RU2475412C1 - Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication - Google Patents
Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475412C1 RU2475412C1 RU2011136029/11A RU2011136029A RU2475412C1 RU 2475412 C1 RU2475412 C1 RU 2475412C1 RU 2011136029/11 A RU2011136029/11 A RU 2011136029/11A RU 2011136029 A RU2011136029 A RU 2011136029A RU 2475412 C1 RU2475412 C1 RU 2475412C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ribs
- compartment
- shell
- polymer composite
- composite material
- 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
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к оболочечным конструкциям и может быть использовано при изготовлении изделий авиационной техники. В частности, изобретение относится к конструкции оболочки отсека герметичного фюзеляжа магистрального самолета из полимерного композиционного материала и способу ее изготовления.The invention relates to shell structures and can be used in the manufacture of aircraft products. In particular, the invention relates to the construction of a shell of a compartment of a pressurized fuselage of a main aircraft from a polymer composite material and a method for its manufacture.
Уровень техникиState of the art
Известны оболочечные конструкции и способы их изготовления, которые могут использоваться в обтекателях, корпусах и отсеках изделий авиационно-космической техники.Known shell structures and methods for their manufacture, which can be used in fairings, bodies and compartments of aerospace products.
Примером такой конструкции является оболочка вращения, содержащая набор из спиральных и кольцевых ребер. Ребра выполнены из лент однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим. При этом кольцевые ребра имеют профили поперечных сечений в форме параллелограмма или трапеции. Площадь сечений может возрастать с увеличением диаметра оболочки, а ребра могут быть снабжены внутренними кольцевыми выступами. Описанная конструкция позволяет уменьшить массу изделия при обеспечении высокой прочности, надежности и технологичности. (Патент РФ 2148496, B32B 3/12, 2000 г.)An example of such a design is a shell of revolution containing a set of spiral and annular ribs. The ribs are made of unidirectional tape tapes fastened with a polymer binder. Moreover, the annular ribs have cross-sectional profiles in the form of a parallelogram or trapezoid. The cross-sectional area may increase with increasing shell diameter, and the ribs may be provided with inner annular protrusions. The described design allows to reduce the weight of the product while ensuring high strength, reliability and manufacturability. (RF patent 2148496, B32B 3/12, 2000)
Основными недостатками известных конструкций является следующее:The main disadvantages of the known designs is the following:
- недостаточная выносливость конструкции в торцевой зоне оболочки из-за возникающих расслоений материала ребер и соединения между ребрами и обшивкой при длительных циклических сдвиговых нагрузках и продольных усилиях, действующих на оболочку;- insufficient endurance of the structure in the end zone of the shell due to the occurrence of delamination of the material of the ribs and the connection between the ribs and the casing with long cyclic shear loads and longitudinal forces acting on the shell;
- большая масса конструкции герметичного стыка оболочки с ответными конструкциями, обусловленная необходимостью стыковки всех спиральных ребер, продольных и дополнительных ребер, а также обшивки в одном поперечном сечении оболочки;- a large mass of the design of the hermetic junction of the shell with the reciprocal structures, due to the need for joining all spiral ribs, longitudinal and additional ribs, as well as sheathing in one cross section of the shell;
- большой перепад жесткости конструкции в зоне стыка оболочки с ответными конструкциями;- a large difference in the stiffness of the structure in the joint zone of the shell with the reciprocal structures;
- недостаточная надежность конструкции в части соединения кольцевых ребер с вершинами зигов зигзагообразных ребер, местно примыкающих к конгруэнтным кольцевым ребрам.- lack of reliability of the design regarding the connection of the annular ribs with the vertices of the zigzag ridges of ridges locally adjacent to the congruent annular ribs.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является устранение перечисленных выше недостатков известных конструкций.The objective of the present invention is to eliminate the above disadvantages of known designs.
Согласно изобретению оболочка отсека герметичного фюзеляжа магистрального самолета из полимерного композиционного материала выполняется в виде слоистой обшивки с сеткой подкрепляющих ребер, при этом:According to the invention, the shell compartment of the pressurized fuselage of the main aircraft from a polymer composite material is made in the form of a layered casing with a grid of reinforcing ribs, while:
- сетка подкрепляющих ребер содержит винтовые ребра с боковыми поверхностями в виде поверхностей прямого геликоида правого хода с разворотом указанных ребер в области торца отсека и их переходом в винтовые ребра левого хода и наоборот, а также продольные ребра с их U-образным разворотом в зонах торцов отсека;- the grid of reinforcing ribs contains helical ribs with lateral surfaces in the form of surfaces of a straight helical right-hand drive with a turn of these ribs in the area of the end face of the compartment and their transition into screw ribs of the left-hand drive and vice versa, as well as longitudinal ribs with their U-shaped turn in the areas of the ends of the compartment ;
- ребра равномерно распределены по поверхности отсека, сформированы послойно и выполнены непрерывными;- the ribs are evenly distributed over the surface of the compartment, are formed in layers and are made continuous;
- ребра состоят из слоев однонаправленных прядей волокон полимерного композиционного материала, скрепленных полимерным связующим;- the ribs consist of layers of unidirectional strands of fibers of the polymer composite material bonded with a polymer binder;
- на сетке подкрепляющих ребер сформирована наружная слоистая обшивка из полимерного композиционного материала.- on the grid of reinforcing ribs formed the outer laminate sheathing of a polymer composite material.
