RU2438920C2 - Structure from composite material for aircraft fuselage and method of its fabrication - Google Patents
Structure from composite material for aircraft fuselage and method of its fabrication Download PDFInfo
- Publication number
- RU2438920C2 RU2438920C2 RU2009132509/11A RU2009132509A RU2438920C2 RU 2438920 C2 RU2438920 C2 RU 2438920C2 RU 2009132509/11 A RU2009132509/11 A RU 2009132509/11A RU 2009132509 A RU2009132509 A RU 2009132509A RU 2438920 C2 RU2438920 C2 RU 2438920C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- closed structure
- mandrel
- panel
- composite material
- stiffeners
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Description
Область изобретенияField of Invention
Настоящее изобретение относится к цельной замкнутой конструкции из композиционного материала для фюзеляжа летательного аппарата и к способу изготовления такой конструкции.The present invention relates to a one-piece closed structure made of composite material for the fuselage of an aircraft and to a method for manufacturing such a structure.
Предпосылки изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
Конструкции, используемые в авиационных фюзеляжах, содержат внешнюю панель, ребра жесткости и/или внутренние стрингеры. Поскольку вес является принципиально важным аспектом в авиационной промышленности, конструкции, используемые в оптимизированных авиационных фюзеляжах, изготавливаются из композиционных материалов, и, таким образом, эти конструкции из композиционных материалов преобладают над более традиционными металлическими конструкциями.Designs used in aircraft fuselages include an external panel, stiffeners and / or internal stringers. Since weight is a fundamentally important aspect in the aviation industry, the structures used in optimized aircraft fuselages are made of composite materials, and thus, these structures made of composite materials prevail over more traditional metal structures.
В процессе оптимизации такого типа конструкций стремятся к максимальному уменьшению веса и объединению большого числа отдельных деталей в более крупные детали для того, чтобы уменьшить как длительность производственного процесса, так и транспортировку и сборку более мелких элементов.In the process of optimizing this type of structure, they strive to minimize weight and combine a large number of individual parts into larger parts in order to reduce both the duration of the production process and the transportation and assembly of smaller elements.
Применение упомянутых аспектов к авиационным фюзеляжам ведет к объединению внешних панелей с их ребрами жесткости за наименьшее возможное число операций. Примеры этого можно найти в документе EP 1151856, где предварительно отвержденные панели собирают на каждой из внешних панелей, и в документе US 5242523, где пересекающийся каркас из выполненных из композиционного материала ребер жесткости собирают за несколько операций на внешних панелях, образующих конструкцию. В этих случаях панели вместе с их ребрами жесткости изготавливают за несколько последовательных операций, и при этом требуется введение дополнительных деталей для последующего присоединения этих панелей друг к другу соединениями, гарантирующими герметичность между панелями.Application of the aforementioned aspects to aircraft fuselages leads to the integration of external panels with their stiffeners for the least possible number of operations. Examples of this can be found in document EP 1151856, where pre-cured panels are assembled on each of the external panels, and in US 5242523, where an intersecting frame of stiffening ribs made of composite material is assembled in several operations on the external panels forming the structure. In these cases, the panels together with their stiffeners are made in several successive operations, and it requires the introduction of additional parts for the subsequent connection of these panels to each other with joints that guarantee tightness between the panels.
