RU2558493C1 - Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов - Google Patents
Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558493C1 RU2558493C1 RU2014126219/11A RU2014126219A RU2558493C1 RU 2558493 C1 RU2558493 C1 RU 2558493C1 RU 2014126219/11 A RU2014126219/11 A RU 2014126219/11A RU 2014126219 A RU2014126219 A RU 2014126219A RU 2558493 C1 RU2558493 C1 RU 2558493C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ribs
- carcass
- gauze
- mesh
- shell
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области авиационной техники и касается силовых авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов, в частности к силовой конструкции отсека фюзеляжа гражданского самолета. Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов содержит жесткий сетчатый каркас из спиральных, кольцевых и продольных ребер и внешнюю обшивку. При этом в нее введены эластичная волнообразная внутренняя гермообшивка с общим радиусом кривизны, соответствующим радиусу кривизны сетчатого каркаса, расположенная внутри жесткого сетчатого каркаса, и защитный наполнитель, расположенный между внутренней и внешней обшивками в зонах между ребрами сетчатого каркаса. Сетчатый каркас выполнен из однонаправленных композиционных материалов. Достигается снижение веса оболочки отсека гермофюзеляжа. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области разработки силовых авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов, в частности к силовой конструкции отсека фюзеляжа гражданского самолета, и может быть использовано для разработки авиационной техники.
Известна конструкция фюзеляжа из композиционных материалов на основе традиционных конструктивно-силовых схем, широко применяемых в металлических авиаконструкциях. В таких композитных конструкциях основными силовыми элементами, воспринимающими все факторы нагружения, служат слоистая обшивка и продольно-поперечный подкрепляющий набор из стрингеров и шпангоутов (Патент РФ №2505453, МПК В64С 1/06, B64F 5/00, ЭЙРБАС ОПЕРЕЙШНЗ, СЛ. (ES), 14.05.2009).
Недостатком такой конструкции является низкая эффективность реализации высоких удельных прочностных свойств угольных волокон в композиционных материалах. Традиционные конструктивно-силовые схемы сложились в результате многолетней эволюции металлических авиаконструкций и в наилучшей степени реализуют преимущества именно металлических сплавов, но не композиционных материалов, структура и физические свойства которых принципиально отличны от физических свойств металлических сплавов. Традиционные конструкции, создаваемые без учета специфики физических свойств композитов, не позволяют достичь значительного снижения веса для силовых композитных авиационных конструкций по сравнению с металлическими.
Известна сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов, наиболее близкая по конструктивным признакам к предлагаемому изобретению и принятая за прототип, состоящая из спиральных, кольцевых и продольных ребер (жесткого сетчатого каркаса) и внешней обшивки, соединенной с ребрами клеевым соединением (Патент РФ №2442690, МПК В64С 1/12, B64G 1/22, ЗАО «Центр перспективных разработок «ОАО ЦНИИСМ»), которая может быть использована в конструкции отсека гермофюзеляжа.
Недостатком прототипа, применительно к конструкции гермофюзеляжа, является наличие жесткой тонкой слоистой композитной обшивки, служащей в качестве одного из основных силовых элементов и воспринимающей нагрузки от внутреннего наддува и ударные нагрузки. Такая обшивка чрезвычайно чувствительна к ударным и климатическим воздействиям, которым подвержена конструкция фюзеляжа в процессе эксплуатации. Опыт создания подобных конструкций, а также исследования, проведенные в ЦАГИ, показали, что такая жесткая обшивка с толщиной от 2 до 4 мм (диапазон реальных значений толщин для обшивок гермоотсеков фюзеляжа, при которых возможно получить снижение веса для композитной конструкции по сравнению с металлической), изготовленная из современных композиционных материалов, не обеспечивает выполнение требований по ударной прочности (сертифицированный удар с энергией 50 Дж, либо вызывает сквозное повреждение обшивки, либо приводит к повреждению, приводящему к разгерметизации гермокабины). Это обстоятельство не позволяет использовать данный прототип для конструкций гермофюзеляжей гражданских самолетов с целью снижения веса конструкции.
