрением элементов наполнителя в последнюю, а клеевой стык закрыт обтекателем из слоистого материала, вклеенным в выемки, выполненные по кромке каждой обечайки, при этом ячеистый наполнитель выполнен из сотовых элементов.
Отличительными признаками для способа являются следующие признаки:
- ячеистый наполнитель вклеивают по отдельности в обечайки обшивки - признак существенный, предусматривает новую последовательность операций, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет обеспечения оптимального контактного давления при склеивании обечаек и наполнителя при подвижности ячеек наполнителя;
- мехобработкой ячеистого наполнителя формируют сопрягаемую плоскость - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет обеспечения условий для склеивания в сопрягаемой плоскости;
- склеивают конструкцию, располагая в сопрягаемой плоскости мембрану, - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет обеспечения контакта при склеивании всех элементов наполнителя в сопрягаемой плоскости (без мембраны контакт может быть обеспечен только в точках);
- частично огибая ею элементы ячеистого наполнителя - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение качества изготовления конструкции за счет увеличения контактной поверхности склеивания;
- клеевой стык закрывают обтекателем из слоистого материала, укладывая его по кромке конструкции в заранее подготовленную выемку, глубиной, соответствующей количеству слоев материала обтекателя, - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет упрощения установки обтекателя и его мехобработки (удаления облоя), а также повышения надежности работы конструкции в условиях воздействия интенсивного воздушного потока и обеспечения заданного аэродинамического профиля;
- в качестве ячеистого наполнителя используют сотовую конструкцию с расположением стенок сотов преимущественно перпендикулярно мембране - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет упрощения склеивания элементов и более надежного контакта склеиваемых элементов при подвижности известных сотовых наполнителей;
- мембрану изготавливают из слоистого материала, например стеклопластика, и устанавливают свежепропитанную или частично отвержденную - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет возможности огибания мембраной каждого элемента сотового наполнителя при податливости последней;
- выемку для обтекателя оформляют, укладывая в полуформы, по их кромкам слоистый материал, аналогичный материалу обтекателя, - признак существенный, предусматривает наличие новых операций и новую последовательность их выполнения, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет упрощения установки обтекателя и его мехобработки (удаления облоя), а также повышения надежности работы конструкции в условиях воздействия интенсивного воздушного потока и обеспечения заданного аэродинамического профиля.
Отличительными признаками для формы являются следующие признаки:
- формообразующая поверхность каждой полуформы снабжена выступом, расположенным по ее кромке, - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов и их новое расположение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет упрощения установки обтекателя и его мехобработки (удаления облоя), а также повышения надежности работы конструкции в условиях воздействия интенсивного воздушного потока и обеспечения заданного аэродинамического профиля;
- выполненным из слоистого материала, аналогичного материалу обтекателя, закрывающего клеевой стык аэродинамической конструкции, - признак существенный, аналогичен предыдущему признаку.
Отличительными признаками для конструкции являются следующие признаки:
- ячеистый наполнитель выполнен из двух частей - признак существенный, предусматривает новое расположение элементов, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности изготовления конструкции и надежности ее работы за счет упрощения сборки и повышения прочности клеевого соединения;
- склеенных через мембрану - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов и их новое расположение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы конструкции за счет повышения прочности клеевого соединения;
- с частичным внедрением элементов наполнителя в мембрану - признак существенный, предусматривает новое расположение элементов, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы конструкции за счет повышения прочности клеевого соединения при увеличении площади контакта;
- клеевой стык закрыт обтекателем из слоистого материала, вклеенным в выемки, выполненные по кромке каждой обечайки, - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов и их новое расположение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы конструкции в условиях воздействия интенсивного воздушного потока и обеспечения заданного аэродинамического профиля;
- ячеистый наполнитель выполнен из сотовых элементов - признак существенный, предусматривает новую форму элементов, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы конструкции.
Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технических результатов. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технических результатов и характеризует предложенные технические решения существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данные технические решения являются результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению технологичности аэродинамической конструкции с повышением надежностью ее работы без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладают неочевидностью, что свидетельствует об их соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид аэродинамической конструкции, на фиг.2 - поперечный разрез формы, на фиг.3 - поперечный разрез аэродинамической конструкции, на фиг.4 - поперечный разрез сотов, на фиг.5 - продольный разрез мембраны и сотов, на фиг.6 - поперечный разрез зоны обтекателя конструкции, на фиг.7 - поперечный разрез зоны выступов формы.
