RU2793473C1

RU2793473C1 - Composite wing of unmanned aerial vehicle with anti-ice protection

Info

Publication number: RU2793473C1
Application number: RU2022130197A
Authority: RU
Inventors: Сергей Борисович Быковский; Владимир Маркович Довгалёнок; Валерий Николаевич Захаренков; Юрий Иванович Карабанов; Валентин Александрович Паршин
Original assignee: Акционерное общество "Аэроэлектромаш"
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2023-04-04

Abstract

FIELD: unmanned aerial vehicles.

SUBSTANCE: invention is related in particular to IAV wings, equipped with means to prevent icing. Aircraft wing contains upper and lower shaping walls made of polymer composite material. The wing also contains a screen, an inductor and a source of pulsed voltage connected to the inductor. The screen is located in the body of the upper shaping wall, being introduced into the body of the upper shaping wall in the process of its moulding. The inductor is fixed on the lower shaping wall from the side of its inner surface. When said source generates a voltage pulse, the inductor is able to act on the screen in the direction of the outer surface of the upper shaping wall.

EFFECT: reduction of the vertical size of the wing, reduction of the weight of the wing and simplification of its manufacturing technology are achieved.

10 cl, 2 dwg

Description

[1] Изобретение относится к области летательных аппаратов, предпочтительно - к области беспилотных летательных аппаратов (далее – БПЛА), а более точно - к их крыльям, снабженным средствами для предотвращения обледенения.[1] The invention relates to the field of aircraft, preferably to the field of unmanned aerial vehicles (hereinafter referred to as UAVs), and more specifically to their wings provided with means to prevent icing.

Предпосылки к созданию изобретенияPrerequisites for the invention

[2] Значительная часть полета БПЛА коммерческого назначения проходит на высотах, характеризующихся высоким риском активного льдообразования на внешних поверхностях БПЛА. Наиболее уязвимыми местами для возникновения ледяной корки являются передние кромки крыльев, взаимодействующие с набегающим потоком воздуха, а также сопряженные с ними участки верхней и нижней поверхностей крыльев.[2] A significant part of commercial UAV flight takes place at altitudes characterized by a high risk of active ice formation on the outer surfaces of the UAV. The most vulnerable places for the formation of an ice crust are the leading edges of the wings, which interact with the oncoming air flow, as well as the sections of the upper and lower surfaces of the wings associated with them.

[3] Патентная публикация RU2704699C1, 30.10.2019 раскрывает крыло летательного аппарата, снабженное двумя индукторами, которые закреплены внутри крыла в передней его части посредством кронштейнов, установленных на верхней и нижней стенках крыла. Индукторы расположены друг напротив друга, и при подаче на их обмотки импульсов напряжения индукторы отталкиваются друг от друга, вызывая контролируемую деформацию обеих стенок крыла, сопровождающуюся сбрасыванием льда. Существенным преимуществом данного крыла является то, что одна и та же пара индукторов способна воздействовать сразу на верхнюю и нижнюю стенки крыла.[3] Patent publication RU2704699C1, 10/30/2019 discloses an aircraft wing equipped with two inductors, which are fixed inside the wing in its front part by means of brackets mounted on the upper and lower walls of the wing. The inductors are located opposite each other, and when voltage pulses are applied to their windings, the inductors repel each other, causing a controlled deformation of both wing walls, accompanied by ice shedding. A significant advantage of this wing is that the same pair of inductors is able to act immediately on the upper and lower walls of the wing.

[4] Однако изготовление крыла согласно указанному известному решению, являющемуся прототипом настоящего изобретения, требует осуществления множества технологических операций, таких как изготовление кронштейнов, закрепление их на стенках крыла и т.п., что ограничивает область использования прототипа сравнительно большими и сложными БПЛА. Кроме того, установка двух индукторов в полости крыла друг над другом требует достаточно большого вертикального размера данной полости, что может быть реализовано в БПЛА с большим размахом крыла. И наконец, несколько пар индукторов, установленных по длине крыла, создают определенную весовую нагрузку на крыло, которая не играет существенной роли только в случае значительного собственного веса крыла.[4] However, the manufacture of the wing according to the specified known solution, which is the prototype of the present invention, requires the implementation of many technological operations, such as the manufacture of brackets, fixing them on the wing walls, etc., which limits the scope of the prototype to relatively large and complex UAVs. In addition, the installation of two inductors in the wing cavity one above the other requires a sufficiently large vertical size of this cavity, which can be implemented in UAVs with a large wing span. And finally, several pairs of inductors installed along the length of the wing create a certain weight load on the wing, which does not play a significant role only in the case of a significant dead weight of the wing.

