RU2807578C1 - Flaperon with welded power part - Google Patents

Flaperon with welded power part Download PDF

Info

Publication number
RU2807578C1
RU2807578C1 RU2023111661A RU2023111661A RU2807578C1 RU 2807578 C1 RU2807578 C1 RU 2807578C1 RU 2023111661 A RU2023111661 A RU 2023111661A RU 2023111661 A RU2023111661 A RU 2023111661A RU 2807578 C1 RU2807578 C1 RU 2807578C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flaperon
welded
box
honeycomb block
composite honeycomb
Prior art date
Application number
RU2023111661A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Столяров
Марина Валерьевна Барышева
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" (ПАО "ОАК")
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" (ПАО "ОАК") filed Critical Публичное акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" (ПАО "ОАК")
Application granted granted Critical
Publication of RU2807578C1 publication Critical patent/RU2807578C1/en

Links

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to aircraft tail units, in particular the aircraft flaperon. The aircraft flaperon includes a composite honeycomb block consisting of panels made of a polymer composite material filled with full-depth honeycombs, and a fully welded power box of variable width, having a straight rear wall, hinge units and a drive unit, combined in a welded box with a single weld. In this case, the drive unit and the linkage units are located in different planes. The composite honeycomb block and the welded box are mechanically fastened to each other on three sides of the welded box, ensuring the transfer of cutting force from the rear wall of the welded box to the longitudinal wall of the composite honeycomb block.
EFFECT: invention ensures minimal weight of the flaperon, increased manufacturability and reliability of the flaperon, ease of manufacture and assembly of the flaperon.
1 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к области авиации, в частности агрегатам механизации задней кромки крыла летательного аппарата, в частности флаперону летательного аппарата.The invention relates to the field of aviation, in particular to mechanization units for the trailing edge of an aircraft wing, in particular to an aircraft flaperon.

Летательный аппарат имеет различные агрегаты механизации задней кромки крыла (закрылки, элероны, элевоны, флапероны и т.д.) отличающиеся друг от друга назначением и способами закрепления, что вносит свои особенности в силовую работу и влияет на выбор их конструктивно-силовых схем. Флаперон является аэродинамическим органом управления, выполняющим функции элерона и/или закрылка. Флапероны располагаются в корневых частях крыла и используются, например, в активных системах управления. Существует необходимость в простой и надежной конструкции флаперона с минимальной массой.The aircraft has various mechanization units for the trailing edge of the wing (flaps, ailerons, elevons, flaperons, etc.) that differ from each other in purpose and methods of fastening, which introduces its own characteristics into the power work and affects the choice of their structural power schemes. A flaperon is an aerodynamic control that performs the functions of an aileron and/or flap. Flaperons are located in the wing roots and are used, for example, in active control systems. There is a need for a simple and reliable flaperon design with minimal weight.

Традиционные конструкции флаперонов широко описаны в литературе Войт Е.С., Ендогур А.И. и др. «Проектирование конструкций самолетов», Кан С.Н., Свердлов И.А. «Расчет самолета на прочность», Житомирский Г.И. «Конструкция самолетов. Учебник для студентов авиационных специальностей вузов», Астахов М.Ф., Караваев А.В., Макаров С.Я., Суздальцев Я.Я. «Справочная книга по расчету самолета на прочность».Traditional designs of flaperons are widely described in the literature Voit E.S., Endogur A.I. and others. “Design of aircraft structures”, Kan S.N., Sverdlov I.A. “Calculation of aircraft strength”, Zhitomirsky G.I. “Airplane design. Textbook for students of aviation specialties of universities", Astakhov M.F., Karavaev A.V., Makarov S.Ya., Suzdaltsev Ya.Ya. "Reference book on aircraft strength calculations."

Задача, на достижение которой направлено изобретение заключается в разработке конструкции флаперона на основании критериев минимальной массы, простоты изготовления и сборки.The task to which the invention is aimed is to develop a flaperon design based on the criteria of minimum weight, ease of manufacture and assembly.

Технический результат заключается в снижении массы флаперона, повышении технологичности и надежности флаперона, простоте изготовления и сборки флаперона.The technical result consists in reducing the weight of the flaperon, increasing the manufacturability and reliability of the flaperon, and ease of manufacture and assembly of the flaperon.

