ПАНЕЛЬ ЖЁСТКОСТИ И СПОСОБ ЕЁ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
STIFFENING PANEL AND METHOD FOR ITS MANUFACTURING

Изобретение относится к панели жесткости. Изобретение найдет применение в авиационной области.
Развитие летательных аппаратов, сопровождающееся возрастающим использованием потребителей электрической энергии, существенно увеличило потребность в электрической энергии и ее мощности. Для удовлетворения этих новых потребностей были разработаны, в частности, системы, в которых необходимая электрическая энергия накапливается на борту летательного аппарата до его взлета. Ввиду этой перспективы были введены, например, группы суперконденсаторов. Эти группы описаны, например, в источнике информации US 5793603.
Однако присутствует необходимость в оптимизации плотности и мощности энергии с помощью таких систем для снижения их массы и объема с целью уменьшения массы летательных аппаратов и, таким образом, уменьшения их воздействия на окружающую среду.
Следовательно, необходимо снизить массу и объем указанных систем за счет повышения плотности и мощности энергии, поставляемой упомянутыми системами.
Задача изобретения состоит в решении вышеуказанной первой технической проблемы.
Традиционно сложилось так, что панель жесткости содержит оболочку и, по меньшей мере, один, по существу, удлиненный элемент жесткости с желобком, расположенным в продольном направлении и образующим вместе с оболочкой полость. Такую панель жесткости обычно получают нанесением материала на стержень оснастки, форма которого является ответной форме полости и который извлекается по окончании процесса изготовления. Операция по извлечению стержня оснастки описана, например, в документе FR 2898539, поданном на имя заявителя.
Однако особо проблематичным является извлечение стержня оснастки, в частности, в том случае, когда элемент жесткости обладает двойным изгибом. В действительности такая операция требует много времени и средств.
Следовательно, необходимо упрощение процесса изготовления указанной панели жесткости, в частности операции по извлечению стержня оснастки, при сокращении времени и затрат.
Еще одна задача изобретения состоит в решении вышеуказанной второй технической задачи.
В частности, предметом настоящего изобретения является способ изготовления панели жесткости, содержащей оболочку и, по меньшей мере, один, по существу, удлиненный элемент жесткости, представляющий собой, по меньшей мере, элемент жесткости с желобком, расположенным в продольном направлении и образующим вместе с оболочкой полость, при этом указанная панель содержит, по меньшей мере, одно средство накопления и возвращения электрической энергии, расположенное внутри полости, причем указанный способ включает в себя этап заполнения желобка, по меньшей мере, одного элемента жесткости, по меньшей мере, одним средством накопления и возвращения электрической энергии, и этап покрытия оболочкой, по меньшей мере, одного средства накопления и возвращения электрической энергии так, чтобы желобок элемента жесткости и оболочка вместе образовали полость.
Применение такой панели жесткости имеет то преимущество, что достигается выигрыш в массе за счет экономии массы, которая была бы необходима для нанесения защитного покрытия, по меньшей мере, на одно средство накопления и возвращения электрической энергии, а также выигрыш в объеме в результате использования объема полости панели жесткости, ранее остававшегося не использованным.
Кроме того, преимуществом такой панели жесткости является возможность ее размещения максимально близко к системе питания электрической энергией.
Наконец, наличие, по меньшей мере, одного средства накопления и возвращения электрической энергии в полости элемента жесткости обеспечивает преимущество, заключающееся в возможности изменения акустической реакции конструкции. Следовательно, возможно отказаться от применения снижающих шумность устройств, что обеспечивает дополнительный выигрыш в массе.
Предпочтительно, по меньшей мере, одно средство накопления и возвращения электрической энергии образует стержень, на который наносится оболочка на этапе нанесения покрытия, по меньшей мере, на одно средство накопления и возвращения электрической энергии.
Такой способ имеет то преимущество, что в качестве стержня оснастки может применяться, по меньшей мере, одно средство накопления и возвращения электрической энергии, которое не требуется извлекать обратно по окончании процесса изготовления панели жесткости.
Более предпочтительно элемент жесткости состоит из композитного материала; этап заполнения желобка элемента жесткости проводится с использованием предварительно полимеризованного элемента жесткости; этап нанесения оболочки продолжается в виде этапа обжига панели жесткости.
