RU2549043C1 - Wing box, reinforced with polymer composite material - Google Patents

Wing box, reinforced with polymer composite material Download PDF

Info

Publication number
RU2549043C1
RU2549043C1 RU2014115350/11A RU2014115350A RU2549043C1 RU 2549043 C1 RU2549043 C1 RU 2549043C1 RU 2014115350/11 A RU2014115350/11 A RU 2014115350/11A RU 2014115350 A RU2014115350 A RU 2014115350A RU 2549043 C1 RU2549043 C1 RU 2549043C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
frame
caisson according
composite material
mesh
Prior art date
Application number
RU2014115350/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Сергеевич Сироткин
Валерий Витальевич Васильев
Игорь Сергеевич Карпейкин
Николай Сергеевич Азиков
Александр Евгеньевич Алипов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) filed Critical Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ)
Priority to RU2014115350/11A priority Critical patent/RU2549043C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2549043C1 publication Critical patent/RU2549043C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to the structure of the wing box of the aircraft. Wing box comprises the outer rigid power massive frame formed by the front and rear longerons and ribs and outer skin, forming the aerodynamic contour and secured on the outer surface of the frame. In this case, the wing box comprises the inner massive power frame, composed from individual grid power units transversely spaced relative to longerons, that fill the space inside the outer frame and fixed on longerons.
EFFECT: weight reduction and improvement of operational reliability of the aircraft wing, increase in hardness, bending and torsion resistance.
11 cl, 9 dwg

Description

Область техники.The field of technology.

Изобретение может быть использовано в авиационной и космической технике и касается конструкции кессона, который относится, в частности, к силовым элементам конструкции, и обеспечивает безопасную передачу силовых нагрузок, возникающих на крыле при различных условиях полета, одновременно являясь топливной емкостью. Конструкция кессона может быть использована также в пассажирских и транспортных самолетах, в многоразовых космических системах.The invention can be used in aviation and space technology and relates to the construction of the caisson, which relates, in particular, to the power elements of the structure, and ensures the safe transmission of power loads that occur on the wing under various flight conditions, while being a fuel tank. The caisson design can also be used in passenger and transport aircraft, in reusable space systems.

Уровень техники.The level of technology.

В последние годы наметилась устойчивая тенденция перехода к использованию в авиастроении (и в частности, в конструкции крыла летательного аппарата) полимерных композиционных материалов на основе высокопрочного искусственного волокна.In recent years, there has been a steady tendency towards the transition to the use in the aircraft industry (and, in particular, in the aircraft wing structure) of polymer composite materials based on high-strength artificial fiber.

Основными и общими недостатками большинства эксплуатируемых и разрабатываемых авиационных конструкций, использующих полимерные композиционные материалы, является сложность с точки зрения конструктивного выполнения и технологии изготовления, что, в конечном итоге, сводит практически на нет основные преимущества, которыми обладают композиционные материалы, и препятствует широкому использованию таких конструкций. Кроме того, часто возникает необходимость устранения контакта композиционного материала - углепластика от непосредственного взаимодействия с алюминиево-магниевыми сплавами, которое приводит к образованию электрохимической пары, разрушающей со временем металл. Для исключения электрохимической коррозии металлов в области контакта с углепластиком прибегают к нанесению специальных защитных покрытий, которые исключают прямой контакт углепластика и металла, или используют специальный крепеж, в котором, кроме основной функции соединения и фиксации элементов конструкции, реализованы принципы защиты от электрохимической коррозии. Указанные недостатки являются существенными ограничениями для широкого внедрения конструкций из композитных материалов.The main and general disadvantages of the majority of operating and developing aircraft structures using polymer composite materials are the complexity in terms of design and manufacturing technology, which ultimately negates the main advantages that composite materials possess and impedes the widespread use of such constructions. In addition, often there is a need to eliminate the contact of the composite material - carbon fiber from direct interaction with aluminum-magnesium alloys, which leads to the formation of an electrochemical pair, which destroys the metal over time. To eliminate the electrochemical corrosion of metals in the area of contact with carbon fiber, they apply special protective coatings that exclude direct contact of carbon fiber and metal, or use special fasteners, in which, in addition to the main function of connecting and fixing structural elements, the principles of protection against electrochemical corrosion are implemented. These shortcomings are significant limitations for the widespread adoption of structures made of composite materials.

