RU2531114C2 - Aircraft wing from polymer composites - Google Patents
Aircraft wing from polymer composites Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531114C2 RU2531114C2 RU2012158063/11A RU2012158063A RU2531114C2 RU 2531114 C2 RU2531114 C2 RU 2531114C2 RU 2012158063/11 A RU2012158063/11 A RU 2012158063/11A RU 2012158063 A RU2012158063 A RU 2012158063A RU 2531114 C2 RU2531114 C2 RU 2531114C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wing
- ribs
- shells
- spars
- binder
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиационной техники и касается вопроса создания обтекаемых конструкций для летательных аппаратов из композиционных материалов, в частности крыльев и крыльевых устройств.The invention relates to the field of aviation technology and relates to the creation of streamlined structures for aircraft from composite materials, in particular wings and wing devices.
Известна конструкция крыла летательного аппарата, содержащая заполненную сотовым заполнителем силовую раму, выполненную из передней и задней боковин, концевого обтекателя, корневого элемента и панелей верхней и нижней поверхностей крыла с уменьшающейся от корневого элемента толщиной. Панели верхней и нижней поверхностей крыла выполнены из пакета слоев ткани с перекрытием зоны узла крепления корневого элемента максимальным количеством слоев. Определяющие разнотолщинность поверхностей крыла слои в плане выполнены в форме подобных треугольников с увеличением размеров каждого последующего и расположением его боковых сторон параллельно кромкам боковин крыла (RU 2333865 C1, B64C 3/26, 16.11.2006).A known aircraft wing structure comprising a power frame filled with a honeycomb core is made of front and rear sides, end fairing, root element and panels of the upper and lower wing surfaces with a thickness decreasing from the root element. The panels of the upper and lower surfaces of the wing are made of a package of fabric layers with overlapping zone of the root element attachment node with the maximum number of layers. The layers determining the thickness variation of the wing surfaces are made in the form of similar triangles with an increase in the size of each subsequent one and the location of its lateral sides parallel to the edges of the wing sides (RU 2333865 C1, B64C 3/26, 11.16.2006).
Недостатком указанной конструкции является то, что наличие расположенных на наружных поверхностях крыла усиливающих слоев снижает аэродинамическое качество крыла, что приводит к необходимости последующей механической обработки его наружной поверхности и, как следствие, к ее микроповреждениям.The disadvantage of this design is that the presence of reinforcing layers located on the outer surfaces of the wing reduces the aerodynamic quality of the wing, which leads to the need for subsequent mechanical processing of its outer surface and, as a consequence, to its microdamage.
Известна также панель крыла композитной конструкции, содержащая верхнюю и нижнюю оболочки крыла, выполненные из силовых слоев на основе стекло-, углеткани (углеленты) либо препрега, и внутренний слой пенопластового или сотового заполнителя и два лонжерона на основе стекло- или углеткани (углеленты). При этом все элементы конструкции в сухом состоянии помещаются между элементами оправки крыла, закрываются верхней и нижней частями матрицы, совместно пропитываются связующим при помощи RTM-метода и полимеризуются при повышенной температуре (US 2010140404 A1, B29C 70/08, 10.06.2010 - прототип).Also known is a wing panel of a composite construction containing the upper and lower wing shells made of force layers based on glass, carbon fabric (carbon tape) or prepreg, and the inner layer of foam or honeycomb core and two spars based on glass or carbon fabric (carbon tape). In this case, all structural elements in a dry state are placed between the elements of the wing mandrel, are closed by the upper and lower parts of the matrix, are jointly impregnated with a binder using the RTM method and polymerized at elevated temperatures (US 2010140404 A1, B29C 70/08, 06/10/2010 - prototype) .
Недостатком указанной конструкции является ее высокая стоимость, так как требуется изготовление дорогостоящей оснастки, сложной в эксплуатации. Кроме того, такое крыло имеет большой вес.The disadvantage of this design is its high cost, since it requires the manufacture of expensive equipment, difficult to operate. In addition, such a wing has a large weight.