[5] Одновременно с этим существует значительный спрос на недорогие и компактные БПЛА, которые могут быть выпущены большим тиражом. Тем не менее даже упрощенные, компактные и массовые БПЛА должны оставаться надежными и безопасными, что среди прочего подразумевает эффективную защиту от возможного обледенения. Однако использование прототипа для изготовления крыла компактного БПЛА приведет к существенному усложнению технологии производства, неизбежному увеличению размера крыла и его утяжелению, в то время как для деформации его стенки, как правило имеющей небольшую толщину, воздействие со стороны двух индукторов является избыточным.[5] At the same time, there is a significant demand for inexpensive and compact UAVs that can be produced in large numbers. Nevertheless, even simplified, compact and mass-produced UAVs must remain reliable and safe, which, among other things, implies effective protection against possible icing. However, the use of a prototype for the manufacture of the wing of a compact UAV will lead to a significant complication of the production technology, an inevitable increase in the size of the wing and its weight, while for the deformation of its wall, which usually has a small thickness, the effect of two inductors is excessive.

[6] В патентной публикации RU2329182C1, 20.07.2008 раскрыто крыло летательного аппарата, снабженное противообледенительным устройством, в котором вместо одного из индукторов использован токопроводящий экран, прикрепленный к обшивке крыла. Хотя такая замена могла бы позволить уменьшить размер и вес крыла, в раскрытой конфигурации указанные эффекты не достигаются ввиду того, что индуктор крепится к кронштейну, установленном на нервюре. Кроме того, закрепление индуктора на нервюре лишает данную конфигурацию основного преимущества прототипа – одновременное воздействие на верхнюю и нижнюю стенки крыла, а также существенно не упрощает технологию изготовления крыла.[6] Patent publication RU2329182C1, 20.07.2008 discloses an aircraft wing equipped with an anti-icing device, in which a conductive screen attached to the wing skin is used instead of one of the inductors. While such a replacement could reduce the size and weight of the wing, these effects are not achieved in the disclosed configuration due to the fact that the inductor is attached to a bracket mounted on the rib. In addition, fixing the inductor on the rib deprives this configuration of the main advantage of the prototype - the simultaneous impact on the upper and lower walls of the wing, and also does not significantly simplify the manufacturing technology of the wing.

[7] Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении вертикального размера и веса крыла БПЛА, способного к предотвращению обледенения, а также в упрощении технологии изготовления такого крыла. [7] The technical problem to be solved by the invention is to reduce the vertical size and weight of the UAV wing capable of preventing icing, as well as to simplify the manufacturing technology of such a wing.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

[8] Для решения указанной технической проблемы предложено крыло летательного аппарата, содержащее верхнюю и нижнюю формообразующие стенки, выполненные из полимерного композитного материала. Крыло также содержит экран, индуктор и источник импульсного напряжения, соединенный с индуктором. Экран расположен в теле верхней формообразующей стенки, будучи введенным в тело верхней формообразующей стенки в процессе ее формования. Индуктор закреплен на нижней формообразующей стенке со стороны ее внутренней поверхности. При генерации упомянутым источником импульса напряжения индуктор способен оказывать воздействие на экран в направлении наружной поверхности верхней формообразующей стенки.[8] To solve this technical problem, an aircraft wing is proposed, containing the upper and lower shaping walls made of a polymer composite material. The wing also contains a screen, an inductor and a source of pulsed voltage connected to the inductor. The screen is located in the body of the upper shaping wall, being introduced into the body of the upper shaping wall in the process of its molding. The inductor is fixed on the lower shaping wall from the side of its inner surface. When the said source generates a voltage pulse, the inductor is able to act on the screen in the direction of the outer surface of the upper shaping wall.

[9] Технический результат изобретения состоит в уменьшении вертикального размера крыла, способного к предотвращению обледенения, и снижении его веса относительно прототипа. Помимо этого уменьшается число деталей и технологических операций, необходимых для изготовления крыла, что по существу, означает упрощение технологии изготовления крыла.[9] The technical result of the invention is to reduce the vertical size of the wing, capable of preventing icing, and reduce its weight relative to the prototype. In addition, the number of parts and technological operations required for the manufacture of the wing is reduced, which essentially means a simplification of the manufacturing technology of the wing.

[10] В первом частном случае изобретения полимерный композитный материал представляет собой углепластик. Крыло, изготовленное из данного материала, характеризуется малым весом и высокой прочностью.[10] In the first particular case of the invention, the polymer composite material is carbon fiber. The wing made of this material is characterized by low weight and high strength.

[11] Во втором частном случае изобретения экран может быть введен в тело верхней формообразующей стенки без возможности его извлечения. Такое исполнение позволяет отказаться от выполнения отверстий, способных стать концентраторами напряжений в материале верхней формообразующей стенки, а значит, повышает ее прочность.[11] In the second particular case of the invention, the screen can be inserted into the body of the upper shaping wall without the possibility of its extraction. This design allows you to refuse to make holes that can become stress concentrators in the material of the upper shaping wall, and therefore increases its strength.

[12] В третьем частном случае изобретения верхняя и нижняя формообразующие стенки выполнены заодно в виде единой детали, что позволяет уменьшить количество технологических операций.[12] In the third particular case of the invention, the upper and lower shaping walls are made integrally in the form of a single part, which reduces the number of technological operations.

[13] В четвертом частном случае изобретения верхняя и нижняя формообразующие стенки выполнены отдельно друг от друга, что позволяет придать их внутренним поверхностям более сложную форму, оптимальную для повышения жесткости крыла либо для закрепления индукторов и/или иного оборудования.[13] In the fourth particular case of the invention, the upper and lower shaping walls are made separately from each other, which makes it possible to give their inner surfaces a more complex shape, optimal for increasing the rigidity of the wing or for fixing inductors and / or other equipment.

