RU2807801C1 - Power mesh frame of a panel or shell made of laminated composite materials - Google Patents
Power mesh frame of a panel or shell made of laminated composite materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807801C1 RU2807801C1 RU2022132071A RU2022132071A RU2807801C1 RU 2807801 C1 RU2807801 C1 RU 2807801C1 RU 2022132071 A RU2022132071 A RU 2022132071A RU 2022132071 A RU2022132071 A RU 2022132071A RU 2807801 C1 RU2807801 C1 RU 2807801C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ribs
- frame
- rib
- atypical
- frame according
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 10
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims description 6
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000009432 framing Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационной, космической, судостроительной и автомобильной технике, а также в строительстве. The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in aviation, space, shipbuilding and automotive technology, as well as in construction.
Оболочки и панели с силовыми сетчатыми каркасами широко распространены в различных областях машиностроения и строительства. Одной из таких областей является авиационная отрасль, в которой оболочки и панели из композиционных материалов применяются в качестве элементов наружной обшивки летательных аппаратов: фюзеляжа, крыльев, оперения.Shells and panels with load-bearing mesh frames are widely used in various fields of mechanical engineering and construction. One such area is the aviation industry, in which shells and panels made of composite materials are used as elements of the outer skin of aircraft: fuselage, wings, and tail.
Известна СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА ВРАЩЕНИЯ по RU 2153419 С1, опубл. 27.07.2000, содержащая множество пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости и покрывающие их слои наружной обшивки с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями, скрепленными полимерным связующим.Known RETINA ROTATION according to RU 2153419 C1, publ. 07/27/2000, containing a plurality of intersecting spiral and annular stiffeners and covering layers of outer skin with intersecting unidirectional threads respectively oriented in them, held together by a polymer binder.
Известна ПАНЕЛЬ ИЗ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ по RU 2518519 С2, опубл. 10.06.2014, состоящая из силового набора перекрещивающихся ребер, содержащих слои однонаправленных высокопрочных (высокомодульных) нитей скрепленных полимерным связующимKnown PANEL OF LAYERED COMPOSITE MATERIALS according to RU 2518519 C2, publ. 06/10/2014, consisting of a power set of intersecting ribs containing layers of unidirectional high-strength (high-modulus) threads bonded with a polymer binder
Известна СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ по RU 2392122 С1, опубл. 20.06.2010, образованная из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, продольных и кольцевых лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые, продольные и дополнительные ребра, в которой дополнительные ребра ориентированы в продольном направлении, при этом они короче длины образующей и неравномерно распределены по длине и периметру.Known MESH SHELL OF ROTATION FROM COMPOSITE MATERIALS according to RU 2392122 C1, publ. 06/20/2010, formed from layers of systems of intersecting spiral, longitudinal and annular tapes of unidirectional threads held together by a polymer binder, repeating along the thickness of the shell wall, forming spiral, annular, longitudinal and additional ribs, in which the additional ribs are oriented in the longitudinal direction, while they shorter than the length of the generatrix and unevenly distributed along the length and perimeter.
Известны конструкции сетчатых структур, состоящих из пересекающихся ребер, выполненных намоткой непрерывной ленты из пропитанных связующим однонаправленных нитей. (Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. - М.: Машиностроение, 1988. - 272 с.).There are known designs of mesh structures consisting of intersecting ribs made by winding a continuous tape of unidirectional threads impregnated with a binder. (Vasiliev V.V. Mechanics of structures made of composite materials. - M.: Mashinostroenie, 1988. - 272 p.).
Все приведенные конструкции сетчатых каркасов состоят из прямолинейных (в случае оболочки - прямолинейных на развертке) постоянного сечения перекрещивающихся ребер, распределенных по поверхности с постоянным шагом и скрепленных между собой в местах пересечений (узлах).All of the above structures of mesh frames consist of rectilinear (in the case of a shell, rectilinear on a development) constant cross-section of intersecting ribs, distributed over the surface with a constant pitch and fastened together at intersections (nodes).
Прямолинейные (для оболочек - на развертке поверхности) ребра с постоянными параметрами: шириной, высотой, определяемой границами каркаса длиной, углом и шагом расположения, являются стандартными (типичными) для подобных конструкций.Straight-line (for shells - on the surface development) ribs with constant parameters: width, height, determined by the boundaries of the frame, length, angle and spacing, are standard (typical) for such structures.
Ребра состоят из пропитанного связующим однонаправленного непрерывного армирующего материала (нитей), расположенного по высоте ребра слоями (лентами).The ribs consist of a unidirectional continuous reinforcing material (threads) impregnated with a binder, located along the height of the ribs in layers (ribbons).