Предпочтительно, продольные ребра в зонах U-образных разворотов выполнены плавно уменьшающимися по высоте от высоты регулярного сечения ребер до 1/3 высоты регулярного сечения с одновременным плавным увеличением толщины ребер, при этом площадь поперечного сечения ребер остается постоянной.Preferably, the longitudinal ribs in the zones of U-shaped turns are made smoothly decreasing in height from the height of the regular section of the ribs to 1/3 of the height of the regular section with a gradual increase in thickness of the ribs, while the cross-sectional area of the ribs remains constant.
Торцовые зоны отсека могут быть снабжены секциями, выполненными из полимерного композиционного материала и образующими замкнутое кольцо на каждом из торцов, при этом на секциях выполнены направляющие каналы, предназначенные для разворота продольных ребер.The end zones of the compartment can be equipped with sections made of a polymer composite material and forming a closed ring at each of the ends, while the sections are provided with guide channels for turning longitudinal ribs.
Целесообразно, чтобы в местах крепления элементов конструкции фюзеляжа между соответствующими ребрами были установлены присоединительные фитинги.It is advisable that in the places of fastening of the fuselage structural elements between the corresponding ribs were installed connecting fittings.
Также целесообразно, чтобы между соответствующими ребрами были установлены предварительно выполненные из полимерного композиционного материала рамы иллюминаторов.It is also advisable that between the ribs were installed pre-made from a polymer composite material of the frame of the windows.
Другим объектом изобретения является оболочка фюзеляжа магистрального самолета, содержащая состыкованные между собой отсеки, выполненные как описано выше.Another object of the invention is the shell of the fuselage of the main aircraft, containing stacked compartments, made as described above.
Еще одним объектом изобретения является способ изготовления оболочки отсека герметичного фюзеляжа магистрального самолета из полимерного композиционного материала, выполненной в виде слоистой обшивки с сеткой подкрепляющих ребер, при котором:Another object of the invention is a method of manufacturing a shell compartment of a pressurized fuselage of a main aircraft from a polymer composite material made in the form of a layered casing with a grid of reinforcing ribs, in which:
- изготавливают пересекающиеся ребра сетки подкрепляющих ребер путем укладки однонаправленных прядей волокон, пропитанных полимерным связующим, на пуансон в виде прямого цилиндра, форма которого соответствует форме изготавливаемого отсека,- intersecting ribs of the mesh of reinforcing ribs are made by laying unidirectional strands of fibers impregnated with a polymer binder on a punch in the form of a straight cylinder, the shape of which corresponds to the shape of the compartment being manufactured,
при этом ребра на поверхности пуансона формируют в виде винтовых ребер с боковыми поверхностями в виде поверхностей прямого геликоида правого хода с разворотом указанных ребер в области торца отсека и их переходом в винтовые ребра левого хода и наоборот, а также в виде продольных ребер с их U-образным разворотом в зонах торцов отсека;while the ribs on the surface of the punch are formed in the form of helical ribs with lateral surfaces in the form of surfaces of a straight helical right-hand drive with a rotation of these ribs in the region of the end face of the compartment and their transition into helical ribs of the left-hand passage and vice versa, and also in the form of longitudinal ribs with their U- shaped turn in the areas of the ends of the compartment;
причем винтовые и продольные ребра равномерно распределяют по поверхности отсека, формируют их послойно и выполняют непрерывными;moreover, screw and longitudinal ribs are evenly distributed over the surface of the compartment, form them in layers and perform continuous;
- на полученных ребрах формируют наружную слоистую обшивку из полимерного композиционного материала;- on the obtained ribs form the outer laminate sheathing of a polymer composite material;
- осуществляют окончательную термическую полимеризацию оболочки отсека;- carry out the final thermal polymerization of the shell of the compartment;
- извлекают пуансон из отсека.- remove the punch from the compartment.
Предпочтительно, чтобы перед операцией формирования наружной слоистой обшивки в межреберные ячейки были устанавливлены вкладыши из терморасширяемого эластичного материала.Preferably, before the operation of forming the outer laminate sheathing, liners of a thermally expandable elastic material are installed in the intercostal cells.
Перед изготовлением ребер на пуансоне в зонах, соответствующих торцовым зонам отсека, могут быть устанавлены предварительно выполненные из полимерного композиционного материала секции, образующие на пуансоне замкнутые кольца, при этом на секциях выполнены направляющие каналы для обеспечения разворота продольных ребер.Before manufacturing the ribs on the punch in the zones corresponding to the end zones of the compartment, sections made of polymer composite material that form closed rings on the punch can be installed, while guide sections are made on the sections to ensure the longitudinal ribs are turned.
Целесообразно перед изготовлением ребер на пуансоне устанавливать предварительно изготовленные присоединительные фитинги в местах, соответствующих местам крепления элементов конструкции фюзеляжа в отсеке, при этом на боковых гранях фитингов выполнены продольные канавки.It is advisable to install prefabricated connecting fittings in the places corresponding to the attachment points of the fuselage structure elements in the compartment before making ribs on the punch, while longitudinal grooves are made on the side faces of the fittings.