Задачей предлагаемого изобретения является создание крыла летательного аппарата из полимерных композиционных материалов, позволяющего повысить его экономическую и техническую эффективность путем снижения стоимости его изготовления и веса, повышения качества изготовления наружных поверхностей крыла при одновременном обеспечении надежности и прочности конструкции крыла.The objective of the invention is the creation of an aircraft wing from polymer composite materials, which allows to increase its economic and technical efficiency by reducing the cost of its manufacture and weight, improving the quality of manufacture of the outer surfaces of the wing while ensuring reliability and strength of the wing structure.
Указанный технический результат достигается тем, что у крыла летательного аппарата из полимерных композиционных материалов имеется обшивка, содержащая верхнюю и нижнюю оболочки, состоящая из наружных слоев на основе стекло-, углеткани (углеленты) и внутреннего между ними слоя из пенопластового заполнителя, расположенные вдоль размаха крыла лонжероны и ребра жесткости - нервюры - на основе стекло-, углеткани (углеленты). По изобретению верхняя и нижняя оболочки обшивки крыла, сформованные совместно с нервюрами в корневой и концевой частях крыла, и лонжероны изготовлены методом инфузии связующего с полимеризацией материала в соответствующих матрицах. Соединение оболочек обшивки между собой у передней и задней кромок крыла осуществлено посредством клеевой пленки, нанесенной на сопряженные соединительные поверхности. В средней вдоль профиля части крыла соединение верхней и нижней оболочек выполнено с помощью лонжеронов через парные приформовочные угольники, изготовленные из углеткани со связующим и предварительно установленные через клеевую пленку на внутренние поверхности верхней и нижней оболочек обшивки. Соединение верхней и нижней оболочек обшивки с лонжеронами, введенными между ними, осуществлено посредством клеевой пленки, при этом внутренние нервюры изготовлены методом инфузии связующего и соединены с верхней и нижней оболочками и с лонжеронами через введенную между соединяемыми поверхностями клеевую пленку. Лонжероны и внутренние нервюры имеют трехслойную структуру, в которой между наружными слоями из полимерного композиционного материала на основе стекло-, углеткани (углеленты) расположен средний слой из пенопластового заполнителя.The specified technical result is achieved by the fact that the wing of the aircraft made of polymer composite materials has a skin containing the upper and lower shells, consisting of outer layers based on glass, carbon fabric (carbon tape) and an inner layer of foam core between them, located along the wingspan spars and stiffeners - ribs - based on glass, carbon fabric (carbon tape). According to the invention, the upper and lower shells of the wing sheathing, formed together with ribs in the root and end parts of the wing, and the spars are made by infusion of a binder with polymerization of the material in the respective matrices. The cladding shells are connected to each other at the leading and trailing edges of the wing by means of an adhesive film deposited on the mating connecting surfaces. In the middle part of the wing along the profile of the wing, the upper and lower shells are connected using spars through paired molding squares made of carbon fabric with a binder and pre-installed through adhesive film on the inner surfaces of the upper and lower shell shells. The upper and lower shells of the casing are connected with the spars inserted between them by means of an adhesive film, while the internal ribs are made by the infusion of a binder and connected to the upper and lower shells and with the spars through an adhesive film introduced between the connected surfaces. The spars and inner ribs have a three-layer structure, in which between the outer layers of a polymer composite material based on glass, carbon fabric (carbon tape) is located the middle layer of foam aggregate.
Кроме того, сопряженные соединительные поверхности у передней и задней кромок крыла усилены введенными под них с внутренней стороны обшивки пенопластовыми вкладышами.In addition, the mating connecting surfaces at the leading and trailing edges of the wing are reinforced with foam inserts introduced under them from the inside of the skin.
Внутренние нервюры состоят из трех частей каждая и выполнены с образованием по периметрам указанных частей двухсторонних фланцев, с помощью которых части внутренних нервюр связаны с верхней и нижней оболочками крыла и с лонжеронами.The inner ribs consist of three parts each and are formed with the formation of double-sided flanges along the perimeters of these parts, with the help of which parts of the inner ribs are connected with the upper and lower shells of the wing and with the side members.