Известны различные технические решения, связанные с производством кессонов крыла, в которых применяются композитные материалы. К числу таких технических решений относится конструктивное выполнение балки, используемой при формировании деталей и узлов силового каркаса кессона и образованной двумя структурами, примыкающими друг к другу своими вертикальными стенками, и двумя пластинами, закрывающими торцы указанных структур с двух сторон. Каждая структура представляет собой конструкцию, составленную из отдельных скрепленных между собой обшивок из композиционного материала. Между структурами, в зоне их прилегания друг к другу, расположена пространственная сетка, которая служит средством соединения элементов балки в единую конструкцию и играет роль усилительного элемента, обеспечивающего пространственную жесткость (см. US 2011147045 A1). При использовании пространственной сетки из полимерного материала получить деталь - балку значительных размеров крайне затруднительно. В целом, такая балка представляет собой конструкцию, технологически сложную в изготовлении, что значительно удорожает, при ее применении, конструкцию кессона.Various technical solutions are known related to the production of wing caissons in which composite materials are used. Among such technical solutions is the structural implementation of the beam used in the formation of parts and components of the power frame of the caisson and formed by two structures adjacent to each other by their vertical walls, and two plates covering the ends of these structures on both sides. Each structure is a structure made up of individual bonded sheathing of composite material. Between the structures, in the zone of their abutment to each other, there is a spatial grid that serves as a means of connecting the beam elements into a single structure and plays the role of an reinforcing element that provides spatial rigidity (see US 2011147045 A1). When using a spatial grid of polymeric material, it is extremely difficult to obtain a part - a beam of significant dimensions. In general, such a beam is a structure that is technologically difficult to manufacture, which significantly increases the cost of the caisson structure when applied.

Ближайшим аналогом к заявляемому изобретению является кессон крыла летательного аппарата, содержащий жесткий силовой объемный каркас, образованный передним и задним лонжеронами и нервюрами, разделяющими внутреннее пространство кессона на отсеки, и внешнюю аэродинамическую обшивку, скрепленную с каркасом. С целью повышения несущей способности крыла летательного аппарата, предусмотрено усиление объемного каркаса металлическими лентами или металлическими балками, закрепленными на каркасе и проходящими как в продольном, так и в поперечном направлениях (см. US 4776534 А). Известная конструкция отличается сложностью сборки. В первом случае сначала производят отдельную сборку нервюр с лентами посредством сварки и затем устанавливают собранные узлы по месту сборки кессона. В зоне крепления лент к нервюрам необходимо предусматривать дополнительные площадки, что усложняет процесс сборки и ведет к нежелательному увеличению массы каркаса. Процесс проведения сварочных работ, особенно в труднодоступных местах, является трудоемким. При усилении каркаса балками используют как крепежные элементы, так и шарнирные узлы. И в том и в другом случае для присоединения балок к нервюре последнюю, в местах крепления, необходимо утолщать, что приводит к увеличению веса кессона, а сам процесс сборки является малоудобным, особенно в зонах ограниченного доступа. Весьма важным является и то, что усиление каркаса кессона обеспечивается не по всему его объему, а только на определенных линейных участках, что не позволяет получить достаточно надежную в эксплуатации конструкцию.The closest analogue to the claimed invention is a wing box of the aircraft, containing a rigid power volumetric frame formed by the front and rear spars and ribs separating the inner space of the box into compartments, and an external aerodynamic lining, bonded to the frame. In order to increase the carrying capacity of the wing of the aircraft, it is envisaged to strengthen the volumetric frame with metal tapes or metal beams mounted on the frame and passing both in the longitudinal and transverse directions (see US 4776534 A). The known design is difficult to assemble. In the first case, first, a separate assembly of ribs with ribbons is made by welding and then the assembled nodes are installed at the assembly site of the caisson. In the area of attachment of the tapes to the ribs, it is necessary to provide additional platforms, which complicates the assembly process and leads to an undesirable increase in the mass of the frame. The welding process, especially in hard-to-reach places, is time-consuming. When reinforcing the frame with beams, both fasteners and hinge assemblies are used. In both cases, to attach the beams to the rib, the latter, in the attachment points, needs to be thickened, which leads to an increase in the weight of the caisson, and the assembly process itself is inconvenient, especially in restricted areas. It is also very important that the reinforcement of the caisson frame is provided not over its entire volume, but only at certain linear sections, which does not allow to obtain a sufficiently reliable design in operation.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Задачей изобретения является разработка конструкции кессона, которая позволила бы получить максимально большую несущую способность крыла при обеспечении минимального веса и технологичности.The objective of the invention is to develop the design of the caisson, which would allow to obtain the maximum load-bearing capacity of the wing while ensuring minimum weight and manufacturability.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в обеспечении минимального веса и повышении эксплуатационной надежности (безопасной повреждаемости обшивки и повышенной ремонтопригодности) крыла летательного аппарата, за счет исключения: (а) стрингерного подкрепления; (б) высоконагруженных стыков композит-композит и композит-металл в зоне центроплана и в конструкции крыла; (в) необходимости обеспечения устойчивости композитной обшивки крыла, поскольку она предназначена только для восприятия аэродинамических нагрузок.The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to ensure minimum weight and increase the operational reliability (safe damage to the skin and increased maintainability) of the wing of the aircraft, by eliminating: (a) stringer reinforcement; (b) highly loaded joints, composite-composite and composite-metal in the center section area and in the wing structure; (c) the need to ensure the stability of the composite skin of the wing, since it is intended only for the perception of aerodynamic loads.