Минимальным конструктивным элементом сетчатого каркаса является ячейка, образованная двумя парами перекрещивающихся ребер.The minimum structural element of a mesh frame is a cell formed by two pairs of intersecting ribs.
Определяющими параметрами ребра являются: ширина, высота, длина, кривизна в плане, угол и шаг расположения, составляющие ребро ленты армирующего материала.The defining parameters of the rib are: width, height, length, curvature in plan, angle and pitch that make up the rib of the tape of reinforcing material.
Постоянство параметров ребер по длине и равномерность их расположения по поверхности обеспечивает постоянство механических характеристик (прочности, жесткости) в каркасе, что приводит к получению равнопрочных конструкций (панелей, оболочек) минимальной массы при действии постоянных нагрузок.The constancy of the parameters of the ribs along the length and the uniformity of their location on the surface ensures the constancy of the mechanical characteristics (strength, rigidity) in the frame, which leads to the production of equal-strength structures (panels, shells) of minimal weight under constant loads.
Но существует не меньшее количество конструкций, на которые действуют распределенные по поверхности и/или в локальных зонах переменные нагрузки, например, ветровые, инерционные, аэродинамические. Кроме того во многих конструкциях необходимы локальные области повышенной жесткости для формирования мест крепления дополнительных деталей и узлов, обрамлений всевозможных отверстий и люков и т.д.But there are no fewer structures that are subject to variable loads distributed over the surface and/or in local zones, for example, wind, inertial, aerodynamic. In addition, many structures require local areas of increased rigidity to form places for attaching additional parts and assemblies, framing various holes and hatches, etc.
Для обеспечения таких требований при сохранении высокой массовой эффективности необходимы конструкции, и силовые каркасы в том числе, переменной по поверхности и/или в локальной области, прочности и жесткости.To meet such requirements while maintaining high mass efficiency, structures and load-bearing frames, including variable surface and/or local area strength and rigidity, are required.
В техническом решении по патенту RU 2392122 С1 предлагается усиление реберного каркаса путем использования (расположения) дополнительных укороченных продольных ребер. Такое узконаправленное решение обеспечивает повышение только продольной прочности (жесткости). При этом задача решается за счет использования дополнительных, к общей системе силовых, ребер, что сказывается на массе и трудоемкости.The technical solution for patent RU 2392122 C1 proposes strengthening the rib frame by using (positioning) additional shortened longitudinal ribs. This narrowly targeted solution provides an increase only in longitudinal strength (stiffness). In this case, the problem is solved through the use of additional ribs to the general power system, which affects the mass and labor intensity.
Сетчатая оболочка из композиционных материалов по патенту RU 2153419 является наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).The mesh shell made of composite materials according to patent RU 2153419 is closest to the claimed one in terms of technical essence and achieved result and was chosen as the closest analogue (prototype).
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является создание конструкции силового сетчатого каркаса панели или оболочки из композиционных материалов, обеспечивающей повышение эксплуатационных характеристик и эффективности за счет получения конструкции силового каркаса переменной жесткости с обеспечением высокой надежности при действии переменных нагрузок.The technical problem to be solved by the invention is the creation of a structure for a load-bearing mesh frame of a panel or shell made of composite materials, which provides increased performance and efficiency by obtaining a load-bearing frame design of variable stiffness, ensuring high reliability under variable loads.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в расширении области применимости силового сетчатого каркаса панели или оболочки из слоистых композиционных материалов за счет оптимального распределения прочности и жесткости в конструкции каркаса, с сохранением необходимой надежности, при действии переменных распределенных и/или локальных нагрузок, повышении эксплуатационной и экономической эффективности конструкций панелей и оболочек с заявляемым силовым сетчатым каркасом за счет возможности получения конструкций меньшей массы и стоимости, упрощения технологии и снижения трудоемкости изготовления за счет использования существующих технологических приемов и оборудования при создании каркаса переменной жесткости.The technical result that can be obtained by using the invention is to expand the scope of applicability of the power mesh frame of a panel or shell made of layered composite materials due to the optimal distribution of strength and rigidity in the frame structure, while maintaining the necessary reliability, under the influence of distributed and/or local variables loads, increasing the operational and economic efficiency of panel and shell structures with the claimed load-bearing mesh frame due to the possibility of obtaining structures of lower mass and cost, simplifying the technology and reducing the labor intensity of manufacturing through the use of existing technological methods and equipment when creating a frame of variable stiffness.