конструктивный компонент и способ призводства конструктивного компонента

Формула изобретения

1. Конструктивный компонент (102) для воздушного или космического ЛА, включающий:

сердцевину компонента (408), проходящую по области компонента;

первый (401) и второй (402) наружные листы, которые выполнены проходящими по области компонента на двух противоположных граничных поверхностях сердцевины компонента (408);

усиливающую ленту (106), которая сформирована посредством вставки (300, 302) в сердцевине (408) компонента, причем вставка проходит по пути усиления (104) между наружными листами (401, 402), и причем упомянутый путь усиления проходит в сущности параллельно области компонента и включает сердцевину (302) вставки и трубчатую волокнистую оплетку (300), окружающую сердцевину (302) вставки; и

некоторое количество сжатых элементов (403, 500, 502), распределенных по области компонента, причем сжатые элементы соединяют первый (401) и второй (402) наружные листы друг с другом через сердцевину (408) компонента, причем по меньшей мере один из этих сжатых элементов (500, 502) проходит по меньшей мере в один наружный лист (401, 402), сердцевину вставки (302) и трубчатую волокнистую оплетку (300).

2. Конструктивный компонент (102) по п.1, отличающийся тем, что сердцевина компонента (408) и/или сердцевина (302) вставки включает вспененный материал.

3. Конструктивный компонент (102) по п.1, отличающийся тем, что каждый из сжатых элементов (403) включает пучок волокон, пропитанный смолой.

4. Конструктивный компонент (102) по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один сжатый элемент (500, 502) проходит по диагонали в область компонента.

5. Конструктивный компонент (102) по п.1, отличающийся тем, что наружные листы (401, 402), трубчатая волокнистая оплетка (300) и сжатые элементы (403, 500, 502) вместе пропитаны смолой.

6. Конструктивный компонент (102) по п.1, отличающийся тем, что область компонента имеет кривизну по меньшей мере в одном направлении кривизны (204), причем усиливающая лента (106) проходит спиралевидно по диагонали в этом направлении кривизны (204).

7. Конструктивный компонент (102) по п.1, отличающийся первой (106) и второй (106') усиливающими лентами, которые проходят, пересекая одна другую под некоторым углом ( ).

8. Конструктивный компонент (102) по п.1, отличающийся тем, что усиливающая лента (106) проходит в первой (211) и третьей (213) частях в сущности в направлении пути усиления (104) и включает разрез (200) на две кольцевидно соединенных ветви во второй части (212), расположенной между первой (211) и третьей (213) частями.

9. Обшивка фюзеляжа (206) для воздушного или космического ЛА, включающая конструктивный компонент по п.1.

10. Воздушный или космический ЛА, включающий обшивку фюзеляжа (206) по п.10 или конструктивный компонент (102) по п.1.

11. Способ производства конструктивного компонента (102) для воздушного или космического ЛА, включающий следующие этапы:

подготовка сердцевины компонента (408), которая проходит по области компонента;

расположение первого (401) и второго (402) наружных листов на двух противоположных граничных поверхностях сердцевины компонента (408), причем наружные листы проходят по области компонента;

введение усиливающей ленты (106), которая сформирована вставкой (300, 302) в сердцевину (408) компонента, причем вставка проходит вдоль пути усиления (104) между наружными листами (401, 402), и включает сердцевину (302) вставки и трубчатую волокнистую оплетку (300), окружающую сердцевину (302) вставки, причем сердцевина (408) компонента и сердцевина (302) вставки включают вспененный материал; и

формирование некоторого количества сжатых элементов (403, 500, 502), распределенных по области компонента, причем сжатые элементы соединяют первый (401) и второй (402) наружные листы один с другим через сердцевину (408) компонента таким образом, что по меньшей мере один из сжатых элементов (500, 502) проходит в по меньшей мере один наружный лист (401, 402), сердцевину (302) вставки и трубчатую волокнистую оплетку (300).

12. Способ по п.11, отличающийся пропиткой смолой одновременно наружных листов (401, 402), трубчатой волокнистой оплетки (302) и сжатых элементов (403, 500, 502).

