RU209465U1

RU209465U1 - Composite vehicle compartment shell

Info

Publication number: RU209465U1
Application number: RU2021128322U
Authority: RU
Inventors: Михаил Чеславович Зиченков; Иван Владимирович Марескин; Александр Николаевич Шаныгин; Евгений Аркадьевич Дубовиков; Андрей Владимирович Чернов; Дмитрий Вячеславович Ведерников
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2022-03-16

Abstract

Полезная модель относится к области композитных конструкций и касается высоконагруженных конструкций оболочек отсеков транспортных средств из полимерных композиционных материалов, в частности оболочек отсеков фюзеляжей и крыльев летательных аппаратов. В конструкции оболочки для отсека транспортного средства из композиционных материалов можно выделить несколько основных частей: жесткий каркас, состоящий из гибридных металлокомпозитных силовых элементов; внешнюю обшивку; эластичную волнообразную внутреннюю обшивку, расположенную внутри жесткого каркаса; защитный наполнитель, расположенный между внутренней и внешней обшивками. Гибридный металлокомпозитный силовой элемент состоит из центральной композитной части и торцевых металлических частей и может быть выполнен осесимметричным. Техническим результатом является улучшение ремонтопригодности конструкции жесткого каркаса при сохранении его весовой эффективности в течение всего срока эксплуатации, вне зависимости от количества проведенных ремонтов. Технический результат достигается за счет реализации жесткого каркаса из отдельных гибридных металлокомпозитных силовых элементов, соединение которых осуществляется широко распространенными способами стыковки, разработанных для металлических конструкций.The utility model relates to the field of composite structures and concerns highly loaded structures of shells of vehicle compartments made of polymer composite materials, in particular, shells of fuselage compartments and wings of aircraft. In the design of the shell for the vehicle compartment made of composite materials, several main parts can be distinguished: a rigid frame consisting of hybrid metal-composite power elements; outer skin; elastic wavy inner skin located inside the rigid frame; protective filler located between the inner and outer skins. A hybrid metal-composite power element consists of a central composite part and end metal parts and can be made axisymmetric. The technical result is to improve the maintainability of the rigid frame structure while maintaining its weight efficiency throughout the entire service life, regardless of the number of repairs carried out. The technical result is achieved through the implementation of a rigid frame of individual hybrid metal-composite power elements, the connection of which is carried out by widely used docking methods developed for metal structures.

Description

Полезная модель относится к области композитных конструкций и касается высоконагруженных конструкций оболочек отсеков транспортных средств из полимерных композиционных материалов, в частности оболочек отсеков фюзеляжей и крыльев летательных аппаратов.The utility model relates to the field of composite structures and concerns highly loaded structures of shells of vehicle compartments made of polymer composite materials, in particular, shells of fuselage compartments and wings of aircraft.

Известна оболочка отсека транспортного средства из композиционных материалов, содержащая жесткий каркас и внешнюю обшивку (Патент РФ №2442690, МПК В32 В 1/08, В32 В 3/12, В64С 1/12, B64G 1/22, ЗАО «Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ», 19.11.2010). Такая оболочка способна нести большую нагрузку за счет наличия жесткого каркаса из однонаправленных композитных ребер. Внешняя обшивка такой оболочки изолирует внутреннее пространство отсека от внешней среды, а также, при применении в авиационной технике, воспринимает внешние аэродинамические нагрузки и передает их на жесткий каркас. Однако в силу малой толщины внешней обшивки и хорошей теплопроводности ее материала, описываемая оболочка имеет низкие теплоизоляционные и ударозащитные свойства. Также к ее недостаткам можно отнести то, что при нагружении избыточным давлением, соединение внешней оболочки и жесткого каркаса работает на отрыв, что приводит к дополнительным весовым потерям на обеспечение прочности соединения и к необходимости частого контроля состояния соединения.A well-known shell of a vehicle compartment made of composite materials, containing a rigid frame and outer skin (RF Patent No. TsNIISM, November 19, 2010). Such a shell is capable of carrying a large load due to the presence of a rigid frame of unidirectional composite ribs. The outer skin of such a shell isolates the internal space of the compartment from the external environment, and also, when used in aviation technology, perceives external aerodynamic loads and transfers them to a rigid frame. However, due to the small thickness of the outer skin and the good thermal conductivity of its material, the described shell has low thermal insulation and shockproof properties. Also, its disadvantages include the fact that when loaded with excess pressure, the connection of the outer shell and the rigid frame works in separation, which leads to additional weight losses to ensure the strength of the connection and the need for frequent monitoring of the state of the connection.