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что в силовом сетчатом каркасе панели или оболочки из слоистых композиционных материалов, состоящем из пересекающихся, выполненных за одно целое, наклонных и поперечных ребер, образованных из повторяющихся по толщине каркаса слоев систем перекрещивающихся лент, и покрывающих их, с соответственно ориентированными в них однонаправленными нитями, слоев наружной обшивки, или без таковых, скрепленных полимерным связующим, согласно изобретению как минимум одно ребро каркаса выполнено нетипичным, частично или полностью, несовпадающим с остальными ребрами своими геометрическими размерами и/или расположением, образовывая переменное и/или как минимум в одной области локально-переменное изменение текущей жесткости каркаса в одном или более направлениях, причем в частных случаях выполнения изобретения, нетипичные ребра выполнены по крайней мере одной группой, с несовпадающими между собой углами расположения относительно осей каркаса, но не пересекающимися между собой, углы расположения нетипичных ребер в группе монотонно изменяются от ребра к ребру, нетипичные ребра выполнены двумя зеркально-симметричными между собой группами относительно произвольной координаты, например, продольной, с одинаково изменяющимися углами расположения в каждой, нетипичное ребро выполнено с как минимум одним ступенчато изменяющимся углом расположения в узле пересечения с другим ребром, нетипичное ребро выполнено короче возможной длины в каркасе, в соответствии со своим расположением, с соединением и/или пересечением с ребрами каркаса, короткие нетипичные ребра расположены группой в локальной области с взаимным соединением торцами и/или пересечениями, как минимум два ребра соединены в одно с изменением угла расположения в узле соединения, ребра до и после соединения выполнены с одинаковой площадью поперечного сечения, нетипичное ребро выполнено с переменной по длине высотой и/или шириной, переменная высота ребра выполнена за счет изменения по длине количества составляющих его лент, количество составляющих ребро лент монотонно уменьшается по длине ребра, по крайней мере одна составляющая нетипичное ребро непрерывная лента переходит из одного ребра в другое с разворотом в узле их соединения или пересечения, узлы пересечения ребер с развернутыми в них лентами распределены по каркасу в соответствии с требуемым изменением его локальной и/или общей жесткости, узлы пересечения ребер с развернутыми в них лентами расположены в по меньшей мере одном поперечном сечении каркаса, в поперечном сечении шаг расположения узлов пересечения ребер с развернутыми в них лентами изменяется от сечения к сечению, составляющие ребро ленты выполнены с по меньшей мере одним поперечным просветом, составляющие ребро ленты выполнены с охватом по меньшей мере одного закладного элемента.The technical problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the power mesh frame of a panel or shell made of layered composite materials, consisting of intersecting, one-piece, inclined and transverse ribs formed from layers of intersecting tape systems repeated along the thickness of the frame, and covering them, with respectively oriented unidirectional threads, layers of outer skin, or without them, fastened with a polymer binder, according to the invention, at least one rib of the frame is made atypical, partially or completely, non-coinciding with the other ribs in its geometric dimensions and/or location, forming a variable and/or in at least one area, a locally variable change in the current rigidity of the frame in one or more directions, and in particular cases of the invention, atypical ribs are made of at least one group, with divergent angles relative to the axes of the frame, but not intersecting among themselves, the angles of arrangement of atypical ribs in a group change monotonically from edge to edge, atypical ribs are made of two mirror-symmetrical groups with respect to an arbitrary coordinate, for example, longitudinal, with identically changing angles of arrangement in each, an atypical edge is made with at least one step changing angle of location at the intersection with another rib, the atypical rib is made shorter than the possible length in the frame, in accordance with its location, with a connection and/or intersection with the ribs of the frame, short atypical ribs are located in a group in a local area with mutual connection at the ends and/or intersections, at least two ribs are connected into one with a change in the angle of location at the connection node, the ribs before and after the connection are made with the same cross-sectional area, an atypical rib is made with a variable height and/or width along the length, a variable rib height is made by changing the the length of the number of tapes composing it, the number of tapes composing an edge monotonically decreases along the length of the edge, at least one component of an atypical edge a continuous tape passes from one edge to another with a turn at the node of their connection or intersection, the intersection nodes of the ribs with the tapes deployed in them are distributed along frame in accordance with the required change in its local and/or overall rigidity, the intersection nodes of the ribs with the tapes deployed in them are located in at least one cross section of the frame; in the cross section, the location step of the intersection nodes of the ribs with the tapes deployed in them varies from section to section , the constituent edges of the tape are made with at least one transverse clearance, the constituent edges of the tape are made to cover at least one embedded element.
Отличительными от прототипа признаками заявленного каркаса являются следующие:The features of the claimed frame that are distinctive from the prototype are the following:
а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:a) features that ensure the achievement of a technical result in all cases covered by the requested scope of legal protection:
- как минимум одно ребро каркаса выполнено нетипичным, частично или полностью, несовпадающим с остальными ребрами своими геометрическими размерами и/или расположением,- at least one rib of the frame is made atypical, partially or completely, and does not coincide with the other ribs in its geometric dimensions and/or location,
- образовывая переменное и/или как минимум в одной области локально-переменное изменение текущей жесткости каркаса в одном или более направлениях.- forming a variable and/or in at least one area a locally variable change in the current rigidity of the frame in one or more directions.