Для решения поставленной задачи предлагается конструкция кессона крыла летательного аппарата, содержащего жесткий силовой объемный каркас, образованный передним и задним металлическими лонжеронами, металлическими силовыми нервюрами, предназначенными для навески элементов механизации крыла, также служащими стенками топливных отсеков, пространственными сетчатыми нервюрами из композиционного материала с металлическими каркасами в зоне крепления к лонжеронам, и внешнюю обшивку, образующую аэродинамический контур, которая закреплена на наружной поверхности каркаса. Дополнительно используемый внутренний объемный силовой каркас набран из отдельных, поперечно расположенных относительно лонжеронов, объемных сетчатых силовых блоков (нервюр) и металлических нервюр, заполняющих пространство внутри наружного каркаса и закрепленных на последнем.To solve this problem, we propose the construction of an aircraft wing box containing a rigid power surround frame formed by front and rear metal spars, metal power ribs designed for hanging wing mechanization elements, also serving as fuel compartment walls, spatial mesh ribs made of composite material with metal frames in the area of attachment to the side members, and the outer skin, forming an aerodynamic contour, which is fixed on the outer surface of the carcass. The additionally used internal volumetric power frame is composed of separate, transversely spaced relative to the side members, volumetric mesh power blocks (ribs) and metal ribs that fill the space inside the outer frame and are mounted on the latter.

Каждый силовой блок образован парой противолежащих несущих корпусов, расположенных на расстоянии один от другого, и протянутой между ними сеткой, закрепленной на корпусах.Each power unit is formed by a pair of opposing bearing housings located at a distance from one another, and a mesh stretched between them, mounted on the housings.

Несущие корпуса силового блока имеют коробчатую конструкцию, образованную основанием и боковыми стенками, и обращены своими открытыми полостями навстречу друг другу.The load-bearing housing of the power unit has a box-like structure formed by the base and side walls, and facing their open cavities towards each other.

Сетка образована пропитанным связующим полимерным композиционным материалом (ПКМ), протянутым между корпусами и закрепленным на наружных поверхностях боковых стенок несущих корпусов. ПКМ может быть структурирован в виде длинномерных: ровингов (жгутов), нитей, лент и т.п.The mesh is formed by an impregnated binder polymer composite material (PCM), stretched between the housings and mounted on the outer surfaces of the side walls of the bearing housings. RMB can be structured in the form of long ones: rovings (tows), threads, ribbons, etc.

Обшивка выполнена из полимерного композиционного материала и скреплена, со стороны своей внутренней поверхности, с сетками силовых блоков.The casing is made of a polymer composite material and bonded, from the side of its inner surface, with grids of power blocks.

Силовые блоки закреплены на лонжеронах наружного каркаса основаниями своих несущих корпусов.Power blocks are fixed on the side members of the outer frame with the bases of their bearing bodies.

На наружных поверхностях боковых стенок несущих корпусов предусмотрены узлы, обеспечивающие соединение с сетчатой структурой.On the outer surfaces of the side walls of the bearing bodies, nodes are provided for connecting to the mesh structure.

Полимерный композиционный материал, образующий сетку, изготовлен на основе углеродного волокна, или стекловолокна, или из базальтового волокна.The mesh-forming polymer composite is made on the basis of carbon fiber, or fiberglass, or basalt fiber.

Лонжероны и нервюры силового каркаса и несущие корпуса силовых блоков выполнены из металлических сплавов.The spars and ribs of the power frame and the bearing bodies of the power blocks are made of metal alloys.

Обшивка крыла изготовлена из полимерного композиционного материала на основе углеродного волокна, стекловолокна, базальтового волокна.The wing skin is made of a polymer composite material based on carbon fiber, fiberglass, basalt fiber.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 изображен общий вид кессона крыла, в сборе;in FIG. 1 shows a General view of the wing box, complete;

на фиг. 2 - общий вид кессона крыла, разнесенный вид;in FIG. 2 - general view of the wing box, an exploded view;

на фиг. 3 - силовой сетчатый блок в аксонометрии;in FIG. 3 - power mesh block in a perspective view;

на фиг. 4 - показана принципиальная схема конструкции кессона крыла;in FIG. 4 - shows a schematic diagram of the design of the wing box;

на фиг. 5 - силовой сетчатый блок, вид сверху;in FIG. 5 - power mesh block, top view;

на фиг. 6 - силовой сетчатый блок, вид сбоку;in FIG. 6 - power mesh block, side view;

на фиг. 7 - то же, вид с торца;in FIG. 7 - the same, end view;

на фиг. 8 - фрагмент сетчатого силового блока, вид сверху на узел с зацепами;in FIG. 8 is a fragment of a mesh power unit, a top view of a node with hooks;

на фиг. 9 - сечение по А-А на фиг. 8.in FIG. 9 is a section along AA in FIG. 8.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Предлагаемая конструкция кессона крыла, представленного на фиг. 1, состоит из лонжеронов 1 и 2, нервюр 3, образующих наружный жесткий силовой объемный каркас, и внешней аэродинамической обшивки 4. Лонжероны и нервюры выполнены из титана, или из дюралюминия, или из металлокомпозитов. Обшивка 4 выполнена из полимерного композиционного материала, например углепластика (предпочтительно), или стеклопластика, или базальтопластика.The proposed design of the wing box shown in FIG. 1, consists of spars 1 and 2, ribs 3 forming an external rigid power volumetric frame, and external aerodynamic casing 4. Spars and ribs are made of titanium, or of duralumin, or of metal composites. The casing 4 is made of a polymer composite material, for example carbon fiber (preferably), or fiberglass, or basalt plastic.