Известна оболочка отсека транспортного средства из композиционных материалов, наиболее близкая по конструктивным признакам к предлагаемой полезной модели и принятая за прототип, состоящая из жесткого каркаса, внешней обшивки, расположенной внутри жесткого каркаса эластичной волнообразной внутренней обшивки и защитного наполнителя, расположенного между внутренней и внешней обшивками (Патент РФ №2558493, МПК В64С 1/12, ФГУП «ЦАГИ имени профессора Н.Е. Жуковского», 27.06.2014), которая за счет наличия защитного наполнителя обладает высокими теплоизоляционными и ударозащитными свойствами. Также, за счет наличия эластичной волнообразной внутренней обшивки, расположенной внутри жесткого каркаса, при нагружении оболочки избыточным давлением, герметизация отсека обеспечивается этой обшивкой, соединение которой с жестким каркасом нагружается преимущественно сжатием, в результате чего такое соединение обладает высокой прочностью при малом весе и требует более редкого контроля состояния.A vehicle compartment shell made of composite materials is known, which is closest in design features to the proposed utility model and taken as a prototype, consisting of a rigid frame, an outer skin located inside the rigid frame of an elastic wavy inner skin and a protective filler located between the inner and outer skins ( Patent of the Russian Federation No. 2558493, MPK V64S 1/12, Federal State Unitary Enterprise "TsAGI named after Professor N.E. Zhukovsky", 06/27/2014), which, due to the presence of a protective filler, has high heat-insulating and shock-proof properties. Also, due to the presence of an elastic wavy inner lining located inside the rigid frame, when the shell is loaded with excess pressure, the sealing of the compartment is provided by this skin, the connection of which with the rigid frame is loaded mainly by compression, as a result of which such a connection has high strength at low weight and requires more rare condition monitoring.

Недостатком прототипа является то, что существующие методы ремонта жесткого каркаса, в случае его повреждения, требуют внедрения в конструкцию дополнительных ремонтных элементов, которые приводят к увеличению веса конструкции жесткого каркаса, что, с учетом длительного срока эксплуатации транспортного средства, приводит к снижению весовой и, соответственно, топливной эффективности транспортного средства. Также места ремонта требуют особого внимания при проведении плановой диагностики конструкции отсека.The disadvantage of the prototype is that the existing methods of repairing a rigid frame, in case of damage, require the introduction of additional repair elements into the structure, which lead to an increase in the weight of the rigid frame structure, which, taking into account the long service life of the vehicle, leads to a decrease in weight and, respectively, the fuel efficiency of the vehicle. Also, repair sites require special attention when carrying out scheduled diagnostics of the compartment design.

Проблема заключается в том, что имеющееся решение для оболочек отсеков транспортных средств из композиционных материалов, не позволяет обеспечить необходимую ремонтопригодность при условии сохранения весовой эффективности в течение всего срока эксплуатации, что критично при применении в конструкциях транспортных средств, рассчитанных на длительный срок эксплуатации и имеющих высокие требования к весовой эффективности, таких как конструкции летательных аппаратов.The problem is that the existing solution for vehicle compartment shells made of composite materials does not provide the necessary maintainability while maintaining weight efficiency throughout the entire service life, which is critical when used in vehicle structures designed for a long service life and having high weight efficiency requirements such as aircraft designs.

