Стрингерная панель из композиционного слоистого материала
Владельцы патента RU 2521882:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна" (RU)
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.