[14] В пятом частном случае изобретения нижняя формообразующая стенка снабжена жестко соединенным с ней крепежным выступом, выступающим в сторону месторасположения экрана, при этом индуктор закреплен на крепежном выступе. В данном исполнении индуктор может быть максимально приближен к экрану даже в случае, когда внутренний вертикальный размер крыла существенно превышает толщину индуктора. Следует отметить, что с уменьшением расстояния между индуктором и экраном эффективность их взаимодействия увеличивается.[14] In the fifth particular case of the invention, the lower shaping wall is provided with a fastening ledge rigidly connected to it, protruding towards the location of the screen, while the inductor is fixed on the mounting ledge. In this design, the inductor can be as close as possible to the screen even in the case when the inner vertical size of the wing significantly exceeds the thickness of the inductor. It should be noted that with a decrease in the distance between the inductor and the screen, the efficiency of their interaction increases.

[15] В развитии пятого частного случая крепежный выступ выполнен в виде кронштейна, закрепленного на нижней формообразующей стенке. Данное исполнение позволяет упростить технологию изготовления крыла в том случае, когда крепежный выступ имеет сложную форму или протяженный размер в направлении верхней формообразующей стенки. [15] In the development of the fifth particular case, the mounting protrusion is made in the form of a bracket fixed on the lower shaping wall. This design makes it possible to simplify the manufacturing technology of the wing in the case when the mounting protrusion has a complex shape or an extended size in the direction of the upper shaping wall.

[16] В другом развитии пятого частного случая нижняя формообразующая стенка и крепежный выступ выполнены заодно в виде единой детали. Для крыла, в котором крепежный выступ имеет сравнительно простую форму, это исполнение создает преимущество в виде снижения числа технологических операций и компонентов, необходимых для изготовления крыла.[16] In another development of the fifth particular case, the lower shaping wall and the mounting protrusion are made integrally in the form of a single piece. For a wing in which the fastening lug has a relatively simple shape, this embodiment has the advantage of reducing the number of manufacturing steps and components required to manufacture the wing.

[17] В еще одном развитии пятого частного случая крепежный выступ выполнен полым для уменьшения веса крыла. Кроме того, в теле крепежного выступа может быть расположен материал, плотность которого меньше плотности упомянутого полимерного композитного материала. Данное исполнение позволяет уменьшить вес крыла и одновременно с этим минимизировать снижение жесткости крепежного выступа относительно случая выполнения его сплошным.[17] In yet another development of the fifth particular case, the mounting lug is hollow to reduce the weight of the wing. In addition, a material whose density is less than the density of said polymer composite material can be located in the body of the fastening protrusion. This design allows to reduce the weight of the wing and, at the same time, to minimize the decrease in the rigidity of the mounting lug relative to the case when it is made solid.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[18] Осуществление изобретения будет пояснено ссылками на фигуры:[18] The implementation of the invention will be explained with reference to the figures:

Фиг. 1 – фрагмент передней части крыла БПЛА, выполненного согласно предпочтительному примеру изобретения, в поперечном разрезе;Fig. 1 - a fragment of the front part of the wing of the UAV, made according to the preferred example of the invention, in cross section;

Фиг. 2 – фрагмент передней части крыла БПЛА, выполненного согласно другому частному примеру изобретения, в поперечном разрезе.Fig. 2 - a fragment of the front part of the UAV wing, made according to another particular example of the invention, in cross section.

Следует отметить, что форма и размеры отдельных элементов, отображенных на фигурах, могут являться условными и могут быть показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать взаимное расположение элементов крыла летательного аппарата, а также их причинно-следственную связь с техническими результатами. It should be noted that the shape and dimensions of the individual elements displayed in the figures may be conditional and may be shown in such a way as to most clearly illustrate the relative position of the aircraft wing elements, as well as their causal relationship with the technical results.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

[19] Осуществление изобретения будет показано на наилучших примерах его реализации, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.[19] The implementation of the invention will be shown on the best examples of its implementation, which are not restrictions on the scope of protected rights.

[20] Обратим внимание, что в контексте настоящего изложения понятия «элементы прикреплены друг к другу», «жестко соединены» и подобные им означают такую взаимную связь между какими-либо двумя элементами, при которой эти элементы по меньшей мере в области их соединения являются неподвижными друг относительно друга, или, другими словами, представляют собой одно целое, даже если между этими элементами расположены какие-либо промежуточные элементы. Далее, понятие «элементы выполнены заодно в виде единой детали» означает выполнение данных элементов в едином технологическом процессе так, что граница между данными элементами в объединяющем их объекте (единой детали) является условной, а разъединение этих элементов невозможно без разрушения объединяющего их объекта.[20] Note that in the context of this presentation, the terms "elements attached to each other", "rigidly connected" and the like mean such a mutual connection between any two elements, in which these elements, at least in the area of their connection, are fixed relative to each other, or, in other words, they are one, even if there are any intermediate elements between these elements. Further, the concept of "elements are made together in the form of a single part" means the execution of these elements in a single technological process so that the boundary between these elements in the object that unites them (single part) is conditional, and the separation of these elements is impossible without destroying the object that unites them.