13. Способ по п.11 или 12, отличающийся этапом по меньшей мере частичного удаления вспененного материала.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к конструктивному компоненту для воздушного или космического ЛА и к способу производства конструктивного компонента этого типа. Изобретение кроме того относится к воздушному или космическому ЛА, включающему конструктивный компонент этого типа.

Хотя оно и применимо к любым конструктивным компонентам, настоящее изобретение и техническая задача, на которой оно основано, будут объяснены более подробно со ссылкой на панели обшивки фюзеляжа серийного ЛА.

В документе ЕР 1134069 раскрыто производство конструктивных компонентов для самолета в двухслойной конструкции с использованием слоистых компонентов, которые включают центральный слой из пены. Конструктивные компоненты этого типа, в частности при изготовлении из армированных волокном пластиков, дают большое преимущество по массе в сравнении с конструктивными компонентами, изготовленными из традиционных материалов, таких как алюминий. Однако, производство и работа с конструктивными компонентами этого типа в двухслойной конструкции для сборки более крупных конструкций, например, воздушного или космического ЛА, чрезвычайно трудоемкие и требуют больших расходов. Кроме того, повреждение, полученное при сборке, очень дорогое в ремонте.

Поэтому цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы достигнуть надежного и экономичного применения двухслойных конструктивных компонентов.

Согласно изобретению, эта цель достигнута конструктивным компонентом, имеющим признаки по п.1 или способом производства, имеющим признаки по п.13 формулы изобретения.

Идея, на которой основано настоящее изобретение, заключается в усилении конструктивного компонента, который расположен плоско над областью компонента и который включает два листа оболочки, соединенные заключенной между ними сердцевиной, так что между двумя наружными листами образована усиливающая лента, вытянутая по пути усиления между наружными листами, причем такой путь проходит в сущности параллельно области компонента. Поскольку усиливающая лента как сердцевина проходит внутри между наружными листами, она может быть выполнена способами, используемыми в производстве многослойного компонента, что дает большие преимущества по стоимости в сравнении со сборкой с использованием традиционных усиливающих элементов, таких как стрингеры и шпангоуты. Поскольку усиливающая лента проходит внутри наружных листов, она, кроме того, защищена между ними от повреждения.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, сердцевина компонента включает вспененный материал. Это дает возможность экономичного производства конструктивного компонента, поскольку сжатые элементы во вспененном материале выполнены как временно поддерживающие вспомогательный материал и соединены с наружными листами, причем вспененный материал может просто и экономично оставаться в сердцевине компонента из-за его легкости. Альтернативно, пена может быть удалена, чтобы получить еще более меньшую массу.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, каждый сжатый элемент включает пучок волокон, пропитанный смолой. Это позволяет производить конструктивный компонент экономично, поскольку сжатые элементы, например, выполнены в вспененном материале путем использования простого способа сшивания и пропитаны смолой через полученные сквозные отверстия.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, усиливающая лента сформирована областью с повышенной плотностью сжатых элементов в сердцевине компонента. Это позволяет намного снизить производственные издержки, поскольку усиливающая лента может быть изготовлена с использованием способов и устройств, уже используемых для введения сжатых элементов. Кроме того, сжатые элементы могут быть введены почти без геометрических ограничений на направление усиливающей ленты.

Согласно одному альтернативному предпочтительному варианту осуществления, усиливающую ленту формирует вставка, которая проходит по пути усиления в сердцевине компонента. Таким образом может быть достигнут высокий уровень стабильности. Кроме того, стало возможным стабильное соединение наружных листов друг с другом, которые примыкают друг к другу вдоль вставки. Предпочтительно вставка включает трубчатую волокнистую оплетку, которая окружает сердцевину вставки, и такая конструкция является особенно стабильной и имеет небольшую собственную массу.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, по меньшей мере один сжатый элемент проходит в сердцевину компонента и сердцевину вставки. Таким образом вставку соединяют особенно жестко. Сжатый элемент предпочтительно проходит диагонально к области компонента, так как его таким образом легко вставить снаружи. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, область компонента имеет кривизну по меньшей мере в одном направлении в пространстве, причем усиливающая лента проходит винтообразно по диагонали в направлении кривизны. Таким образом можно выгодно усилить компонент против крутильных колебаний по оси кривизны.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, предусмотрены первая и вторая усиливающие ленты, которые проходят, пересекаясь друг с другом под некоторым углом. Таким образом можно выгодно усилить компонент против деформации в случае его нагружения в разных направлениях.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, усиливающая лента проходит в первой и третьей частях в сущности в соответствующем направлении и имеет разрез на две соединенных кольцеобразно ветви в части, расположенной между первой и третьей частями. Таким образом усиливающую ленту можно направлять вокруг плоских вырезов в конструктивном компоненте, например, вырезов окон, без существенной потере стабильности.