Соединение лонжеронов с частями нервюр через их фланцы осуществлено с сохранением непрерывности парных приформовочных угольников, связывающих лонжероны с верхней и нижней оболочками крыла.The connection of the side members with parts of the ribs through their flanges was carried out while maintaining the continuity of paired molding squares connecting the side members with the upper and lower shells of the wing.
Изготовление оболочек обшивки крыла и его лонжеронов в отдельных матрицах методом инфузии связующего с полимеризацией материала обеспечивает снижение временных и материальных затрат по их изготовлению, высокое качество аэродинамической поверхности крыла, стабильность его геометрических размеров и повышение прочностных характеристик.The manufacture of shell linings for the wing and its spars in separate matrices by the method of infusion of a binder with polymerization of the material reduces the time and material costs of their manufacture, high quality of the aerodynamic surface of the wing, the stability of its geometric dimensions and increased strength characteristics.
Соединение оболочек между собой в районе передней и задней кромок крыла, с лонжеронами через парные приформовочные угольники и нервюрами, а также лонжеронов с угольниками и частями нервюр с помощью нанесенной на соединяемые поверхности клеевой пленки позволяет повысить технологичность изготовления крыла с наименьшей трудоемкостью и обеспечением прочного и надежного соединения.The connection of the shells with each other in the region of the leading and trailing edges of the wing, with the side members through paired molding squares and ribs, as well as the side members with squares and parts of ribs by means of an adhesive film applied to the surfaces to be joined, makes it possible to increase the manufacturability of manufacturing the wing with the least labor and ensuring a strong and reliable connections.
Заполнение пространства между наружными слоями оболочек обшивки и лонжеронов пенопластовым заполнителем позволяет снизить вес конструкции, не ухудшая ее прочностных характеристик.Filling the space between the outer layers of the cladding shells and spars with foam filler allows you to reduce the weight of the structure without compromising its strength characteristics.
Наличие в местах соединения нижней и верхней поверхностей крыла пенопластовых вкладышей повышает прочность и надежность соединения и конструкции крыла в целом.The presence of foam inserts at the junctions of the lower and upper surfaces of the wing increases the strength and reliability of the connection and the structure of the wing as a whole.
Выполнение частей нервюр в корневой и концевой частях крыла одновременно с формованием верхней и нижней частей крыла методом инфузии связующего повышает надежность конструкции крыла.The implementation of the parts of the ribs in the root and end parts of the wing simultaneously with the molding of the upper and lower parts of the wing by the method of binder infusion increases the reliability of the wing structure.
При этом заданная прочность крыла обеспечивается укладкой в нужные районы трехслойных конструкций верхней, нижней оболочек крыла и лонжеронов предварительно рассчитанного количества слоев. Формы раскроя каждого слоя стекло-, углеткани (углеленты) также определяется расчетом, что приводит к оптимизации конструкции, более равномерному распределению напряжений в силовых элементах крыла и снижению его общего веса.At the same time, the specified wing strength is ensured by laying in the desired areas of the three-layer structures of the upper, lower wing shells and side members of the previously calculated number of layers. The shape of each layer of glass-, carbon fabric (carbon tape) is also determined by calculation, which leads to optimization of the design, a more uniform distribution of stresses in the power elements of the wing and a decrease in its total weight.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, где представлены:The essence of the invention is illustrated by drawings, which show:
- общий вид конструкции предлагаемого крыла летательного аппарата из полимерных композиционных материалов - фиг.1;- a General view of the design of the proposed wing of the aircraft from polymer composite materials - figure 1;
- поперечное сечение А-А (фиг.1) - фиг.2;- cross section aa (figure 1) - figure 2;
- поперечное сечение Б-Б (фиг.1) - фиг.3;- cross section BB (figure 1) - figure 3;
- вид В (фиг.3) - фиг.4;- view B (figure 3) - figure 4;
- конструктивные элементы крыла - фиг.5.- structural elements of the wing - figure 5.
