RU2116934C1 - Нервюра из композиционных материалов (варианты) и устройство для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры - Google Patents
Нервюра из композиционных материалов (варианты) и устройство для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры Download PDFInfo
- Publication number
- RU2116934C1 RU2116934C1 RU97107376A RU97107376A RU2116934C1 RU 2116934 C1 RU2116934 C1 RU 2116934C1 RU 97107376 A RU97107376 A RU 97107376A RU 97107376 A RU97107376 A RU 97107376A RU 2116934 C1 RU2116934 C1 RU 2116934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flat
- rib
- ribs
- composite materials
- mesh structure
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 14
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 14
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims description 11
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 claims 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 102000011842 Serrate-Jagged Proteins Human genes 0.000 abstract 1
- 108010036039 Serrate-Jagged Proteins Proteins 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 40
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 4
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000181 anti-adherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- B29D99/0089—Producing honeycomb structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
- B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
- B29C70/22—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure
- B29C70/224—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure the structure being a net
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
- B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
- B32B3/12—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by a layer of regularly- arranged cells, e.g. a honeycomb structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2031/00—Other particular articles
- B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
- B29L2031/3076—Aircrafts
- B29L2031/3085—Wings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24149—Honeycomb-like
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24479—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including variation in thickness
- Y10T428/2457—Parallel ribs and/or grooves
- Y10T428/24587—Oblique to longitudinal axis of web or sheet
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24628—Nonplanar uniform thickness material
- Y10T428/24636—Embodying mechanically interengaged strand[s], strand-portion[s] or strand-like strip[s] [e.g., weave, knit, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24628—Nonplanar uniform thickness material
- Y10T428/24661—Forming, or cooperating to form cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретения относятся к авиационной технике и могут быть использованы в летательных аппаратах, в частности в крыле летательного аппарата и более конкретно в нервюре из композиционных материалов, а также в устройстве для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры. Изобретения могут быть использованы при изготовлении многослойных панелей. Нервюра из композиционных материалов содержит плоскую реберно-ячеистую структуру из углеродных волокон и внешние слои, выполненные в виде сети из поясков или сети из плоских спиралей из органических нитей, охватывающих ее за пилообразные выступы клинообразного профиля с прилеганием к ее боковым поверхностям. Изобретение обеспечивает повышение прочности, надежности и уменьшение массы конструкции. 3 с. 2 з.п. ф-лы, 20 ил.
Description
Изобретения относятся к авиационной технике могут быть использованы в летательных аппаратах, в частности в крыле летательного аппарата и более конкретно в нервюре из композиционных материалов, а также в устройстве для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры. Изобретения могут быть использованы в панелях многослойной структуры.
Создание и совершенствование летательных аппаратов сопровождается непрерывным совершенствованием крыла летательного аппарата, несущее сложные аэродинамические и вибрационные многоцикловые нагрузки. Летательный аппарат считается наиболее эффективным, если способен нести максимальные полезные нагрузки, обладает минимальным весом, экономичностью расхода авиационного топлива, дальностью покрытия расстояний. Требованиям высокой прочности, надежности и эффективности должно удовлетворять и крыло летательного аппарата, представляющее собой объемную длинномерную конструкцию, включающую внешнюю обшивку, продольные лонжероны и поперечные нервюры, элементы их крепления. Нервюра из композиционных материалов представляет собой образование в виде панели многослойной структуры.
Известна нервюра из композиционных материалов, выполненная в виде плоской многослойной панели, содержащей плоскую реберно-ячеистую структуру в среднем слое и внешние слои, соответственно выполненные из высокомодульных нитей и полимерного связующего (патент США N5393588, кл.428-175, 1995).
В указанной конструкции нервюры использован традиционный подход к созданию ее как многослойной структуры, воспринимающей нагрузку без функционального распределения по составляющим элементам.
В другой известной конструкции крыла из композиционных материалов в качестве нервюры была выбрана трехслойная конструкция с использованием алюминиевых сотов качестве заполнителя и эпоксидного боропластика для обшивки (Композиционные материалы, под ред. Л. Браутмана, Р.Крока, т.3, Применение композиционных материалов в технике, редактор Б.Нотон, пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1978, с. 145-150, рис. 10-13).