Задачей настоящего изобретения является конструкция из композиционного материала для фюзеляжа летательного аппарата, решающая недостатки предшествующего уровня техники, а также способ изготовления такой конструкции.The objective of the present invention is a structure made of composite material for the aircraft fuselage, solving the disadvantages of the prior art, as well as a method of manufacturing such a structure.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Следовательно, настоящее изобретение предусматривает замкнутую конструкцию из композиционного материала для фюзеляжа летательного аппарата, сформированную на оправке, от которой она может быть отделена в определенном направлении, причем упомянутая конструкция содержит единственную внешнюю панель и множество внутренних продольных ребер жесткости, встроенных в упомянутую панель, так что коэффициент расширения оправки является большим, чем коэффициент расширения композиционного материала конструкции, таким образом обеспечивая возможность удаления уже изготовленной конструкции, образованной панелью и встроенными внутренними ребрами жесткости, за единственную операцию.Therefore, the present invention provides a closed structure of composite material for the aircraft fuselage, formed on a mandrel from which it can be separated in a certain direction, said structure comprising a single external panel and a plurality of internal longitudinal stiffeners embedded in said panel, so that the expansion coefficient of the mandrel is greater than the expansion coefficient of the composite material of the structure, thus providing The removal of an already manufactured structure formed by the panel and built-in internal stiffeners in a single operation.
Настоящее изобретение дополнительно предлагает способ изготовления такой замкнутой конструкции, содержащий следующие этапы:The present invention further provides a method for manufacturing such a closed structure, comprising the following steps:
а) расположение ребер жесткости на оправке;a) the location of the ribs on the mandrel;
b) наслаивание композиционного материала на поверхность, образованную оправкой и ребрами жесткости, для образования внешней панели;b) layering the composite material on the surface formed by the mandrel and stiffeners to form an external panel;
c) размещение прижимной пластины на внешней поверхности наслоенного композиционного материала;c) placing the pressure plate on the outer surface of the layered composite material;
d) размещение необходимых оставшихся вспомогательных элементов для автоклавного отверждения используемых композиционных материалов;d) the placement of the necessary remaining auxiliary elements for the autoclave curing of the composite materials used;
e) отверждение замкнутой конструкции в условиях высоких температуры и давления внутри автоклава;e) curing the closed structure under high temperature and pressure conditions inside the autoclave;
f) отделение замкнутой конструкции от оправки по подходящему направлению направления отделения.f) separating the closed structure from the mandrel in a suitable direction of separation.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут ясны из последующего подробного описания иллюстративного варианта реализации его задачи при его рассмотрении вместе с прилагаемыми чертежами.Other features and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description of an illustrative embodiment of its object when considered in conjunction with the accompanying drawings.
Описание чертежейDescription of drawings
Фиг.1 показывает вид в перспективе замкнутой конструкции из композиционного материала для фюзеляжа летательного аппарата согласно настоящему изобретению.Figure 1 shows a perspective view of a closed structure made of composite material for the fuselage of an aircraft according to the present invention.
Фиг.2 показывает местный разрез панели и ребра жесткости замкнутой конструкции из композиционного материала согласно настоящему изобретению.Figure 2 shows a local section of the panel and stiffeners of a closed structure made of composite material according to the present invention.
Фиг.3 показывает поперечный разрез расположенной на оправке замкнутой конструкции из композиционного материала согласно настоящему изобретению.Figure 3 shows a cross-sectional view of a closed structure of a composite material according to the present invention located on a mandrel.
Фиг.4 показывает местный разрез оправки, придающей форму замкнутой конструкции из композиционного материала согласно настоящему изобретению.Figure 4 shows a local section of a mandrel shaping a closed structure of a composite material according to the present invention.
Фиг.5 показывает вид в разрезе процесса изготовления замкнутой конструкции из композиционного материала согласно настоящему изобретению.Figure 5 shows a sectional view of the manufacturing process of a closed structure made of composite material according to the present invention.
Фиг.6 показывает поперечный разрез расположенной на оправке замкнутой конструкции из композиционного материала согласно настоящему изобретению после процесса отверждения.Fig. 6 shows a cross-sectional view of a closed structure of a composite material according to the present invention located on a mandrel after a curing process.
Фиг.7 показывает местный разрез оправки, придающей форму замкнутой конструкции из композиционного материала согласно настоящему изобретению, после процесса отверждения.7 shows a local section through a mandrel shaping a closed structure of a composite material according to the present invention after a curing process.