Внутри наружного силового каркаса расположен внутренний объемный силовой каркас 5, набранный из отдельных силовых сетчатых блоков 6. Блоки 6 расположены поперечно относительно лонжеронов 1, 2 и заполняют пространство внутри силового каркаса, прилегая вплотную друг к другу. Каждый силовой блок 6 простирается от вертикальной стойки одного лонжерона до вертикальной стойки другого лонжерона.Inside the external power frame there is an internal volumetric power frame 5, composed of separate power mesh blocks 6. Blocks 6 are located transversely relative to the side members 1, 2 and fill the space inside the power frame, adjoining close to each other. Each power unit 6 extends from the vertical strut of one spar to the vertical strut of another spar.

Силовой блок 6 включает пару противолежащих формообразующих металлических несущих корпусов 7 и 8, расположенных на расстоянии один от другого. Каждый корпус 7, 8 имеет коробчатую конструкцию, образованную основанием 9 и боковыми стенками 10, 11, 12, 13.The power unit 6 includes a pair of opposite forming metal bearing bodies 7 and 8 located at a distance from one another. Each housing 7, 8 has a box-like structure formed by the base 9 and the side walls 10, 11, 12, 13.

Корпуса 7, 8 каждого силового блока 6 соединены между собой сеткой (сетчатой структурой) 14, которая образует совместно с корпусами единую жесткую конструкцию. Корпуса 7, 8 в силовом блоке 6 обращены друг к другу своими открытыми полостями. Блоки 6 основаниями 9 закреплены посредством механического или клеемеханического крепежа на лонжеронах 1, 2. На боковых стенках 10, 11, 12, 13 корпусов 7, 8 имеются узлы 18, обеспечивающие соединение с сетчатой структурой. Эти узлы включают головки-зацепы 15, которые петлеобразно охватываются элементами сетки. Для предотвращения соскальзывания сетки с зацепов 15 предусмотрены упоры 16, блокирующие петлю сетки в зацепе.The cases 7, 8 of each power unit 6 are interconnected by a grid (mesh structure) 14, which together with the bodies forms a single rigid structure. Cases 7, 8 in the power unit 6 are facing each other with their open cavities. Blocks 6 with bases 9 are fixed by mechanical or adhesive-mechanical fasteners on the side members 1, 2. On the side walls 10, 11, 12, 13 of the buildings 7, 8 there are nodes 18 that provide a connection to the mesh structure. These nodes include the head-hooks 15, which are loop-shaped covered by mesh elements. To prevent the mesh from slipping from the hooks 15, stops 16 are provided that block the mesh loop in the hook.

Сетка 14 в каждом блоке выполнена из полимерного композиционного материала, пропитанного полимерным связующим, структурированным в виде ровинга (жгута), нити, ленты и т.п. Каждая из четырех боковых граней блока 6 образована соответствующими парами боковых стенок (10-10, 11-11, 12-12, 13-13) корпусов 7, 8 и сетчатой структурой из полимерного композиционного материала, например длинномерного ровинга, протянутого между парами боковых стенок корпусов. Полимерный композиционный материал сетки изготовлен на основе углеродного волокна, или стекловолокна, или базальтового волокна. В результате монолитный сетчатый силовой каркас состыкован с боковыми металлическими коробчатыми блоками с помощью специальных зацепов. Один из предпочтительных вариантов образования сетки показан на фиг. 3, 5, 6. Формирование начинают натягиванием между корпусами 7, 8 опорных отрезков 17 ровинга, которые в натянутом состоянии фиксируются в узлах 18. Опорные отрезки 17 формируются несколькими ручьями на каждой из четырех поверхностей блока 6, образуя промежуточный каркас. После натяжения и фиксации на корпусах 7, 8 опорных отрезков 17 наматывают длинномерный ровинг по спирали (позиция 19) в прямом и в обратном направлениях, огибая при этом головки зацепов 15. В процессе намотки длинномерный ровинг опирается на ранее протянутые и находящиеся под натяжением отрезки 17, что исключает провисание объемной сетчатой структуры.The mesh 14 in each block is made of a polymer composite material impregnated with a polymer binder, structured in the form of a roving (tow), thread, tape, etc. Each of the four side faces of block 6 is formed by the corresponding pairs of side walls (10-10, 11-11, 12-12, 13-13) of the buildings 7, 8 and a mesh structure made of a polymer composite material, for example, a long roving stretched between the pairs of side walls buildings. The polymer composite material of the mesh is made on the basis of carbon fiber, or fiberglass, or basalt fiber. As a result, the monolithic mesh power frame is docked to the side metal box blocks using special hooks. One of the preferred meshing options is shown in FIG. 3, 5, 6. Formation begins by pulling between the hulls 7, 8 of the supporting segments 17 of the roving, which are tensioned and fixed in nodes 18. The supporting segments 17 are formed by several streams on each of the four surfaces of the block 6, forming an intermediate frame. After tensioning and fixing on the housings 7, 8 of the support segments 17, a long roving is wound in a spiral (position 19) in the forward and reverse directions, while rounding the heads of the hooks 15. During the winding, the long roving rests on the previously stretched and under tension segments 17 , which eliminates the sagging volumetric mesh structure.