В данной конструкции силовые нагрузки воспринимаются наружными боропластиковыми слоями. Однако надежность соединения боропластиковых слоев с сотовым заполнителем остается проблематичной из-за низкой прочности клеев и несовершенства сотового заполнителя. В другой многослойной панели, содержащей внешние слои и взаимно-пересекающиеся стержневые элементы в среднем слое, предусматривается увеличение удельной прочности и жесткости при неравномерном нагружении за счет введения дополнительных стержневых элементов с образованием трехгранных призм и скрепления стержневых элементов в узлах пересечения (авт. св. СССР N 1107459, кл. B 64 C 3/26, 1991). В этой панели возможности реализации непрерывных нитяных систем для эффективной работы в условиях растяжения - сжатия являются ограниченными.
Наиболее близким аналогом технического решения для нервюры из композиционных материалов, выбранных в качестве прототипа, является патент США N 5393588.
Известно устройство для изготовления плоской реберно-ячеистой структуры нервюры из композиционных материалов, содержащее основание с плоской поверхностью и установленными на ней технологическими штырями и нитеукладчик (авт. св. СССР N 880778, кл. B 29 D 3/02, 1981).
В других известных устройствах для изготовления изделий из композиционных материалов используется основание в виде специальных оправок и нитеукладчик (Калинчев В.А., Макаров М.С. Намотанные стеклопластики, - М.: Химия, 1986, с.188-204; Росато Д.В., Грове К.С. Намотка стеклонитью, пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1969, с.114-125).
Известно также изготовление реберно-ячеистых структур в виде оболочек из композиционных материалов посредством намотки предварительно пропитанного полимерным связующим армирующего материала на оправку с огибанием технологических штифтов, с выравниванием натяжения по слоям ребер за счет перемещения по оси вращения оправки ее секций силовым механизмом (авт. св. СССР N 1653171, кл. B 29 C 53/56, 1991; авт. св. СССР N 1775309, кл. B 29 C, 53/56, 1992).
Указанные средства не позволяют получить плоские реберно-ячеистые структуры, так как для их изготовления используется оснастка в виде тела вращения - оправки с штифтами, установленными по ее концам. Для получения плоских реберно-ячеистых структур панельного типа требуется оснастка иного конструктивного исполнения.
Известно использование в оправке покрывающего ее резиноподобного материала из гибких термостабилизированных плоских пластин с взаимно-пересекающимися пазами для укладки в них перекрещивающихся лент из однонаправленных нитей для образования ребер жесткости (заявка РФ N 94015909, кл. B 29 C 53/56, опублик. 1996; заявка РФ N 94005660, кл. B 29 C 53/56, опублик. 1996). На указанных средствах могут быть получены панельные реберно-ячеистые структуры только выпуклой кривизны.
В качестве ближайшего аналога является техническое решение из описания к авт. св. СССР N 880778, выбранное в качестве прототипа.
Основной задачей разработки является создание нервюры из композиционных материалов на основе высокомодульных нитей и полимерного связующего и устройства для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры.
Техническим результатом от реализации изобретений является получение нервюры из композиционных материалов, обладающей минимальной массой, высокой жесткостью, прочностью и надежностью в условиях сложно-напряженного состояния крыла летательного аппарата.
Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции нервюры из композиционных материалов на основе новой концепции распределения и восприятия нагрузок в слоях ее структуры и взаимодействия их между собой, изготовления плоской реберно-ячеистой структуры нервюры из композиционных материалов на устройстве другого вида исполнения.
Для этого в нервюре из композиционных материалов, выполненной в виде плоской многослойной панели, содержащей плоскую реберно-ячеистую структуру в среднем слое и внешние слои, соответственно выполненные из высокомодульных нитей и полимерного связующего, плоская реберно-ячеистая структура панели снабжена пересекающимися, наклонно расположенными прямолинейными ребрами из углеродных волокон, выполненными за одно целое с расположенными по контуру структуры пилообразными выступами, каждый из которых имеет клинообразный профиль с плоскими гранями, а внешние слои выполнены в виде сети поясков из органических нитей, расположенных с аналогичным наклоном противоположного направления и перекрещиванием как прямолинейных ребер плоской реберно-ячеистой структуры, охватывающих плоскую реберно-ячеистую структуру и выступы по их граням с прилеганием к ее боковым поверхностям, внешние слои плоской многослойной панели скреплены с ее плоской реберно- ячеистой структурой упруго-эластичным связующим типа резины или полиуретана, между внешними слоями плоской многослойной панели и ее плоской реберно-ячеистой структурой может быть размещена разделительная пленка из материала с антиадгезионными свойствами, например фторопластовая.