Технический результат достигается флапероном со сварной силовой частью, включающим композиционный сотоблок, состоящий из панелей изготовленных из полимерно композиционного материала, заполненными полноглубинными сотами, и полностью сварной силовой короб переменной ширины, имеющий прямую заднюю стенку, узлы навески и узел привода, объединенные в сварном коробе с единым сварным швом, при этом узел привода и узлы навески расположены в разных плоскостях, при этом композиционный сотоблок и сварной короб механически скреплены между собой по трем сторонам сварного короба, обеспечивая передачу прорезывающей силы с задней стенки сварного короба на продольную стенку композиционного сотоблока.The technical result is achieved by a flaperon with a welded power part, including a composite honeycomb block consisting of panels made of polymer composite material filled with full-depth honeycombs, and a fully welded power box of variable width, having a straight rear wall, hinge units and a drive unit, combined in a welded box with a single weld seam, while the drive unit and the hinge units are located in different planes, while the composite honeycomb block and the welded box are mechanically fastened to each other on three sides of the welded box, ensuring the transfer of cutting force from the rear wall of the welded box to the longitudinal wall of the composite honeycomb block.

Изобретение поясняется следующими изображениями:The invention is illustrated by the following images:

Фиг. 1а - традиционная конструкция флаперона,Fig. 1a - traditional flaperon design,

Фиг. 1б - флаперон традиционной конструкции в составе крыла летательного аппарата,Fig. 1b - flaperon of a traditional design as part of an aircraft wing,

Фиг. 1в - традиционная конструкция флаперона,Fig. 1c - traditional flaperon design,

Фиг. 1г - распределение нагрузки в традиционной конструкции флаперона,Fig. 1g - load distribution in the traditional flaperon design,

Фиг. 2а - конструкция флаперона согласно изобретению,Fig. 2a - design of a flaperon according to the invention,

Фиг. 2б - флаперон конструкции согласно изобретению в составе крылаFig. 2b - flaperon design according to the invention as part of the wing

летательного аппарата,aircraft,

Фиг. 3 - эпюры усилия в плоскости флаперона и крутящего момента,Fig. 3 - diagrams of force in the plane of the flaperon and torque,

Фиг. 4 - сечение по сварному коробу флаперона в зоне узла привода,Fig. 4 - section along the welded flaperon box in the area of the drive unit,

Фиг. 5 - график зависимости веса сварного короба и сотоблока от положения задней стенки сварного короба,Fig. 5 - graph of the dependence of the weight of the welded box and honeycomb block on the position of the rear wall of the welded box,

Фиг. 6 - усилия, действующие на сварной короб флаперона,Fig. 6 - forces acting on the welded flaperon box,

Фиг. 7 - единый сварной короб флаперона,Fig. 7 - single welded flaperon box,

Фиг. 8 - обработка ребер сварного короба,Fig. 8 - processing of welded box ribs,

Фиг. 9 - соединение сварного короба и композиционного блока.Fig. 9 - connection of a welded box and a composite block.

На изображениях используются следующие обозначения:The following symbols are used in the images:

1 - флаперон,1 - flaperon,

2 - узел навески,2 - linkage unit,

3 - узел привода,3 - drive unit,

4 - обтекатель,4 - fairing,

5 - панель,5 - panel,

6 - ось сварного короба,6 - axis of the welded box,

7 - контур, воспринимающий кручение,7 - circuit that perceives torsion,

8 - задняя стенка сварного короба,8 - rear wall of the welded box,

9 - сварной шов,9 - weld,

10 - плоскость нервюры,10 - plane of the rib,

11 - грибковая фреза,11 - fungal cutter,

12 - сварной короб,12 - welded box,

13 - композиционный сотоблок.13 - composite honeycomb block.

Флаперон летательного аппарата включает композиционный сотоблок 13, состоящий из панелей 5, изготовленных из полимерно композиционного материала, заполненными полноглубинными сотами, и полностью сварной силовой короб 12 переменной ширины, механически скрепленные между собой. Сварной короб 12 имеет прямую заднюю стенку 8, узлы 2 навески и узел 3 привода, объединенные сварным коробом с единым сварным швом.The aircraft flaperon includes a composite honeycomb block 13, consisting of panels 5 made of polymer composite material, filled with full-depth honeycombs, and a fully welded power box 12 of variable width, mechanically fastened together. The welded box 12 has a straight rear wall 8, hinge units 2 and a drive unit 3, united by a welded box with a single weld.