Также перед изготовлением ребер на пуансоне могут быть установлены предварительно изготовленные рамы иллюминаторов из полимерного композиционного материала.Also, before manufacturing the ribs on the punch, prefabricated porthole frames from a polymer composite material can be installed.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Изобретение поясняется чертежами, на которых в аксонометрической проекции представлены:The invention is illustrated by drawings, in which in a perspective view presents:
на фиг.1 - вид на оболочку отсека герметичного фюзеляжа;figure 1 is a view of the shell compartment of the sealed fuselage;
на фиг.2 - вид на геликоид правого хода и на геликоид левого хода;figure 2 is a view of the helicoid of the right course and the helicoid of the left course;
на фиг.3 - вид на непрерывное прямолинейное ребро с U-образными разворотами направления ребра;figure 3 is a view of a continuous rectilinear rib with U-shaped reversals of the direction of the rib;
на фиг.4 - вид на решетчатую структуру ребер оболочки отсека;figure 4 is a view of the lattice structure of the ribs of the shell of the compartment;
на фиг.5 - вид на конструктивные элементы зоны вблизи от торца оболочки;figure 5 is a view of the structural elements of the zone near the end of the shell;
на фиг.6 - вид на секторную секцию от оси оболочки;figure 6 is a view of the sector section from the axis of the shell;
на фиг.7 - вид на секторную секцию и зону U-образного разворота ребра, со стороны наружной обшивки;Fig.7 is a view of the sector section and the zone of the U-shaped reversal of the ribs, from the side of the outer skin;
на фиг.8 - вид на секторную секцию и направляющий канал секции;on Fig - view of the sector section and the guide channel section;
на фиг.9 - сечение секторной секции, цилиндрического кольца и продольного ребра через зону U-образного разворота ребра;figure 9 is a cross section of a sector section, a cylindrical ring and a longitudinal rib through the zone of a U-shaped turn of the rib;
на фиг.10 - вид на решетчатую структуру ребер оболочки отсека, рам иллюминаторов в зонах проемов под иллюминаторы;figure 10 is a view of the lattice structure of the ribs of the shell compartment, porthole frames in the areas of openings for portholes;
на фиг.11 - вид на решетчатую структуру оболочки отсека в зонах проемов под иллюминаторы, с установленными технологическими элементами;figure 11 is a view of the lattice structure of the shell of the compartment in the zones of the openings under the windows, with installed technological elements;
на фиг.12 - вид на решетчатую структуру оболочки отсека с группой фитингов присоединительных;on Fig - view of the lattice structure of the shell of the compartment with a group of connecting fittings;
на фиг.13 - вид на неразъемное соединение решетчатой структуры ребер оболочки отсека и фитинга присоединительного;in Fig.13 is a view of the permanent connection of the lattice structure of the ribs of the shell of the compartment and fitting connecting;
на фиг.14 - вид на положение продольных канавок фитинга присоединительного относительно ребер оболочки;on Fig - view of the position of the longitudinal grooves of the fitting connecting relative to the edges of the shell;
на фиг.15 - радиальное сечение фитинга присоединительного;in Fig.15 is a radial section of a fitting fitting;
на фиг.16 - вид фитинга присоединительного и ответного опорного кронштейна;in Fig.16 is a view of the fitting of the connecting and reciprocal support bracket;
на фиг.17 - схематичное изображение способа изготовления оболочки отсека фюзеляжа.on Fig is a schematic illustration of a method of manufacturing a shell of the fuselage compartment.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Оболочка отсека герметичного фюзеляжа магистрального самолета из полимерного композиционного материала (ПКМ), выполненная в форме прямого цилиндра, содержит сетку подкрепляющих ребер 1 и покрывающую ребра слоистую наружную обшивку 2.The shell of the compartment of the pressurized fuselage of the main aircraft made of polymer composite material (PCM), made in the form of a straight cylinder, contains a grid of reinforcing
Множество образующих сетчатую оболочку непрерывных пересекающихся ребер выполнено за одно целое, в виде винтовых и продольных ребер 3, 4, из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся винтовых и продольных жгутов, с соответственно ориентированными в них однонаправленными нитями, скрепленными полимерным связующим.A plurality of continuous intersecting ribs forming a mesh shell is made in one piece, in the form of helical and
Непрерывность каждого из винтовых ребер обеспечена плавным, по пространственной дуге, разворотом направления образующих боковых поверхностей ребра в зонах 5 вблизи торцов цилиндра; геликоид 6 правого хода изменен на геликоид 7 левого хода, а геликоид 7 левого хода изменен на геликоид правого хода 6.The continuity of each of the screw ribs is ensured by a smooth, in a spatial arc, reversal of the direction forming the lateral surfaces of the ribs in
Каждое из содержащихся в составе оболочки винтовых ребер образует непрерывную (замкнутую) геометрическую 3D-фигуру.Each of the helical ribs contained in the shell forms a continuous (closed) geometric 3D figure.
Непрерывность продольных ребер обеспечена U-образным разворотом 8 направления прямолинейных образующих боковых поверхностей ребра в зонах вблизи торцов цилиндра, таким образом, что в итоге, на поверхности цилиндра, образующей поверхности продольных ребер, образована непрерывная геометрическая 3D-фигура 4 «замкнутая змейка».The continuity of the longitudinal ribs is ensured by a
Винтовые и продольные ребра, равномерно смещенные относительно друг друга по поверхности цилиндра, взаимно пересекаются, причем во всех узлах 9 пространственной сетчатой решетки пересекаются не более двух ребер.The helical and longitudinal ribs uniformly offset relative to each other on the surface of the cylinder intersect each other, and in all
Ширина и высота ребер, количество и углы смещения ребер, толщина наружной обшивки в различных зонах оболочки определяются специальными расчетами на прочность и жесткость.The width and height of the ribs, the number and angles of displacement of the ribs, the thickness of the outer skin in various zones of the shell are determined by special calculations for strength and stiffness.
Вся сетчатая решетка состоит из ребер одинаковой высоты в любом поперечном сечении, кроме зон U-образного разворота 8 продольных ребер.The entire mesh lattice consists of ribs of the same height in any cross section, except for the zones of the U-shaped turn of 8 longitudinal ribs.