б) признаки, характеризующие изобретение в частных случаях:b) features characterizing the invention in particular cases:
- нетипичные ребра выполнены по крайней мере одной группой, с несовпадающими между собой углами расположения относительно осей каркаса, но не пересекающимися между собой,- atypical ribs are made of at least one group, with divergent angles relative to the frame axes, but not intersecting with each other,
- углы расположения нетипичных ребер в группе монотонно изменяются от ребра к ребру,- the angles of location of atypical edges in the group vary monotonically from edge to edge,
- нетипичные ребра выполнены двумя зеркально-симметричными между собой группами относительно произвольной координаты, например, продольной, с одинаково изменяющимися углами расположения в каждой.- atypical ribs are made of two groups that are mirror-symmetrical to each other with respect to an arbitrary coordinate, for example, longitudinal, with equally varying angles of arrangement in each.
- нетипичное ребро выполнено с как минимум одним ступенчато изменяющимся углом расположения в узле пересечения с другим ребром,- an atypical rib is made with at least one stepwise changing angle of location at the intersection with another rib,
- нетипичное ребро выполнено короче возможной длины в каркасе, в соответствии со своим расположением, с соединением и/или пересечением с ребрами каркаса,- the atypical rib is made shorter than the possible length in the frame, in accordance with its location, with a connection and/or intersection with the frame ribs,
- короткие нетипичные ребра расположены группой в локальной области с взаимным соединением торцами и/или пересечениями,- short atypical ribs are located in a group in a local area with mutual connection at the ends and/or intersections,
- как минимум два ребра соединены в одно с изменением угла расположения в узле соединения,- at least two edges are connected into one with a change in the angle of location at the connection node,
- ребра до и после соединения выполнены с одинаковой площадью поперечного сечения,- the ribs before and after the connection are made with the same cross-sectional area,
- нетипичное ребро выполнено с переменной по длине высотой и/или шириной,- an atypical rib is made with a variable height and/or width along the length,
- переменная высота ребра выполнена за счет изменения по длине количества составляющих его лент,- the variable height of the rib is made by changing the number of its constituent strips along the length,
- количество составляющих ребро лент монотонно уменьшается по длине ребра,- the number of tapes composing the edge monotonically decreases along the length of the edge,
- по крайней мере одна составляющая нетипичное ребро непрерывная лента переходит из одного ребра в другое с разворотом в узле их соединения или пересечения,- at least one component of an atypical edge continuous tape passes from one edge to another with a turn at the node of their connection or intersection,
- узлы пересечения ребер с развернутыми в них лентами распределены по каркасу в соответствии с требуемым изменением его локальной и/или общей жесткости,- the intersection points of the ribs with the tapes deployed in them are distributed along the frame in accordance with the required change in its local and/or overall rigidity,
- узлы пересечения ребер с развернутыми в них лентами расположены в по меньшей мере одном поперечном сечении каркаса,- the intersection points of the ribs with the tapes deployed in them are located in at least one cross section of the frame,
- в поперечном сечении шаг расположения узлов пересечения ребер с развернутыми в них лентами изменяется от сечения к сечению,- in the cross section, the spacing of the nodes of intersection of the ribs with the tapes deployed in them varies from section to section,
- составляющие ребро ленты выполнены с по меньшей мере одним поперечным просветом,- the tape rib components are made with at least one transverse clearance,
- составляющие ребро ленты выполнены с охватом по меньшей мере одного закладного элемента.- the components of the edge of the tape are made to cover at least one embedded element.
Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков не известна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».These distinctive features, each individually and collectively, are aimed at achieving the stated result and are essential. In the prior art, the set of known and distinctive features presented in the claims is not known and, therefore, the invention meets the “novelty” criterion.
Заявленный результат достигается тем, что в предлагаемой конструкции силового сетчатого каркаса панели или оболочки из слоистых композиционных материалов расположение ребер и/или их геометрия, в отличие от известных решений, частично или полностью переменны по габаритным направлениям каркаса, что обеспечивает получение переменной жесткости конструкции в необходимых направлениях и областях. Использование различных вариантов нетипичных ребер: изменение расположения ребер, использование ребер переменной ширины, высоты или длины, изменение угла расположения ребра по его длине, изменение расположения составляющих ребро лент - позволяет в каждом конкретном случае использовать наиболее оптимальное решение для получения максимальной эффективности по массе, технологичности и экономичности.The stated result is achieved by the fact that in the proposed design of a power mesh frame of a panel or shell made of layered composite materials, the location of the ribs and/or their geometry, in contrast to known solutions, are partially or completely variable along the dimensional directions of the frame, which ensures variable rigidity of the structure in the required directions and areas. The use of various options for atypical ribs: changing the location of the ribs, using ribs of variable width, height or length, changing the angle of the fin along its length, changing the location of the tapes that make up the ribs - allows in each specific case to use the most optimal solution to obtain maximum efficiency in terms of mass and manufacturability and efficiency.