На фиг. 2а представлена схема навески агрегата типа флаперон согласно заявленному изобретению. Конструкция предложенного флаперона в отличие от традиционной (фиг. 1а) имеет отличительную схему навески, при которой расположение плоскости узла привода не совпадает ни с одной плоскостью узла навески, т.е. узлы навески и узел привода расположены в разных плоскостях. В связи с чем, усилия от привода и реверсное усилие не лежат в одной плоскости. Согласно предложенной схеме навески реверсное усилие распределяется между двумя соседними с узлом привода узлами навески.In fig. Figure 2a shows a diagram of the mounting of a flaperon-type unit according to the claimed invention. The design of the proposed flaperon, in contrast to the traditional one (Fig. 1a), has a distinctive linkage scheme, in which the location of the plane of the drive unit does not coincide with any plane of the linkage unit, i.e. The hinge units and the drive unit are located in different planes. In this connection, the forces from the drive and the reverse force do not lie in the same plane. According to the proposed linkage scheme, the reverse force is distributed between two linkage units adjacent to the drive unit.

В традиционной конструкции флаперона (рис. 1в), узлы привода вставляются между обшивками панелей 5, составляющих композиционный сотоблок 13. В результате чего в такой конструкции реверсным усилием композиционная обшивка загружается неравномерно. На фиг. 1г проиллюстрирована неравномерная загрузка части флаперона.In the traditional flaperon design (Fig. 1c), the drive units are inserted between the skins of the panels 5 that make up the composite honeycomb block 13. As a result, in such a design, the composite skin is loaded unevenly by reverse force. In fig. Figure 1d illustrates the uneven loading of part of the flaperon.

Решить проблему со значительным реверсным усилием в композиционной обшивке возможно только за счет переменной толщины панелей. При этом толщина панелей в зоне максимальных нагрузок не позволят разместить композиционный сотоблок в этой зоне, из-за быстро уменьшающейся высоты флаперона по хорде.The problem with significant reverse force in composite cladding can be solved only by varying the thickness of the panels. At the same time, the thickness of the panels in the zone of maximum loads will not allow placing a composite honeycomb block in this zone, due to the rapidly decreasing chord height of the flaperon.

Соответственно, в предложенной конструкции флаперона используются панели из композиционных материалов с переменной толщиной. Переменная толщина панелей обеспечивает равномерную загрузку композиционного сотоблока.Accordingly, the proposed flaperon design uses panels made of composite materials with variable thickness. The variable thickness of the panels ensures uniform loading of the composite honeycomb block.

В предложенной конструкции флаперона выделена силовая часть, работающая на кручение и сдвиг, от реверсных усилий, представляющая собой сварной короб 12. Часть флаперона представляющая собой композиционный сотоблок 13 выведена из зоны больших сосредоточненых усилий. Таким образом, флаперон включает полностью сварной короб 12, к которому механически крепится композиционный сотоблок 13. В такой конструкции все узлы 2 навески и узел 3 привода объединяются единым сварным коробом. За счет отсутствия механических соединений в сварном коробе обеспечивается уменьшение массы флаперона.In the proposed design of the flaperon, a power part is allocated that works on torsion and shear, from reverse forces, which is a welded box 12. The part of the flaperon, which is a composite honeycomb block 13, is removed from the zone of large concentrated forces. Thus, the flaperon includes a fully welded box 12, to which the composite honeycomb block 13 is mechanically attached. In this design, all the hinge units 2 and the drive unit 3 are combined into a single welded box. Due to the absence of mechanical connections in the welded box, the weight of the flaperon is reduced.

Основными этапами проектирования агрегата типа флаперон являются: выделение части контура, работающего на кручение, формирование силового короба, включающего узлы навески и привода, достижение оптимума по весовому лимиту с учетом технологических особенностей выбранной схемы.The main stages of designing a flaperon-type unit are: identifying the part of the circuit that works in torsion, forming a power box, including linkage and drive units, achieving an optimum weight limit, taking into account the technological features of the selected scheme.

С точки зрения строительной механики, агрегат типа флаперон представляет собой многоопорную балку переменной жесткости, нагруженную распределенной аэродинамической силой, и силой от тяги управления.From the point of view of structural mechanics, a flaperon-type unit is a multi-support beam of variable stiffness, loaded with a distributed aerodynamic force and the force from the control rod.

Эпюры усилий в плоскости флаперона представлены на фиг. 3 Qxz - эпюра сдвиговых усилий, Мкр - эпюра крутящего момента.Diagrams of forces in the plane of the flaperon are presented in Fig. 3 Qxz - diagram of shear forces, Mkr - diagram of torque.