В этих зонах продольные ребра выполнены плавно уменьшающимися по высоте, от высоты 9 регулярного сечения ребер до высоты 10, составляющей около 1/3 высоты регулярного сечения, с одновременным плавным увеличением толщины ребер, при этом площадь поперечного сечения ребер в любом сечении остается постоянной.In these zones, the longitudinal ribs are made gradually decreasing in height, from a height of 9 regular sections of the ribs to a height of 10, which is about 1/3 of the height of the regular section, with a gradual increase in thickness of the ribs, while the cross-sectional area of the ribs in any section remains constant.
Формование продольного ребра в зоне U-образного разворота 8 выполнено посредством послойной выкладки слоев однонаправленных прядей волокон полимерного композиционного материала, скрепленных полимерным связующим, в направляющем канале 12, предназначенном для формирования геометрии поперечного сечения и ограничения разворота продольного ребра 4. Направляющий канал 12 является конструктивным элементом секторной секции 13.The formation of the longitudinal rib in the zone of the
Группы секторных секций 13 являются усиливающими конструктивными элементами в зонах 5 торца оболочки и используются как элементы поперечного стыка отсеков фюзеляжа.Groups of
Группа секторных секций 13 образует в зоне 5 каждого из торцов оболочки составную цилиндрическую структуру, скрепленную со стороны, противоположной наружной обшивке 2, цилиндрическим кольцом 14, выполненным из слоистого ПКМ.A group of
Цилиндрическое кольцо 14, группа секторных секций 13 и утолщенная в зоне торца наружная обшивка 2, в совокупности, представляют собой стыковочные элементы сетчатой оболочки отсека, для выполнения поперечного стыка с аналогичной сетчатой оболочкой примыкающего отсека фюзеляжа.The
В местах, где к оболочке из ПКМ отсека герметичного фюзеляжа присоединены конструктивные элементы каркаса отсека, в ячейках 16 сетчатой оболочки установлены присоединительные фитинги 15.In places where the structural elements of the compartment frame are attached to the PCM shell of the pressurized fuselage compartment, connecting
К конструктивным элементам каркаса отсека относятся балки каркаса пассажирского пола, усиления каркаса пола багажного отсека, балки каркаса верхних отсеков интерьера и багажных полок пассажирской кабины, усиления под установку в отсеке систем и оборудования самолета.The structural elements of the compartment frame include the beams of the passenger compartment frame, the reinforcements of the luggage compartment floor frame, the frame beams of the upper interior compartments and luggage racks of the passenger cabin, and reinforcements for installation of aircraft systems and equipment in the compartment.
Присоединительный фитинг 15 выполнен в виде пространственного многогранника. Его наибольший периметр ограничен геометрическим телом, состоящим из поверхностей, являющихся образующими для группы взаимно пересекающихся и образующих типовую ячейку 16 сетчатой оболочки, между винтовыми 3 и продольными ребрами 4.The connecting
Толщина фитинга ограничена наружной обшивкой 2 и внутренней образующей поверхностью сетчатой оболочки.The thickness of the fitting is limited by the
Присоединительный фитинг 15 выполнен из конструкционного металлического сплава, его поверхности, образованные гранями по наибольшему периметру, профилированы вдоль наибольшего периметра группами продольных канавок 17.The connecting
Присоединительный фитинг 15, группа из шести ближайших к этому фитингу ребер 3, 4 и наружная слоистая обшивка 2 поверх фитинга 15 являются неразъемным силовым соединением. В зоне контакта фитинга 15 и ребер 3, 4 пряди однонаправленных волокон полимерного композиционного материала, скрепленных полимерным связующим, полностью заполняют соответствующую группу продольных канавок 17 фитинга 15 и одновременно дополняют структуру поперечного сечения ребра 3, 4 поверх профиля канавок 17.The connecting
Со стороны внутренней образующей поверхности сетчатой оболочки в фитинге 15 выполнено фигурное углубление 18, предназначенное для стыка с ответным опорным кронштейном 19. Ответный опорный кронштейн 19, в свою очередь, соединен с одним из конструктивных элементов каркаса отсека фюзеляжа.On the side of the inner forming surface of the mesh shell in the fitting 15, a figured
Предварительно изготовленные и частично полимеризованные по неполному режиму отверждения рамы иллюминаторов 20, выполненные из отдельных конструктивных элементов из полимерного композиционного материала, соединенных смесью полимерного связующего и наполнителя из волокон рубленного композиционного материала, устанавливаются определенным шагом внутри решетчатой структуры оболочки.The
Рама иллюминатора 20 ограничена наружной обшивкой 2 и внутренней образующей поверхностью сетчатой оболочки. Внешняя боковая поверхность рамы иллюминатора 20 выполнена в виде гладкой поверхности и контактирует с боковыми поверхностями 22 винтовых ребер 3 сетчатой оболочки.The frame of the
Рама иллюминатора 20, группа из ближайших контактирующих с рамой иллюминатора 20 винтовых ребер 3 и наружная, утолщенная в зоне проема 23 под иллюминатор слоистая обшивка 2 являются неразъемным соединением.The frame of the
Оболочка фюзеляжа магистрального самолета содержит не менее двух отсеков, выполненных каждый с вышеперечисленными конструктивными признакамиThe fuselage shell of the main aircraft contains at least two compartments, each made with the above design features
и состыкованных между собой поперечным стыком.and joined together by a transverse junction.