[21] Крыло 100 БПЛА, которое выполнено согласно предпочтительному примеру изобретения и фрагмент которого представлен на Фиг. 1 в поперечном разрезе, образовано передним и задним составными элементами 110 и 120, жестко соединенными друг с другом по поверхностям 101 и 102 сопряжения.[21] The wing 100 of the UAV, which is made according to the preferred example of the invention and a fragment of which is shown in FIG. 1 in cross section is formed by front and rear components 110 and 120 rigidly connected to each other along interface surfaces 101 and 102.

[22] Передний составной элемент 110 включает в себя верхнюю формообразующую стенку 111 с наружной поверхностью 113 и внутренней поверхностью 107, а также нижнюю формообразующую стенку 112 с наружной поверхностью 114 и внутренней поверхностью 108. Наружные поверхности 113 и 114 образуют участок 103 наружной поверхности крыла 100, приходящийся на передний составной элемент 110, и условно соединяются по линии, в каждой точке которой касательная к упомянутому участку 103 проходит вертикально. Прямая, перпендикулярная данной касательной, определяет условную область соединения верхней и нижней формообразующих стенок 111 и 112.[22] The front composite element 110 includes an upper forming wall 111 with an outer surface 113 and an inner surface 107, as well as a lower forming wall 112 with an outer surface 114 and an inner surface 108. The outer surfaces 113 and 114 form a portion 103 of the outer surface of the wing 100 attributable to the front composite element 110, and are conditionally connected along a line, at each point of which the tangent to the said section 103 runs vertically. The straight line, perpendicular to this tangent, defines the conditional area of the connection of the upper and lower shaping walls 111 and 112.

[23] Задний составной элемент 120 содержит свои формообразующие стенки 121 и 122, при этом задний составной элемент 120 именуется данным образом только по отношению к переднему составному элементу 110, и крыло 100 может быть образовано более чем двумя составными элементами, включая органы управления полетом.[23] Rear composite 120 includes its shaping walls 121 and 122, rear composite 120 being referred to in this manner only in relation to front composite 110, and wing 100 may be formed by more than two composites, including flight controls.

[24] На внутренней поверхности 108 нижней формообразующей стенки 112 расположен крепежный выступ 116 с опорной поверхностью 118, в то время как верхняя формообразующая стенка 111 имеет крепежный участок 115 с замкнутой поверхностью 117, расположенной в теле верхней формообразующей стенки 111. Крепежный выступ 116 выступает от нижней формообразующей стенки 112 навстречу крепежному участку 115 так, что крепежный выступ 116 оказывается обращенным в сторону крепежного участка 115. Более точно, опорная поверхность 118 крепежного выступа 116 обращена в сторону замкнутой поверхности 117 крепежного участка 115.[24] On the inner surface 108 of the lower shaping wall 112 is a mounting ledge 116 with a bearing surface 118, while the upper shaping wall 111 has a mounting portion 115 with a closed surface 117 located in the body of the upper shaping wall 111. The mounting ledge 116 protrudes from of the lower forming wall 112 towards the fastening section 115 so that the fastening lug 116 is facing the fastening section 115. More precisely, the bearing surface 118 of the fastening lug 116 faces the closed surface 117 of the fastening section 115.

[25] На опорной поверхности 118 закреплен индуктор 105, который представляет собой катушку индуктивности, намотанную на цилиндрическую полимерную оправку. Замкнутая поверхность 117 заключает в себе экран 104, который представляет собой пластину, выполненную из токопроводящего материала, такого как алюминий. Экран 104 предпочтительно выполнен в форме диска и установлен так, что в направлении своей оси он полностью перекрывает индуктор 105. Оси экрана 104 и индуктора 105 при этом расположены вблизи и параллельно друг другу, а в предпочтительном случае – совпадают. В контексте настоящего изложения под осью индуктора 105 понимается ось его цилиндрической полимерной оправки. Следует также отметить, что в предпочтительном случае оси экрана 104 и индуктора 105 пересекают среднюю плоскость крыла 100 под углом, близким к прямому углу или равным ему, однако, это не создает какого-либо ограничения, и указанный угол может значительно отличаться от прямого угла. [25] Mounted on the support surface 118 is an inductor 105, which is an inductor wound on a cylindrical polymer mandrel. The closed surface 117 encloses a shield 104 which is a plate made of a conductive material such as aluminium. The screen 104 is preferably in the form of a disc and is mounted so that in the direction of its axis it completely covers the inductor 105. The axes of the screen 104 and the inductor 105 are located near and parallel to each other, and in the preferred case they coincide. In the context of the present presentation, the axis of the inductor 105 refers to the axis of its cylindrical polymer mandrel. It should also be noted that in the preferred case, the axes of the shield 104 and the inductor 105 intersect the median plane of the wing 100 at an angle close to or equal to the right angle, however, this does not create any limitation, and the specified angle may differ significantly from the right angle.

