способ изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов, форма для изготовления аэродинамической конструкции из полимерных композиционных материалов и аэродинамическая конструкция из полимерных композиционных материалов
Классы МПК: | B64F5/00 Способы проектирования, изготовления, сборки, чистки, эксплуатации или ремонта самолетов, не отнесенные к другим группам B29C33/14 у стенки формы F16B11/00 Соединения конструктивных элементов склеиванием или прессованием, например холодной сваркой под давлением B32B5/00 Слоистые изделия, отличающиеся неоднородностью или физической структурой слоя B32B1/06 отличающиеся заполнителями или дополнительными элементами в полых участках изделия |
Автор(ы): | Барынин Вячеслав Александрович (RU), Кульков Александр Алексеевич (RU), Яиков Вячеслав Петрович (RU), Плотников Владимир Иванович (RU), Пухов Андрей Аркадьевич (RU), Лукин Иван Дмитриевич (RU), Пичугина Ирина Владиславовна (RU), Плотников Роман Владимирович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-08-01 публикация патента:
10.04.2008 |
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.
Формула 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.
Описание изобретения к патенту
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 МПК 7 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 МПК 7 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.
Класс B64F5/00 Способы проектирования, изготовления, сборки, чистки, эксплуатации или ремонта самолетов, не отнесенные к другим группам
Класс B29C33/14 у стенки формы
Класс F16B11/00 Соединения конструктивных элементов склеиванием или прессованием, например холодной сваркой под давлением
Класс B32B5/00 Слоистые изделия, отличающиеся неоднородностью или физической структурой слоя
Класс B32B1/06 отличающиеся заполнителями или дополнительными элементами в полых участках изделия