Обшивка 4 своей внутренней поверхностью скреплена с прилегающей к ней сеткой 14.The sheathing 4 is bonded with its inner surface to the adjacent mesh 14.

Обшивка образует внешний контур крыла и воспринимает аэродинамическое давление, которое через сетку 14 передается на лонжероны 1, 2 и металлические нервюры 3 наружного каркаса крыла. Сетка 14 вместе с боковыми корпусами 7, 8 образует пространственный элемент внутреннего силового каркаса и обеспечивает необходимую крутильную жесткость крыла.The skin forms the outer contour of the wing and receives aerodynamic pressure, which is transmitted through the grid 14 to the side members 1, 2 and metal ribs 3 of the outer wing frame. The grid 14 together with the side casings 7, 8 forms a spatial element of the internal power frame and provides the necessary torsional stiffness of the wing.

Герметичность конструкции обеспечивается внешней обшивкой 4, склеенной с лонжеронами 1, 2, нервюрами 3 и сетчатыми блоками 6. Восприятие аэродинамических нагрузок также обеспечивается внешней обшивкой 4, склеенной с лонжеронами 1, 2 и нервюрами 3 и армированной изнутри объемными сетчатыми блоками 6.The tightness of the structure is ensured by the outer skin 4, glued to the side members 1, 2, ribs 3 and mesh blocks 6. The perception of aerodynamic loads is also provided by the outer skin 4, glued to the side members 1, 2 and ribs 3 and internally reinforced by volumetric mesh blocks 6.

Очень существенно то, что композитная сетка объемных сетчатых блоков 6, находящихся внутри наружного объемного каркаса, сформированного лонжеронами 1, 2 и нервюрами 3, склеена с внешней обшивкой 4 по всему контуру, образуя, таким образом, единую жесткую структуру, позволяющую надежно хранить топливо при различных условиях полета.It is very important that the composite mesh of the volumetric mesh blocks 6 located inside the outer volumetric frame formed by the side members 1, 2 and ribs 3 is glued with the outer skin 4 around the entire contour, thus forming a single rigid structure that allows reliable fuel storage during different flight conditions.

Кроме того, для достижения большого ресурса применяются следующие принципы, которые отличают предлагаемую конструкцию.In addition, to achieve a long resource, the following principles apply that distinguish the proposed design.

- Сетки блоков 6 соединены с корпусами 7, 8, выполненными предпочтительно из титана, а корпуса 7, 8 вставляются внутрь конструкции из лонжеронов 1, 2 и нервюр 3, формируя схему (сетка + титан = исключение электрохимической коррозии) + титан. То есть соединением армирующей сетки с корпусами 7, 8 из титана исключается возникновение электрохимической коррозии между углепластиком и легкими сплавами и обеспечивается дальнейший контакт только титан + титан или титан + металлокомпозиты.- The grids of blocks 6 are connected to the housings 7, 8, preferably made of titanium, and the housings 7, 8 are inserted into the structure from the side members 1, 2 and ribs 3, forming a circuit (grid + titanium = elimination of electrochemical corrosion) + titanium. That is, the connection of the reinforcing mesh with the cases 7, 8 of titanium eliminates the occurrence of electrochemical corrosion between the carbon fiber and light alloys and provides further contact only titanium + titanium or titanium + metal composites.

- Применение системы фрезерованных элементов соединения (зацепов 15, 16), к которым крепится армирующая сетка из полимерного композиционного материала. Это позволяет обеспечить максимальную прочность конструкции соединений, и, соответственно, обеспечить прочность соединения пары, состоящей из зацепа и сетки.- The use of a system of milled connection elements (hooks 15, 16) to which a reinforcing mesh of polymer composite material is attached. This allows you to ensure maximum structural strength of the joints, and, accordingly, to ensure the strength of the connection pair consisting of a hook and mesh.

Сборка кессона крыла осуществляется следующим образом.The assembly of the wing box is as follows.