Согласно варианту осуществления изобретения этап заполнения желобка элемента жесткости осуществляется последовательной упаковкой электродного слоя и слоя пористого электроизоляционного средства, по существу, параллельно поверхности оболочки, образующей вместе с желобком, по меньшей мере, одного элемента жесткости полость.
Согласно другому варианту осуществления изобретения способ включает в себя, до этапа заполнения желобка элемента жесткости, этап последовательной упаковки электродного слоя и слоя пористого электроизоляционного средства и этап обматывания полученной упаковки вокруг стержня, форма которого является, по существу, ответной по отношению к форме полости.
Предпочтительно способ дополнительно включает в себя этап, на котором электродные слои снабжаются средствами для накопления электрической энергии, этап, на котором средства накопления электрической энергии одного полюса присоединены вместе к полой трубке с отверстием, расположенным напротив, по меньшей мере, одного средства для накопления и возвращения электрической энергии, этап, на котором в упомянутую трубку нагнетается электролит для пропитки электродных слоев, и этап, на котором трубку закупоривают.
Применение такой полой трубки дает то преимущество, что возможно отказаться от крышки непосредственно в составе конструкции элемента жесткости, что таким образом обеспечивает простоту и механическую прочность этого элемента жесткости.
Также предметом изобретения является панель жесткости, состоящая из оболочки и, по меньшей мере, одного, по существу, удлиненного элемента жесткости, при этом последний представляет собой, по меньшей мере, элемент жесткости с желобком, расположенным в продольном направлении и образующим месте с оболочкой полость, причем указанная панель содержит, по меньшей мере, одно средство накопления и возвращения электрической энергии, расположенное внутри полости, панель жесткости получают описанным выше способом.
Предпочтительно, по меньшей мере, одно средство накопления и возвращения электрической энергии располагается внутри полости с прилеганием к ее стенкам.
Такое средство накопления и возвращения электрической энергии имеет то преимущество, что оно образует стержень, упрощающий изготовление панели жесткости.
Предпочтительно, по меньшей мере, одним средством накопления и возвращения электрической энергии является суперконденсатор.
Применение суперконденсатора обеспечивает преимущество, благодаря которому возможно накопление энергии, при одинаковой массе, средней между аккумуляторной батареей и конденсатором, при более быстром возвращении энергии по сравнению с батареей.
Согласно варианту осуществления изобретения суперконденсатор содержит два электродных слоя, расположенных, по существу, параллельно поверхности оболочки, при этом указанные слои разделены между собой слоем из пористого электроизоляционного средства.
Предпочтительно слои суперконденсатора снабжены на противолежащих концах в поперечном направлении герметизирующим средством между электродными слоями таким образом, что электролит, которым пропитаны электродные слои, может проникать только через слой пористого электроизоляционного средства.
Применение такого герметизирующего средства обеспечивает преимущество, при котором электролит принудительно проходит через слой пористого электроизоляционного средства, улучшая работоспособность суперконденсатора.
Предпочтительно оба последовательно расположенных электродных слоя снабжены средствами накопления электрической энергии, при этом эти средства расположены напротив друг друга в поперечном направлении.
Такое расположение средств накопления электрической энергии обеспечивает преимущество, заключающееся в упрощении соединения средств одного полюса.
Согласно другому варианту осуществления изобретения суперконденсатор содержит два электродных слоя, расположенных, по существу, спиралеобразно, при этом данные слои разделены между собой слоем из пористого электроизоляционного средства.
Предпочтительно оба последовательно расположенных электродных слоя образуют выступы относительно друг друга в продольном направлении, при этом выступы снабжены средствами накопления электрической энергии.
Такое расположение электродных слоев имеет своим преимуществом упрощение соединения средств накопления электрической энергии одинакового полюса.
Изобретение будет лучше понято из приводимого ниже описания со ссылкой на приложенные чертежи.
Чертежи даны в целях пояснения и совершенно не ограничивают изобретение.
На фиг. 1 показана панель жесткости согласно варианту осуществления изобретения, общий вид;
на фиг. 2а, 2b детально показана панель жесткости согласно варианту осуществления изобретения на фиг. 1.
На фиг. 1, 2а и 2b соответственно изображены общий вид и детальные виды панели 10 жесткости согласно варианту осуществления изобретения.
Панель жесткости 10 содержит оболочку 11. Оболочка 11 является, например, фюзеляжем летательного аппарата, например самолета. Оболочка 11 может быть, по существу, плоской, с одинарным или двойным изгибом. В данном примере оболочка 11 содержит одинарный изгиб.