Предлагаемый силовой сетчатый каркас представляет единую монолитную конструкцию, что обеспечивает высокую прочность и надежность, объединяет в одном технологическом процессе изготовление оболочки или панели переменной жесткости, что сокращает номенклатуру технологического оборудования и удешевляет производство, снижает трудоемкость изготовления и способствует повышению качества тонкостенных силовых конструкций, например фюзеляжа, крыла или оперения летательного аппарата.The proposed power mesh frame represents a single monolithic structure, which ensures high strength and reliability, combines in one technological process the production of a shell or panel of variable stiffness, which reduces the range of technological equipment and reduces the cost of production, reduces the labor intensity of manufacturing and helps improve the quality of thin-walled power structures, such as the fuselage , wing or empennage of an aircraft.
Подобная конструкция может быть использована при изготовлении корпусных обшивок в авиационной, космической, судостроительной, автомобильной отраслях, в строительстве, например в качестве панелей мостов, перекрытий сооружений и т.д.A similar design can be used in the manufacture of hull cladding in the aviation, space, shipbuilding, automotive industries, and in construction, for example, as bridge panels, building slabs, etc.
Конструкция каркаса панели или оболочки по предложенному техническому решению промышленно осуществима с использованием известных средств и методов и обеспечивает реализацию указанного назначения.The design of the panel frame or shell according to the proposed technical solution is industrially feasible using known means and methods and ensures the implementation of the specified purpose.
Изобретение поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих его, примеров реализации и прилагаемыми чертежами.The invention is illustrated by a description of specific, but not limiting, examples of implementation and the accompanying drawings.
На фиг. 1 представлен каркас панели с группой нетипичных ребер с изменяющимися углами расположения.In fig. Figure 1 shows a panel frame with a group of atypical ribs with varying angles.
На фиг. 2 представлен каркас панели с двумя группами нетипичных ребер с изменяющимися углами расположения.In fig. Figure 2 shows a panel frame with two groups of atypical ribs with varying angles.
На фиг. 3 представлено поперечное сечение панели.In fig. Figure 3 shows a cross section of the panel.
На фиг. 4 представлен силовой каркас оболочки с соединяющимися нетипичными ребрами.In fig. Figure 4 shows the load-bearing frame of the shell with connecting atypical ribs.
На фиг. 5 представлена схема силового каркаса оболочки (панели) с соединяющимися и изгибающимися нетипичными ребрами.In fig. Figure 5 shows a diagram of the load-bearing frame of the shell (panel) with connecting and bending atypical ribs.
На фиг. 6 представлена схема изменения расположения лент в узлах пересечения ребер.In fig. Figure 6 shows a diagram of changing the location of the tapes at the edge intersection nodes.
На фиг. 7 представлена схема расположения лент при соединении (объединении) ребер.In fig. Figure 7 shows a diagram of the arrangement of the tapes when connecting (combining) the ribs.
На фиг. 8 представлена схема расположения лент при соединении ребер.In fig. Figure 8 shows a diagram of the arrangement of tapes when connecting the ribs.
На фиг. 9 представлен вид ребра переменной высоты.In fig. Figure 9 shows a view of a variable height rib.
Силовой сетчатый каркас 1 панели или оболочки (фиг. 1) из слоистых композиционных материалов, состоящий из пересекающихся, выполненных за одно целое, наклонных 2, 3 и поперечных 4 ребер, образованных из повторяющихся по толщине каркаса слоев систем перекрещивающихся лент, и покрывающей их слоистой наружной обшивки, скрепленных полимерным связующим.
В каркасе как минимум одно ребро каркаса выполнено нетипичным, частично или полностью, несовпадающим с остальными ребрами своими геометрическими размерами и/или расположением, образовывая переменное и/или как минимум в одной области локально-переменное изменение текущей жесткости каркаса в одном или более направлениях.In the frame, at least one edge of the frame is made atypical, partially or completely, inconsistent with the other ribs in its geometric dimensions and/or location, forming a variable and/or in at least one area a locally variable change in the current rigidity of the frame in one or more directions.
