Оболочка отсека транспортного средства из композиционных материалов

Полезная модель относится к области композитных конструкций и касается высоконагруженных конструкций оболочек отсеков транспортных средств из полимерных композиционных материалов, в частности оболочек отсеков фюзеляжей и крыльев летательных аппаратов.
Известна оболочка отсека транспортного средства из композиционных материалов, содержащая жесткий каркас и внешнюю обшивку (Патент РФ №2442690, МПК В32 В 1/08, В32 В 3/12, В64С 1/12, B64G 1/22, ЗАО «Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ», 19.11.2010). Такая оболочка способна нести большую нагрузку за счет наличия жесткого каркаса из однонаправленных композитных ребер. Внешняя обшивка такой оболочки изолирует внутреннее пространство отсека от внешней среды, а также, при применении в авиационной технике, воспринимает внешние аэродинамические нагрузки и передает их на жесткий каркас. Однако в силу малой толщины внешней обшивки и хорошей теплопроводности ее материала, описываемая оболочка имеет низкие теплоизоляционные и ударозащитные свойства. Также к ее недостаткам можно отнести то, что при нагружении избыточным давлением, соединение внешней оболочки и жесткого каркаса работает на отрыв, что приводит к дополнительным весовым потерям на обеспечение прочности соединения и к необходимости частого контроля состояния соединения.
Известна оболочка отсека транспортного средства из композиционных материалов, наиболее близкая по конструктивным признакам к предлагаемой полезной модели и принятая за прототип, состоящая из жесткого каркаса, внешней обшивки, расположенной внутри жесткого каркаса эластичной волнообразной внутренней обшивки и защитного наполнителя, расположенного между внутренней и внешней обшивками (Патент РФ №2558493, МПК В64С 1/12, ФГУП «ЦАГИ имени профессора Н.Е. Жуковского», 27.06.2014), которая за счет наличия защитного наполнителя обладает высокими теплоизоляционными и ударозащитными свойствами. Также, за счет наличия эластичной волнообразной внутренней обшивки, расположенной внутри жесткого каркаса, при нагружении оболочки избыточным давлением, герметизация отсека обеспечивается этой обшивкой, соединение которой с жестким каркасом нагружается преимущественно сжатием, в результате чего такое соединение обладает высокой прочностью при малом весе и требует более редкого контроля состояния.
Недостатком прототипа является то, что существующие методы ремонта жесткого каркаса, в случае его повреждения, требуют внедрения в конструкцию дополнительных ремонтных элементов, которые приводят к увеличению веса конструкции жесткого каркаса, что, с учетом длительного срока эксплуатации транспортного средства, приводит к снижению весовой и, соответственно, топливной эффективности транспортного средства. Также места ремонта требуют особого внимания при проведении плановой диагностики конструкции отсека.
Проблема заключается в том, что имеющееся решение для оболочек отсеков транспортных средств из композиционных материалов, не позволяет обеспечить необходимую ремонтопригодность при условии сохранения весовой эффективности в течение всего срока эксплуатации, что критично при применении в конструкциях транспортных средств, рассчитанных на длительный срок эксплуатации и имеющих высокие требования к весовой эффективности, таких как конструкции летательных аппаратов.
Техническим результатом является улучшение ремонтопригодности конструкции жесткого каркаса при сохранении его весовой эффективности в течение всего срока эксплуатации, вне зависимости от количества проведенных ремонтов.
Технический результат достигается за счет того, что в оболочке отсека транспортного средства из композиционных материалов, содержащей жесткий каркас, внешнюю обшивку, расположенную внутри жесткого каркаса эластичную волнообразную внутреннюю обшивку и защитный наполнитель, расположенный между внутренней и внешней обшивками, жесткий каркас выполнен из гибридных металлокомпозитных силовых элементов.
Гибридные металлокомпозитные силовые элементы могут быть выполнены осесимметричными.
На фиг. 1 изображена оболочка отсека транспортного средства из композиционных материалов.
На фиг. 2 изображен осесимметричный гибридный металло-композитный силовой элемент.
В конструкции оболочки для отсека транспортного средства из композиционных материалов (Фигура 1) можно выделить несколько основных частей:
жесткий каркас 1, состоящий из гибридных металлокомпозитных силовых элементов;
внешнюю обшивку 2;
эластичную волнообразную внутреннюю обшивку 3, расположенную внутри жесткого каркаса;
защитный наполнитель 4, расположенный между внутренней и внешней обшивками.
Гибридный металлокомпозитный силовой элемент (Фигура 2) состоит из центральной композитной части 5 и торцевых металлических частей 6, и может быть выполнен осесимметричным.
Устройство работает следующим образом. Жесткий каркас 1 воспринимает нагрузки, действующие на отсек, внешняя обшивка 2 изолирует внутренний объем отсека от внешней среды и защищает жесткий каркас от химических и климатических воздействий, также, в случае применения предлагаемого решения в авиационной технике, внешняя обшивка 2 воспринимает аэродинамическую нагрузку и передает ее на жесткий каркас 1, эластичная волнообразная внутренняя обшивка 3 воспринимает нагрузки от избыточного давления в отсеке, при их наличии, а защитный наполнитель 4, совместно с внешней обшивкой 2 и эластичной волнообразной внутренней обшивкой 3 обеспечивает защиту жесткого каркаса от внешних химических и ударных воздействий и выполняет теплоизоляционную функцию. Жесткий каркас 1 состоит из гибридных металлокомпозитных силовых элементов. Конструкция этих силовых элементов состоит из центральной композитной части 5 и торцевых металлических частей 6. Торцевые металлические части 6 обеспечивают стыковку гибридных металлокомпозитных силовых элементов между собой и с другими элементами конструкции. Также торцевые металлические части 6 передают нагрузку на центральную композитную часть 5, имеющую высокие удельные прочностные и жесткостные характеристики. Тот факт, что жесткий каркас 1 состоит из отдельных гибридных металлокомпозитных силовых элементов, соединенных посредством торцевых металлических частей 6, позволяет применять для стыковки силовых элементов известные и хорошо развитые технологии соединения металлических деталей, что, при повреждении силового элемента позволяет производить его замену с использованием широко распространенного оборудования для ремонта металлических конструкций, и выполняется простой заменой поврежденного силового элемента на аналогичный. В результате того, что при ремонте жесткого каркаса 1 в него не добавляется дополнительных ремонтных элементов, его весовая эффективность сохраняется на доремонтном уровне, таким образом, обеспечивается высокая ремонтопригодность жесткого каркаса при сохранении его весовой эффективности на протяжении всего срока эксплуатации вне зависимости от количества проведенных ремонтов. Осесимметричная форма гибридного металлокомпозитного силового элемента также улучшает ремонтопригодность конструкции жесткого каркаса 1, так как при такой форме силового элемента снижаются требования к точности его ориентации в пространстве.
Основным преимуществом предлагаемой конструкции является высокая ремонтопригодность жесткого каркаса при сохранении его весовой эффективности на протяжении всего срока эксплуатации вне зависимости от количества проведенных ремонтов.
Технический результат достигается за счет реализации жесткого каркаса из отдельных гибридных металлокомпозитных силовых элементов, соединение которых осуществляется широко распространенными способами стыковки, разработанных для металлических конструкций.