ОСНАСТКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЫЛА БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Область техники.
Полезная модель относится к авиационной и космической технике и касается конструкции оснастки для изготовления крыла летательного аппарата. Полезная модель предназначено к использованию при выполнении крыла летательного аппарата из полимерного композиционного материала (ПКМ) на основе волокнистого наполнителя из химических органических и неорганических волокон (например, стекловолокна, углеродные волокна, базальтовые волокна) и с применением технологии формования с пропиткой заготовки армирующего наполнителя (сухой преформы) полимерным связующим непосредственно в оснастке.
Уровень техники
Известна оснастка для изготовления крыла летательного аппарата из полимерного композиционного материала включающая форму, состоящую из верхней и нижней частей (из двух полуформ), скрепляемых одна с другой с образованием единой герметичной формообразующей полости, в которой производится формование крыла летательного аппарата, и формообразующие элементы, размещенные внутри указанной полости оснастки в соответствии с конфигурацией крыла. Оснастка снабжена впускными штуцерами для подачи связующего в формообразующую полость, и выпускными штуцерами, через которые связующее выходит наружу, что позволяет контролировать завершение пропитки. Впускные штуцеры подсоединены со стороны основания нижней части оснастки, а выпускные выведены наружу из верхней части оснастки (см. EP 1595787 A1, фиг. 4). Особенность подсоединения впускных штуцеров обеспечивает подачу связующего вертикально снизу вверх восходящим потоком, перпендикулярно нижней преформе, который сначала охватывает нижнюю преформу, пропитывая ее, и перетекает в верхнюю часть формы. Недостаток такой подачи состоит в том, что при вертикальной пропитке давление связующего в нижней части оснастки гораздо выше, чем в верхней. Тем самым увеличивается риск разгерметизации нижней части оснастки. Кроме того, в этом случае толщины изделия в нижней части оснастки будут больше, чем в верхней. В результате получаем низкое качество изделия из-за разнотолщинности изделия и неравномерное распределение связующего в волокнистом наполнителе. Причем, используемая в известной оснастке схема подачи связующего накладывает ограничения при выборе высоты помещения, в котором устанавливается оснастка.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является разработка конструкции оснастки, в которой может быть обеспечено формование длинномерного крыла летательного аппарата необходимой геометрии из полимерного композиционного материала с пропиткой сухой преформы связующим непосредственно в оснастке, обеспечением равномерной пропитки, необходимой для изготовления качественного изделия.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, заключается в повышении качества готового изделия за счет повышения равномерности пропитки преформы связующим и исключения возможности получения разнотолщинного изделия, а также в повышении удобства эксплуатации.
Для достижения указанного технического результата предлагается оснастка для изготовления крыла летательного аппарата из полимерного композиционного материала, включающая форму, состоящую из верхней и нижней полуформ, скрепляемых одна с другой с образованием формообразующей полости, и противолежащих торцовых пластин, герметично закрывающих полуформы с двух торцов оснастки, формообразующие элементы, выполненные и размещаемые внутри формообразующей полости в соответствии с конфигурацией крыла, и систему подачи связующего в формообразующую полость для пропитки волокнистого наполнителя - преформы. Система подачи связующего в формообразующую полость включает центральный распределитель, расположенный в одной из указанных торцовых пластин и имеющий по всей своей длине поперечные отводы, сообщающиеся с питающими патрубками, выпускные отверстия которых подведены внутрь формообразующей полости, расположены на уровне и по контуру периферийной зоны формообразующей полости в ее поперечном сечении и направлены в сторону противолежащей торцовой пластины. В противолежащей торцовой пластине расположен выпускной патрубок для контроля за выходом связующего из формообразующей полости по окончании пропитки.
Краткое описание чертежей.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
На фиг. 1 изображена предлагаемая оснастка, вид спереди;
На фиг. 2 - вид по А-А на фиг. 1.
Оснастка содержит форму, состоящую из верхней 1 и нижней 2 полуформ (частей) с формообразующими полостями. Полуформы 1 и 2 формы соединены одна с другой с образованием внутри формы из указанных полостей единой замкнутой герметичной формообразующей полости 3, в которой производится формование изделия - крыла летательного аппарата. Поверхности 4 и 5, ограничивающие формообразующие полости верхней 1 и нижней 2 полуформ, являются формообразующими поверхностями, конфигурация которых соответствует наружным поверхностям обшивок крыла летательного аппарата. Таким образом, полость 3 соответствует форме и параметрам крыла летательного аппарата.
Составной частью оснастки являются три формообразующих элемента, которые имеют одинаковую длину и различаются формой поперечного сечения: центральный дорн 6, выполненный в соответствии с кессоном крыла, и расположенные по обе стороны от центрального дорна 6 периферийный дорн 7, определяющий конфигурацию носка крыла, и периферийный дорн 8, определяющий конфигурацию хвостовой части крыла (форма поперечного сечения периферийных дорнов выполнена на основе треугольника).