В частном случае исполнения нетипичные ребра могут быть выполнены по крайней мере одной группой 2, с несовпадающими между собой углами расположения (углами наклона) относительно осей каркаса, но не пересекающимися между собой.In a particular case of execution, atypical ribs can be made of at least one
Углы расположения нетипичных ребер 2 в группе могут монотонно изменяться от ребра к ребру, т.е. каждое следующее ребро может быть развернуто относительно предыдущего на определенный постоянный угол - угол α.The angles of location of
В результате по длине ребра (по длине каркаса) расстояние между ребрами увеличивается и угол расположения относительно продольной координаты панели увеличивается для каждого последующего ребра. Изменение каждого из этих параметров приводит к изменению жесткости каркаса, эффект от изменения двух факторов суммируется. В данном случае изменение жесткости происходит и в поперечном направлении.As a result, along the length of the rib (along the length of the frame), the distance between the ribs increases and the angle of location relative to the longitudinal coordinate of the panel increases for each subsequent rib. Changing each of these parameters leads to a change in the rigidity of the frame; the effect of changing the two factors is summed up. In this case, the change in rigidity also occurs in the transverse direction.
Нетипичные ребра могут быть выполнены двумя зеркально-симметричными между собой группами 9 и 10 относительно произвольной координаты, например, продольной (фиг. 2). В обеих группах каждое последующее ребро развернуто относительно предыдущего на постоянный угол β. В этом случае увеличивается величина изменения жесткости, но распределение по поверхности становится симметричным относительно продольной оси, в противоположность предыдущему варианту.Atypical ribs can be made of two
Жесткость в обоих вариантах плавно изменяется по продольной и поперечной координате каркаса на всей длине и ширине каркаса.The rigidity in both options varies smoothly along the longitudinal and transverse coordinates of the frame over the entire length and width of the frame.
Силовой сетчатый каркас 1 может быть выполнен с наружной обшивкой 16 (фиг. 3) или без нее.The
Нетипичные ребра 21 могут быть выполнены с как минимум одним ступенчато изменяющимся углом расположения в узле пересечения 22 с другим ребром (фиг. 5).
В результате происходит изменение геометрических параметров каркаса, как и при развороте всего ребра, но в пределах одной ячейки, т.е. в этом случае изменяется жесткость ребра, и соответственно всего каркаса, с шагом величины ячейки.As a result, the geometric parameters of the frame change, as when the entire rib is rotated, but within one cell, i.e. in this case, the rigidity of the rib, and accordingly the entire frame, changes with a step of cell size.
Вид каркаса на фиг 5 одинаково соответствует каркасу панели и каркасу цилиндрической оболочки с представленной разверткой поверхности.The view of the frame in Fig. 5 equally corresponds to the panel frame and the frame of the cylindrical shell with the presented surface development.
В частном случае исполнения нетипичные ребра 5, 6, 8, 12, 13, 14, 15, 20 могут быть выполнены короче своей возможной длины в каркасе, в соответствии со своим расположением, с соединением и/или пересечением с ребрами каркаса, увеличивая жесткость каркаса в ограниченной области. Короткие нетипичные ребра 5 (фиг. 1), 12, 13, 14, 15 (фиг. 2) расположены группой в локальной области с взаимным соединением торцами и/или пересечениями. Ребра 5 обеспечивают усиление каркаса в области расположения отверстия (люка, окна), ребра 6 (фиг. 1) и 20 (фиг. 5) увеличивают равномерную жесткость на заданной длине каркаса, ребра 8 (фиг. 1) в виде перемычек связывают два ребра, ребра 12, 13 и 14, 15 в виде решеток увеличивают местную жесткость каркаса. При этом ребра в решетках по последним двум вариантам могут быть произвольно ориентированы между собой и каркасом и отличаться друг от друга, например формой поперечного сечения.In a particular case of execution,
Нетипичное ребро может быть выполнено с переменной по длине шириной 7 (фиг. 1), 11 (фиг. 2). При этом расширение 7 может быть выполнено за счет перехода непрерывных лент из перемычек 8 и обратно.An atypical rib can be made with a variable length width of 7 (Fig. 1), 11 (Fig. 2). In this case, the
Как минимум два ребра 17 могут соединяться (объединяться) в одно 18 с изменением угла расположения в узле соединения (фиг. 4). При этом уменьшается количество ребер и увеличивается шаг их расположения. В случае каркасов с уменьшающейся по длине шириной (длиной окружности для оболочек), увеличение шага от соединения (объединения) может нивелироваться уменьшением шага за счет уменьшения поперечного размера, что совместно с уменьшением количества ребер позволяет плавно уменьшать жесткость каркаса в соответствии с изменением метрики конструкции.At least two