Задняя стенка сварного короба для технологичности стыка с композиционным сотоблоком должна быть прямой, без переломов. Фактором, определяющим ее положение, является величина крутящего момента в двух сечениях: в кронштейне узла привода и в самой удаленной от кронштейна узла привода - кронштейне узла навески.For the manufacturability of the joint with the composite honeycomb block, the rear wall of the welded box must be straight, without fractures. The factor that determines its position is the magnitude of the torque in two sections: in the drive unit bracket and in the one farthest from the drive unit bracket - the hinge unit bracket.

На фиг. 4 изображено сечение по сварному коробу флаперона в зоне узла привода. Контур 7, показанный на фиг. 4, является контуром, который воспринимает кручение.In fig. Figure 4 shows a cross-section of the welded flaperon box in the area of the drive unit. Circuit 7 shown in FIG. 4 is a contour that absorbs torsion.

Толщина панелей 5 подбирается таким образом, чтобы не допустить потери устойчивости, а также, чтобы не возникло сложности при механической обработке и сварке. Оптимальные толщины панелей должны сохраняться и в других сечениях сварного короба, для обеспечения возможности сварки. При разных положениях панелей получаются разные массы сварного короба и композиционного сотоблока. Положение панелей подбирается таким образом, чтобы их масса была наименьшей.The thickness of the panels 5 is selected in such a way as to prevent loss of stability, as well as to avoid difficulties during machining and welding. The optimal panel thicknesses must be maintained in other sections of the welded box to ensure welding is possible. With different positions of the panels, different masses of the welded box and composite honeycomb block are obtained. The position of the panels is selected in such a way that their mass is minimal.

На фиг. 5 приведен график зависимости веса сварного короба и композиционного сотоблока от положения задней стенки сварного короба b, мм. Согласно зависимости определяется положение стенки, которое обеспечивает оптимальный вес композиционного сотоблока и минимальный вес сварного короба.In fig. Figure 5 shows a graph of the dependence of the weight of the welded box and composite honeycomb block on the position of the rear wall of the welded box b, mm. According to the dependence, the position of the wall is determined, which ensures the optimal weight of the composite honeycomb block and the minimum weight of the welded box.

В предложенной схеме навески агрегата типа флаперон нужно также учитывать реверсное усилие. Контур сварного короба, работающий на кручение, догружается потоком, возникающим от реверсного усилия, как это показано на фиг. 6.In the proposed mounting scheme for a flaperon type unit, it is also necessary to take into account the reverse force. The contour of the welded box, working in torsion, is additionally loaded with the flow arising from the reverse force, as shown in Fig. 6.

Конструктивное исполнение агрегата типа флаперон с замкнутым силовым сварным коробом имеет минимальную массу за счет отсутствия большого количества крепежных соединений. Основной сложностью сварки замкнутой силовой коробки является обработка замыкающего шва. Обработку ребер производят фрезой, установленной параллельно сварному шву. Обработка карманов в поясах нервюр выполняется грибковой фрезой (фиг. 8).The design of the flaperon type unit with a closed power welded box has a minimum weight due to the absence of a large number of fastening connections. The main difficulty in welding a closed power box is processing the closing seam. The ribs are processed using a cutter installed parallel to the weld. The processing of pockets in the rib belts is carried out with a fungal cutter (Fig. 8).

Соединение сварного короба с композиционным сотоблоком, выполнено с учетом критерия наименьшей массы флаперона и представляет собой стык по трем сторонам сварного короба с композиционным сотоблоком.The connection of the welded box with the composite honeycomb block is made taking into account the criterion of the smallest mass of the flaperon and is a joint on three sides of the welded box with the composite honeycomb block.

В зоне стыка сварного короба и композиционного сотоблока необходимо обеспечить передачу перерезывающей силы. Передача прорезывающей силы осуществлена непосредственно с задней стенки сварного короба на продольную стенку композиционного сотоблока (фиг. 9). Зазор между задней стенкой сварного короба и продольной стенкой композиционного сотоблока заполняется вспенивающимся клеем, который совместно с отгибом панелей обеспечивает передачу прорезывающей силы.In the area of the junction of the welded box and the composite honeycomb block, it is necessary to ensure the transmission of shearing force. The transmission of the cutting force is carried out directly from the rear wall of the welded box to the longitudinal wall of the composite honeycomb block (Fig. 9). The gap between the rear wall of the welded box and the longitudinal wall of the composite honeycomb block is filled with foaming glue, which, together with the bending of the panels, ensures the transmission of cutting force.