В другом варианте нервюры из композиционных материалов, выполненной в виде плоской многослойной панели, содержащей плоскую реберно-ячеистую структуру в среднем слое и внешние слои, соответственно выполненные из высокомодульных нитей и полимерного связующего, плоская реберно-ячеистая структура панели образована пересекающимися, наклонно расположенными прямолинейными ребрами из углеродных волокон, выполненными за одно целое с расположенными по контуру структуры пилообразными выступами, каждый из которых имеет клинообразный профиль с плоскими гранями, а внешние слои выполнены в виде сети плоских спиралей из органических нитей, расположенных с аналогичным наклоном и перекрещиванием как и прямолинейные ребра плоской реберно-ячеистой структуры, охватывающих плоскую реберно-ячеистую структуру и выступы на ней по их граням с прилеганием к ее боковым поверхностям.
Отличительными особенностями нервюры из композиционных материалов являются следующие признаки: образована реберно-ячеистая структура нервюры крестообразно пересекающимися, наклонно расположенными в противоположных направлениях, прямолинейными ребрами из углеродных волокон; выполнение прямолинейных ребер реберно-ячеистой структуры нервюры за одно целое с расположенными по контуру структуры пилообразными выступами клинообразного профиля; выполнение выступов с плоскими гранями; выполнение внешних слоев в виде сети поясков из органических нитей; расположение поясков сети с наклоном противоположного направления и перекрещиванием как прямолинейные ребра плоской реберно-ячеистой структуры; охват поясков сети плоской реберно-ячеистой структуры и выступов по их граням с прилеганием к ее боковым поверхностям.
Другими отличительными особенностями нервюры являются следующие признаки: скрепление внешних слоев нервюры с ее реберно-ячеистой структурой упруго-эластичным связующим типа резины или полиуретана; размещение между внешними слоями нервюры и ее плоской реберно-ячеистой структурой разделительной пленки из материала с антиадгезионными свойствами типа фторопласта.
Отличительными особенностями нервюры из композиционных материалов другого варианта являются следующие признаки: образование плоской реберно-ячеистой структуры нервюры пересекающимися, наклонно расположенными, прямолинейными ребрами из углеродных волокон; выполнение прямолинейных ребер за одно целое с расположенными по контуру структуры пилообразными выступами клинообразного профиля; выполнение выступов с плоскими гранями; выполнение внешних слоев нервюры в виде сети плоских спиралей из органических нитей; выполнение сети плоских спиралей с аналогичным их наклоном противоположного направления и перекрещиванием как и прямолинейных ребер плоской реберно-ячеистой структуры; охват плоских спиралей сети реберно-ячеистой структуры и выступов на ней по их граням с прилеганием к ее боковым поверхностям.
Для получения плоской реберно-ячеистой структуры нервюры из композиционных материалов устройство для ее изготовления, содержащее основание с плоской поверхностью и установленные на ней технологические штыри и нитеукладчик, снабжено плоской каркасной формой с открытой системой на ней пересекающихся прямолинейных каналов для формообразования в них прямолинейных ребер плоской реберно-ячеистой структуры, выполненной из пересекающихся прямолинейных стержнеобразных элементов с прямолинейными каналами, состыкованных в местах их пересечения и зафиксированных в пазах соответствующего профиля технологических колец, установленных на плоской поверхности основания, а технологические штыри установлены по направлениям прямолинейных каналов плоской каркасной формы за ее пределами.
Отличительными особенностями устройства для изготовления плоской реберно-ячеистой структуры нервюры из композиционных материалов являются следующие признаки: снабжение устройства плоской каркасной формой; выполнение плоской каркасной формы с открытой системой на ней пересекающихся прямолинейных каналов для формообразования в них прямолинейных ребер плоской реберно-ячеистой структуры нервюры; выполнение плоской каркасной формы из пересекающихся прямолинейных стержнеобразных элементов с прямолинейными каналами; состыковка прямолинейных элементов формы в местах их пересечения; фиксация прямолинейных элементов формы в местах их пересечения в пазах соответствующего профиля технологических колец; установка технологических колец формы на плоской поверхности основания; установка технологических штырей по направлениям прямолинейных каналов плоской каркасной формы за ее пределами.