Техническим результатом является снижение веса оболочки отсека гермофюзеляжа за счет рациональной реализации высоких удельных прочностных свойств композиционных материалов в различных элементах силовой конструкции гермоотсека.
Технический результат достигается тем, что в оболочку отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов, содержащую сетчатый каркас из спиральных, кольцевых и продольных ребер и внешнюю обшивку, введены эластичная волнообразная внутренняя гермообшивка с общим радиусом кривизны, соответствующим радиусу кривизны сетчатого каркаса, и локальными радиусами кривизны не более 400 мм из материала с прочностью на растяжение не менее σ=15 кг/мм2 и предельным уровнем деформации на растяжение не менее ε=3%, расположенная внутри жесткого сетчатого каркаса, и защитный наполнитель из материала с удельным весом не более 0,8 г/см3, расположенный между внутренней и внешней обшивками в зонах между ребрами сетчатого каркаса, при этом сетчатый каркас выполнен из однонаправленных композиционных материалов с шириной спиральных ребер от 6 до 25 мм, шириной кольцевых ребер от 3 до 15 мм, шириной продольных ребер от 7 до 25 мм, высотой ребер от 10 до 40 мм, углом ориентации спиральных ребер к продольной оси отсека гермофюзеляжа от 25 до 40 градусов.
На фигуре 1 изображена принципиальная схема оболочки отсека гермофюзеляжа на основе жесткого сетчатого/рамного композитного каркаса.
На фигуре 2 изображена принципиальная схема реализации вырезов под иллюминаторы в оболочке отсека гермофюзеляжа.
Оболочка отсека гермофюзеляжа включает следующие основные элементы (Фигура 1):
- Эластичную волнообразную внутреннюю гермообшивку 1, расположенную внутри сетчатого каркаса 2, с общим радиусом кривизны, соответствующим радиусу кривизны сетчатого каркаса, и локальными радиусами кривизны не более 400 мм. Внутренняя гермообшивка 1 изготавливается из материала с прочностью на растяжение не менее σ=15 кг/мм2 и предельным уровнем деформации на растяжение не менее ε=3%. Внутренняя гермообшивка 1 обладает высокой прочностью на растяжение и служит для восприятия внутреннего наддува и передачи нагрузок от наддува на жесткий сетчатый каркас 2, а также для защиты каркаса от ударных воздействий изнутри фюзеляжа;
- Жесткий сетчатый (рамный) композитный каркас 2 из спиральных, кольцевых и продольных ребер, служащий основным силовым элементом, предназначенным для восприятия внешних сил и моментов. Ребра каркаса изготавливаются из однонаправленных композиционных материалов. Ширина спиральных ребер от 6 до 25 мм, ширина кольцевых ребер от 3 до 15 мм, ширина продольных ребер от 7 до 25 мм, высота ребер от 10 до 40 мм, угол ориентации спиральных ребер к продольной оси отсека гермофюзеляжа от 25 до 40 градусов;
- Защитный наполнитель 3 из легкого материала с удельным весом не более 0,8 г/см3, расположенный между внешней обшивкой 4 и внутренней обшивкой 1 в зонах между сетчатыми ребрами. Предназначен для тепло- и звукоизоляции, а также служит в качестве защитного элемента для защиты внутренней обшивки и боковых граней сетчатых ребер от ударных воздействий снаружи фюзеляжа;
- Наружную гибкую обшивку 4, расположенную снаружи жесткого сетчатого каркаса 2. Наружная обшивка предназначена для формирования аэродинамической поверхности, а также служит в качестве защитного элемента для защиты сетчатого каркаса 2 от ударных и климатических воздействий снаружи фюзеляжа.
В предлагаемой конструкции фюзеляжа все перерезывающие силы и моменты полностью воспринимаются за счет растяжения и сжатия ребер, то есть все потоки усилий в конструкции направлены вдоль высокопрочных угольных волокон в композиционном материале, что позволяет максимально реализовать их потенциальные преимущества.