Утолщенные обшивки сетчатых оболочек отсеков с внутренней стороны обшивок 2 состыкованы встык посредством накладки из трехслойного пакета, состоящего из дуговых накладок, выполненных, в свою очередь, из гибридного слоистого металло-композиционного материала, например, Ti-Carbon.Thickened cladding of the mesh shells of the compartments on the inner side of the
Пакет дуговых накладок, размещенный в зонах 5 вблизи примыкающих торцов цилиндров, утолщенные слоистые обшивки 2 сетчатых оболочек, группы секторных секций 13, цилиндрические кольца 14 соединены со стороны каждого отсека трехрядным швом болтовых крепежных элементов.A package of arc overlays located in
Способ изготовления оболочки герметичного отсека фюзеляжа состоит из следующих основных этапов.A method of manufacturing a shell of a sealed fuselage compartment consists of the following main steps.
1. Этап поставки станочного оборудования для производства однонаправленного препрега и станочного оборудования для выкладки нитей.1. The stage of supply of machine equipment for the production of unidirectional prepreg and machine equipment for laying yarn.
2. Этап разработки и тестирования программ компьютерного обеспечения изготовления оболочки.2. The stage of development and testing of computer programs for shell manufacturing.
3. Этап изготовления сборочных оснастки и приспособлений.3. The stage of manufacturing assembly tools and fixtures.
4. Этап изготовления входящих в сборку оболочки элементов из ПКМ и металлических деталей.4. The stage of manufacturing the PCM elements and metal parts included in the shell assembly.
5. Этап установки и фиксации на внутренней оснастке несъемных элементов оболочки.5. The stage of installation and fixation on the internal equipment of non-removable shell elements.
6. Этап установки и фиксации на оснастке съемных технологических элементов.6. The stage of installation and fixation on snap of removable technological elements.
7. Этап выкладки ребер сетчатой оболочки.7. The stage of calculation of the ribs of the retina.
8. Этап установки и фиксации в ячейках сетчатой оболочки блоков термически расширяемого эластичного материала.8. The stage of installation and fixation in the cells of the mesh shell of blocks of thermally expandable elastic material.
9. Этап выкладки слоистой наружной обшивки.9. The stage of laying out the layered outer skin.
10. Этап сборки и фиксации секционной наружной оснастки.10. The stage of assembly and fixation of sectional external equipment.
11. Этап термической обработки и выдержки оснастки с изделием.11. The stage of heat treatment and holding snap with the product.
12. Этап демонтажа наружной и внутренней оснастки и блоков эластичного материала.12. The stage of dismantling the external and internal equipment and blocks of elastic material.
13. Выемка оболочки отсека, контроль качества.13. The recess of the shell compartment, quality control.
Содержание этапов изготовления сетчатой оболочки отсека:The contents of the steps for manufacturing the mesh shell of the compartment:
1. Приобретаются и устанавливаются ключевые станки и создаются процессы, обеспечивающие производителю достижение полного контроля над производственными линиями, создающими композиты и изделия из них.1. Key machines are purchased and installed, and processes are created that provide the manufacturer with full control over the production lines that create composites and products from them.
Препрег получают пропиткой пряди волокон термореактивным связующим с частичным его отверждением до стадии потери липкости.The prepreg is obtained by impregnating a strand of fibers with a thermosetting binder with partial curing to the stage of stickiness loss.
2. Создаются или выбираются из существующих программные пакеты для конструирования композитных изделий. Разрабатывается система on-line управления и сбора данных, приспособленная к специфическим требованиям в процессе автоматической выкладки нитей.2. Create or select from existing software packages for the design of composite products. An on-line control and data acquisition system is being developed, adapted to specific requirements in the process of automatic thread laying.
В программной среде создается программа, с чьей помощью AFP станок (Automated Fiber Placement) осуществляет выкладку, а конструктор композитных изделий совершает большое количество необходимых шагов для создания композитных деталей и финального интегрального композитного изделия.In the software environment, a program is created with which the AFP machine (Automated Fiber Placement) performs the calculation, and the composite product designer takes a large number of necessary steps to create composite parts and the final integral composite product.
3. Изготавливается сборочная оснастка. Тип оснастки внутренний секционный металлический сердечник, с возможностью поворота оснастки вокруг оси, направленной вдоль образующей цилиндра.3. Assembly equipment is being manufactured. Type of snap internal sectional metal core, with the possibility of turning the snap around an axis directed along the generatrix of the cylinder.
В конструкции секционного сердечника должен присутствовать замковый элемент, позволяющий осуществить демонтаж через объем, ограниченный внутренней образующей сетчатой оболочки.In the design of the sectional core, a locking element must be present, allowing dismantling through a volume limited to the inner generatrix of the mesh shell.
Сердечник должен обеспечивать повышенную жесткость и прочность в радиальном направлении.The core should provide increased stiffness and strength in the radial direction.
Сборочная оснастка должна устанавливаться в рабочей зоне станка для автоматической выкладки жгутов препрега.Assembly equipment should be installed in the working area of the machine to automatically lay out the prepreg harnesses.
Вблизи многокоординатного станка для автоматической выкладки препрега устанавливается крупногабаритная термическая камера, вмещающая в рабочем объеме оболочку отсека, совместно с комплектом оснастки.A large-sized thermal chamber is installed near the multi-axis machine for automatic calculation of the prepreg, which encloses the compartment shell in the working volume, together with a set of equipment.
Изготавливается оснастка для изготовления комплектующих изделий из ПКМ:Tooling for the manufacture of components from PCM is made:
- рам иллюминаторов;- frames of portholes;
- секторных секций.- sector sections.