Предлагаемая конструкция крыла 1 состоит из нижней 2 и верхней 3 оболочек обшивки трехслойной структуры, включающей наружные слои 4 из стекло-, углеткани (углеленты) и расположенный между ними внутренний слой 5 из пенопластового заполнителя (фиг.2, 4), укладываемых в соответствующие оснастки для последующей пропитки методом инфузии связующего и полимеризации материала, из расположенных вдоль размаха крыла лонжеронов 6 (фиг.1), состоящих из наружных силовых слоев стекло-, углеткани (углеленты) 7 и внутреннего пенопластового заполнителя 8 (фиг.4), также укладываемых в соответствующие оснастки для последующей пропитки связующим методом инфузии связующего и полимеризации материала, и из одной или нескольких внутренних нервюр 9, расположенных в средней части крыла (фиг.1, 3, 5). Количество силовых слоев стекло-, углеткани (углеленты) 10 (фиг.1) в верхней и нижней оболочках крыла и лонжеронах и форма раскроя каждого слоя по поверхностям крыла определяются расчетным путем и могут меняться в различных районах крыла. На внутренние поверхности верхней и нижней оболочек обшивки крыла установлены с помощью клеевой пленки 11 (фиг.4) парные приформовочные угольники 12, 13 из углеткани со связующим в отвержденном состоянии для последующего крепления указанных лонжеронов, вставленных между парными угольниками (фиг.4, 5) и соединенных с помощью клеевой пленки. Верхняя и нижняя оболочки соединены друг с другом у носовой 14 и концевой 15 кромок крыла посредством клеевой пленки, которая нанесена на сопряженные соединительные поверхности, усиленные введенными с их внутренней стороны пенопластовыми вкладышами 16 (фиг.5), а в средней части по длине крыла они связаны с помощью лонжеронов. Нервюры у корневой 17 и концевой частей 18 крыла (фиг.1) выполнены методом инфузии связующего одновременно с формированием верхней и нижней оболочек обшивки крыла. Внутренняя нервюра выполнена из слоев стекло-, углеткани и связующего методом инфузии связующего и соединена с верхней и нижней оболочками крыла и с лонжеронами через клеевую пленку, введенную между соединяемыми поверхностями. Она состоит из трех частей, которые имеют по периметру двухсторонние фланцы 19, обеспечивающие их соединение с верхней и нижней оболочками обшивки, а также с лонжеронами. Соединение нервюр через двухсторонние фланцы с лонжеронами осуществлено с сохранением непрерывности парных приформовочных угольников.The proposed structure of the wing 1 consists of the lower 2 and upper 3 shells of the skin of a three-layer structure, including the outer layers 4 of glass, carbon fabric (carbon tape) and the
Изготовление крыла летательного аппарата из полимерных композиционных материалов и его работа осуществляются следующим образом.The manufacture of an aircraft wing from polymer composite materials and its operation are as follows.