Фиг.8 показывает схему удаления оправки из замкнутой конструкции из композиционного материала согласно настоящему изобретению.FIG. 8 shows a diagram for removing a mandrel from a closed structure from a composite material according to the present invention.
Фиг.9 показывает схему выполнения оправки согласно первому варианту реализации изобретения.Fig. 9 shows a design of a mandrel according to a first embodiment of the invention.
Фиг.10 показывает схему выполнения оправки согласно второму варианту реализации изобретения.10 shows a design of a mandrel according to a second embodiment of the invention.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Настоящее изобретение предлагает изготовленную из композиционного материала замкнутую конструкцию 1 для фюзеляжа летательного аппарата, содержащую внешнюю панель 3 и множество внутренних продольных ребер жесткости 4, интегрированных на упомянутой панели 3. Эти ребра жесткости 4 имеют форму типа ячейки, предпочтительно омегообразную (Ω) форму, каждый из которых, в свою очередь, содержит стенки 5, которые являются отделенными от панели 3 частями ребра жесткости 4, и полки 6, которые являются присоединенными к панели 3 частями ребра жесткости 4.The present invention provides an enclosed
Замкнутая конструкция 1 предпочтительно будет иметь цилиндрическую форму или форму усеченного конуса.The closed
Замкнутая конструкция 1 из композиционного материала сформована на герметичной оправке 2, в свою очередь содержащей корпус 7 и пазы 8, так что материал оправки 2 имеет больший коэффициент теплового расширения, чем коэффициент теплового расширения композиционного материала, образующего конструкцию 1.The closed
Внешняя поверхность оправки 2 имеет форму, аналогичную внутренней поверхности замкнутой конструкции 1, так что пазы 8 оправки 2 вмещают в себя стенки 5 ребер жесткости 4.The outer surface of the
Замкнутая конструкция 1 должна иметь форму, позволяющую отделить ее от оправки 2 в определенном направлении 11 и в направлении 12.The closed
После процесса отверждения появляется зазор 10, который позволяет удалить сформованную конструкцию 1 с оправки 2 в направлении 11 и в направлении 12. Зазор 10, который появляется после процесса отверждения, можно увидеть на фигуре 7, причем после процесса отверждения размер конструкции 1 остается большим, чем размер оправки 2 (см. фиг.6).After the curing process, a
Настоящее изобретение дополнительно предлагает способ изготовления замкнутой конструкции 1 из композиционного материала, содержащий следующие этапы:The present invention further provides a method for manufacturing a closed
а) последовательное расположение ребер жесткости 4 на пазах 8 оправки 2 так, чтобы стенки 5 ребер жесткости 4 находились в пазах 8, а полки 6 опирались на внешнюю поверхность оправки 2;a) the sequential location of the ribs 4 on the
b) наслаивание композиционного материала на поверхность, образованную оправкой 2 и ребрами жесткости 4, для образования внешней панели 3 замкнутой конструкции 1;b) layering the composite material on the surface formed by the
c) размещение прижимной пластины 9 на внешней поверхности внешней панели 3 для обеспечения поверхностного качества упомянутой поверхности;c) placing the
d) размещение необходимых оставшихся вспомогательных элементов 13 для автоклавного отверждения используемых композиционных материалов, причем между ними имеются прокладки 17;d) the placement of the necessary remaining
e) отверждение замкнутой конструкции 1 внутри автоклава в условиях высоких температуры и давления, причем этот процесс, в свою очередь, содержит следующие этапы:e) curing the closed
i увеличение температуры узла, образованного оправкой 2 и композиционным материалом замкнутой конструкции 1;i increase the temperature of the node formed by the
ii расширение оправки 2 и композиционного материала замкнутой конструкции 1;ii expansion of the
iii полимеризация композиционного материала замкнутой конструкции 1 вследствие воздействия давления и температуры;iii polymerization of a composite material of a closed
iv охлаждение узла, образованного замкнутой конструкцией 1 и оправкой 2, как только полимеризация завершилась, так что замкнутая конструкция 1 достигает своей окончательной геометрии, а оправка 2 восстанавливает свою начальную геометрию;iv cooling the assembly formed by the closed