При соединении двух ребер 17 площадь сечения получающегося (объединяющего) ребра 18, при условии сохранения непрерывности армирующего материала (ленты), может изменяться от суммы площадей сечений сходящихся ребер до ноля (отсутствие) объединяющего ребра за счет соответствующего распределения составляющих ребро лент.When connecting two
В частном случае исполнения часть составляющих ребро лент 29 (фиг. 7) может разворачиваться и переходить из одного сходящегося ребра в другое, а остальная часть лент 30 переходить в объединяющее ребро.In a particular case of execution, part of the
Варьируя количеством лент 29 и 30 можно выполнять сходящиеся и объединяющие ребра 28 различного сечения и жесткости.By varying the number of
В виде варианта исполнения могут объединяться (разветвляться) поперечные ребра 19 образовывая более частую решетку в ограниченной поперечной (окружной) зоне каркаса.As an embodiment,
Изменение угла расположения может быть самостоятельным решением для всего ребра 21 или использоваться для отдельных лент 25, 26 при изменении параметра ребер 23, лент 29 для ребер 28, лент 32, 33 для ребер 31.Changing the angle of location can be an independent solution for the
В частном случае исполнения по крайней мере одна составляющая нетипичное ребро 23 непрерывная лента 25 или 26 (фиг. 6), 32 или 33 (фиг. 8) может переходить из одного ребра в другое с разворотом в узле их соединения или пересечения.In a particular case of execution, at least one component of the
При развороте по варианту лент 25 и 26 высота ребра 23 за узлом пересечения, а соответственно и жесткость, уменьшается.When turning according to the version of
Узлы пересечения ребер с развернутыми в них лентами 25 или 26 могут быть расположены в по меньшей мере одном поперечном сечении каркаса, что приводит к уменьшению жесткости каркаса за сечением. Узлы с развернутыми в них лентами от сечения к сечению и даже в одном сечении могут располагаться с разным (переменным) шагом, например как ленты 25 и 26, что дает дополнительную возможность изменения жесткости каркаса в продольном и поперечном направлениях. Изменяя соотношение количества развернутых лент 25, 26 и оставшихся 24 можно изменять жесткость ребер, и соответственно каркаса, по необходимому закону.The intersection points of the ribs with the
Поперечных сечений с развернутыми в них лентами 25 и/или 26 может быть несколько по длине каркаса и шаг расположения узлов с развернутыми лентами в каждом из них может отличаться от остальных сечений.There may be several cross sections with
Узлы пересечения ребер с развернутыми в них лентами 25, 26 могут быть распределены по каркасу в соответствии с требуемым изменением его локальной и/или общей жесткости.The intersection nodes of the ribs with the
В другом варианте частного случая исполнения составляющие ребер ленты 32, 33 могут быть развернуты по направлению поперечного ребра в узлах их соединения. Высота соединяемых ребер 31 определяется количеством составляющих их лент 32, 33, 34 и может меняться путем изменения их соотношения.In another variant of a particular case of execution, the components of the edges of the
Изменяя расположение лент в узлах пересечений и соединений можно изменять жесткость каркаса по любому произвольному закону, располагая непрерывные ленты по необходимой кривой 27 (фиг. 5). При этом ленты с перегибами могут располагаться на существующих лентах каркаса (поверх существующего ребра) или чередоваться с последними, увеличивая локальную высоту ребер, могут располагаться рядом с существующими ребрами увеличивая их локальную ширину или может быть использована комбинация из двух указанных вариантов.By changing the location of the tapes at the nodes of intersections and connections, you can change the rigidity of the frame according to any arbitrary law, placing continuous tapes along the required curve 27 (Fig. 5). In this case, tapes with bends can be located on existing frame tapes (on top of an existing rib) or alternate with the latter, increasing the local height of the ribs, can be located next to existing ribs, increasing their local width, or a combination of the two indicated options can be used.
Изменение направления расположения и переход отдельных лент из одного ребра в другое обеспечивает надежное скрепление элементов каркаса, обеспечивая его монолитность. С использованием таких переходов все элементы становятся механически равными в системе пересекающихся и соединяющихся ребер.Changing the direction of arrangement and the transition of individual strips from one rib to another ensures reliable fastening of the frame elements, ensuring its solidity. With the use of such transitions, all elements become mechanically equal in a system of intersecting and connecting ribs.