Способ изготовления аэродинамической конструкции 1 из полимерных композиционных материалов, при котором в верхнюю 2 и нижнюю полуформы 3 укладывают слои материала аэродинамической обшивки 4, затем, после полимеризации, извлечения из полуформ 2 и 3 и мехобработки, обшивку 4 склеивают, устанавливая внутрь обшивки 4 ячеистый наполнитель 5. При этом ячеистый наполнитель 5 вклеивают по отдельности в обечайки 6 обшивки, мехобработкой ячеистого наполнителя 5 формируют сопрягаемую плоскость 7, склеивают конструкцию, располагая в сопрягаемой плоскости мембрану 8, частично огибая ею элементы 9 ячеистого наполнителя 5, а клеевой стык 10 закрывают обтекателем 11 из слоистого материала, укладывая его по кромке конструкции в заранее подготовленную выемку 12, глубиной, соответствующей количеству слоев материала обтекателя 11. В качестве ячеистого наполнителя 5 используют сотовую конструкцию 13 с расположением стенок 9 сотов преимущественно перпендикулярно мембране 8. Мембрану 8 изготавливают из слоистого материала, например стеклопластика, и устанавливают свежепропитанную или частично отвержденную. Выемку для обтекателя оформляют, укладывая в полуформы 2 и 3, по их кромкам слоистый материал 14, аналогичный материалу обтекателя 11.
Форма 15 для изготовления аэродинамической конструкции 1 из полимерных композиционных материалов выполнена из двух полуформ 2 и 3, при этом формообразующая поверхность 16 каждой полуформы 2 и 3 снабжена выступом 17, расположенным по ее кромке и выполненным из слоистого материала, аналогичного материалу обтекателя 11, закрывающего клеевой стык 10 аэродинамической конструкции.
Аэродинамическая конструкция 1 из полимерных композиционных материалов, содержащая аэродинамическую обшивку 4, выполненную из двух обечаек 6, и ячеистый наполнитель 5, при этом ячеистый наполнитель 5 выполнен из двух частей, склеенных через мембрану 8 (при отсутствии мембраны 8 контакт сотовых элементов будет осуществлен только в точках 18) с частичным внедрением элементов 9 наполнителя 5 в последнюю, а клеевой стык 10 закрыт обтекателем 11 из слоистого материала, вклеенным в выемки 12, выполненные по кромке каждой обечайки 6, при этом ячеистый наполнитель выполнен из сотовых элементов 13.
Работает аэродинамическая конструкция следующим образом. При взаимодействии с интенсивным воздушным потоком передний обтекатель 11 подвержен значительным нагрузкам, в том числе тепловым. В этом случае для его изготовления применен жаропрочный материал, например слоистый базальтопластик, при этом для выступа 17 формы 15 применен аналогичный материал с тем же количеством слоев.
Таким образом, использование изобретений позволит создать высокотехнологичную аэродинамическую конструкцию с повышенной надежностью ее работы, что и подтверждает это использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний образцов и фрагментов конструкций, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.
1. Способ изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов, при котором в верхнюю и нижнюю полуформы укладывают слои материала аэродинамической обшивки, затем, после полимеризации, извлечения из полуформ и мехобработки, обшивку склеивают, устанавливая внутрь обшивки ячеистый наполнитель, отличающийся тем, что ячеистый наполнитель вклеивают по отдельности в обечайки обшивки, мехобработкой ячеистого наполнителя формируют сопрягаемую плоскость, склеивают конструкцию, располагая в сопрягаемой плоскости мембрану, частично огибая ею элементы ячеистого наполнителя, а клеевой стык закрывают обтекателем из слоистого материала, укладывая его по кромке конструкции в заранее подготовленную выемку, глубиной, соответствующей количеству слоев материала обтекателя.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ячеистого наполнителя используют сотовую конструкцию с расположением стенок сотов преимущественно перпендикулярно мембране.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что мембрану изготавливают из слоистого материала, например, стеклопластика и устанавливают свежепропитанную или частично отвержденную.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что выемку для обтекателя оформляют, укладывая в полуформы, по их кромкам слоистый материал, аналогичный материалу обтекателя.
5. Форма для изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов способом по любому из пп.1-3 и 4, выполненная из двух полуформ, отличающаяся тем, что формообразующая поверхность каждой полуформы снабжена выступом, расположенным по ее кромке и выполненным из слоистого материала, аналогичного материалу обтекателя, закрывающего клеевой стык аэродинамической конструкции.
6. Аэродинамическая конструкция из полимерных композиционных материалов, изготовленная способом по любому из пп.1-3 и 4, содержащая аэродинамическую обшивку, выполненную из двух обечаек, и ячеистый наполнитель, отличающаяся тем, что ячеистый наполнитель выполнен из двух частей, склеенных через мембрану с частичным внедрением элементов наполнителя в последнюю, а клеевой стык закрыт обтекателем из слоистого материала, вклеенным в выемки, выполненные по кромке каждой обечайки.
7. Аэродинамическая конструкция по п.6, отличающаяся тем, что ячеистый наполнитель выполнен из сотовых элементов.