Указанные признаки нервюр из композиционных материалов и устройства для изготовления их плоских реберно-ячеистых структур являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Выполнение прямолинейных ребер плоской реберно-ячеистой структуры крестообразно пересекающимися, наклонно расположенными в противоположных направлениях предусматривает максимальное использование под нагрузкой всех углеродных волокон, из которых они изготовлены. При расположении ребер вдоль и поперек нервюры не дает преимуществ в таком выигрыше, поскольку поперечные ребра будут перегружены, а продольные - недогружены, что позволяет выявить резерв неэффективного использования материала. Выполнение плоской реберно-ячеистой структуры нервюры с пилообразными выступами по ее контуру, каждый из которых имеет клинообразный профиль, за одно целое с прямолинейными ребрами позволяет создать замкнутую систему конструкции для восприятия и передачи на нервюру больших нагрузок. Плоская реберно-ячеистая структура нервюры с крестообразно пересекающимися, наклонно расположенными в противоположных направлениях, прямолинейными ребрами позволяет создать такие силовые конструкции с широким спектром наклона ребер под различные уровни нагрузок, по сравнению с которой известные решения из известного уровня техники такими преимуществами не обладают. Кроме того, предлагаемая конструкция плоской реберно-ячеистой структуры нервюры при изготовлении позволяет производить ее изготовление с минимальными производственными затратами.
При изгибе или при сжатии нервюры ее плоская реберно-ячеистая структура деформируется с незначительным изменением своих геометрических параметров. Для того, чтобы повысить несущую способность нервюры при восприятии этих нагрузок, внешние слои выполнены в виде сети поясков или сети плоских спиралей из органических нитей, охватывающих плоскую реберно-ячеистую структуру и воспринимающих растягивающие нагрузки, сама реберно-ячеистая структура, выполненная из углеродных волокон, эффективно воспринимает сжимающие или изгибающие нагрузки. При введении между поясками и реберно-ячеистой структурой разделительных прослоек из материала с антиадгезионными свойствами типа фторопласта пояски воспринимают растягивающие нагрузки с возможностью перемещения относительно плоской реберно-ячеистой структуры. При введении между поясками и плоской реберно-ячеистой структурой прослоек типа резины или полиуретана пояски дополнительно могут воспринимать и сдвигающие усилия, возникающие от изменения геометрических параметров плоской реберно-ячеистой структуры.
Прилегание поясков или плоских спиралей к боковым поверхностям плоской реберно-ячеистой структуры уменьшает габариты нервюры по ее толщине. Выполнение пилообразных выступов клинообразного профиля по контуру реберно-ячеистой структуры позволяет равномерно распределить углеродные волокна в прямолинейных ребрах и органические нити в поясках или плоских спиралях внешних слоев по площади нервюры и достичь минимальных весовых характеристик нервюры из композиционных материалов, способной нести максимальные нагрузки.
Для получения плоской реберно-ячеистой структуры нервюры из композиционных материалов с такими уникальными свойствами устройство для ее изготовления снабжено плоской каркасной формой с открытой системой на ней пересекающихся прямолинейных каналов. Форма позволяет обеспечить точность укладки однонаправленных нитей в прямолинейные каналы, их монолитность, заданный геометрический профиль и таким образом реализовать уникальные свойства нитей. При отсутствии формы в устройстве получаемая реберно-ячеистая структура не обладает точными геометрическими размерами по ее ребрам, монолитность их отсутствует, структура не может воспринимать повышенные нагрузки. Выполнение плоской каркасной формы из составляющих ее стержнеобразных элементов и технологических колец позволяет быстро производить ее сборку или разборку для любых размеров плоской реберно-ячеистой структуры нервюры, компактное их хранение на малых производственных площадях.
Указанные существенные признаки нервюры из композиционных материалов и устройства для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипах не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенные технические решения по совокупности новых и общих известных существенных признаков соответствием критерию "новизна".