Изготавливается оснастка для изготовления комплекта блоков термокомпрессионной эластичной оснастки.Tooling is made for the manufacture of a set of blocks of thermocompressive elastic tooling.
4. Изготавливается комплект секторных секций 13 из ПКМ, изготавливается комплект рам иллюминаторов 20 из ПКМ. Полимеризация изделий из ПКМ выполняется по режиму частичного отверждения.4. A set of
Изготавливается комплект присоединительных фитингов 15 из конструкционного металлического сплава.A set of connecting
Изготавливается комплект 24 съемных технологических элементов.A set of 24 removable technological elements is being manufactured.
Съемные технологические упорные элементы 24 предназначены для выкладки винтовых ребер 3, в зонах 8 разворотов направлений образующих ребер, в торцовых зонах 5 оболочки и в зонах оболочки вблизи проемов 23 под иллюминаторы.Removable
Изготавливается комплект термокомпрессионной эластичной оснастки - блоков для заполнения ячеек 16 между ребрами 3, 4 сетчатой оболочки.A set of thermocompression elastic equipment — blocks for filling the
Блоки изготавливаются из термически расширяемого материала, например, из кремнийорганического (силиконового) каучука. Вследствие температурной деформации эластомера при нагреве создается давление окончательного формования ребер 3, 4 и обшивки 2 оболочки.Blocks are made of thermally expandable material, for example, silicone (silicone) rubber. Due to thermal deformation of the elastomer during heating, the pressure of the final molding of the
5. На сборочной оснастке в зоне 5 торцов оболочки выкладываются два слоистых кольца 14 из ПКМ.5. On the assembly equipment in the
6. На сборочной оснастке устанавливаются и фиксируются:6. On the assembly equipment are installed and fixed:
- комплект (несъемный) присоединительных фитингов 15;- a set (fixed) of connecting
- комплект (несъемный) рам иллюминаторов 20;- a set (fixed) frames of
- комплект съемных технологических упорных элементов 24.- a set of removable
Поверх слоистых колец 14 из ПКМ устанавливаются и фиксируются комплекты секторных секций 13 из ПКМ.On top of the PCM laminated rings 14, sets of
7. Выполняется одновременная послойная выкладка препрега из прядей препрега однонаправленных волокон, составляющих сетку из винтовых 3 и продольных ребер 4.7. The simultaneous layer-by-layer laying out of the prepreg from the strands of the prepreg of unidirectional fibers, comprising a grid of
При автоматической выкладке препрега:With automatic prepreg laying out:
- заполняются направляющие каналы 12 секторных секций 13;- filled
- заполняются группы продольных канавок 17 на присоединительных фитингах;- filled groups of
- рамы иллюминаторов 20 охватываются материалом винтовых ребер 3;-
- технологические упорные элементы 24 охватываются материалом винтовых ребер 3.-
При послойной выкладке препрега из прядей однонаправленных волокон выполняется нормируемое натяжение и местный подогрев в зоне выкладки, для прилипания к ранее уложенному материалу.When layering the prepreg from strands of unidirectional fibers, normalized tension and local heating in the laying area are performed to adhere to the previously laid material.
В процессе выкладки оболочки сборочная оснастка управляемо поворачивается относительно своей продольной оси в положение, доступное и удобное для работы многокоординатной робототехнической головки станка.In the process of laying out the shell, the assembly tool steadily rotates relative to its longitudinal axis to a position accessible and convenient for operation of the multi-axis robotic head of the machine.
После завершения выкладки препрега технологические упорные элементы 24 демонтируются с поверхности сборочной оснастки.After completion of the calculation of the prepreg, the
8. Выполняется установка (вставка) во все ячейки 16 между ребер 3, 4, составляющих решетчатую структуру, блоков (сегментов) термокомпрессионной эластичной оснастки. Блоки удерживаются в ячейках 16 вследствие плотного нормируемого прижима кремнийорганического каучука к боковым поверхностям ребер 3, 4 ячеек 16.8. Installation (insertion) is made in all
9. Выполняется послойная выкладка слоистой наружной обшивки 2 оболочки поверх ребер 3, 4 и вставленных блоков эластичной оснастки. Толщина обшивки послойно ступенчато увеличена в торцевых зонах 5 оболочки и вокруг проемов 23 под иллюминаторы.9. Layer-by-layer calculation of the layered
10. Поверх слоистой наружной обшивки 2 устанавливаются секции наружной ограничительной металлической оснастки типа матрицы, с гладкой поверхностью, соответствующей внешней поверхности наружной обшивки 2. Секции наружной оснастки крепежными элементами, например стяжными болтами, объединяются в единую матрицу, характеризующуюся повышенной жесткостью и прочностью в радиальном направлении.10. On top of the laminated
11. Комплект, состоящий из наружной и внутренней оснастки и полуфабриката сетчатой оболочки, помещается внутрь термической камеры.11. The kit, consisting of external and internal equipment and a semi-finished mesh shell, is placed inside the thermal chamber.
Выполняется операция термокомпрессионного формования, совмещенная с окончательной термической полимеризацией композиционного материала слоистой обшивки 2 ребер 3, 4, секторных секций 13, цилиндрических колец 14, рам иллюминаторов 20.The operation of thermocompression molding is carried out, combined with the final thermal polymerization of the composite material of the layered casing of 2
В процессе нагрева вкладыши увеличиваются в объеме намного больше, чем объем, ограничивающий межреберное пространство между заготовкой и жесткой оснасткой, и тем самым создают необходимое для уплотнения элементов сетчатой оболочки давление (до 30 МПа).During heating, the liners increase in volume much more than the volume that limits the intercostal space between the workpiece and rigid rigging, and thereby create the pressure necessary to seal the elements of the mesh shell (up to 30 MPa).