Панель жесткости 10 дополнительно содержит, по меньшей мере, один элемент жесткости 12. Элемент жесткости 12 состоит, например, из композитного материала. Элемент жесткости 12 имеет преимущественно вытянутую форму в соответствии с первым направлением. Ниже в тексте описания первое направление соответствует продольному направлению.
Элемент жесткости 12 содержит желобок 13, проходящий в продольном направлении. Поверхность 14 оболочки 11 перекрывает желобок 13 элемента жесткости 12. Таким образом, соединение оболочки 11 и желобка 13 образует полость 15. Предпочтительно желобок 13 имеет дно, расположенное, по существу, параллельно поверхности 14 оболочки 11.
Предпочтительно полость 15 выполнена закрытой на каждом конце 15А, 15В в продольном направлении. Первый конец 15А полости 15 показан на фигурах 2a и 2b.
Предпочтительно элемент жесткости 12 содержит на каждом конце желобка 13 в поперечном направлении ребра 17, 18. Эти ребра 17, 18 имеют конфигурацию, при которой они примыкают к поверхности 14 оболочки 11. За счет этого оболочка 11 и элемент жесткости 12 плотно прилегают друг к другу на уровне ребер 17, 18.
Полость 15 служит для размещения, по меньшей мере, одного средства 19 накопления и возвращения электрической энергии. Объем, занимаемый, по меньшей мере, одним средством 19 накопления и возвращения электрической энергии в полости 15, по существу, равен внутреннему объему полости 15. Таким образом, по меньшей мере, одно средство 19 накопления и возвращения электрической энергии прилегает к стенкам полости 15.
Предпочтительно, по меньшей мере, одно средство 19 накопления и возвращения электрической энергии представляет собой суперконденсатор. Этот суперконденсатор 19 содержит два электродных слоя 20, 21, разделенных между собой слоем 22 пористого электроизоляционного средства. Электродные слои 20, 21 выполнены, например, из алюминиевой фольги с покрытием из активированного угля, слой 22 пористого электроизоляционного средства состоит, например, из целлюлозы. Электродные слои 20, 21 пропитаны предпочтительно жидким электролитом, например пропилен- или ацетонитрилкарбонатом.
В показанном на фиг. 2а и 2b примере полость 15 служит для размещения нескольких суперконденсаторов 19. По отношению друг к другу суперконденсаторы 19 расположены таким образом, что электродные слои 20, 21 одновременно служат для двух суперконденсаторов.
Согласно варианту осуществления изобретения на фигурах 2а, 2b электродные слои 20, 21, 22 и слой пористого электроизоляционного средства расположены, по существу, параллельно поверхности 14 оболочки 11.
Предпочтительно концы электродных слоев 20, 21, 22 и слоя пористого электроизоляционного средства в поперечном направлении снабжены герметизирующим средством 23, расположенным между слоями таким образом, что электролит может проникать только через слой 22 пористого электроизоляционного средства. Герметизирующим средством 23 служит, например, пленочный клей или жидкая смола.
Согласно другому варианту осуществления изобретения электродные слои 20, 21, 22 и слой пористого электроизоляционного средства расположены по существу по спирали. Предпочтительно спираль , по существу, ответную форму относительно формы полости 15. Электродные слои 20, 21, 22 и слой пористого электроизоляционного средства расположены, например, в виде спирали вокруг стержня, имеющего, по существу, ответную форму относительно формы полости 15.
Согласно варианту осуществления на фиг. 2а и 2b электродные слои 20, 21 снабжены на первом конце 15А средствами 24, 25 накопления электрической энергии, например, в форме планок. Предпочтительно средства 24, 25 накопления электрической энергии на двух последовательно расположенных электродных слоях 20, 21 находятся напротив друг друга в поперечном направлении. Таким образом, средства 24, 25 накопления электрической энергии одного полюса расположены на одном конце в поперечном направлении.
Согласно варианту первый из обоих электродных слоев снабжен на первом или втором конце 15А, 15В средством накопления электрической энергии, второй слой - на втором или первом конце 15В, 15А другим средством накопления электрической энергии. Таким образом, средства 24, 25 накопления электрической энергии одного полюса расположены на одном и том же конце 15А, 15В в продольном направлении. Предпочтительно оба последовательно расположенных электродных слоя образуют выступы относительно друг друга в продольном направлении, а средства накопления электрической энергии электродных слоев расположены на этих выступах.