[26] Индуктор 105 соединен с источником импульсного напряжения (не показан) так, что при генерации данным источником импульса напряжения возникает магнитное поле, действующее вдоль оси индуктора 105 на экран 104. Вихревые токи, индуцируемые в экране 104, в свою очередь, также создают магнитное поле, которое имеет противоположное направление с магнитным полем индуктора 105, в результате чего индуктор 105 и экран 104 отталкиваются друг от друга. Другими словами, при подаче импульса напряжения индуктор 105 оказывает воздействие на экран 104 в направлении верхней формообразующей стенки 112, и воспринимает от экрана 104 силу реакции в направлении нижней формообразующей стенки 111, как это показано стрелками F2 и F1 соответственно.[26] The inductor 105 is connected to a voltage pulse source (not shown) so that when this voltage source generates a magnetic field acting along the axis of the inductor 105 on the screen 104. The eddy currents induced in the screen 104, in turn, also create a magnetic field that has an opposite direction to the magnetic field of the inductor 105, causing the inductor 105 and the shield 104 to repel each other. In other words, when a voltage pulse is applied, the inductor 105 acts on the screen 104 in the direction of the upper forming wall 112, and receives a reaction force from the screen 104 in the direction of the lower forming wall 111, as indicated by arrows F2 and F1, respectively.

[27] В результате этого верхняя и нижняя формообразующие стенки 111 и 112 деформируются, что приводит к сбрасыванию ледяной корки с их наружных поверхностей 113 и 114, если таковая успела сформироваться. Генерация серии импульсов напряжения многократно усиливают данный эффект, и при заблаговременном включении источника импульсного напряжения образование льда на наружных поверхностях 113 и 114 верхней и нижней формообразующих стенок 111 и 112 надежно предотвращается.[27] As a result, the upper and lower shaping walls 111 and 112 are deformed, which causes the ice crust to be thrown off their outer surfaces 113 and 114, if any. The generation of a series of voltage pulses amplifies this effect many times over, and when the pulse voltage source is turned on in advance, the formation of ice on the outer surfaces 113 and 114 of the upper and lower forming walls 111 and 112 is reliably prevented.

[28] Следует отметить, что для максимизации усилий F1 и F2 необходимо, чтобы индуктор 105 и экран 104 располагались как можно ближе друг к другу. Крепежный выступ 116 позволяет минимизировать расстояние между индуктором 105 и экраном 104 путем максимального приближения индуктора 105 к внутренней поверхности 107 на крепежном участке 115. Повышение эффективности взаимодействия индуктора 105 и экрана 104 позволяет увеличить воздействие на верхнюю и нижнюю формообразующие стенки 111 и 112 либо использовать индуктор 105 меньшей мощности, размера и веса.[28] It should be noted that in order to maximize the forces F1 and F2, it is necessary that the inductor 105 and the shield 104 are located as close to each other as possible. Mounting protrusion 116 allows you to minimize the distance between the inductor 105 and the screen 104 by bringing the inductor 105 as close as possible to the inner surface 107 on the mounting section 115. Increasing the efficiency of the interaction of the inductor 105 and the screen 104 allows you to increase the impact on the upper and lower shaping walls 111 and 112, or use the inductor 105 less power, size and weight.

[29] Передний составной элемент 110 и опционально задний составной элемент 120 выполнены из полимерного композитного материала, предпочтительно из углепластика или стеклопластика, методом прессования предварительно изготовленных листов (препрегов), послойно уложенных на формовочную оснастку. Специалист в данной области осведомлен о множестве вариантов реализации данной технологии, включающих вакуумное воздействие со стороны формовочной оснастки, автоклавное формование, тепловое воздействие и т.п. Важным преимуществом данной технологии является возможность выполнения переднего составного элемента 110 с переменным поперечным сечением, сужающимся с удалением от места крепления к фюзеляжу. Таким образом, верхняя и нижняя формообразующие стенки 111 и 112 выполнены заодно в виде единой детали - переднего составного элемента 110.[29] The front component 110 and optionally the rear component 120 are formed from a polymer composite, preferably carbon fiber or fiberglass, by pressing prefabricated sheets (prepregs) layered onto a mold tool. A person skilled in the art is aware of a variety of implementations of this technology, including vacuum molding, autoclave molding, heat exposure, and the like. An important advantage of this technology is the possibility of making the front composite element 110 with a variable cross section, tapering with distance from the attachment point to the fuselage. Thus, the upper and lower shaping walls 111 and 112 are made integrally in the form of a single piece - the front composite element 110.

[30] Далее, послойное нанесение препрегов из полимерного композитного материала позволяет разместить экран 104 между их слоями так, что после их прессования и отверждения экран 104 оказывается полностью окружен полимерным композитным материалом, или другими словами, находится в теле верхней формообразующей стенки 111. В предпочтительном случае замкнутая поверхность 117 верхней формообразующей стенки 111 полностью окружает экран 104, контактируя с ним по всей своей площади, без возможности извлечения экрана 104 из верхней формообразующей стенки 111.[30] Further, layering the polymer composite prepregs allows the screen 104 to be positioned between their layers so that after they are pressed and cured, the screen 104 is completely surrounded by the polymer composite, or in other words, is in the body of the upper shaping wall 111. In the preferred In this case, the closed surface 117 of the upper forming wall 111 completely surrounds the screen 104, contacting it over its entire area, without the possibility of removing the screen 104 from the upper forming wall 111.

