RU211391U1 - Узел стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов - Google Patents
Узел стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU211391U1 RU211391U1 RU2021132962U RU2021132962U RU211391U1 RU 211391 U1 RU211391 U1 RU 211391U1 RU 2021132962 U RU2021132962 U RU 2021132962U RU 2021132962 U RU2021132962 U RU 2021132962U RU 211391 U1 RU211391 U1 RU 211391U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- docking unit
- metal
- grooves
- metal docking
- fuselage
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 claims abstract description 59
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 15
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 102220453189 DYNLT4 V64S Human genes 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области композитных конструкций и касается высоконагруженных силовых конструкций отсеков фюзеляжей летательных аппаратов, в частности узлов стыковки сетчатых композитных отсеков фюзеляжа с отсеками, имеющими металлические стыковочные узлы.
В конструкции узла стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов можно выделить несколько основных частей:
металлический стыковочный узел с пазами;
крышка, закрывающая пазы и стягиваемая к металлическому стыковочному узлу болтами;
отсек фюзеляжа, содержащий пересекающиеся спиральные ребра, торцевое кольцевое ребро и дуговые развороты, которые помещены в пазы металлического стыковочного узла.
Техническим результатом является увеличение сдвиговой и изгибной прочности узла стыка, что позволяет передавать через него значительные сдвиговые и моментные усилия, без существенного увеличения веса конструкции отсека фюзеляжа.
Технический результат достигается за счет того, что в пазы металлического стыковочного узла помещаются ребра не только за пределами торцевого кольцевого ребра, но и в его пределах, а также само торцевое кольцевое ребро.
Description
Полезная модель относится к области композитных конструкций и касается высоконагруженных силовых конструкций отсеков фюзеляжей летательных аппаратов, в частности узлов стыковки сетчатых композитных отсеков фюзеляжа с отсеками, имеющими металлические стыковочные узлы.
Известен узел стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов, металлический стыковочный узел которого содержит пазы, а отсек фюзеляжа содержит пересекающиеся спиральные ребра и кольцевое торцевое ребро, где спиральные и кольцевое торцевое ребра помещены в пазы металлического стыковочного узла (Патент РФ №2734147, МПК В64С 3/26, В32В 3/08, Акционерное общество «Центр перспективных разработок», 10.12.2019). Такой узел стыка способен передавать усилия от отсеков фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы к металлическому стыковочному узлу, за счет того, что ребра сетчатой конструкции помещены в пазы металлического стыковочного узла. Однако в таком узле стыка передача усилий от ребер к металлическому стыковочному узлу осуществляется за счет контакта связующего композитной детали и поверхности металлической детали, и, из-за большой разницы жесткостных и прочностных свойств связующего и металла, в связующем возникают концентрации напряжений, снижающие прочностные и усталостные свойства узла стыка. Наиболее критично этот эффект проявляется при нагружении узла стыка растяжением/сжатием, так как при таком типе нагружения на поверхность пересечений спиральных ребер давит угол, образованный при пересечении соответствующих пазов, что приводит к концентрациям поверхностных напряжений в композитной детали и, как следствие, к снижению прочностных и ресурсных свойств узла стыка. Также следует отметить, что в пересечении торцевого кольцевого ребра и спиральных ребер происходит разрыв спиральных ребер, и при растяжении такого стыка в этой зоне усилия передаются только за счет сдвиговых характеристик связующего между слоями спиральных и торцевого ребер. В силу малых прочности и жесткости связующего (относительно характеристик волокна) это приводит к возникновению концентраций напряжений в связующем на микроуровне, что отрицательно сказывается на прочности и долговечности всего узла стыка. Также при нагружении узла стыка моментными или сдвиговыми нагрузками поперек плоскости панели, эти нагрузки воспринимаются только за счет сдвиговых характеристик связующего, поэтому, ввиду малой относительной прочности и жесткости связующего, требуется значительное увеличение площади контакта, чтобы надежно передавать эти усилия. Таким образом, использование описанного узла стыка в конструкции фюзеляжа, где присутствуют значительные силовые потоки на растяжение/сжатие, приводит либо к увеличению размеров узла стыка (для уменьшения контактных напряжений), т.е. к увеличению веса конструкции, либо к снижению ресурсных характеристик узла стыка.
