Кессон отъемной части крыла
CAISSON OF WING DETACHABLE PART

Изобретение относится к аэродинамическим поверхностям из полимерных композиционных материалов крыльев большого удлинения, крыльевых устройств и оперения и может применяться в области авиастроения.
В настоящее время конструкции из полимерных композиционных материалов находят все более широкое применение в различных отраслях техники: авиации, космической и ядерной технике, судостроении, автомобилестроении, промышленном строительстве и др. Полимерные композиционные материалы обладают высокими удельными физико-химическими характеристиками и рядом свойств, благодаря которым успешно конкурируют с традиционными металлическими материалами.
Наиболее значительные достижения по использованию полимерных композиционных материалов получены в авиационной и космической технике, в которых требуются конструкции, обладающие минимальной массой при заданной нагрузке.
Известен кессон крыла летательного аппарата, изготовленный из полимерного композиционного материала и содержащий наружный жесткий силовой объемный каркас, образованный передним и задним лонжеронами и нервюрами, и внешнюю обшивку, образующую аэродинамический контур и закрепленную на наружной поверхности каркаса. При этом кессон содержит внутренний объемный силовой каркас, набранный из отдельных, поперечно расположенных относительно лонжеронов, сетчатых силовых блоков, заполняющих пространство внутри наружного каркаса и закрепленных на лонжеронах (Патент РФ №2549043, МПК В64С 3/18, В64С 3/22, B64F 5/00, опубл. 20.04.2015).
Известен кессон крыла из композиционного материала, включающий верхнюю и нижнюю стрингерные панели, передний и задний лонжероны и нервюры, делящие внутреннее пространство кессона на отсеки. Стрингеры размещены с внешней стороны обшивки, имеют П-образное сечение с вынесенной наружу полкой и установлены с изоляционным зазором, выполненным с возможностью предотвращения передачи деформаций между стрингерами; снаружи по полкам стрингеры покрыты слоем композиционного материала, образующим дополнительную тонкостенную внешнюю обшивку; при этом стрингеры выполнены сборными из полок и стенок, последние из которых в свою очередь состоят из отдельных тонкостенных стоек, выполненных с возможностью потери устойчивости от действия поперечных нагрузок, возникающих при опасных для конструкции ударах, и с возможностью их демонтажа через зазоры между полками стрингеров (Патент РФ №2532255, МПК В64С 3/18, В64С 3/26, опубл. 10.11.2014).
Наиболее близким к предлагаемому является кессон несущей поверхности летательного аппарата, содержащий верхнюю и нижнюю панели, выполненные в виде многослойных наружной и внутренней обшивок с размещенным между ними сотовым наполнителем. Между панелями размещены продольные силовые стенки. Внутренние обшивки кессона выполнены с продольными повторяющимися выемками. Внутренние обшивки панелей выполнены с продольными периодически повторяющимися выемками на глубину сотового заполнителя (Патент РФ №1448587, МПК В64С 3/26, опубл. 30.12.1988).
Недостатком существующих подходов к конструктивно-технологическим решениям кессона является формирование замкнутого контура кессона посредством сборки отдельно изготовленных лонжеронов, воспринимающих изгибающий момент и перерезывающие силы, и отдельно изготовленных верхней и нижней панелей, обеспечивающих замкнутость контура и восприятия крутящего момента. Данные конструктивно-технологические решения приводят к необходимости выполнения множества отверстий для крепления лонжеронов с обшивками, что, в свою очередь, приводит к появлению концентраторов напряжений в кессоне, увеличению трудоемкости сборочных операций, увеличению номенклатуры оснастки.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение несущей способности конструкции, повышение ресурса конструкции, повышение удельных характеристик конструкции, повышение технологичности изготовления за счет уменьшения количества деталей, сокращения номенклатуры требуемой оснастки и исключения болтового/заклепочного соединения лонжеронов с обшивками и, соответственно, уменьшения количества концентраторов напряжений в зонах отверстий.
Поставленная задача решается тем, что кессон отъемной части крыла большого удлинения, выполненный из полимерного композиционного материала, состоит из верхней панели с интегрированными лонжеронами, изготовленной из несущих слоев полимерного композиционного материала и заполнителя, соединенной с нижней панелью, изготовленной из несущих слоев полимерного композиционного материала и заполнителя, при этом высота заполнителя верхней панели превышает высоту заполнителя нижней панели.