Ниже изобретение описано более подробно на основании вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей.

На фигурах чертежей:

Фиг.1 - вид в разрезе примера конструктивного компонента согласно одному варианту осуществления;

Фиг.2 - вид сбоку цилиндрической секции фюзеляжа ЛА, включающей конструктивный компонент согласно одному варианту осуществления;

Фиг.3 - схематический вид в разрезе конструктивного компонента, включающего облицовку, согласно одному варианту осуществления;

Фиг.4 - представление способа производства согласно одному варианту осуществления конструктивного компонента, показанного на Фиг.3;

Фиг.5 - схематический вид в разрезе конструктивного компонента, включающего вставку, согласно еще одному варианту осуществления;

Фиг.6 - схематический вид в разрезе конструктивного компонента, включающего отверстие окна, согласно одному варианту осуществления; и

Фиг.7 - схематический вид в разрезе конструктивного компонента, включающего отверстие двери, согласно одному варианту осуществления.

Одинаковые ссылочные номера на чертежах обозначают одинаковые или функционально идентичные компоненты, если не указано иное.

На Фиг.1 показан вид в разрезе конструктивного компонента 102, включающего сердцевину 408 компонента, которая выполнена из вспененного материала и расположена плоско по области слоистого компонента, причем на противоположных, в сущности параллельных сторонах сердцевины компонента выполнены первая 401 и вторая 402 облицовки из волокнистого материала. Область компонента проходит параллельно облицовкам 401, 402 и перпендикулярна плоскости проекции на Фиг.1. Между первой 401 и второй 402 облицовками сжатые элементы 403, изготовленные из пучков волокон, проходят через сердцевину 408 компонента, причем концы 406 сжатых элементов лежат на облицовках 401, 402. Облицовки 401, 402 и сжатые элементы 403 заполнены общей полимерной матрицей.

Сжатые элементы 403 распределены по всей области конструктивного компонента 102 с в сущности постоянной минимальной плотностью размещения. Кроме того, плотность размещения сжатых элементов 403 увеличивается до уровня выше минимальной вдоль удлиненной области усиливающей ленты 106, которая проходит вдоль пути усиления 104 между наружными листами, причем путь 104 проходит в сущности параллельно области компонента. Конструктивный компонент 102 таким образом имеет повышенную жесткость в области усиливающей ленты 106.

На Фиг.2 показан вид сбоку цилиндрической секции фюзеляжа 206 летательного аппарата. Геометрия цилиндрической секции фюзеляжа разделена в продольном направлении, причем верхняя половина цилиндрической секции фюзеляжа образована конструктивным компонентом 102, имеющим двухслойную конструкцию, как показано на Фиг.1. Этот конструктивный компонент 102 выполнен цельным, например, с использованием формы, имеющей внутреннюю поверхность, чтобы обеспечить наружные допуски. Нижняя половина 202 цилиндрической секции фюзеляжа может, например, быть выполнена таким же образом с использованием металла или другого материала.

В конструктивном компоненте 102 усиливающие ленты 106, 106', 106 , 106''', сформированные повышенной плотностью размещения сжатых элементов 403, проходят в продольном направлении 203 летательного аппарата и в направлениях, которые проходят по косой к продольному направлению летательного аппарата и к направлению кривизны 204 в сущности цилиндрически изогнутого конструктивного компонента 102 и которые обходят спиралевидно по диагонали вокруг цилиндрической секции фюзеляжа 206. В данном случае проходящие по диагонали усиливающие ленты 106, 106' пересекаются под углом а приблизительно 90°.