[31] Такое исполнение обеспечивает максимально жесткое прикрепление экрана 104 к верхней формообразующей стенке 111, а также равномерное распределение передаваемого усилия по наибольшей площади без образования областей концентрации напряжений. Кроме этого, из конструкции крыла 100 исключаются крепежные элементы, которые используются в известных решениях для закрепления экрана 104, а также уменьшается число производимых в этих целях технологических операций (приклеивание и т.п.), что существенно упрощает технологию изготовления крыла 100.[31] This design provides the most rigid attachment of the screen 104 to the upper shaping wall 111, as well as uniform distribution of the transmitted force over the largest area without the formation of areas of stress concentration. In addition, fasteners that are used in known solutions for fixing the screen 104 are excluded from the design of the wing 100, and the number of technological operations performed for this purpose (gluing, etc.) is also reduced, which greatly simplifies the manufacturing technology of the wing 100.

[32] Далее, использование экрана 104 вместо второго индуктора, как это реализовано в прототипе, позволяет существенно уменьшить вертикальный размер крыла 100. Данный эффект особенно актуален для компактных БПЛА, в которых использование двух индукторов для деформации верхней и нижней формообразующих стенок 111 и 112 представляется избыточным ввиду малой толщины последних. [32] Further, the use of the screen 104 instead of the second inductor, as implemented in the prototype, can significantly reduce the vertical size of the wing 100. This effect is especially relevant for compact UAVs, in which the use of two inductors to deform the upper and lower shaping walls 111 and 112 seems redundant due to the small thickness of the latter.

[33] В примере, показанном на Фиг. 1, крепежный выступ 116 выполнен отдельно от нижней формообразующей стенки 112 и представляет собой кронштейн, закрепляемый на внутренней поверхности 108 нижней формообразующей стенки 112. Для изготовления крепежного выступа 116 может быть использован металл, например алюминиевый сплав, или полимерный композитный материал. Монтаж крепежного выступа 116 на нижней формообразующей стенке 112 производится через проем между поверхностями 101 и 102 сопряжения до того, как передний составной элемент 110 будет соединен с задним составным элементом 120. Предварительно на опорной поверхности 118 может быть закреплен индуктор 105, например, при помощи клея. Закрепление крепежного выступа 116 на нижней формообразующей стенке 112 может быть осуществлено при помощи заклепок, болтов или клея. Использование клея упрощает монтаж и позволяет избежать выполнения отверстий в крепежном выступе 116 и нижней формообразующей стенке 112, снижающих прочность указанных элементов.[33] In the example shown in FIG. 1, the mounting lug 116 is separate from the lower forming wall 112 and is a bracket attached to the inner surface 108 of the lower forming wall 112. The mounting lug 116 can be made of metal, such as an aluminum alloy, or a polymer composite material. Mounting lug 116 on the lower forming wall 112 is made through the opening between the interface surfaces 101 and 102 before the front composite element 110 is connected to the rear composite element 120. Previously, the inductor 105 can be fixed on the supporting surface 118, for example, using glue . Fixing the mounting lug 116 to the bottom forming wall 112 can be done with rivets, bolts, or glue. The use of adhesive simplifies installation and avoids making holes in the mounting ledge 116 and the lower shaping wall 112, which reduce the strength of these elements.

[34] Далее, крыло 100 может содержать несколько пар индуктор-экран, аналогичных описанной выше паре из индуктора 105 и экрана 104. В этом случае другие пары индуктор-экран распределяются по длине переднего составного элемента 110, например так, что на его поперечном разрезе они все перекрываются парой из экрана 104 и индуктора 105. [34] Further, the wing 100 may comprise several inductor-shield pairs, similar to the pair of inductor 105 and shield 104 described above. In this case, other inductor-shield pairs are distributed along the length of the front composite element 110, for example, they are all overlapped by a pair of shield 104 and inductor 105.

[35] Задний составной элемент 120 может иметь любую конфигурацию с тем лишь ограничением, что на пересечении с поверхностями 101 и 102 сопряжения наружные поверхности 123 и 124 его верхней и нижней формообразующих стенок 121 и 122 совпадают соответственно с наружными поверхностями 113 и 114 верхней и нижней формообразующих стенок 111 и 112 переднего составного элемента 110.[35] The rear composite element 120 may have any configuration, with the only limitation that at the intersection with the interface surfaces 101 and 102, the outer surfaces 123 and 124 of its upper and lower forming walls 121 and 122, respectively, coincide with the outer surfaces 113 and 114 of the upper and lower forming walls 111 and 112 of the front composite element 110.