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками в предложенных технических решениях позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат с новым положительным эффектом, что характеризует предложенные технические решения существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипов. Новые технические решения являются результатом опытно-конструкторских работ и творческого вклада, получены без использования стандартных, проектировочных решений или каких-либо рекомендаций в данной области техники, являются оригинальными техническими решениями, не очевидными для специалиста, соответствуют критерию "изобретательский уровень".
На фиг.1 представлен общий вид нервюры из композиционных материалов, вид в плане; на фиг.2 - вид сбоку; на фиг.3 - плоская реберно-ячеистая структура нервюры; на фиг.4 - типовое поперечное сечение А - А вдоль ребра с показом пояска; на фиг.5 - внешний слой нервюры в виде сети поясков, в увеличенном масштабе; на фиг.6 - пилообразные выступы клинообразного профиля по контуру нервюры; на фиг.7 - схема напряженно-деформированного состояния нервюры при сжатии; на фиг.8 - схема напряженно-деформированного состояния при изгибе; на фиг.9 - общий вид нервюры из композиционного материала другого варианта, вид в плане; на фиг.10 - вид сбоку; на фиг.11 - плоская реберно-ячеистая структура нервюры; на фиг.12 - схема расположения плоских спиралей на реберно-ячеистой структуре нервюры, ее охватывающих; на фиг.13 - внешний слой нервюры в виде сети плоских спиралей; на фиг.14 - схема охвата плоскими спиралями пилообразных выступов клинообразного профиля, расположенных по контуру реберно-ячеистой структуры нервюры, в увеличенном масштабе; на фиг. 15 - схема напряженно-деформированного состояния нервюры при сжатии, на фиг. 16 - схема напряженно-деформированного состояния нервюры при изгибе; на фиг. 17 - общий вид устройства для изготовления плоской реберно-ячеистой структуры нервюры из композиционных материалов, вид в плане; на фиг.18 - вид сбоку; на фиг.19 - типовой узел соединения прямолинейных стержнеобразных элементов каркаса плоской формы, в увеличенном масштабе; на фиг.20 - типовое поперечное сечение Б - Б прямолинейного стержнеобразного элемента плоской каркасной формы.
Нервюра из композиционных материалов (фиг.1 - 8) содержит плоскую реберно-ячеистую структуру 1 в среднем слое и внешние слои 2 и 3, соответственно выполненные из высокомодульных нитей и полимерного связующего, обозначенных позициями 4 и 5. Плоская реберно-ячеистая структура 1 снабжена крестообразно пересекающимися, наклонно расположенными в противоположных направлениях, прямолинейными ребрами 6 из углеродных волокон, выполненными за одно целое с расположенными по контуру 7 структуры 1 пилообразными выступами 8 клинообразного профиля с плоскими гранями 9 и 10. Внешние слои 2 и 3 нервюры выполнены в виде сети 11 из поясков 12 из органических нитей, расположенных с аналогичным наклоном противоположного направления и перекрещивающихся как и прямолинейные ребра 6 плоской реберно-ячеистой структуры 1, охватывающих плоскую реберно-ячеистую структуру 1 и выступы 8 по их граням 9 и 10 с прилеганием к ее боковым поверхностям 13 и 14. Внешние слои 2 и 3 нервюры могут быть скреплены с плоской реберно-ячеистой структурой 1 упруго-эластичным связующим 15 типа резины или полиуретана. Между поясками 12, образующими сеть 11 внешних слоев 2 и 3 и плоской реберно-ячеистой структурой могут быть помещены разделительные пленки 16 из материала с антиадгезионными свойствами, например из фторопласта.
Нервюра из композиционных материалов (другой вариант), показанная на фиг. 9 - 16, содержит аналогичную плоскую реберно-ячеистую структуру 1 в среднем слое и внешние слои 2 и 3, соответственно выполненные из высокомодульных нитей 4 и полимерного связующего 5. Плоская реберно-ячеистая структура 1 снабжена крестообразно пересекающимися, наклонно расположенными в противоположных направлениях, прямолинейными ребрами 6 из углеродных волокон, выполненными за одно целое с расположенными по контуру 7 структуры 1 пилообразными выступами 8, каждый из которых имеет клинообразный профиль с плоскими гранями 9 и 10. Внешние слои 2 и 3 выполнены в виде сети 17 из плоских спиралей 18 из органических нитей, расположенных с аналогичным наклоном противоположного направления и крестообразного пересечения как и прямолинейные ребра 6 плоской реберно-ячеистой структуры 1, охватывающих плоскую реберно-ячеистую структуру 1 и выступы 8 на ней по их граням 9 и 10 с прилеганием к ее боковым поверхностям 13 и 14.