На отдельных сборочных местах собирают силовые блоки 6. Для каждого блока 6 сначала формируют два коробчатых корпуса 7, 8, либо фрезерованием из цельной заготовки, либо собирая каждый из них из основания 9 и расположенных по его периметру и перпендикулярно к нему боковых стенок 10, 11, 12, 13. При этом предварительно на верхних поверхностях боковых стенок 10, 11, 12, 13 выфрезировывают зацепы 15, 16, после чего все стенки приваривают к основанию 9 и сваривают между собой по прилегающим сторонам, получая коробчатую конструкцию. Каждую пару полученных коробчатых корпусов 7, 8 размещают в специальной технологической оснастке, разнеся их один от другого на расстояние, определяемое параметрами силового объемного блока 6, и ориентируя их открытыми полостями коробок друг к другу. Между корпусами 7, 8 протягивают армирующий полимерный композиционный материал (ровинги), пропитанный полимерным, например эпоксидным, связующим. Ровинги проводят от одного корпуса блока к другому, огибая при этом зацепы 15, выфрезированные на внешних поверхностях боковых стенок 10, 11, 12, 13, постепенно формируя верхнюю, нижнюю и боковые сетчатые поверхности блока 6. Концы ровинга фиксируют на зацепах 15. При помощи оснастки разводят корпуса 7, 8 в противоположные стороны, обеспечивая тем самым необходимое натяжение ровингов между корпусами. Сформированный блок вместе с оснасткой помещают в термопечь, нагревают до заданной температуры и обеспечивают необходимую выдержку. Происходит отверждение полимерного связующего, которым пропитаны ровинги, при этом в местах контакта с зацепами ровинги схватываются с зацепами. Извлеченные из термопечи блоки 6 охлаждают. На фиг. 3, 5, 6 показана сетчатая структура блока 6 в том виде, какой она имеет на выходе из термопечи. Готовыми блоками 6 заполняют все пространство наружного силового каркаса, устанавливая блоки вплотную друг к другу и вплотную к металлическим нервюрам, и крепят их на лонжеронах 1, 2 механическим или клеемеханическим крепежом. Наносят ровный слой клея на внутренние поверхности обшивки и приклеивают обшивку к поверхностям лонжеронов 1, 2 и к сеткам из ровингов. Площадь сетки должна обеспечивать прочность скрепления ее с обшивками и выдерживать аэродинамические нагрузки.Power blocks 6 are assembled at separate assembly sites. For each block 6, first, two box-shaped cases 7, 8 are formed, either by milling from a solid billet, or by collecting each of them from the base 9 and located along its perimeter and perpendicular to its side walls 10, 11 , 12, 13. At the same time, hooks 15, 16 are preliminarily milled onto the upper surfaces of the side walls 10, 11, 12, 13, after which all the walls are welded to the base 9 and welded together on adjacent sides to obtain a box-like structure. Each pair of obtained box-shaped housings 7, 8 is placed in special technological equipment, spacing them from each other by a distance determined by the parameters of the power volume unit 6, and orienting them with the open cavities of the boxes to each other. A reinforcing polymer composite material (roving) impregnated with a polymer, for example epoxy, binder is pulled between the bodies 7, 8. The roving is carried out from one block body to another, while enveloping the hooks 15, milled on the outer surfaces of the side walls 10, 11, 12, 13, gradually forming the upper, lower and side mesh surfaces of the block 6. The ends of the roving are fixed on the hooks 15. Using rigs part the hulls 7, 8 in opposite directions, thereby providing the necessary tension of the rovings between the hulls. The formed block together with the equipment is placed in a thermal furnace, heated to a predetermined temperature and provide the necessary exposure. The polymer binder cures with which the rovings are impregnated, while in the places of contact with the hooks, the rovings are caught with the hooks. The blocks 6 extracted from the thermal furnace are cooled. In FIG. 3, 5, 6, the mesh structure of block 6 is shown in the form that it has at the outlet of the thermal furnace. Ready-made blocks 6 fill the entire space of the external power frame, installing the blocks close to each other and close to the metal ribs, and fasten them to the spars 1, 2 with mechanical or adhesive-mechanical fasteners. Apply an even layer of glue to the inner surfaces of the lining and glue the lining to the surfaces of the side members 1, 2 and to the nets of the rovings. The area of the mesh should ensure the strength of its bonding with skins and withstand aerodynamic loads.

Вследствие того, что в данном изобретении учтены основные недостатки конструкций кессонов крыла, применяемых в настоящее время, предлагаемая конструкция имеет следующие принципиальные преимущества, заключающиеся в том, что:Due to the fact that the present invention takes into account the main disadvantages of the wing caisson designs currently used, the proposed design has the following principal advantages, namely:

- из конструкции крыла исключаются подкрепленные стрингерами панели;- panels reinforced by stringers are excluded from the wing structure;

- применение блочной конструкции, собранной воедино, позволяет увеличить жесткость, сопротивление изгибу и кручению при минимальной массе конструкции, обеспечить высокие характеристики герметичности в самых жестких режимах эксплуатации;- the use of a block structure, assembled together, allows to increase rigidity, resistance to bending and torsion with a minimum mass of the structure, to ensure high tightness characteristics in the most severe operating conditions;

- применение принципа композитная армирующая сетка плюс титан позволяет исключить образование электрохимической коррозии между углепластиком и легкими сплавами и обеспечить контакт титан + титан или титан + металлокомпозит;- application of the principle of composite reinforcing mesh plus titanium eliminates the formation of electrochemical corrosion between carbon fiber and light alloys and ensures contact between titanium + titanium or titanium + metal composite;

- применение фрезерованных зацепов для фиксации элементов композитной сетки позволяет увеличить прочность, жесткость и ресурс работы конструкции.- the use of milled hooks to fix the elements of the composite mesh allows you to increase the strength, rigidity and life of the structure.