Предпочтительно средства накопления электрической энергии одного полюса расположены преимущественно в ряд между собой.
Каждое из средств накопления электрической энергии одного полюса присоединено к трубке 26, 27 посредством ответвления 28. Предпочтительно, по меньшей мере, одна из трубок 26, 27 выполнена полой и содержит отверстие, выполненное напротив суперконденсаторов 19. Таким образом, электролит может вводиться, по меньшей мере, в одну из трубок 26, 27 для пропитки электродных слоев 20, 21. В этом примере каждая трубка 26, 27 является полой и содержит отверстие напротив суперконденсаторов 19.
Панель жесткости 10 обеспечивает выигрыш в массе за счет экономии массы, которая потребовалась бы для нанесения защитного покрытия на суперконденсаторы 19, а также выигрыш в объеме путем использования объема полости 15 панели жесткости 10, который раньше оставался не использованным. Панель жесткости 10 обладает дополнительным преимуществом, благодаря которому она может располагаться наиболее близко к системе питания электроэнергией, в частности в труднодоступных местах, таких как, например, нос самолета.
Панель жесткости 10 в том виде, как она описана выше, изготавливают посредством пресс-формы, содержащей поверхность, являющуюся, по существу, ответной поверхности 14 оболочки 11, и, по меньшей мере, один желобок, являющийся по существу ответным желобку 13 элемента жесткости 12.
Элемент жесткости 12 первоначально помещают, по меньшей мере, в один желобок пресс-формы. Предпочтительно элемент жесткости 12 получают предварительной полимеризацией при его нахождении внутри пресс-формы.
Затем желобок 13 элемента жесткости 12 заполняют суперконденсаторами 19 последовательной упаковкой электродного слоя 20 и слоя 22 пористого электроизоляционного средства, по существу, параллельно дну 16 желобка 13. Желобок 13 считается «заполненным» в том случае, когда слой суперконденсаторов 19 сравнивается с поверхностью пресс-формы.
Согласно варианту осуществления заполнение желобка 13 элемента жесткости 12 требует проведение первого этапа последовательной упаковки электродного слоя и слоя пористого электроизоляционного средства, затем второго этапа, на котором предварительно полученную упаковку оборачивают вокруг стержня, имеющего, по существу, ответную форму относительно стенок желобка 13 и поверхности пресс-формы, и, наконец, третьего этапа, на котором обернутые таким образом слои помещают в желобок 13 элемента жесткости 12.
В примере герметизирующее средство 23 затем наносят на концы электродных слоев 20, 21, 22 и слоя пористого электроизоляционного средства по границе раздела между желобком 13 элемента жесткости 12 и этими слоями. Такой способ применяется, в частности, в том случае, когда герметизирующим средством 23 служит жидкая смола. Согласно варианту герметизирующее средство 23 наносят на концы каждого электродного слоя 20, 21, 22 и слоя пористого электроизоляционного средства в поперечном направлении перед упаковкой указанного слоя. Такой способ осуществления особенно приемлем в том случае, когда герметизирующим средством 23 служит пленочный клей.
После этого средства 24, 25 накопления электрической энергии помещают на каждый из электродных слоев, средства 24, 25 одного полюса соединяют с трубкой 26, 27 предпочтительно фальцовкой.
Затем суперконденсаторы 19 накрывают оболочкой 11 так, чтобы желобок 13 элемента жесткости 12 и оболочка 11 вместе образовывали полость 15. Предпочтительно оболочка 11 наносится на суперконденсаторы 19 с образованием стержня, и полученная таким образом панель жесткости 10 обжигается в автоклаве.
Согласно примеру, показанному на фиг. 2а и 2b, затем в каждую трубку 26, 27 нагнетается электролит так, чтобы пропитать электродные слои 20, 21, далее трубки 26, 27 закупоривают, например, фальцовкой или сваркой. Согласно варианту электролит нагнетается только в одну трубку, другая же остается предварительно закупоренной.
Способ изготовления панели жесткости 10 позволяет применять суперконденсаторы 19, представляющие собой стержень оснастки, на которые наносится оболочка 11, при отсутствии необходимости их извлечения по окончании процесса изготовления.