Предложенное соединение сварного короба и композиционного сотоблок обеспечивает наименьшую массу флаперона. Таким образом, агрегат типа флаперон имеет минимальную массу и обеспечивает восприятие действующих нагрузок.The proposed connection of a welded box and a composite honeycomb block ensures the smallest weight of the flaperon. Thus, the flaperon-type unit has a minimum mass and ensures the perception of existing loads.

Предложенное конструктивное исполнение агрегата типа флаперон имеет минимальную массу, является надежным и технологичным, простым в изготовлении и сборке.The proposed design of the flaperon type unit has a minimum weight, is reliable and technologically advanced, and is easy to manufacture and assemble.

Claims (1)

Флаперон со сварной силовой частью, включающий композиционный сотоблок, состоящий из панелей, изготовленных из полимерно-композиционного материала, заполненных полноглубинными сотами, и полностью сварной силовой короб переменной ширины, имеющий прямую заднюю стенку, узлы навески и узел привода, объединенные в сварном коробе с единым сварным швом, при этом узел привода и узлы навески расположены в разных плоскостях, при этом композиционный сотоблок и сварной короб механически скреплены между собой по трем сторонам сварного короба, обеспечивая передачу прорезывающей силы с задней стенки сварного короба на продольную стенку композиционного сотоблока.Flaperon with a welded power part, including a composite honeycomb block consisting of panels made of polymer composite material, filled with full-depth honeycombs, and a fully welded power box of variable width, having a straight rear wall, hinge units and a drive unit, combined in a welded box with a single welded seam, while the drive unit and the hinge units are located in different planes, while the composite honeycomb block and the welded box are mechanically fastened to each other on three sides of the welded box, ensuring the transfer of cutting force from the rear wall of the welded box to the longitudinal wall of the composite honeycomb block.
RU2023111661A 2023-05-05 Flaperon with welded power part RU2807578C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807578C1 true RU2807578C1 (en) 2023-11-16

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105620723A (en) * 2014-10-31 2016-06-01 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 Flaperon
CN108100233A (en) * 2017-11-20 2018-06-01 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 A kind of flaperon
CN115384757A (en) * 2022-10-31 2022-11-25 北京启时智航科技有限公司 Flaperon actuating mechanism and wing structure
CN115892448A (en) * 2023-03-13 2023-04-04 北京启时智航科技有限公司 Flaperon structure, wing and aircraft

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105620723A (en) * 2014-10-31 2016-06-01 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 Flaperon
CN108100233A (en) * 2017-11-20 2018-06-01 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 A kind of flaperon
CN115384757A (en) * 2022-10-31 2022-11-25 北京启时智航科技有限公司 Flaperon actuating mechanism and wing structure
CN115892448A (en) * 2023-03-13 2023-04-04 北京启时智航科技有限公司 Flaperon structure, wing and aircraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6116539A (en) Aeroelastically stable forward swept wing
US6616101B2 (en) Leading edge of supporting surfaces of aircraft
EP2173615B1 (en) Stiffened multispar torsion box
US3713751A (en) Aerodynamic blade with high stiffness-to-weight ratio
JP3375689B2 (en) Shell structure made of fiber composite material
EP2735503B1 (en) Modular structural assembly
EP3594105B1 (en) Multi-spar wing arrangements
EP3446963B1 (en) Co-cured spar and stringer center wing box
EP3126125A2 (en) Structural arrangement and method of fabricating a composite trailing edge control surface
US4481703A (en) Method of making rib structures for an airfoil
RU2807578C1 (en) Flaperon with welded power part
EP2886450B1 (en) Aircraft control surface
EP3521162B1 (en) A helicopter with a fuselage and a tail boom which are connected via a shear connection
EP3816039B1 (en) Continuous skin leading edge slats
EP3782903A1 (en) Friction stir welded aircraft structure and method
Hunsaker et al. Lifting-line analysis of wing twist to minimize induced drag during pure rolling motion
Kaur et al. Spars and stringers-function and designing
CN112937829B (en) Trailing edge for a composite multi-beam integrated lifting surface and method of manufacturing the trailing edge
US10392132B2 (en) Curved aircraft substructure repair systems and methods
US2383634A (en) Main frame structure for airfoils or the like
GB2538098A (en) A structural component
US2330219A (en) Reinforced metal covering for aircraft
EP3626604B1 (en) Friction stir welded monolithic aircraft structure and method
US2403568A (en) Aircraft control surface structure and method of assembly of same
RU2184682C1 (en) Speed-brake flap