Крыло беспилотного летательного аппарата из композиционного материала

Полезная модель относится к области авиации, а именно к устройствам беспилотных летательных аппаратов, и может быть использована при проектировании и изготовлении обтекаемых конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов, в частности, крыльев и крыльевых устройств.
Эффективность обтекаемых конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов при различных видах нагружения в значительной степени определяется геометрическими и механическими характеристиками применяемого силового набора, и естественным является поиск новых конструкционных решений силовых наборов.
Известна «Конструкция крыла летательного аппарата», содержащая заполненную сотовым заполнителем силовую раму, выполненную из передней и задней боковин, концевого обтекателя, корневого элемента и панелей верхней и нижней поверхностей крыла с уменьшающейся от корневого элемента толщиной. Панели верхней и нижней поверхностей крыла выполнены из пакета слоев ткани с перекрытием зоны узла крепления корневого элемента максимальным количеством слоев. Определяющие разнотолщинность поверхностей крыла слои в плане выполнены в форме подобных треугольников с увеличением размеров каждого последующего и расположением его боковых сторон параллельно кромкам боковин крыла (RU 2333865 C1, В64С 3/26, 16.11.2006).
Недостатком указанной конструкции является то, что наличие расположенных на наружных поверхностях крыла усиливающих слоев, снижающих аэродинамическое качество крыла, приводит к увеличению веса конструкции.
Известна «Конструкция крыла летательного аппарата из полимерных композитных материалов», включающая крыло летательного аппарата, состоящее из обшивки, и расположенные вдоль размаха крыла лонжероны и ребра жесткости - внутренние нервюры из стекло-, и углеткани. Обшивка содержит верхнюю и нижнюю оболочки и состоит из наружных слоев на основе стекло-, углеткани и внутреннего между ними слоя из пенопластового заполнителя. В средней вдоль профиля части крыла соединение верхней и нижней оболочек выполнено с помощью лонжеронов через парные приформовочные угольники, изготовленные из углеткани со связующим и предварительно установленные через клеевую пленку на внутренние поверхности верхней и нижней оболочек обшивки, соединение которых с лонжеронами, введенными между ними, осуществлено также посредством клеевой пленки. (RU 2531114 С2, В64С 3/26, В64С 3/20)
Недостатком указанной конструкции является недостаточная жесткость крыла, в связи с чем увеличивают количество силовых слоев в обшивках и лонжеронах, что приводит к значительному увеличению массы конструкции.
Наиболее близким по технической сущности взятым в качестве прототипа является «Ферменная нервюра крыла с композиционными стойками», содержащий верхний металлический пояс нервюры, нижний металлический пояс нервюры и стойки нервюры, соединенные с верхними и нижним металлическими поясами нервюры. Стойки нервюры выполнены полыми из композиционного материала. Каждая из стоек нервюры имеет с обоих концов металлические законцовки, соединенные с полыми стойками нервюры посредством игольчатого соединения, представляющего собой массив игольчатых выступов на поверхности металлической законцовки, вставленной в конец полой стойки нервюры. Металлические законцовки заформованы в концы полых стоек нервюры. Каждая металлическая законцовка нервюры снабжена компенсатором, выполненным с возможностью вворачивания в металлическую законцовку. На конце компенсатора выполнена проушина с завальцованным в нее сферическим подшипником с отверстием для болтового соединения с соответствующим одним из верхнего металлического пояса нервюры или нижнего металлического пояса нервюры, обеспечивающая связь переднего и заднего металлических лонжеронов. (RU 2661661 С, В64/С 3/18, Е04С 3/29, Е04В 1/58 опубл. 18.07.2018 г.).
Недостатком известного технического решения является большой вес конструкции за счет имеющегося переднего и заднего сплошных лонжеронов по всей длине крыла, а также верхнего и нижнего металлических поясов нервюры, металлических законцовок стоек, причем большое количество стоек, соединяющих верхний и нижний пояс нервюры также усложняют конструкцию и увеличивают ее вес, что приводит в целом к усложнению конструкции и увеличению ее веса.
Решаемой задачей полезной модели является снижение веса конструкции за счет уменьшения количества конструктивных элементов в крыле, то есть упрощение конструкции и повышение прочностных характеристик за счет увеличения жесткости конструкции путем расположения стержневых зигзагообразных профилей по всему внутреннему объему пространства крыла, тем самым образовывая аэродинамический профиль из ферменного заполнителя.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение веса конструкции с одновременным повышением прочностных характеристик путем упрощения конструкции и повышения ее жесткости.
Технический результат достигается тем, что крыло беспилотного летательного аппарата из композиционного материала, представляющее собой объемный аэродинамический профиль из материала углепластика, состоящий из силового набора поперечных элементов - нервюр и продольных элементов - лонжеронов, стрингеров, обшивки, согласно которому, объемный аэродинамический профиль выполнен из ферменного заполнителя, состоящего из продольных и поперечных элементов силового набора, причем продольные и поперечные элементы выполнены из стержней зигзагообразного профиля и расположены по всему объему внутренней поверхности аэродинамического профиля, для равномерного распределения нагрузки по всей его поверхности и повышения ее жесткости, на вершинах зигзагообразного профиля продольных и поперечных стержней силового набора расположены штыри, которые направлены по нормали к обшивке, при этом в обшивках выполнены отверстия по всей наружной поверхности профиля под штыри продольных и поперечных стержневых элементов силового набора, стрингеров, на концах двух продольных стержневых элементов -лонжеронов выполнены стыковочные кронштейны с отверстиями для соединения крыла с фюзеляжем.
Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи:
на фиг. 1 - представлено крыло беспилотного летательного аппарата из композиционного материала;
на фиг. 2 - нервюра в виде загзагообразных стержней;
на фиг. 3 - лонжерон в виде загзагообразных стержней;
на фиг. 4 - стрингер с пазами и штырями, где:
1 - поперечный набор нервюр из стержней;
2 - продольный набор лонжеронов из стержней;
3 - стрингеры;
4 - кронштейн-узел стыковки крыла с фюзеляжем;
5 - обшивка;
6 - отверстия под штыри в обшивке;
7 - штыри на нервюре;
8 - штыри на лонжероне;
9 - штыри на стрингерах;
10 - пазы в нервюрах;
11 - пазы в лонжеронах;
12 - пазы в стрингерах.
Новизной заявляемой полезной модели является снижение веса конструкции беспилотного летательного аппарата с одновременным увеличением прочностных характеристик крыла беспилотного летательного аппарата за счет выполнения по всему объему внутренней поверхности аэродинамического профиля крыла из ферменного заполнителя, состоящего из обшивки с отверстиями по всей поверхности профиля под штыри продольных и поперечных элементов силового набора, причем силовой набор элементов расположен по всей поверхности аэродинамического профиля из продольных и поперечных элементов и выполнен из стержней зигзагообразного профиля по всей поверхности, что обеспечивает распределение равномерной нагрузки и крутящие моменты, возникающие в полете, по всей поверхности крыла и упрощение конструкции с одновременным повышением жесткости конструкции в целом путем соединения продольных и поперечных стержневых элементов с помощью отверстий в обшивке и штырей расположенных в вершинах их соединений, что и повышает эффективность выполнения крыла с силовым набором в виде ферменного заполнителя в плане снижения веса конструкции и повышения прочностных характеристик крыла. Помимо этого, зигзагообразные стержневые элементы являются узлами стыковки крыла с фюзеляжем, что в свою очередь минимизирует использование различных промежуточных крепежных элементов, а это также позволяет снизить весовые характеристики конструкции.
Конструкция крыла беспилотного летательного аппарат из композиционного материала, представляющая собой объемный аэродинамический профиль, из материала углепластика, состоящий из поперечных - нервюр и продольных - лонжеронов элементов силового набора и обшивки 5 (фиг. 1), соединенной с продольным набором стержней- лонжеронами 2 (фиг. 1), причем стрингеры 3 (фиг. 1) соединяют нервюры, придавая им объемную форму профиля крыла. Два поперечных набора стержней(лонжеронов) имеют кронштейны с отверстиями -узлы стыковки 4 (фиг. 1), предназначенные для соединения крыла к фюзеляжу. Крыло выполнено из ферменного заполнителя, состоящего из совокупности: поперечных, продольных стержневых элементы силового набора, а также стрингеров, соединяющих нервюры между собой, образуя объемную форму (аэродинамический профиль) крыла фиг. 1, на которую накладывают обшивку 5 (фиг. 1) с отверстиями под штыри 6 (фиг. 1), при этом штыри выполнены на вершинах продольных зигзагообразных стержневых элементов-нервюр 7 (фиг. 2), поперечных стержневых элементов - лонжеронов 8 (фиг. 3) и стрингеров 9 (фиг. 4).
Производство конструкции ферменного заполнителя:
Сборку конструкции производят следующим образом: Силовой набор выполнен из поперечных зигзагообразных стержневых элементов -нервюр 1 (фиг. 1), которые соединяют с продольными зигзагообразными стержневыми элементами-лонжеронами 2 (фиг. 1), так чтобы вершины поперечных зигзагообразных стержневых нервюр, на которых расположены пазы 10 (фиг. 3) вошли в пазы 11 продольных зигзагообразных стержневых элементов-лонжеронов (фиг. 3), пазы в нижней части нервюр 10 (фиг. 2) соединены с пазами стрингеров 12 (фиг. 5), на концах поперечных зигзагообразных стержневых элементов -нервюр выполнены штыри 7 (фиг. 2), продольные зигзагообразные стержневые элементы- лонжероны имеют кронштейны 4 с отверстиями (фиг. 1) для соединения крыла с фюзеляжем, полученную конструкцию соединяют с обшивкой 5 (фиг. 3), так что штыри 8 (фиг. 3) в продольных зигзагообразных стержневых элементах - лонжеронах и штыри 9 (фиг. 4) стрингеров, были соединены с отверстиями 6 (фиг. 1) обшивки 5.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, заявляемая конструкция крыла беспилотного летательного аппарата из композиционного материала позволяет уменьшить вес конструкции беспилотного летательного аппарата с одновременным увеличением прочностных характеристик крыла беспилотного летательного аппарата за счет выполнения по всему объему внутренней поверхности аэродинамического профиля крыла ферменного заполнителя, состоящего из обшивки с отверстиями по всей поверхности профиля под штыри продольных и поперечных элементов силового набора, причем силовой набор элементов расположен по всей поверхности аэродинамического профиля из продольных и поперечных элементов и выполнен из стержней зигзагообразного профиля по всей поверхности, что обеспечивает распределение равномерной нагрузки и крутящие моменты, возникающие в полете, по всей поверхности крыла и упрощение конструкции с одновременным повышением жесткости конструкции в целом путем соединения продольных и поперечных стержневых элементов с помощью отверстий в обшивке и штырей расположенных в вершинах их соединений, что и повышает эффективность выполнения крыла с силовым набором в виде ферменного заполнителя в плане снижения веса конструкции и повышения прочностных характеристик крыла. Помимо этого, зигзагообразные стержневые элементы являются узлами стыковки крыла с фюзеляжем, что в свою очередь минимизирует использование различных промежуточных крепежных элементов, а это также позволяет снизить весовые характеристики конструкции.