Восприятие наддува обеспечивается внутренней обшивкой, которая может быть изготовлена из легкого эластичного материала (композиционного материала, состоящего из высокопрочных волокон и эластичного связующего), имеющего достаточную прочность на растяжение. Расположение гермообшивки внутри силового сетчатого каркаса позволяет радикально решить проблему отслоения обшивки от подкрепляющего набора, характерную для конструкций гермофюзеляжа с внешней гермообшивкой.
Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов на основе сетчатых/рамных конструктивно-силовых схем характеризуется следующими базовыми параметрами:
- геометрические параметры ребер сетчатого каркаса (постоянны для всей конструкции): ширина спиральных ребер от 6 до 25 мм, ширина кольцевых ребер: от 3 до 15 мм, ширина продольных ребер: от 7 до 25 мм; высота ребер: от 10 до 40 мм.
- угол ориентации спиральных ребер к продольной оси отсека гермофюзеляжа составляет от 25 до 40 градусов;
- для реализации вырезов под иллюминаторы количество «прерываемых» пар спиральных ребер: не более 1 пары (Фигура 2).
Основными преимуществами конструкций на основе предлагаемой конструктивной концепции по сравнению с традиционными композитными конструкциями являются:
1. Возможность практической реализации более высокого уровня нагружения угольных волокон, характерного для сетчатых конструкций, применительно к композитной конструкции гермоотсека фюзеляжа, что позволит существенно повысить весовую эффективность конструкции.
2. Возможность обеспечения защиты силовой конструкции гермоотсека фюзеляжа от ударных воздействий с малыми весовыми потерями, поскольку защита от типовых (сертифицированных) ударных воздействий требуется только для жесткого силового каркаса, в то время как другие силовые элементы не только не требуют специальной защиты, но и сами могут служить в качестве защитных элементов.
3. Волнообразная форма внутренней обшивки за счет использования малых локальных радиусов кривизны (не более 400 мм) позволяет существенно снизить напряжения внутри гермообшивки, вызванные наддувов, за счет чего такая обшивка может обладать более высокой весовой эффективностью.
4. Предложенная конструкция оболочки может быть легко адаптирована для конструкции с вырезами (под иллюминаторы и аварийные выходы). Для реализации вырезов в рамках геометрических параметров может быть обеспечено минимальное количество пар перерезаемых ребер. Это позволяет избежать высоких концентраций напряжений в сетчатых ребрах в районе выреза под иллюминатор при обеспечении достаточно больших геометрических размеров выреза, не менее 300 мм на 300 мм.
Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов на основе сетчатых/рамных конструктивно-силовых схем имеет высокий потенциал для обеспечения длительной прочности в течение всего срока эксплуатации самолета: в рамках предлагаемой конструкции может быть при небольших весовых затратах обеспечена защита силовых композитных элементов (ребер) от ударных и климатических воздействий.