Устройство (фиг. 17 - 20) для изготовления плоской реберно-ячеистой структуры 1 нервюры из композиционных материалов описанных вариантов содержит основание 19 с плоской поверхностью 20, установленные на ней технологические штыри 21 и нитеукладчик 22. Устройство снабжено плоской каркасной формой 23 с открытой системой на ней пересекающихся прямолинейных каналов 24 для формообразования в них прямолинейных ребер 6 структуры 1, выполненной из пересекающихся прямолинейных стержнеобразных элементов 25 с прямолинейными каналами 26, состыкованных в местах пересечения и зафиксированных в пазах 27 соответствующего профиля технологических колец 28, установленных на плоской поверхности 20 основания 19, а технологические штыри 21 установлены по направлениям прямолинейных каналов 24 плоской каркасной формы 23 за ее пределами.
Использование устройства заключается в изготовлении на нем плоских реберно-ячеистых структур 1 для нервюр из композиционных материалов. Порядок использования состоит в подготовке плоской каркасной формы 23 путем состыковки прямолинейных стержнеобразных элементов 25 в местах их пересечения и фиксации в пазах 27 соответствующего профиля технологических колец 28 с образованием на ней открытой системы пересекающихся прямолинейных каналов 24, установке плоской каркасной формы 23 на плоскую поверхность 20 основания 19 посредством базирования ее на ней технологическими кольцами 28. Затем нитеукладчиком 22 укладывают углеродные волокна, пропитанные полимерным связующим, в прямолинейные каналы 24 плоской каркасной формы 23 с изменением направления их укладки по соответствующей программе посредством использования технологических штырей 21, установленных за пределами плоской каркасной формы 23 по направлениям прямолинейных каналов 24 до полного заполнения этих каналов. После заполнения каналов 24 углеродными волокнами основание 19 с плоской каркасной формой 23 помещают в камеру (не показано) для термообработки полученной заготовки плоской реберно-ячеистой структуры 1 нервюры, в которой термообрабатывают заготовку по режимам полимеризации используемого для ее изготовления полимерного связующего, после термообработки на заготовке обрезают припуски материала с образованием вокруг плоской реберно-ячеистой структуры 1 пилообразных выступов 8, каждый из которых имеет клинообразный профиль. Удаляют припуски, образовавшиеся вокруг технологических штырей 21, извлекают плоскую реберно-ячеистую структуру 1 вместе с каркасной формой 23, извлекают технологические кольца 28 и прямолинейные стержнеобразные элементы 25 и снимают заусенцы с плоской реберно-ячеистой структуры 21.
Изготовление нервюры из композиционных материалов состоит в нанесении на ее плоскую реберно-ячеистую структуру 1, полученную из углеродных волокон и полимерного связующего, органических нитей по определенной программе с образованием на ней внешних слоев 2 и 3 в виде сети 11 или 17 перекрещивающихся, наклонно расположенных как и прямолинейные ребра 6 плоской реберно-ячеистой структуры 1 поясков 12 или плоских спиралей 18. При этом могут быть получены нервюры из композиционных материалов различных вариантов: со скреплением полимерным связующим, используемым для изготовления плоской реберно-ячеистой структуры 1, с упруго-эластичным связующим 15 типа резины или полиуретана, без скрепления внешних слоев 2 и 3 с реберно-ячеистой структурой 1, с введением между слоями 2 и 3 и структурой 1 разделительной пленки 16 из материала с антиадгезионными свойствами типа фторопласта.
Нервюры из композиционных материалов, изготовленные с использованием новых технических решений, подвергались испытаниям на сжатие и изгиб по схемам (фиг. 7 и 8; фиг.15 и 16). Результаты испытаний положительные, нервюры не претерпели какого-либо разрушения, обладают высокой прочностью и жесткостью. Таким образом новые технические решения в предложенной совокупности новых и известных существенных признаков дают при реализации полезный эффект, соответствуют критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретений, на их создание и использование целесообразно обеспечение защиты исключительных прав патентом.