Верхнюю и нижнюю оболочки обшивки крыла с пенопластовым заполнителем и его лонжероны изготавливают из стекло, -углеткани (углеленты) путем укладки в соответствующие матрицы для последующей пропитки связующим методом инфузии связующего и полимеризации материала. При помощи шаблонов на внутренние поверхности верхней и нижней оболочек обшивки крыла через клеевую пленку устанавливают парные приформовочные угольники из углеткани со связующим в отвержденном состоянии для последующего крепления указанных лонжеронов. Методом инфузии из слоев стекло-, углеткани и связующего изготавливаются три части внутренней нервюры, с образованием по их периметрам двухсторонних фланцев. Посредством клеевой пленки, нанесенной на вертикальные части парных угольников, установленных на внутреннюю поверхность нижней оболочки обшивки крыла, к ней крепятся лонжероны. Через клеевую пленку, нанесенную на фланцы частей внутренней нервюры, эти части также устанавливаются на внутреннюю поверхность нижней обшивки крыла и через свои фланцы соединяются с лонжеронами. Верхняя обшивка крыла соединяется с нижней обшивкой при помощи клеевой пленки, наносимой на сопряженные соединительные поверхности в районе передней (носовой) и концевой кромок крыла, усиленных пенопластовыми вкладышами, и клеевой пленки, наносимой на внутренние вертикальные поверхности установленных на верхнюю обшивку парных приформовочных угольников, между которьми через клеевую пленку помещаются лонжероны, а также верхние части фланцев внутренней нервюры.The upper and lower shells of the wing sheathing with foam filler and its spars are made of glass, carbon-carbon (carbon) by laying in the appropriate matrix for subsequent impregnation of the binder with a binder method and polymerization of the material. Using templates on the inner surfaces of the upper and lower shells of the wing sheathing, paired molding squares made of carbon fabric with a binder in the cured state are installed through the adhesive film for subsequent fastening of these spars. By the method of infusion, three parts of the inner rib are made from layers of glass, carbon fabric and a binder, with the formation of bilateral flanges along their perimeters. By means of an adhesive film deposited on the vertical parts of paired squares mounted on the inner surface of the lower shell of the wing skin, spars are attached to it. Through the adhesive film deposited on the flanges of the parts of the inner rib, these parts are also installed on the inner surface of the lower wing skin and are connected to the side members through their flanges. The upper wing skin is connected to the lower skin by means of an adhesive film applied to the mating connecting surfaces in the region of the front (nose) and end edges of the wing, reinforced with foam inserts, and an adhesive film applied to the inner vertical surfaces of the paired molding squares, between which spars are placed through the adhesive film, as well as the upper parts of the flanges of the inner rib.
В процессе полета летательного аппарата, при воздействии воздушного потока на аэродинамические поверхности крыла в элементах его конструкции возникает поле деформаций. При этом рассчитанное количество силовых слоев в обшивках и лонжеронах, а также рассчитанная форма раскроя каждого слоя по поверхностям крыла приводит к оптимизации конструкции по деформациям и более равномерному их распределению по силовым элементам конструкции, тем самьм обеспечивая заданную прочность крыла при минимальном весе. Изготовление нижней и верхней обшивок в соответствующей оснастке приводит к повышению качества изготовления наружных аэродинамических поверхностей крыла. Благодаря наличию пенопластовых вкладышей в местах соединения нижней и верхней обшивок в районе передней и задней кромок крыла обеспечивается надежное и прочное соединение оболочек обшивки и прочность крыла в целом.During the flight of an aircraft, under the influence of air flow on the aerodynamic surfaces of the wing, a deformation field appears in the elements of its structure. At the same time, the calculated number of power layers in the skins and side members, as well as the calculated shape of each layer on the wing surfaces, leads to optimization of the structure according to deformations and their more uniform distribution over the structural elements of the structure, thereby ensuring the specified wing strength with minimum weight. The manufacture of the lower and upper skins in the appropriate equipment leads to an increase in the quality of manufacturing of the outer aerodynamic surfaces of the wing. Due to the presence of foam inserts at the junctions of the lower and upper skins in the area of the front and rear edges of the wing, a reliable and durable connection of the skins and the strength of the wing as a whole is ensured.