Предлагаемый кессон крыла может применяться как один из основных силовых элементов крыла в авиации, в многоразовых космических системах.The proposed wing box can be used as one of the main power elements of the wing in aviation, in reusable space systems.

Для создания предлагаемого кессона крыла, способного работать в самых жестких условиях в течение самого длительного времени и при самых минимальных эксплуатационных затратах, - есть все необходимые материалы и производственные технологии.To create the proposed wing box, able to work in the most severe conditions for the longest time and at the lowest possible operating costs, there are all the necessary materials and production technologies.

Claims (11)

1. Кессон крыла летательного аппарата, содержащий наружный жесткий силовой объемный каркас, образованный передним и задним лонжеронами и нервюрами, и внешнюю обшивку, образующую аэродинамический контур и закрепленную на наружной поверхности каркаса, отличающийся тем, что он имеет внутренний объемный силовой каркас, набранный из отдельных, поперечно расположенных относительно лонжеронов, сетчатых силовых блоков, заполняющих пространство внутри наружного каркаса и закрепленных на лонжеронах.1. A wing box of an aircraft, comprising an external rigid power volumetric frame formed by front and rear spars and ribs, and an outer skin forming an aerodynamic contour and mounted on the outer surface of the frame, characterized in that it has an internal volumetric power frame selected from separate transversely located relative to the side members, mesh power units filling the space inside the outer frame and mounted on the side members. 2. Кессон по п.1, отличающийся тем, что каждый силовой блок образован парой противолежащих несущих корпусов, расположенных на расстоянии один от другого, и протянутой между ними сеткой, закрепленной на корпусах.2. Caisson according to claim 1, characterized in that each power unit is formed by a pair of opposing load-bearing housings located at a distance from one another, and a mesh stretched between them, mounted on the housings. 3. Кессон по п.2, отличающийся тем, что несущие корпуса силового блока имеют коробчатую конструкцию, образованную основанием и боковыми стенками, и обращены своими открытыми полостями навстречу друг другу, причем сетка образована пропитанным связующим полимерным композиционным материалом, протянутым между корпусами и закрепленным на наружных поверхностях боковых стенок несущих корпусов.3. The caisson according to claim 2, characterized in that the load-bearing housing of the power unit is box-shaped, formed by a base and side walls, and facing their open cavities towards each other, and the grid is formed by an impregnated binder polymer composite material, stretched between the cases and mounted on the outer surfaces of the side walls of the bearing bodies. 4. Кессон по п.2, отличающийся тем, что обшивка выполнена из полимерного композиционного материала и скреплена со стороны своей внутренней поверхности с сетками силовых блоков.4. The caisson according to claim 2, characterized in that the casing is made of a polymer composite material and bonded from the side of its inner surface with grids of power blocks. 5. Кессон по п.3, отличающийся тем, что силовые блоки закреплены на лонжеронах основаниями своих несущих корпусов.5. Caisson according to claim 3, characterized in that the power units are fixed to the side members with the bases of their bearing bodies. 6. Кессон по п.3, отличающийся тем, что на наружных поверхностях боковых стенок несущих корпусов предусмотрены узлы, обеспечивающие соединение с сеткой.6. Caisson according to claim 3, characterized in that on the outer surfaces of the side walls of the bearing bodies, nodes are provided that provide connection to the grid. 7. Кессон по п.3, отличающийся тем, что полимерный композиционный материал изготовлен на основе углеродного волокна, стекловолокна, базальтового волокна.7. Caisson according to claim 3, characterized in that the polymer composite material is made on the basis of carbon fiber, fiberglass, basalt fiber. 8. Кессон по п.1, отличающийся тем, что лонжероны и нервюры выполнены из дюралюминия, или из титана, или из металлокомпозита.8. Caisson according to claim 1, characterized in that the spars and ribs are made of duralumin, or of titanium, or of a metal composite. 9. Кессон по п.2, отличающийся тем, что несущие корпуса силовых блоков выполнены из дюралюминия, или из титана, или из металлокомпозита.9. Caisson according to claim 2, characterized in that the load-bearing housing of the power units are made of duralumin, or of titanium, or of a metal composite. 10. Кессон по п.4, отличающийся тем, что обшивка выполнена из композиционного материала на основе углеродного волокна, стекловолокна, базальтового волокна.10. Caisson according to claim 4, characterized in that the casing is made of a composite material based on carbon fiber, fiberglass, basalt fiber. 11. Кессон по п.3, отличающийся тем, что образующий сетку полимерный композиционный материал выполнен на основе углеродного волокна, или стекловолокна, или базальтового волокна. 11. Caisson according to claim 3, characterized in that the meshing polymer composite material is based on carbon fiber, or glass fiber, or basalt fiber.
RU2014115350/11A 2014-04-17 2014-04-17 Wing box, reinforced with polymer composite material RU2549043C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014115350/11A RU2549043C1 (en) 2014-04-17 2014-04-17 Wing box, reinforced with polymer composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014115350/11A RU2549043C1 (en) 2014-04-17 2014-04-17 Wing box, reinforced with polymer composite material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2549043C1 true RU2549043C1 (en) 2015-04-20