12. Выемка комплекта оснастки с изготовленной сетчатой оболочкой отсека из термической камеры и установка его на ложементы. Демонтаж секций наружной оснастки. Выемка замкового сектора внутренней оснастки. Последовательный демонтаж остальных секций внутренней оснастки, с извлечением частей оснастки через торцевое отверстие оболочки.12. Excavation of the snap kit with the fabricated mesh shell of the compartment from the thermal chamber and its installation on the lodgements. Dismantling of sections of external equipment. Excavation of the castle sector of the internal equipment. Sequential dismantling of the remaining sections of the internal equipment, with the removal of parts of the equipment through the end hole of the shell.
Удаление из межреберного пространства оболочки элементов эластичной оснастки.Removing from the intercostal space of the shell elements of elastic snap.
13. Контроль качества изготовления сетчатой оболочки отсека неразрушающими методами контроля композиционного материала. Взвешивание и паспортизация изделия.13. Quality control of manufacturing the mesh shell of the compartment by non-destructive methods of control of composite material. Weighing and certification of the product.
Claims (11)
- сетка подкрепляющих ребер содержит винтовые ребра с боковыми поверхностями в виде поверхностей прямого геликоида правого хода с разворотом указанных ребер в области торца отсека и их переходом в винтовые ребра левого хода и наоборот, а также продольные ребра с их U-образным разворотом в зонах торцов отсека;
- ребра равномерно распределены по поверхности отсека, сформированы послойно и выполнены непрерывными;
- ребра состоят из слоев однонаправленных прядей волокон полимерного композиционного материала, скрепленных полимерным связующим;
- на сетке подкрепляющих ребер сформирована наружная слоистая обшивка из полимерного композиционного материала.1. The shell compartment of the pressurized fuselage of the main aircraft from a polymer composite material, made in the form of a layered casing with a grid of reinforcing ribs, characterized in that
- the grid of reinforcing ribs contains helical ribs with lateral surfaces in the form of surfaces of a straight helical right-hand drive with a turn of these ribs in the area of the end face of the compartment and their transition into screw ribs of the left-hand drive and vice versa, as well as longitudinal ribs with their U-shaped turn in the areas of the ends of the compartment ;
- the ribs are evenly distributed over the surface of the compartment, are formed in layers and are made continuous;
- the ribs consist of layers of unidirectional strands of fibers of the polymer composite material bonded with a polymer binder;
- on the grid of reinforcing ribs formed the outer laminate sheathing of a polymer composite material.
- изготавливают пересекающиеся ребра сетки подкрепляющих ребер путем укладки однонаправленных прядей волокон, пропитанных полимерным связующим, на пуансон в виде прямого цилиндра, форма которого соответствует форме изготавливаемого отсека, при этом ребра на поверхности пуансона формируют в виде винтовых ребер с боковыми поверхностями в виде поверхностей прямого геликоида правого хода с разворотом указанных ребер в области торца отсека и их переходом в винтовые ребра левого хода и наоборот, а также в виде продольных ребер с их U-образным разворотом в зонах торцов отсека;
причем винтовые и продольные ребра равномерно распределяют по поверхности отсека, формируют их послойно и выполняют непрерывными;
- на полученных ребрах формируют наружную слоистую обшивку из полимерного композиционного материала;
- осуществляют окончательную термическую полимеризацию оболочки отсека;
- извлекают пуансон из отсека.7. A method of manufacturing a shell compartment of a pressurized fuselage of a main aircraft from a polymer composite material made in the form of a layered casing with a grid of reinforcing ribs, in which:
- intersecting ribs of the mesh of reinforcing ribs are made by laying unidirectional strands of fibers impregnated with a polymer binder on a punch in the form of a straight cylinder, the shape of which corresponds to the shape of the compartment being made, while the ribs on the surface of the punch are formed in the form of helical ribs with side surfaces in the form of surfaces of a direct helicoid the right course with the rotation of these ribs in the region of the end face of the compartment and their transition into screw ribs of the left passage and vice versa, as well as in the form of longitudinal ribs with their U-shaped m turn in the areas of the ends of the compartment;
moreover, screw and longitudinal ribs are evenly distributed over the surface of the compartment, form them in layers and perform continuous;
- on the obtained ribs form the outer laminate sheathing of a polymer composite material;
- carry out the final thermal polymerization of the compartment shell;
- remove the punch from the compartment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011136029/11A RU2475412C1 (en) | 2011-08-29 | 2011-08-29 | Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011136029/11A RU2475412C1 (en) | 2011-08-29 | 2011-08-29 | Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2475412C1 true RU2475412C1 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=49120936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011136029/11A RU2475412C1 (en) | 2011-08-29 | 2011-08-29 | Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475412C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2516829C1 (en) * | 2013-03-04 | 2014-05-20 | Николай Евгеньевич Староверов | Screw blade of composite (versions) and method of its production (versions) |
RU2535780C2 (en) * | 2013-03-06 | 2014-12-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Assembly for attachment of hardware to structural cellular structure from polymer composites |
RU167805U1 (en) * | 2016-08-11 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Mesh sheath of the pressurized compartment of composite materials |