Известен узел стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов, наиболее близкий по конструктивным признакам к предлагаемой полезной модели и принятый за прототип, металлический стыковочный узел такого узла стыка содержит пазы, закрываемые крышкой, стягиваемой к металлическому стыковочному узлу болтами, а отсек фюзеляжа содержит пересекающиеся спиральные ребра и торцевое кольцевое ребро, причем спиральные ребра выпущены за пределы торцевого кольцевого ребра с дуговым разворотом, где спиральные ребра за пределами торцевого ребра помещены в пазы металлического стыковочного узла (Патент РФ №2655585, МПК В64С 1/12, ФГУП «ЦАГИ», 22.11.2016). Конструкция прототипа, за счет наличия дугового разворота, позволяет обеспечить контакт композитного материала с металлической деталью вдоль дуги окружности, без опоры композиционного материала на острые грани металлического стыковочного узла, а также непрерывность волокна в спиральных ребрах. Это приводит к тому, что за счет опоры торцевого кольцевого ребра на торцевую плоскость металлического стыковочного узла (при сжатии) и опоры дугового разворота на стенку паза с большим радиусом кривизны, т.е. без острых углов (при растяжении), значительно снижаются контактные напряжения в связующем композиционного материала. Также за счет непрерывности спиральных ребер при растягивающих нагрузках на узел стыка, передача усилий на спиральные ребра осуществляется за счет растяжения прочных и жестких армирующих волокон, что снижает уровень сдвиговых нагрузок в пересечении торцевого кольцевого ребра и спиральных ребер, и, соответственно, снижает уровень концентраций напряжений в связующем на микроуровне в этих зонах.
Недостатком прототипа является то, что в случае возникновения значительных перерезывающих или моментных усилий на узел стыка, эти усилия воспринимаются сдвигом и изгибом только спиральных ребер в сечении, близком к кольцевому торцевому ребру. Так как однонаправленный композиционный материал ребер обладает малыми сдвиговой и изгибной прочностью, прототип не может эффективно применяться в конструкции узла стыка, нагруженного сдвиговыми и/или моментными усилиями.
Проблема заключается в том, что имеющиеся решения для узлов стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов не позволяют обеспечить передачу комплексного нагружения, состоящего как из растяжения/сжатия, так и из сдвига и моментного нагружения, что сильно ограничивает область применения отсеков фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов.
Техническим результатом является увеличение сдвиговой и изгибной прочности узла стыка, т.е. возможность передавать через него значительные сдвиговые и моментные усилия без существенного увеличения веса конструкции.
Технический результат достигается за счет того, что в узле стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов, металлический стыковочный узел которого содержит пазы, закрываемые крышкой, стягиваемой к металлическому стыковочному узлу болтами, а отсек фюзеляжа содержит пересекающиеся спиральные ребра и торцевое кольцевое ребро, причем спиральные ребра выпущены за пределы торцевого кольцевого ребра с дуговым разворотом, где спиральные ребра за пределами торцевого ребра помещены в пазы металлического стыковочного узла, в пазы металлического стыковочного узла дополнительно помещены торцевое кольцевое ребро и спиральные ребра в пределах торцевого кольцевого ребра.
На фиг. 1 изображен узел стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов.
В конструкции узла стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов (Фиг. 1) можно выделить несколько основных частей:
металлический стыковочный узел 1 с пазами 2;
крышка 3, закрывающая пазы 2 и стягиваемая к металлическому стыковочному узлу 1 болтами 4;
отсек фюзеляжа, содержащий пересекающиеся спиральные ребра 5, торцевое кольцевое ребро 6 и дуговые развороты 7, которые помещены в пазы 2 металлического стыковочного узла 1.
Устройство работает следующим образом. При действии растягивающих нагрузок усилия передаются в основном за счет упора дугового разворота 7 в стенку паза 2, далее, за счет растяжения армирующих волокон спиральных ребер 5, эти нагрузки передаются на конструкцию отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы. При действии сжимающих нагрузок передача усилий осуществляется в основном за счет упора торцевого кольцевого ребра 6 в плоскую стенку соответствующего паза металлического стыковочного узла 1. При сдвиговых и моментных нагрузках в плоскости панели нагрузка воспринимается за счет упора торцевого кольцевого ребра 6 в стенки соответствующего паза 2. При сдвиговых и моментных нагрузках поперек плоскости панели нагрузка воспринимается за счет упора всей участвующей в стыке реберной структуры в дно пазов 2 и металлическую крышку 3. Таким образом, передача усилий через стыковочный узел осуществляется за счет контакта стыкуемых деталей по большой поверхности, не имеющей острых углов и в основном за счет восприятия связующим нормальных нагрузок.
Основным преимуществом предлагаемой конструкции является возможность передачи широкого спектра силовых воздействий без создания значительных концентраций поверхностных напряжений и напряжений на микроуровне, т.е. при обеспечении высокой прочности и долговечности соединения.
Технический результат достигается за счет того, что в пазы металлического стыковочного узла помещаются ребра не только за пределами торцевого кольцевого ребра, но и в его пределах, а также само торцевое кольцевое ребро.
Также дополнительный технический результат может быть достигнут при обеспечении в дуговых разворотах сверхплотной укладки волокон с минимальным содержанием связующего. В таком случае передача растягивающих усилий через узел стыка будет происходить за счет непосредственного контакта металлической детали и армирующих волокон без участия связующего, что, как показали экспериментальные исследования, проведенные в ЦАГИ, позволяет значительно повысить уровень нагружения такого стыка и более эффективно в весовом плане использовать материал.
Еще один дополнительный технический результат может быть получен при изготовлении стенок и дна пазов, а также поверхности крышки, прилегающей к ребру из механического метаматериала с изменяющейся жесткостью в пределах от жесткости связующего до жесткости материала металлического стыковочного узла. В таком случае можно добиться более равномерного распределения контактных напряжений в зоне соприкосновения композитных и металлических деталей, что позволит нагрузить стык большими моментными и сдвиговыми усилиями без потери прочности и долговечности.