Family

ID=53289570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014115350/11A RU2549043C1 (en) 2014-04-17 2014-04-17 Wing box, reinforced with polymer composite material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2549043C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106240840A (en) * 2016-07-05 2016-12-21 中国飞机强度研究所 A kind of wing-box assay device of bending loading
RU2652765C1 (en) * 2017-08-02 2018-04-28 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method for repairing the wing caisson with the netted composite ribs, composite skin and metallic spars
RU183464U1 (en) * 2018-06-25 2018-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) TRIAXIAL NET DESIGN FROM COMPOSITE MATERIAL
RU183461U1 (en) * 2018-06-25 2018-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) BIAXIAL NET DESIGN FROM COMPOSITE MATERIAL
RU2678025C2 (en) * 2017-02-15 2019-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") Tooling for formation of profiled truss structure made of composite fiber material
RU200003U1 (en) * 2020-06-03 2020-10-01 Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU572983A1 (en) * 1976-02-05 1991-10-30 Предприятие П/Я В-2739 Structure of load-carrying aerodynamic surface of aircraft
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
EP1555204B1 (en) * 1999-07-19 2007-08-29 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Wing of composite material and method of fabricating the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU572983A1 (en) * 1976-02-05 1991-10-30 Предприятие П/Я В-2739 Structure of load-carrying aerodynamic surface of aircraft
RU12819U1 (en) * 1999-04-28 2000-02-10 Егер Владимир Сергеевич COMPOSITE PASSENGER WING OF THE AIRCRAFT
EP1555204B1 (en) * 1999-07-19 2007-08-29 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Wing of composite material and method of fabricating the same
RU2191137C2 (en) * 2000-12-19 2002-10-20 Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Flying vehicle wing

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106240840A (en) * 2016-07-05 2016-12-21 中国飞机强度研究所 A kind of wing-box assay device of bending loading
CN106240840B (en) * 2016-07-05 2018-12-11 中国飞机强度研究所 A kind of wing-box experimental rig of bending loading
RU2678025C2 (en) * 2017-02-15 2019-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") Tooling for formation of profiled truss structure made of composite fiber material
RU2652765C1 (en) * 2017-08-02 2018-04-28 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method for repairing the wing caisson with the netted composite ribs, composite skin and metallic spars
RU183464U1 (en) * 2018-06-25 2018-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) TRIAXIAL NET DESIGN FROM COMPOSITE MATERIAL
RU183461U1 (en) * 2018-06-25 2018-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) BIAXIAL NET DESIGN FROM COMPOSITE MATERIAL
RU200003U1 (en) * 2020-06-03 2020-10-01 Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2549043C1 (en) Wing box, reinforced with polymer composite material
US8297932B2 (en) Blade insert
US9145197B2 (en) Vertically integrated stringers
US8074929B1 (en) Methods and systems for composite structural truss
US4479621A (en) Floor construction for the upper compartment of an aircraft
US3273833A (en) Airfoil structure
EP2139761B1 (en) Methods and systems for composite structural truss
RU2564476C2 (en) Aircraft fuselage made of composite and method of its fabrication
JP2010524770A (en) Aircraft wing-fuselage assembly
BRPI0714579A2 (en) aircraft door frame
US9527548B2 (en) Bicycle crank arm assembly
CN101466593A (en) Pressure bulkhead for an aerospace fuselage
BRPI0806718A2 (en) cladding element as part of an aircraft fuselage
DE102006026169A1 (en) Aircraft fuselage structure and method for its manufacture
RU2435703C2 (en) Aircraft fuselage structure and manufacturing method
RU2446076C2 (en) Aircraft or spacecraft fuselage from hybrid composition of carbon fiber-reinforced plastic/metal with metal frame
CA2763113A1 (en) Structural component and production method for a structural component
KR101135004B1 (en) an elastic bogie frame and the Fabrication method for railway vehicles
BRPI0621804A2 (en) aircraft fuselage assembly concept
CN106043667A (en) Stiffening structures, wing structures, and methods for manufacturing stiffening structures
US6343452B1 (en) Tubular frame
CN107600086A (en) The carbon fibre composite Subway Body of low cost process shaping
RU2434781C2 (en) Self-stabilising element supporting other structural elements
CN210554142U (en) Battery pack tray
RU2701899C1 (en) Fuselage of aircraft

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180418