f) отделение замкнутой конструкции 1 от оправки 2 по подходящему направлению 12 направления 11 отделения.f) separating the closed
После этого процесса получается замкнутая конструкция 1, геометрия которой больше, чем начальная геометрия, и которая имеет зазор 10 относительно оправки 2 для обматывания и отверждения.After this process, a closed
Замкнутая конструкция 1 отделяется от оправки 2 параллельно продольному направлению 11 отделения и в направлении 12 согласно ее геометрическим особенностям и при помощи зазора 10, образовавшегося в процессе отверждения.The closed
Ребра жесткости 4, оболочка 3 и оправка 2 будут спроектированы таким образом, чтобы не было механических препятствий во время процесса извлечения из формы, учитывая также образовавшиеся в процессе зазоры 10. В случае возникновения препятствий в процессе проектирования, если упомянутое препятствие меньше, чем местный зазор 10, образовавшийся в процессе отверждения замкнутой конструкции 1, то упомянутая замкнутая конструкция 1 также может быть извлечена из формы.Stiffeners 4,
Согласно другому предпочтительному варианту реализации изобретения в замкнутую конструкцию 1 может быть введен по меньшей мере один внутренний элемент 14 внутри внешней панели 3, который не спроектирован согласно продольному направлению 11 отделения. Тогда удаление замкнутой конструкции 1 по продольному направлению 11 отделения достигается, если размер этого внутреннего элемента 14 меньше, чем зазор 10, образовавшийся в процессе отверждения.According to another preferred embodiment of the invention, at least one
Прижимные пластины 9 придают замкнутой конструкции 1 требуемое качество поверхности.The
Согласно другому варианту изобретения оправка 2 может быть образована герметичным трубчатым элементом 81, на котором размещен комплект отделяемых элементов 82, полностью или частично придающих форму внутренней поверхности замкнутой конструкции 1.According to another embodiment of the invention, the
Эти изменения, находящиеся в рамках объема, определенного нижеследующей формулой изобретения, могут быть внесены в предпочтительные варианты реализации, которые только что были описаны.These changes, which are within the scope defined by the following claims, may be made in the preferred embodiments that have just been described.
Claims (19)
a) последовательное расположение ребер жесткости (4) на оправке (2);
b) наслаивание композиционного материала на поверхность, образованную оправкой (2) и ребрами жесткости (4), для образования внешней панели (3) замкнутой конструкции (1);
c) размещение прижимной пластины (9) на внешней поверхности внешней панели (3);
d) размещение необходимых оставшихся вспомогательных элементов (13) для автоклавного отверждения используемых композиционных материалов;
e) отверждение замкнутой конструкции (1) внутри автоклава в условиях высоких температуры и давления, при этом в процессе отверждения образуют зазор между внешней панелью (3) и оправкой (2), так как коэффициент расширения оправки (2) больше, чем коэффициент расширения композитного материала конструкции (1);
f) отделение замкнутой конструкции (1) от оправки (2) по подходящему направлению направления отделения. 19. A method of manufacturing a closed structure (1) from a composite material for the fuselage of an aircraft, comprising the following steps:
a) the sequential location of the ribs (4) on the mandrel (2);
b) layering the composite material on the surface formed by the mandrel (2) and stiffeners (4) to form an external panel (3) of a closed structure (1);
c) placing the pressure plate (9) on the outer surface of the outer panel (3);
d) the placement of the necessary remaining auxiliary elements (13) for the autoclave curing of the used composite materials;
e) curing the closed structure (1) inside the autoclave under conditions of high temperature and pressure, while during the curing process a gap is formed between the outer panel (3) and the mandrel (2), since the expansion coefficient of the mandrel (2) is greater than the expansion coefficient of the composite construction material (1);