Верхняя и нижняя панели кессона фюзеляжа могут быть соединены между собой по всей длине фланцев посредством гаечных лент, имеющих плавающие гайки, и крепежных элементов с клееболтовым соединением.
Кессон отъемной части крыла большого удлинения из полимерного композиционного материала, состоящий из верхней панели кессона с интегрированными лонжеронами и нижней панели, изготовленными из полимерных композиционных материалов, воспринимает все внешние силовые факторы, действующие на крыло, а именно: изгибающий момент, воспринимаемый верхней и нижней панелью кессона, перерезывающая сила, воспринимаемая стенками лонжеронов, интегрированных в конструкцию верхней панели, и крутящий момент, воспринимаемый замкнутым контуром кессона.
Кессон отъемной части крыла большого удлинения может быть изготовлен, например, методом автоклавного формования. Крепление верхней панели кессона с интегрированными лонжеронами с нижней панелью осуществляется посредством клееболтового соединения. Исключение болтового/заклепочного соединения лонжеронов с обшивками позволяет достичь уменьшения количества концентраторов напряжений в зонах отверстий силовой части крыла.
В качестве полимерного композиционного материала может быть использован углепластик или стеклопластик.
В качестве заполнителя могут быть использованы пенопластовый или сотовый заполнитель.
Конструкция кессона отъемной части крыла большого удлинения представляет собой верхнюю панель с интегрированными лонжеронами, соединенную с нижней панелью. Соединение панелей выполняется по всей длине фланцев, тип соединения - клееболтовое. Данная схема кессона отъемной части крыла позволяет повысить ресурс конструкции и получить высокие удельные характеристики конструкции.
Верхняя и нижняя панели крыла изготавливаются из полимерных композиционных материалов (например, углепластик на основе эпоксидных связующих расплавного типа). Панели кессона крыла могут быть изготовлены автоклавным способом формования.
Верхняя панель кессона отъемной части крыла с интегрированными лонжеронами 1 представляет собой многослойную конструкцию, изготовленную из несущих слоев полимерного композиционного материала и заполнителя, обеспечивающего достаточный запас устойчивости верхней панели кессона на всех режимах полета. Интеграция лонжеронов с верхней панелью кессона позволяет повысить несущую способность конструкции при той же массе, снизить количество требуемой оснастки.
Нижняя панель кессона отъемной части крыла 2 представляет собой многослойную конструкцию, изготовленную из несущих слоев полимерного композиционного материала и заполнителя, обеспечивающего достаточный запас устойчивости нижней панели кессона на режимах полета с отрицательными перегрузками и полете в неспокойном воздухе.
Высота заполнителя в нижней панели кессона определяется исходя из условий обеспечения заданного запаса устойчивости панели от действия сжимающих сил. Как правило, верхняя панель воспринимает существенно большие сжимающие усилия по сравнению с нижней панелью. В связи с этим высота заполнителя нижней панели меньше по сравнению с верхней панелью кессона.
Предлагаемое изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показан общий вид кессона.
Кессон отъемной части крыла большого удлинения (чертеж) из полимерного композиционного материала содержит следующие основные конструкционные элементы: верхняя панель с интегрированными лонжеронами 1, нижняя панель 2, гаечная лента 3, крепежные элементы 4, клеевая прокладка 5, заполнители верхней панели и нижней панели 6.
Верхнюю панель кессона отъемной части крыла с интегрированными лонжеронами 1 соединяют с нижней панелью 2 посредством гаечных лент 3, имеющих плавающие гайки, и крепежных элементов 4. Крепление верхней панели кессона отъемной части крыла с интегрированными лонжеронами 1 с нижней панелью 2 осуществляют на предварительно нанесенную клеевую прокладку 5 по поверхностям их сопряжения (фланцам) и производят установку крепежных элементов до момента отверждения клея, что позволяет обеспечить высокое качество клеевого соединения.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет создать надежный, высокотехнологичный кессон отъемной части крыла большого удлинения из полимерных композиционных материалов с более высокими удельными характеристиками, уменьшающий количество концентраторов напряжений в зонах отверстий силовой части крыла, с повышением несущей способности конструкции и повышением ресурса конструкции. Предлагаемое изобретение позволит изготовить кессон отъемной части крыла большого удлинения из композиционных материалов с повышением технологичности изготовления за счет уменьшения количества деталей и операций сверления, сокращением номенклатуры требуемой оснастки, и соответственно, с минимальной стоимостью изготовления и коротким производственным циклом, а также улучшенными удельными характеристиками конструкции.