[36] Следует при этом отметить, что для выполнения переднего и заднего составных элементов 110 и 120 может быть использован как один и тот же полимерный композитный материал, так и разные полимерные композитные материалы. В последнем случае первый полимерный композитный материал, использованный для изготовления переднего составного элемента 110, выбирается более эластичным, а второй полимерный композитный материал, использованный для изготовления заднего составного элемента 120, выбирается более жестким по отношению друг к другу. В этом исполнении передний составной элемент 110 более приспособлен для деформации, что усиливает эффективность предотвращения обледенения, а задний составной элемент 120 обеспечивает требуемую жесткость крыла 100.[36] It should be noted that both the same polymer composite material and different polymer composite materials can be used to form the front and rear composite elements 110 and 120. In the latter case, the first polymer composite used to make the front composite 110 is chosen to be more resilient, and the second polymer composite used to make the back composite 120 is chosen to be more rigid relative to each other. In this embodiment, the front component 110 is more responsive to deformation, which enhances the anti-icing performance, and the rear component 120 provides the required rigidity to the wing 100.

[37] В свою очередь, способы скрепления составных элементов крыльев, в т.ч. выполненных из полимерных композитных материалов, широко представлены в уровне техники, и выбор подходящей технологии для скрепления переднего и заднего составных элементов 110 и 120 не вызовет затруднений у специалиста в данной области техники. [37] In turn, the methods of fastening the constituent elements of the wings, incl. made of polymer composite materials are widely available in the prior art, and the choice of an appropriate technology for fastening the front and rear composite elements 110 and 120 will not cause difficulties for a person skilled in the art.

[38] Крыло 200 БПЛА (Фиг. 2), выполненное согласно другому примеру изобретения, образовано верхним и нижним составными элементами 210 и 220, жестко соединенными друг с другом по поверхностям сопряжения, одна из которых, а именно поверхность 201, показана на Фиг. 2. Как и в описанном выше примере, составные элементы 210 и 220 могут образовывать только части крыла 200 или все крыло 200 целиком.[38] The UAV wing 200 (FIG. 2), made according to another example of the invention, is formed by upper and lower components 210 and 220 rigidly connected to each other along mating surfaces, one of which, namely the surface 201, is shown in FIG. 2. As in the example described above, the constituent elements 210 and 220 may form only parts of the wing 200 or the entire wing 200 as a whole.

[39] Верхний и нижний составные элементы 210 и 220 включают в себя соответственно верхнюю и нижнюю формообразующие стенки 211 и 212, причем поверхность 201 сопряжения, по которой соединяются друг с другом верхний и нижний составные элементы 210 и 220, совпадает с поверхностью соединения верхней и нижней формообразующих стенок 211 и 212. Линия пересечения поверхности 201 сопряжения с наружной поверхностью 203 крыла 200 близка к линии, в каждой точке которой касательная к наружной поверхности 203 проходит вертикально, но не обязательно совпадает с ней, что не оказывает влияния на осуществление изобретения и достигаемые технические результаты.[39] The upper and lower components 210 and 220 include, respectively, upper and lower forming walls 211 and 212, and the mating surface 201 along which the upper and lower components 210 and 220 are connected to each other coincides with the connecting surface of the upper and lower forming walls 211 and 212. The line of intersection of the interface surface 201 with the outer surface 203 of the wing 200 is close to the line, at each point of which the tangent to the outer surface 203 passes vertically, but does not necessarily coincide with it, which does not affect the implementation of the invention and the achievable technical results.

[40] Верхняя формообразующая стенка 211 имеет крепежный участок 215 с замкнутой поверхностью 217, которая заключает в себе экран 204, в то время как нижняя формообразующая стенка 212 снабжена крепежным выступом 216 с опорной поверхностью 218, на которой закреплен индуктор 205. Указанные элементы являются полностью идентичными описанным выше крепежному участку 115, замкнутой поверхности 117 и экрану 104, а также крепежному выступу 116, опорной поверхности 118 и индуктору 105. Далее, крыло 200, как и крыло 100, снабжено источником импульсного напряжения, при этом функционирование индуктора 205 и экрана 204 является полностью аналогичным описанному выше функционированию индуктора 105 и экрана 104, что обеспечивает крылу 200 все преимущества, характерные для крыла 100.[40] The upper forming wall 211 has a mounting portion 215 with a closed surface 217 that encloses the shield 204, while the lower forming wall 212 is provided with a mounting lug 216 with a bearing surface 218 on which the inductor 205 is fixed. identical to the mounting portion 115, the closed surface 117 and the screen 104 described above, as well as the mounting ledge 116, the support surface 118 and the inductor 105. is completely analogous to the operation of the inductor 105 and screen 104 described above, which provides the wing 200 with all the advantages that are characteristic of the wing 100.

[41] Верхний и нижний составные элементы 210 и 220 выполнены из полимерного композитного материала методом прессования препрегов, послойно уложенных на формовочную оснастку, как это было описано выше. В качестве примеров полимерного композитного материала, подходящего для выполнения верхнего и нижнего составных элементов 210 и 220, могут быть названы углепластик или стеклопластик.[41] The top and bottom components 210 and 220 are made from a resin composite material by pressing prepregs layered on a mold tool as described above. As examples of a polymeric composite material suitable for the top and bottom components 210 and 220, CFRP or GRP can be mentioned.