Центральный дорн 6 имеет форму цилиндрического стержня, подобно наиболее распространенной форме кессона крыла. Периферийный дорн 7, определяющий форму носка крыла, ограничен двумя боковыми поверхностями 9 и 10 и поверхностью 11 основания. Поверхности 9 и 10 дорна 7 соответствуют поверхностям обшивок крыла в зоне носка крыла. Поверхность 11 основания дорна выполнена дугообразно вогнутой. Периферийный дорн 8, определяющий форму хвостовой части крыла, ограничен двумя боковыми поверхностями 12 и 13 и поверхностью 14 основания. Поверхности 12 и 13 дорна 8 соответствуют поверхностям обшивок крыла в зоне хвостовой части крыла. Поверхность 14 основания дорна выполнена дугообразно вогнутой.
Дорны 6, 7 и 8 проходят по всей длине формообразующей полости 3. Размещение дорнов 6, 7 и 8 в полости 3 обеспечивается таким образом, что дорны 7 и 8 располагаются по разные стороны от центрального дорна 6. Поверхности 11 и 14 оснований дорнов 7 и 8 охватывают дорн 6 с его диаметрально противоположных сторон с образованием между поверхностями 11 и 14 и поверхностью дорна 6 зазора. Радиусы вогнутых поверхностей 11 и 14 выбраны с учетом радиуса окружности поперечного сечения дорна 6 таким образом, что величина зазора между поверхностями 11 и 14 и поверхностью дорна 6 одинакова.
Оснастка снабжена системой подачи связующего в формообразующую полость 3. При этом оснастка оснащается двумя торцовыми пластинами 15 и 15а, которые расположены с противолежащих торцов формы и закреплены на этих торцах с прокладкой между соответствующими пластинами и торцами уплотнительных элементов (не показаны). Система подачи связующего включает центральный распределитель, расположенный в торцовой пластины 15. Распределитель представляет собой канал 16, который сообщается с патрубком 17, связанным с источником подачи связующего. Распределитель по всей своей длине имеет поперечные отводы (отводные каналы) 18 которые расположены по обе стороны от канала 16 и сообщаются с ним. К отводам подсоединены питающие патрубки 19, равномерно распределенные вдоль периферийных зон формообразующей полости. Выпускные отверстия патрубков 19 подведены внутрь формообразующей полости 3 и направлены в сторону противолежащей торцовой пластины 15a вдоль периферийных зон формообразующей полости в ее поперечном сечении (т.е. по линиям, определяющим конфигурацию обшивок формуемого крыла). Имеются также дополнительные патрубки с отверстиями для подачи связующего в слои преформы, охватывающей дорн 6.
Со стороны торцовой пластины 15а, противолежащей торцовой пластине 15, расположен выпускной патрубок 22, который служит для контроля за выходом связующего из формообразующей полости 3 по окончании пропитки.
Оснастка используется следующим образом.
Предварительно изготавливают формообразующие дорны 6, 7 и 8 из жесткого материала (преимущественно, металла), придавая им форму соответственно кессона, носка и хвостовой части крыла. Наружные поверхности дорнов 7 и 8 выполняют по форме наружной поверхности обшивок крыла в носочной и хвостовой частях. Дорн 6 охватывают (оборачивают) волокнистым наполнителем (преформой) из полимерного композиционного материала, получая тем самым сборку дорна 6.
При поднятой в нерабочее положение верхней полуформы 1 на внутреннюю поверхность нижней полуформы 2 укладывают нижние слои 23 преформы, формируя таким образом нижнюю обшивку крыла необходимой толщины. На выложенные слои последовательно устанавливают и фиксируют ранее подготовленные: дорн 7 носка крыла, сборку центрального дорна 6, дорн 8 хвостовика крыла. При укладке, дорны 6, 7 и 8 позиционируют таким образом, чтобы вогнутые поверхности 11 и 14 дорнов 7 и 8 примыкали к поверхности сборки цилиндрического дорна 6.
Выкладывают на поверхности дорнов 6, 7 и 8 необходимое количество верхних слоев 24 преформы, формируя верхнюю обшивку крыла необходимой толщины. Скрепляют между собой верхнюю 1 и нижнюю 2 полуформы, обеспечивая герметичность формообразующей полости 3.
Через патрубок 17 подают полимерное связующее в канал 16 распределителя. Через сообщенные с распределителем отводы 18 связующее попадает в питающие патрубки 19 и через них в формообразующую полость и далее распределяется в слоях преформ по направлениям вдоль обшивок крыла. Поскольку выпускные отверстия питающих патрубков расположены вдоль всей периферийной зоны формообразующей полости, связующее равномерно распределяется по всей площади поперечного сечения преформ, обеспечивая равномерный фронт пропитки преформы связующим.
Подготовленную таким образом форму помещают в термопечь. Осуществляют формование изделия, при котором производят нагрев оснастки с заложенным в ней технологическим пакетом до заданной температуры, обеспечивающей достижение требуемой при формовании величины вязкости полимерного связующего. Извлечение из оснастки полученного, в результате формования, отвержденного изделия производят после охлаждения оснастки до температуры не более 50°C. Из извлеченного из оснастки изделия удаляют сборки дорнов. После этого отформованное изделие подвергается необходимой механической обработке и проведению контроля качества.
Изготовление опытных образцов показало, что изделие является равномерно пропитанным по всей длине, что обеспечивает его качество. При увеличении длины крыла летательного аппарата оснастка не усложняется и не допускает образования разнотолщинных областей в изделии с разных торцов