Claims (1)
- Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов, содержащая жесткий сетчатый каркас из спиральных, кольцевых и продольных ребер и внешнюю обшивку, отличающаяся тем, что в нее введены эластичная волнообразная внутренняя гермообшивка с общим радиусом кривизны, соответствующим радиусу кривизны сетчатого каркаса, и локальными радиусами кривизны не более 400 мм из материала с прочностью на растяжение не менее σ=15 кг/мм2 и предельным уровнем деформации на растяжение не менее ε=3%, расположенная внутри жесткого сетчатого каркаса, и защитный наполнитель из материала с удельным весом не более 0,8 г/см3, расположенный между внутренней и внешней обшивками в зонах между ребрами сетчатого каркаса, при этом сетчатый каркас выполнен из однонаправленных композиционных материалов с шириной спиральных ребер от 6 до 25 мм, шириной кольцевых ребер от 3 до 15 мм, шириной продольных ребер от 7 до 25 мм, высотой ребер от 10 до 40 мм, углом ориентации спиральных ребер к продольной оси отсека гермофюзеляжа от 25 до 40 градусов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014126219/11A RU2558493C1 (ru) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014126219/11A RU2558493C1 (ru) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2558493C1 true RU2558493C1 (ru) | 2015-08-10 |
Family
ID=53795893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014126219/11A RU2558493C1 (ru) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558493C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU167805U1 (ru) * | 2016-08-11 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Сетчатая оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов |
RU209465U1 (ru) * | 2021-09-28 | 2022-03-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Оболочка отсека транспортного средства из композиционных материалов |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2153419C1 (ru) * | 1999-03-10 | 2000-07-27 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Сетчатая оболочка вращения (варианты) |
RU2442690C1 (ru) * | 2010-11-19 | 2012-02-20 | Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" | Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов |
RU2497716C2 (ru) * | 2011-08-12 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛКАД" (ООО "ЭЛКАД") | Элемент силовой конструкции и способ его изготовления |
-
2014
- 2014-06-27 RU RU2014126219/11A patent/RU2558493C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2153419C1 (ru) * | 1999-03-10 | 2000-07-27 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Сетчатая оболочка вращения (варианты) |
RU2442690C1 (ru) * | 2010-11-19 | 2012-02-20 | Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" | Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов |
RU2497716C2 (ru) * | 2011-08-12 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛКАД" (ООО "ЭЛКАД") | Элемент силовой конструкции и способ его изготовления |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU167805U1 (ru) * | 2016-08-11 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Сетчатая оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов |
RU209465U1 (ru) * | 2021-09-28 | 2022-03-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Оболочка отсека транспортного средства из композиционных материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2846733T3 (es) | Mamparo de presión autoequilibrado | |
US8146863B2 (en) | Aircraft doorway | |
ES2592633T3 (es) | Fuselaje de aeronave resistente al impacto y tolerante al daño mejorado | |
ES2637594T3 (es) | Ventana en forma de rombo para un fuselaje metálico y/o de material compuesto | |
US20080105114A1 (en) | Composite containment of high energy debris and pressure | |
US10384759B2 (en) | Pressure bulkhead for an aircraft fuselage | |
KR102048508B1 (ko) | 3축 섬유 강화된 복합 라미네이트 | |
EP2627505B1 (en) | Aircraft wing and fiber metal laminate forming part of such an aircraft wing | |
CN203876693U (zh) | 一种仿牛角结构吸能管 | |
RU2558493C1 (ru) | Оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов | |
WO2009048881A3 (en) | Composite bulkhead and skin construction | |
CN107499495B (zh) | 一种内垫夹层芯材的复合材料机翼前缘蒙皮及其制备方法 | |
EP3546207A1 (en) | Energy absorbing composite panels | |
CN204250662U (zh) | 一种轻型复合材料方舱 | |
JP6004669B2 (ja) | 複合材構造体、これを備えた航空機翼および航空機胴体、並びに複合材構造体の製造方法 | |
US20170253004A1 (en) | Impact Resistant Sandwich Structure | |
RU2008151379A (ru) | Фюзеляжная конструкция воздушного судна и способ изготовления этой конструкции | |
CN108955441B (zh) | 一种变截面梯度泡沫夹芯圆筒防爆结构 | |
CN110671972A (zh) | 防爆层结构及其制造方法 | |
WO2015119693A3 (en) | Structural ballistic resistant apparatus | |
CN104071313B (zh) | 可弹性弯曲的抗冲吸能覆盖层 | |
CN106507751B (zh) | 小型无人机机身 | |
RU2013145252A (ru) | Элемент конструкции фюзеляжа для транспортных средств, в частности для летательных аппаратов и/или космических кораблей, фюзеляж, состоящий из этих элементов, и транспортное средство, имеющее такой фюзеляж | |
CN207904753U (zh) | 一种复合材料桥墩防撞装置的防撞单元结构 | |
RU92167U1 (ru) | Комбинированная броня |