В цилиндрической секции фюзеляжа 206 выполнен ряд отверстий для окон 208, которые окружены кольцевьми усилениями 200. Кольцевые усиления 200 включены в путь усиливающих лент 106, 106', 106 , 106''' так что, например, первая часть 211 усиливающей ленты 106 проходит в направлении диагонального пути усиления 104 до примыкания к кольцевому усилению 200 вокруг отверстия для окна 208. В второй части 212 в области отверстия для окна кольцевое усиление 200 выполняет функцию усиливающей ленты, которая здесь разделена на две кольцевидно соединенные ветви. На противоположной стороне кольцевого усиления 200 эти ветви встречаются, и путь усиливающей ленты продолжается в третьей части 213 в направлении пути усиления 104.

Показанная конструкция усиления является только примером и может быть полностью отрегулирована для локальных нагрузок (ввод нагрузок, вырезы). Геометрические изменения в пене (изменения в толщине, кривизне, подъемах) также могут быть включены в конструкцию усиления.

На Фиг.3 показан схематический вид в разрезе еще одного конструктивного компонента 102, который собран из первой половины 311 компонента, включающей вспененную сердцевину 408 и наружные листы 401, 402, и второй половины 312 компонента, включающей вспененную сердцевину 408' и наружные листы 401,402, по линии соединения, которая проходит в центре Фиг.3 перпендикулярно плоскости проекции. Вдоль линии соединения введена вставка 302, 300 между наружными листами 401, 401' и 402, 402', причем вставка включает сердцевину 302 вставки, изготовленную из вспененного материала, и оболочку 300, изготовленную из трубчатой волокнистой оплетки. Оболочка 300, например, пропитана смолой вместе с наружными листами 401, 401', 402, 402' и сжатыми элементами 403. Вставка функционирует как усиливающая лента 106 посредством этой оболочки.

На Фиг.4 схематически показан один возможный способ производства конструктивного компонента с Фиг.3, причем часть соответственной сердцевины 408, 408' удалена из двух половин 311, 312 компонента, и вместо нее введена вставка 300, 302. Встраивание вставки может быть далее усилено путем введения дополнительных сжатых элементов 500, 502, которые проходят в наружные листы 401, 401', 402, 402' и оболочку 300 вставки 300, 302.

На Фиг.6 показан схематический вид в разрезе конструктивного компонента 102, включающего отверстие для окна 600, причем лента усиления, состоящая из трех частей 211, 212, 213, как сказано со ссылкой на Фиг.2, проходит по отверстию для окна. Кольцевая вставка 200, например, выполнена таким же образом, что и вставка 300, 302 на Фиг.3. На Фиг.7 показан схематический вид в разрезе конструктивного компонента 102, включающего отверстие для двери 704. В качестве дополнительного усиления опоры 700 и, кроме того, облицовка 702 установлены на внутреннюю поверхность фюзеляжа летательного аппарата.

Хотя настоящее изобретение было описано выше на основе предпочтительных вариантов осуществления, оно ими не ограничено, и может быть модифицировано многими различными способами.

Например, другие конструктивные компоненты летательного аппарата, такие как несущие аэродинамические поверхности или хвостовые устройства, могут быть выполнены так, как сказано выше.

Перечень ссылочных номеров

102	Конструктивный компонент
104	Путь усиления
106	Усиливающая лента
200	Кольцевидная конструкция
202	Нижняя половина цилиндрической секции
203	Продольное направление летательного аппарата
204	Направление кривизны
206	Цилиндрическая секция фюзеляжа
211-213	Части ленты
300	Трубчатая оплетка
302	Сердцевина вставки
311, 312	Половины компонента
401, 402	Облицовка
403	Сжатый элемент
406	Анкерное крепление
408	Сердцевина компонента
500, 502	Дополнительные сжатые элементы
600	Окно
500	Вертикальный сжатый элемент
502	Диагональный сжатый элемент
700	Опора
702	Другая облицовка
704	Дверь