Техническим результатом является улучшение ремонтопригодности конструкции жесткого каркаса при сохранении его весовой эффективности в течение всего срока эксплуатации, вне зависимости от количества проведенных ремонтов.The technical result is to improve the maintainability of the rigid frame structure while maintaining its weight efficiency throughout the entire service life, regardless of the number of repairs carried out.

Технический результат достигается за счет того, что в оболочке отсека транспортного средства из композиционных материалов, содержащей жесткий каркас, внешнюю обшивку, расположенную внутри жесткого каркаса эластичную волнообразную внутреннюю обшивку и защитный наполнитель, расположенный между внутренней и внешней обшивками, жесткий каркас выполнен из гибридных металлокомпозитных силовых элементов.The technical result is achieved due to the fact that in the shell of the vehicle compartment made of composite materials, containing a rigid frame, an outer skin located inside the rigid frame, an elastic wavy inner skin and a protective filler located between the inner and outer skins, the rigid frame is made of hybrid metal-composite power elements.

Гибридные металлокомпозитные силовые элементы могут быть выполнены осесимметричными.Hybrid metal-composite power elements can be made axisymmetric.

На фиг. 1 изображена оболочка отсека транспортного средства из композиционных материалов.In FIG. 1 shows a vehicle compartment shell made of composite materials.

На фиг. 2 изображен осесимметричный гибридный металло-композитный силовой элемент.In FIG. 2 depicts an axisymmetric hybrid metal-composite strength element.

В конструкции оболочки для отсека транспортного средства из композиционных материалов (Фигура 1) можно выделить несколько основных частей:In the design of the shell for the vehicle compartment made of composite materials (Figure 1), several main parts can be distinguished:

жесткий каркас 1, состоящий из гибридных металлокомпозитных силовых элементов;rigid frame 1, consisting of hybrid metal-composite power elements;

внешнюю обшивку 2;outer skin 2;

эластичную волнообразную внутреннюю обшивку 3, расположенную внутри жесткого каркаса;elastic wavy inner lining 3 located inside the rigid frame;

защитный наполнитель 4, расположенный между внутренней и внешней обшивками.protective filler 4 located between the inner and outer skins.

Гибридный металлокомпозитный силовой элемент (Фигура 2) состоит из центральной композитной части 5 и торцевых металлических частей 6, и может быть выполнен осесимметричным.Hybrid metal-composite power element (Figure 2) consists of a central composite part 5 and end metal parts 6, and can be made axisymmetric.