Рассмотренные технические решения не ограничиваются при реализации формой и размерами описанных нервюр из композиционных материалов, могут быть использованы в многослойных панелях из композиционных материалов, воспринимающих изгибные и сжимающие нагрузки, таких как перегородки в салонах самолетов, морских и речных судах, помещениях.
Claims (5)
1. Нервюра из композиционных материалов, выполненная в виде плоской многослойной панели, содержащей плоскую реберно-ячеистую структуру в среднем слое и внешние слои, выполненные из высокомодульных нитей и полимерного связующего, отличающаяся тем, что плоская реберно-ячеистая структура панели образована пересекающимися, наклонно расположенными, прямолинейными ребрами из углеродных волокон, выполненными за одно целое с расположенными по контуру структуры пилообразными выступами, каждый из которых имеет клинообразный профиль с плоскими гранями, а внешние слои выполнены в виде сети перекрещивающихся пояской из органических нитей, расположенных с наклоном, как у прямолинейных ребер плоской реберно-ячеистой структуры, охватывающей указанную структуру и выступы по их граням с обеспечением прилегания к ее боковым поверхностям.
2. Нервюра из композиционных материалов, выполненная в виде плоской многослойной панели, содержащей плоскую реберно-ячеистую структуру в среднем слое и внешние слои, выполненные из высокомодульных нитей и полимерного связующего, отличающаяся тем, что плоская реберно-ячеистая структура панели образована пересекающимися, наклонно расположенными, прямолинейными ребрами из углеродных волокон, выполненными за одно целое с расположенными по контуру структуры пилообразными выступами, каждый из которых имеет клинообразный профиль с плоскими гранями, а внешние слои выполнены в виде сети пересекающихся плоских спиралей из органических нитей, расположенных с наклоном, как у прямолинейных ребер плоской реберно-ячеистой структуры, охватывающей указанную структуру и выступы на ней по их граням с обеспечением прилегания к ее боковым поверхностям.
3. Нервюра по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что внешние слои панели скреплены с плоской реберно-ячеистой структуры упругоэластичным связующим преимущественно из резины или полиуретана.
4. Нервюра по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что между внешними слоями плоской реберно-ячеистой структурой размещена разделительная пленка из материала, не обладающего адгезионными свойствами.
5. Устройство для изготовления плоской реберно-ячеистой структуры нервюры из композиционных материалов, содержащее основание с плоской поверхностью и установленными на ней технологическими штырями и нитеукладчик, отличающееся тем, что оно снабжено плоской каркасной формой с открытой системой пересекающихся прямолинейных каналов для формирования в них прямолинейных ребер плоской реберно-ячеистой структуры нервюры, выполненных в стержнеобразных элементах, состыкованных и зафиксированных в местах из пересечения в пазах соответствующего профиля технологических колец, установленных на плоской поверхности основания, а технологические штыри установлены за пределами плоской каркасной формы.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97107376A RU2116934C1 (ru) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | Нервюра из композиционных материалов (варианты) и устройство для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры |
| US08/999,402 US5993941A (en) | 1997-05-06 | 1997-12-29 | Composite transverse wing rib and apparatus for producing flat cellular-ribbed structure thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97107376A RU2116934C1 (ru) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | Нервюра из композиционных материалов (варианты) и устройство для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2116934C1 true RU2116934C1 (ru) | 1998-08-10 |
| RU97107376A RU97107376A (ru) | 1999-01-10 |
Family
ID=20192672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97107376A RU2116934C1 (ru) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | Нервюра из композиционных материалов (варианты) и устройство для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5993941A (ru) |
| RU (1) | RU2116934C1 (ru) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7352237B2 (en) * | 2005-03-25 | 2008-04-01 | Pulsewave Rf, Inc. | Radio frequency power amplifier and corresponding method |