f) separating the closed structure (1) from the mandrel (2) in a suitable direction of separation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009132509/11A RU2438920C2 (en) | 2007-01-30 | 2007-01-30 | Structure from composite material for aircraft fuselage and method of its fabrication |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009132509/11A RU2438920C2 (en) | 2007-01-30 | 2007-01-30 | Structure from composite material for aircraft fuselage and method of its fabrication |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009132509A RU2009132509A (en) | 2011-03-10 |
RU2438920C2 true RU2438920C2 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009132509/11A RU2438920C2 (en) | 2007-01-30 | 2007-01-30 | Structure from composite material for aircraft fuselage and method of its fabrication |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2438920C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670864C2 (en) * | 2013-10-29 | 2018-10-25 | Алениа Аэрмакки С.п.А. | Method for manufacturing hollow reinforcement structures intersecting one another |
RU2694638C2 (en) * | 2017-11-09 | 2019-07-16 | Акционерное общество Научно-производственное объединение "Опытно-конструкторское бюро имени М.П. Симонова" | Fuselage caisson |
RU2740669C2 (en) * | 2016-09-13 | 2021-01-19 | Зе Боинг Компани | Rigging element with an open channel |
-
2007
- 2007-01-30 RU RU2009132509/11A patent/RU2438920C2/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670864C2 (en) * | 2013-10-29 | 2018-10-25 | Алениа Аэрмакки С.п.А. | Method for manufacturing hollow reinforcement structures intersecting one another |
RU2670864C9 (en) * | 2013-10-29 | 2018-12-04 | Алениа Аэрмакки С.п.А. | Method for manufacturing hollow reinforcement structures intersecting one another |
RU2740669C2 (en) * | 2016-09-13 | 2021-01-19 | Зе Боинг Компани | Rigging element with an open channel |
RU2694638C2 (en) * | 2017-11-09 | 2019-07-16 | Акционерное общество Научно-производственное объединение "Опытно-конструкторское бюро имени М.П. Симонова" | Fuselage caisson |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009132509A (en) | 2011-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5475465B2 (en) | Composite structure for aircraft fuselage and method of manufacturing the same | |
RU2203838C2 (en) | Single-piece primary structure of spacecraft and method of its manufacture | |
US8096504B2 (en) | Integrated aircraft structure in composite material | |
EP2851283B1 (en) | Method for manufacturing an aeronautical torsion box, torsion box and tool for manufacturing an aeronautical torsion box | |
US8302907B2 (en) | Hybrid torque box for a thrust reverser | |
US20080029644A1 (en) | Process for manufacturing composite material structures with collapsible tooling | |
RU2564476C2 (en) | Aircraft fuselage made of composite and method of its fabrication | |
US20090294040A1 (en) | Process and jig for manufacturing composite material structures | |
RU2438920C2 (en) | Structure from composite material for aircraft fuselage and method of its fabrication | |
US20120125530A1 (en) | Method for making and joining composite sandwich shell edge joint | |
JP7412136B2 (en) | Method of manufacturing a multi-ribbed wing box made of composite material including integral reinforcing panels | |
US9677409B2 (en) | Monolithic fan cowl of an aircraft engine and a manufacturing method thereof | |
WO1995020104A1 (en) | Fabrication of aerodynamic profiles | |
US11377190B2 (en) | Method for manufacturing a rear section of an aircraft and aircraft rear section manufactured by said method | |
JPH10291258A (en) | Manufacture of precise hollow-component made of composite material | |
CN104648655B (en) | The fuselage portion made of composite material | |
US10173348B2 (en) | Modular mandrel for monolithic composite fuselage | |
RU2266847C1 (en) | Method of manufacture of hollow aerodynamic structure from composite materials | |
RU2629487C2 (en) | Method of pipe fitting producing from layered composite material | |
WO2008009988A2 (en) | Composite structure and method of manufacture | |
JP2002292634A (en) | Mold for molding elastic rubber body |