В частном случае исполнения нетипичное ребро 35 (фиг. 9) может быть выполнено с переменной по длине высотой за счет изменения по длине количества составляющих его лент 36. Ребро может быть выполнено плавно уменьшающейся жесткости за счет монотонного уменьшения количества составляющих ребро лент по длине ребра.In a particular case of execution, an atypical rib 35 (Fig. 9) can be made with a variable height along the length by changing the number of
Составляющие ребро 35 ленты 36 могут быть выполнены с по меньшей мере одним поперечным просветом 37, который позволяет повысить изгибную жесткость ребра за счет увеличения высоты, при сохранении массы.The
Составляющие ребро 35 ленты 36 могут быть выполнены с охватом по меньшей мере одного закладного элемента 38. Закрепление закладного элемента в нескольких рядом расположенных ребрах позволяет повысить локальную жесткость каркаса. Одновременно такой закладной элемент может быть использован для крепления к каркасу необходимых частей общей конструкции.The
Заявляемое техническое решение позволяет создавать сетчатые каркасы с любым распределением жесткости за счет использования ребер с переменными геометрией (ширины, высоты, длины, кривизны в плане), углом и шагом расположения, количеством и направлениями расположения составляющих ребра непрерывных лент.The claimed technical solution makes it possible to create mesh frames with any distribution of rigidity through the use of ribs with variable geometry (width, height, length, curvature in plan), angle and pitch of arrangement, number and directions of arrangement of the continuous strips that make up the ribs.
Экспериментальная проверка, проводимая на серийном предприятии с использованием промышленного оборудования, подтвердила высокую прочность, надежность и эксплуатационную эффективность предложенных вариантов силового сетчатого каркаса.An experimental test carried out at a serial enterprise using industrial equipment confirmed the high strength, reliability and operational efficiency of the proposed options for the load-bearing mesh frame.
Claims (18)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2807801C1 true RU2807801C1 (en) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5200251A (en) * | 1991-06-20 | 1993-04-06 | General Dynamics Corporation, Space Systems Division | Filament wound composite structure, its tooling and method of manufacture |
RU2099194C1 (en) * | 1995-12-01 | 1997-12-20 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок" Акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Carrying pipe-shell in the form of body of revolution made of composite materials, method and mandrel for its manufacture |
RU2103200C1 (en) * | 1996-10-29 | 1998-01-27 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок" Акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Load-bearing pipe-envelope made from composite material |
RU2153419C1 (en) * | 1999-03-10 | 2000-07-27 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Screen shell of revolution (versions) |
RU2434748C2 (en) * | 2009-12-22 | 2011-11-27 | Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" | Tubular shell from composite material |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5200251A (en) * | 1991-06-20 | 1993-04-06 | General Dynamics Corporation, Space Systems Division | Filament wound composite structure, its tooling and method of manufacture |
RU2099194C1 (en) * | 1995-12-01 | 1997-12-20 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок" Акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Carrying pipe-shell in the form of body of revolution made of composite materials, method and mandrel for its manufacture |
RU2103200C1 (en) * | 1996-10-29 | 1998-01-27 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок" Акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Load-bearing pipe-envelope made from composite material |
RU2153419C1 (en) * | 1999-03-10 | 2000-07-27 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Screen shell of revolution (versions) |
RU2434748C2 (en) * | 2009-12-22 | 2011-11-27 | Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" | Tubular shell from composite material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7086574B2 (en) | Components including parts with honeycomb structure | |
RU2693141C2 (en) | Panel design and corresponding method | |
US4092453A (en) | Lightweight structural part formed of carbon fiber-reinforced plastic | |
US6064352A (en) | Composite isogrid structures for parabolic surfaces | |
EP3106383B1 (en) | Fractal stiffening | |
US4811540A (en) | Fiber reinforced shell structure of synthetic material | |
RU2564476C2 (en) | Aircraft fuselage made of composite and method of its fabrication | |
CA2828497C (en) | Rod winding structure in composite design | |
RU2645500C1 (en) | Structure of composite material and containing it aircraft wing and fuselage of aircraft, method of manufacturing structures composite material | |
CA2763113C (en) | Structural component and production method for a structural component | |
US20210046725A1 (en) | Core material for composite structures | |
CN110816807B (en) | Elongated structure, structure assembly with elongated structure, and method of supporting a load of a structure | |
US9592900B2 (en) | Method for the production of a connecting element, connecting element, and aircraft or spacecraft | |
CN102372084A (en) | Method for realization of an aircraft structure and resulting structure | |
JP5319538B2 (en) | Wing panel structure | |
RU2628416C1 (en) | Wing and fin panel or operation of air vehicle from layer composite materials | |
RU2807801C1 (en) | Power mesh frame of a panel or shell made of laminated composite materials | |
US6068902A (en) | Composite shell shaped as a body of revolution, and panel connection joint | |
US3647318A (en) | Hollow blade for propellers and method of making it | |
RU2116934C1 (en) | Rib made from composite materials (versions) and device for manufacture of its flat fin-cellular structure | |
JP2019038517A (en) | Co-cured spar and stringer center wing box | |
RU2434748C2 (en) | Tubular shell from composite material | |
RU77842U1 (en) | BEAM FLOOR BEAM FROM POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS | |
US10450052B2 (en) | Sandwich structure | |
RU2288842C2 (en) | Method of manufacture of the volumetric structure made out of the composite materials and the volumetric structure produced by this method |