| US8490362B2 (en) | 2007-04-05 | 2013-07-23 | The Boeing Company | Methods and systems for composite structural truss |
| US7954763B2 (en) | 2007-04-05 | 2011-06-07 | The Boeing Company | Methods and systems for composite structural truss |
| EP2098358A1 (en) | 2008-03-03 | 2009-09-09 | Technische Universiteit Delft | Structural panel for engineering applications and method for manufacturig such a structural panel |
| US20110100540A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | General Electric Company | Methods of manufacture of wind turbine blades and other structures |
| US8815368B2 (en) * | 2010-02-15 | 2014-08-26 | Mark Neitzke | Composite sheet having a core having end walls and a mat with fibers |
| US8789317B2 (en) * | 2012-01-17 | 2014-07-29 | James L. CHEH | Method for forming a double-curved structure and double-curved structure formed using the same |
| GB201307066D0 (en) | 2013-04-18 | 2013-05-29 | Airbus Operations Ltd | Winglet and braided composite spar |
| US10196126B2 (en) | 2015-04-07 | 2019-02-05 | The Boeing Company | Rib structure and method of forming thereof |
| US20230265964A1 (en) * | 2022-02-24 | 2023-08-24 | Goodrich Corporation | Composite frames for opto-mechanical support structures |
| US11933350B2 (en) * | 2022-05-16 | 2024-03-19 | Goodrich Corporation | Joints of composite frames for optics support structure |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137354A (en) * | 1977-03-07 | 1979-01-30 | Mcdonnell Douglas Corporation | Ribbed composite structure and process and apparatus for producing the same |
| US4284679A (en) * | 1978-11-06 | 1981-08-18 | Lockheed Corporation | Filled resin coated tape |
| DE69101397T2 (de) * | 1990-05-31 | 1994-06-23 | United Technologies Corp | Verbundartikel hergestellt aus faserverstärktem Glas-Bindemittel und Glas-keramischem Bindemittel. |
| ES2097830T3 (es) * | 1991-05-04 | 1997-04-16 | Hoechst Ag | Procedimiento para la fabricacion de un material textil conformado tridimensionalmente y su utilizacion. |
| US5393588A (en) * | 1993-01-08 | 1995-02-28 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Sandwiched structural panel having a bi-directional core structure |
-
1997
- 1997-05-06 RU RU97107376A patent/RU2116934C1/ru active
- 1997-12-29 US US08/999,402 patent/US5993941A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5993941A (en) | 1999-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6155450A (en) | Composite shell shaped as a body of revolution | |
| US3673058A (en) | Honeycomb having laminates of unidirectional strands | |
| US5108810A (en) | Composite element | |
| RU2116934C1 (ru) | Нервюра из композиционных материалов (варианты) и устройство для изготовления ее плоской реберно-ячеистой структуры | |
| US4177306A (en) | Laminated sectional girder of fiber-reinforced materials | |
| US4811540A (en) | Fiber reinforced shell structure of synthetic material | |
| RU2099194C1 (ru) | Несущая труба-оболочка в виде тела вращения из композиционных материалов, способ и оправка для ее изготовления | |
| US9550332B2 (en) | Wing and blade structure using pultruded composites | |
| US6553734B1 (en) | Composite structural panel with undulated body | |
| US8431214B2 (en) | Composite structure having reinforced core and method of making same | |
| CN102892572B (zh) | 加强板之间的复合梁弦杆及相关的制造方法 | |
| RU2657645C2 (ru) | Лонжерон кессонного крыла и обшивка | |
| US20060145031A1 (en) | Aircraft wing, aircraft wing composite material, and method of manufacture thereof | |
| US4201815A (en) | Shear transfer element | |
| US10557267B2 (en) | Truss structure | |
| AU2012225698A1 (en) | Exotensioned structural members with energy-absorbing effects | |
| US5746537A (en) | Crash-energy absorbing composite structure and method of fabrication | |
| US3870580A (en) | Method of manufacturing of a fiber reinforced structure and method of manufacture | |
| US6068902A (en) | Composite shell shaped as a body of revolution, and panel connection joint | |
| CA2987171C (en) | Honeycomb core sandwich panels | |
| US20190003181A1 (en) | Truss structure | |
| US6793183B1 (en) | Integral node tubular spaceframe | |
| EP1950034A1 (en) | Multilayered honeycomb panel from compopsite material with continuous three-dimensinal reinforcement | |
| RU202616U1 (ru) | Фюзеляж летательного аппарата из ферменного заполнителя | |
| EP1359089A2 (en) | Multi-beam panel structures |