Предлагаемое крыло летательного аппарата из полимерных композиционных материалов позволяет создать конструкцию крыла с наружными поверхностями высокого качества, снизить стоимость ее изготовления и вес при одновременном обеспечении надежности и прочности конструкции крыла, что его выгодно отличает от прототипа.The proposed wing of the aircraft made of polymer composite materials allows you to create a wing structure with external surfaces of high quality, reduce the cost of its manufacture and weight while ensuring reliability and strength of the wing structure, which compares favorably with the prototype.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012158063/11A RU2531114C2 (en) | 2012-12-29 | 2012-12-29 | Aircraft wing from polymer composites |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012158063/11A RU2531114C2 (en) | 2012-12-29 | 2012-12-29 | Aircraft wing from polymer composites |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012158063A RU2012158063A (en) | 2014-07-10 |
RU2531114C2 true RU2531114C2 (en) | 2014-10-20 |
Family
ID=51215649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012158063/11A RU2531114C2 (en) | 2012-12-29 | 2012-12-29 | Aircraft wing from polymer composites |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2531114C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697367C1 (en) * | 2018-12-17 | 2019-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Техноветер" | Aircraft wing |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU12819U1 (en) * | 1999-04-28 | 2000-02-10 | Егер Владимир Сергеевич | COMPOSITE PASSENGER WING OF THE AIRCRAFT |
RU2191137C2 (en) * | 2000-12-19 | 2002-10-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Flying vehicle wing |
UA62034A1 (en) * | 1987-03-09 | 2003-12-15 | State Entpr O K Antonov Aviat | Torsion box of aircraft aerodynamic surface made of composite materials |
US6849150B1 (en) * | 2001-01-16 | 2005-02-01 | Lockheed Martin Corporation | System and method of forming structural assemblies with 3-D woven joint pre-forms |
-
2012
- 2012-12-29 RU RU2012158063/11A patent/RU2531114C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA62034A1 (en) * | 1987-03-09 | 2003-12-15 | State Entpr O K Antonov Aviat | Torsion box of aircraft aerodynamic surface made of composite materials |
RU12819U1 (en) * | 1999-04-28 | 2000-02-10 | Егер Владимир Сергеевич | COMPOSITE PASSENGER WING OF THE AIRCRAFT |
RU2191137C2 (en) * | 2000-12-19 | 2002-10-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Flying vehicle wing |
US6849150B1 (en) * | 2001-01-16 | 2005-02-01 | Lockheed Martin Corporation | System and method of forming structural assemblies with 3-D woven joint pre-forms |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697367C1 (en) * | 2018-12-17 | 2019-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Техноветер" | Aircraft wing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012158063A (en) | 2014-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9114588B2 (en) | Skin-stiffener transition assembly, method of manufacture and application of said skin-stiffener transition assembly | |
CN102712144B (en) | Dual-skin structures | |
CN107128474B (en) | Composite material hat stiffener, composite material hat reinforcement pressure web and its manufacturing method | |
US7861969B2 (en) | Shaped composite stringers and methods of making | |
EP2865516B1 (en) | Skin-stiffened composite panel and method of its manufacture | |
CN101547786B (en) | Composite structure | |
US20140186588A1 (en) | Processes to fabricate composite tubular-reinforced panels integrating skin and stringers and the panels thereby fabricated | |
US10118348B2 (en) | Aircraft component with closed box structure | |
US10308345B2 (en) | Structure | |
US9862477B2 (en) | Aircraft structure | |
US9637216B2 (en) | Aircraft structure made of composite material | |
JP7202194B2 (en) | Stringer transition through common base support | |
WO2015015152A1 (en) | Aircraft structure | |
RU2682392C1 (en) | Steering surface element | |
JP5731392B2 (en) | Plane member for aircraft and method for manufacturing the same | |
US20190031329A1 (en) | Method of fabricating a rotor blade filler body, and a rotor blade filler body comprising at least one cellular assembly having closed cells | |
RU2628416C1 (en) | Wing and fin panel or operation of air vehicle from layer composite materials | |
CN105881922A (en) | Novel high-impacting-resistance type unmanned aerial vehicle airframe structure | |
US9868508B2 (en) | Rib foot for aircraft wing | |
RU2531114C2 (en) | Aircraft wing from polymer composites | |
US11623733B2 (en) | Bead-stiffened movable surfaces | |
CN206889425U (en) | Honeycomb sandwich construction equal strength attachment structure | |
US11878793B2 (en) | All new multi-purpose internally stiffened composite wing sub-panel | |
RU2697367C1 (en) | Aircraft wing | |
JP2022028626A (en) | Composite thin wingbox architecture for supersonic business jets |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200724 |