Следует отметить, что в предлагаемой конструкции угол, образованный пересечением пазов для спиральных ребер, в случае возникновения в этой зоне значительных концентраций контактных напряжений, может быть выполнен с закруглением и заполнен связующим, так как эта зона металлического стыковочного узла, в силу конструкции узла стыка, не играет значительной роли в восприятии нагрузок.
Claims (1)
- Узел стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов, металлический стыковочный узел которого содержит пазы, закрываемые крышкой, стягиваемой к металлическому стыковочному узлу болтами, а отсек фюзеляжа содержит пересекающиеся спиральные ребра и торцевое кольцевое ребро, причем спиральные ребра выпущены за пределы торцевого кольцевого ребра с дуговым разворотом, где спиральные ребра за пределами торцевого ребра помещены в пазы металлического стыковочного узла, отличающийся тем, что в пазы металлического стыковочного узла дополнительно помещены торцевое кольцевое ребро и спиральные ребра в пределах торцевого кольцевого ребра.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU211391U1 true RU211391U1 (ru) | 2022-06-02 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475412C1 (ru) * | 2011-08-29 | 2013-02-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Инженерная Компания" (Ооо "Ник") | Оболочка отсека герметичного фюзеляжа магистрального самолета из полимерного композиционного материала и способ ее изготовления |
US20130243989A1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-09-19 | Sigma-Tek, Llc | Lattice Support Structure |
RU167805U1 (ru) * | 2016-08-11 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Сетчатая оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов |
CN104608915B (zh) * | 2015-01-30 | 2017-03-29 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 多层格栅承力筒及其制备方法 |
RU2655585C2 (ru) * | 2016-11-22 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Узел стыка отсеков фюзеляжа с сетчатой и традиционной конструктивно-силовыми схемами |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475412C1 (ru) * | 2011-08-29 | 2013-02-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Инженерная Компания" (Ооо "Ник") | Оболочка отсека герметичного фюзеляжа магистрального самолета из полимерного композиционного материала и способ ее изготовления |
US20130243989A1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-09-19 | Sigma-Tek, Llc | Lattice Support Structure |
CN104608915B (zh) * | 2015-01-30 | 2017-03-29 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 多层格栅承力筒及其制备方法 |
RU167805U1 (ru) * | 2016-08-11 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Сетчатая оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов |
RU2655585C2 (ru) * | 2016-11-22 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Узел стыка отсеков фюзеляжа с сетчатой и традиционной конструктивно-силовыми схемами |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7895810B2 (en) | Crash paddle for reinforcing a primary fuselage structure of an aircraft | |
Yang et al. | Hybrid lattice-core sandwich composites designed for microwave absorption | |
Li et al. | A novel carbon fiber reinforced lattice truss sandwich cylinder: Fabrication and experiments | |
US3008551A (en) | Structural panel construction | |
CN105128412A (zh) | 具有网格增强蜂窝芯体的夹芯结构 | |
CN106739292B (zh) | 一种加强型蜂窝复合板 | |
CA2804095A1 (en) | Aircraft fuselage made out with composite material and manufacturing processes | |
CA2747690A1 (en) | Structure of the load introduction zone in the rear end of an aircraft | |
JP6309324B2 (ja) | 複合材構造体、これを備えた航空機翼および航空機胴体、並びに複合材構造体の製造方法 | |
Lai et al. | A flexible tooling and local consolidation process to manufacture 1D lattice truss composite structure | |
CN106167085B (zh) | 用于飞机机身的耐压舱壁以及包括这种耐压舱壁的飞机 | |
CN105655509A (zh) | 下箱体及包含下箱体的电池箱 | |
CN106364025A (zh) | 一种复合材料三明治夹层板及其生产方法 | |
RU211391U1 (ru) | Узел стыка металлического стыковочного узла и отсека фюзеляжа сетчатой конструктивно-силовой схемы из композиционных материалов | |
JP6004669B2 (ja) | 複合材構造体、これを備えた航空機翼および航空機胴体、並びに複合材構造体の製造方法 | |
Alhajahmad et al. | Buckling performance of curvilinearly grid-stiffened tow-placed composite panels considering manufacturing constraints | |
RU196827U1 (ru) | Силовая конструкция корпуса космического аппарата | |
JP2019038517A (ja) | 共硬化した桁および縦通材の中央ウイングボックス | |
JP2011240925A (ja) | 漸進的な剛性を有する複合構造部材 | |
CN101516724B (zh) | 允许承受构件的自稳定加强肋 | |
Xue et al. | Two-dimensional analyses of delamination buckling of symmetrically cross-ply rectangular laminates | |
US1349868A (en) | Reinforced cellular structure | |
RU199953U1 (ru) | Устройство для передачи нагрузок | |
JP2017066700A (ja) | 桁構造体 | |
CN103342164B (zh) | 一种便于安装和预紧的复合材料柔性可承载的变形蒙皮 |