Устройство работает следующим образом. Жесткий каркас 1 воспринимает нагрузки, действующие на отсек, внешняя обшивка 2 изолирует внутренний объем отсека от внешней среды и защищает жесткий каркас от химических и климатических воздействий, также, в случае применения предлагаемого решения в авиационной технике, внешняя обшивка 2 воспринимает аэродинамическую нагрузку и передает ее на жесткий каркас 1, эластичная волнообразная внутренняя обшивка 3 воспринимает нагрузки от избыточного давления в отсеке, при их наличии, а защитный наполнитель 4, совместно с внешней обшивкой 2 и эластичной волнообразной внутренней обшивкой 3 обеспечивает защиту жесткого каркаса от внешних химических и ударных воздействий и выполняет теплоизоляционную функцию. Жесткий каркас 1 состоит из гибридных металлокомпозитных силовых элементов. Конструкция этих силовых элементов состоит из центральной композитной части 5 и торцевых металлических частей 6. Торцевые металлические части 6 обеспечивают стыковку гибридных металлокомпозитных силовых элементов между собой и с другими элементами конструкции. Также торцевые металлические части 6 передают нагрузку на центральную композитную часть 5, имеющую высокие удельные прочностные и жесткостные характеристики. Тот факт, что жесткий каркас 1 состоит из отдельных гибридных металлокомпозитных силовых элементов, соединенных посредством торцевых металлических частей 6, позволяет применять для стыковки силовых элементов известные и хорошо развитые технологии соединения металлических деталей, что, при повреждении силового элемента позволяет производить его замену с использованием широко распространенного оборудования для ремонта металлических конструкций, и выполняется простой заменой поврежденного силового элемента на аналогичный. В результате того, что при ремонте жесткого каркаса 1 в него не добавляется дополнительных ремонтных элементов, его весовая эффективность сохраняется на доремонтном уровне, таким образом, обеспечивается высокая ремонтопригодность жесткого каркаса при сохранении его весовой эффективности на протяжении всего срока эксплуатации вне зависимости от количества проведенных ремонтов. Осесимметричная форма гибридного металлокомпозитного силового элемента также улучшает ремонтопригодность конструкции жесткого каркаса 1, так как при такой форме силового элемента снижаются требования к точности его ориентации в пространстве.The device works as follows. The rigid frame 1 perceives the loads acting on the compartment, the outer skin 2 isolates the internal volume of the compartment from the external environment and protects the rigid frame from chemical and climatic influences, also, in the case of applying the proposed solution in aviation technology, the outer skin 2 perceives the aerodynamic load and transmits it on the rigid frame 1, the elastic wavy inner lining 3 perceives loads from excessive pressure in the compartment, if any, and the protective filler 4, together with the outer skin 2 and the elastic wavy inner lining 3, provides protection of the rigid frame from external chemical and shock effects and performs thermal insulation function. Rigid frame 1 consists of hybrid metal-composite power elements. The design of these load-bearing elements consists of a central composite part 5 and end metal parts 6. End metal parts 6 provide for the joining of hybrid metal-composite load-bearing elements to each other and to other structural elements. Also, the end metal parts 6 transfer the load to the central composite part 5, which has high specific strength and stiffness characteristics. The fact that the rigid frame 1 consists of separate hybrid metal-composite power elements connected by means of end metal parts 6 makes it possible to use known and well-developed technologies for joining metal parts for joining power elements, which, if the power element is damaged, allows its replacement using widely common equipment for the repair of metal structures, and is performed by simply replacing a damaged power element with a similar one. As a result of the fact that during the repair of the rigid frame 1 no additional repair elements are added to it, its weight efficiency remains at the pre-repair level, thus ensuring high maintainability of the rigid frame while maintaining its weight efficiency throughout the entire service life, regardless of the number of repairs performed. . The axisymmetric shape of the hybrid metal-composite power element also improves the maintainability of the structure of the rigid frame 1, since this shape of the power element reduces the requirements for the accuracy of its orientation in space.

Основным преимуществом предлагаемой конструкции является высокая ремонтопригодность жесткого каркаса при сохранении его весовой эффективности на протяжении всего срока эксплуатации вне зависимости от количества проведенных ремонтов.The main advantage of the proposed design is the high maintainability of the rigid frame while maintaining its weight efficiency throughout the entire service life, regardless of the number of repairs.

Технический результат достигается за счет реализации жесткого каркаса из отдельных гибридных металлокомпозитных силовых элементов, соединение которых осуществляется широко распространенными способами стыковки, разработанных для металлических конструкций.The technical result is achieved through the implementation of a rigid frame of individual hybrid metal-composite power elements, the connection of which is carried out by widely used docking methods developed for metal structures.

Claims

1. A shell of a vehicle compartment made of composite materials, containing a rigid frame, an outer skin, an elastic wavy inner skin located inside the rigid frame, and a protective filler located between the inner and outer skins, characterized in that the rigid frame is made of hybrid metal-composite power elements, consisting from the central composite part and end metal parts.

2. The shell of the vehicle compartment made of composite materials according to claim 1, characterized in that the hybrid metal-composite power elements are axisymmetric.