RU170048U1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-04-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | NET DESIGN OF INTEGRAL TYPE FROM COMPOSITE MATERIAL |
RU2655585C2 (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Node of the fuselage compartment with mesh and traditional constructive-power circuits |
RU203407U1 (en) * | 2020-11-27 | 2021-04-02 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" | POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE |
RU211391U1 (en) * | 2021-11-12 | 2022-06-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | The junction of the metal docking unit and the fuselage compartment of the mesh structural-power scheme of composite materials |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1451052A1 (en) * | 1984-10-05 | 1989-01-15 | Ленинградский механический институт им.Маршала Советского Союза Устинова Д.Ф. | Method of producing laminated shell |
US20030100233A1 (en) * | 2001-11-01 | 2003-05-29 | Fynan Roger T. | Industrial roofing fabric and membrane |
RU2333412C1 (en) * | 2007-01-31 | 2008-09-10 | Вячеслав Николаевич Кургузов | Pipe or capacity |
US20090166471A1 (en) * | 2006-06-02 | 2009-07-02 | Airbus Deutschland Gmbh | Fuselage Structure and Method for the Production of a Fuselage Structure |
RU2392122C1 (en) * | 2008-11-05 | 2010-06-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Net-like rotational shell out of composite materials |
-
2011
- 2011-08-29 RU RU2011136029/11A patent/RU2475412C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1451052A1 (en) * | 1984-10-05 | 1989-01-15 | Ленинградский механический институт им.Маршала Советского Союза Устинова Д.Ф. | Method of producing laminated shell |
US20030100233A1 (en) * | 2001-11-01 | 2003-05-29 | Fynan Roger T. | Industrial roofing fabric and membrane |
US20090166471A1 (en) * | 2006-06-02 | 2009-07-02 | Airbus Deutschland Gmbh | Fuselage Structure and Method for the Production of a Fuselage Structure |
RU2333412C1 (en) * | 2007-01-31 | 2008-09-10 | Вячеслав Николаевич Кургузов | Pipe or capacity |
RU2392122C1 (en) * | 2008-11-05 | 2010-06-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Net-like rotational shell out of composite materials |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2516829C1 (en) * | 2013-03-04 | 2014-05-20 | Николай Евгеньевич Староверов | Screw blade of composite (versions) and method of its production (versions) |
RU2535780C2 (en) * | 2013-03-06 | 2014-12-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Assembly for attachment of hardware to structural cellular structure from polymer composites |
RU167805U1 (en) * | 2016-08-11 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Mesh sheath of the pressurized compartment of composite materials |
RU2655585C2 (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Node of the fuselage compartment with mesh and traditional constructive-power circuits |
RU170048U1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-04-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | NET DESIGN OF INTEGRAL TYPE FROM COMPOSITE MATERIAL |
RU203407U1 (en) * | 2020-11-27 | 2021-04-02 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" | POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE |
RU211391U1 (en) * | 2021-11-12 | 2022-06-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | The junction of the metal docking unit and the fuselage compartment of the mesh structural-power scheme of composite materials |
RU212849U1 (en) * | 2022-04-01 | 2022-08-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | SPACE VEHICLE CONICAL ADAPTER |
RU215544U1 (en) * | 2022-10-24 | 2022-12-16 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" им. академика М.Ф. Решетнёва" | Conical adapter frame for light class spacecraft |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2475412C1 (en) | Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication | |
RU2636494C2 (en) | Composite radius aggregates and methods of their manufacture | |
EP2674290B1 (en) | A method and a device for the manufacture of a lightweight structure, and also a lightweight structure | |
RU2641959C2 (en) | Composite hat-shaped stiffening cross-section, composite stiffened hat-shaped cross-section of pressure bulkheads and methods of their manufacture | |
JP6104541B2 (en) | Method for manufacturing structure including skin and stiffener | |
EP2986504B1 (en) | Winglet | |
CN106275370B (en) | Reinforced fuselage component and method and device for producing a reinforced fuselage component | |
US10343320B2 (en) | Method for fabricating an object | |
JP6005661B2 (en) | Composite structure with integral stiffener with smooth runout and method of making the same | |
JP5801885B2 (en) | Composite structure having integral stiffener and method for producing the same | |
EP2974814B1 (en) | Lattice reinforced radius filler | |
CN103889692A (en) | Tubular composite strut having internal stiffening and method for making the same | |
US20190077111A1 (en) | Process for producing a sandwich component, core for a sandwich component, and sandwich component | |
US20020090874A1 (en) | Unitized fastenerless composite structure | |
US20060062973A1 (en) | Fibre reinforced composite component | |
US20180297347A1 (en) | Pre-Filled Radius Layups | |
EP2746149B1 (en) | Method for the production of a connecting element, connecting element, and aircraft or spacecraft | |
US9677409B2 (en) | Monolithic fan cowl of an aircraft engine and a manufacturing method thereof | |
RU2312790C1 (en) | Method of manufacture of aircraft airframe components from polymer composite materials and mandrel for realization of this method | |
EP2746038B1 (en) | Method for the production of a structural component, structural component, shell, and aircraft or spacecraft | |
RU2595207C2 (en) | Aircraft frame from composite material | |
RU2486101C2 (en) | Reinforced shell of revolution from polymer composites | |
RU77842U1 (en) | BEAM FLOOR BEAM FROM POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS | |
RU2579779C2 (en) | Method of production of composite stiffened panels | |
RU89070U1 (en) | BEAM FLOOR BEAM FROM POLYMERIC COMPOSITION MATERIALS WITH SPIRAL RIBS IN THE FORM OF ANTI-OTHER SWISS |