[42] Однако в отличие от крыла 100 в нижнем составном элементе 220 нижняя формообразующая стенка 212 и крепежный выступ 216 выполнены заодно в виде единой детали, что становится возможным благодаря более открытой форме нижнего составного элемента 220 и, соответственно, более простой форме формовочной оснастки, используемой для его изготовления. Таким образом, крыло 200 может быть изготовлено с меньшим числом технологических операций и меньшим числом компонентов, что упрощает технологию изготовления и уменьшает вес крыла 200.[42] However, in contrast to the wing 100 in the lower composite 220, the lower forming wall 212 and the mounting lug 216 are integrally formed as a single piece, which is made possible by the more open shape of the lower composite 220 and, accordingly, the simpler shape of the mold tooling, used for its manufacture. Thus, the wing 200 can be manufactured with fewer manufacturing steps and fewer components, which simplifies the fabrication process and reduces the weight of the wing 200.

[43] Монтаж индуктора 205 на опорной поверхности 218 производится до того, как верхний составной элемент 210 будет соединен с нижним составным элементом 220, и потому не вызывает затруднений.[43] Mounting the inductor 205 on the support surface 218 is done before the upper component 210 is connected to the lower component 220, and therefore is not difficult.

[44] В предпочтительном случае для уменьшения веса нижнего составного элемента 220 крепежный выступ 216 выполнен тонкостенным и имеет полость 219, которая в случае использования технологии прессования препрегов может быть сформирована, например, при помощи извлекаемой оправки.[44] Preferably, to reduce the weight of the lower component 220, the attachment lug 216 is thin-walled and has a cavity 219, which, in the case of prepreg molding technology, can be formed, for example, using a removable mandrel.

[45] Другим возможным решением, позволяющим уменьшить вес нижнего составного элемента 220, является выполнение крепежного выступа 216 сплошным, но неоднородным. В этом исполнении в теле крепежного выступа 216 на месте полости 219 расположена вставка из материала малой плотности. Такая вставка может быть установлена на этапе укладки препрегов, однако, в отличие от извлекаемой оправки она предназначена для сохранения внутри крепежного выступа 216, что повышает его жесткость.[45] Another possible solution to reduce the weight of the lower composite element 220, is the implementation of the mounting ledge 216 continuous, but non-uniform. In this version, in the body of the mounting protrusion 216, in place of the cavity 219, there is an insert made of a low-density material. Such an insert can be installed at the stage of laying the prepregs, however, unlike a removable mandrel, it is designed to remain inside the mounting lug 216, which increases its rigidity.

[46] В контексте настоящего изложения под материалом малой плотности понимается материал, плотность которого меньше плотности полимерного композитного материала, использованного для изготовления верхней и нижней формообразующих стенок 211 и 212. Например, если для изготовления верхней и нижней формообразующих стенок 211 и 212 использован углепластик, то в качестве материала малой плотности может выступать пенопласт, пористый или сотовый материал и т.п.[46] As used herein, a low density material refers to a material whose density is less than the density of the resin composite material used to make the top and bottom forming walls 211 and 212. For example, if carbon fiber is used to make the top and bottom forming walls 211 and 212, then foam, porous or honeycomb material, etc. can act as a low-density material.

[47] Следует также отметить, что хотя осуществление изобретения было показано на примерах крыльев БПЛА, данное обстоятельство не является ограничением. Наряду с этим изобретение может быть использовано в крыльях пилотируемых летательных аппаратов, главным образом, относящихся к малой авиации.[47] It should also be noted that although the implementation of the invention was shown on the examples of UAV wings, this circumstance is not a limitation. Along with this, the invention can be used in the wings of manned aircraft, mainly related to small aircraft.

Claims

1. The wing of an aircraft, containing the upper and lower shaping walls made of a polymer composite material, as well as containing a screen, an inductor and a pulsed voltage source connected to the inductor, and

the screen is located in the body of the upper shaping wall, being introduced into the body of the upper shaping wall in the process of its molding, and the inductor is fixed on the lower shaping wall from the side of its inner surface, and

when generating a voltage pulse by said source, the inductor is able to act on the screen in the direction of the outer surface of the upper shaping wall.

2. The wing according to claim 1, in which the polymer composite material is carbon fiber.

3. The wing according to claim 1, in which the screen is inserted into the body of the upper shaping wall without the possibility of its extraction.

4. The wing according to claim. 1, in which the upper and lower shaping walls are made at the same time in the form of a single part.

5. The wing according to claim 1, in which the upper and lower shaping walls are made separately from each other.

6. The wing according to Claim. 1, in which the lower shaping wall is provided with a fastening ledge rigidly connected to it, protruding towards the location of the screen, while the inductor is fixed on the mounting ledge.

7. The wing according to claim 6, in which the mounting protrusion is made in the form of a bracket fixed on the inner surface of the lower shaping wall.

8. The wing according to claim 6, in which the lower shaping wall and the mounting ledge are made integrally in the form of a single piece.

9. The wing according to claim 6, in which the mounting protrusion is hollow.

10. The wing according to claim 6, in which in the body of the fastening ledge there is a material whose density is less than the density of the mentioned polymer composite material.