ИЗОГРИДНАЯ (СЕТЧАТАЯ) ХВОСТОВАЯ БАЛКА ВЕРТОЛЕТА, ИЗГОТОВЛЕННАЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области авиационной техники, в частности к хвостовым балкам вертолетов.
В настоящее время в авиационной и космической технике находят применение хвостовые балки изогридной (сетчатой) конструкции, как более легкие по сравнению с металлическими и сотовыми.
Известна изогридная конструкция отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов, содержащая сетчатый каркас из спиральных, кольцевых и продольных ребер, внешнюю и внутреннюю обшивки, а также защитный наполнитель между обшивками, при этом сетчатый каркас выполнен из однонаправленных композиционных материалов с шириной спиральных ребер от 6 до 25 мм, шириной кольцевых ребер от 3 до 15 мм, шириной продольных ребер от 7 до 25 мм, высотой ребер от 10 до 40 мм, углом ориентации спиральных ребер к продольной оси отсека гермофюзеляжа от 25 до 40° (патент RU 167805 U1. Сетчатая оболочка отсека гермофюзеляжа из композиционных материалов. - МПК: В32В 1/08, В32В 3/12, В64С 1/08).
Недостатком данной конструкции является невозможность ее применения к хвостовой балке вертолета, поскольку изогридная конструкция, рассматриваемая в качестве аналога, должна крепиться к аналогичной изогридной конструкции.
Известна изогридная конструкция, содержащая сетчатую оболочку вращения из композиционных материалов, образованную из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающих спиральных, кольцевых и продольных лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые и продольные ребра, причем часть ребер по боковой и внутренней поверхностям соединена из тканого материала, а верхние поверхности соединены с обшивкой из композиционных материалов (патент RU 2442690 С1. Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов. - МПК: В32В 1/08, В32В 3/12, В64С 1/12, B64G 1/22).
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели, принятым за прототип, является изогридная конструкция, содержащая сетчатую оболочку вращения из композиционных материалов, образованную из повторяющихся по толщине оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, продольных и кольцевых лент из однонаправленных нитей, скрепленным полимерным связующим, образующих спиральные, концевые, продольные и дополнительные ребра (патент RU 2392122 С1. Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов. - МПК: В32В 1/08, В32В 3/12, В64С 1/00, B64G 1/22).
Недостатками прототипа, как и аналога (RU 2442690 С1), являются низкие прочностные характеристики конструкции в зоне стыка с фюзеляжем, поскольку композиционные материалы обладают меньшей прочностью при восприятии местных (в зоне узлов) нагрузок по сравнению с металлическими. Для усиления конструкции применяют либо металлические фитинги, интегрируемые в сетчатую конструкцию, либо металлические шпангоуты с профилируемыми пазами, которые заполнены композиционными материалами (А.Ф. Разин, Ю.О. Бахвалов, С.А. Петроковский, В.П. Полиновский, А.Г. Бахтин «Особенности проектирования композитных сетчатых отсеков, связанные с условиями их нагружения». // Конструкции из композиционных материалов. - №4. - 2009. - С. 34-43). Кроме того, оболочки не замкнуты с торца, вблизи которого устанавливается хвостовое оперение, что делает невозможным применение ее к хвостовой балке вертолета.
Особенностью функционирования хвостовой балки вертолета является восприятие ей значительных вибрационных нагрузок, что обусловлено вращением рулевого винта. Наличие металлических шпангоутов с профилируемыми пазами или металлических фитингов, интегрируемых в сетчатую конструкцию, приводит к возникновению концентрации напряжений, а интеграция металлических фитингов в сетчатую конструкцию приводит еще и к значительному перепаду жесткостей смежных участков конструкции. Концентрация напряжений и перепады жесткостей приводят к снижению долговечности конструкции. Особенно наличие концентрации напряжений и перепадов жесткостей нежелательна при наличии значительных вибрационных нагрузок, что характерно для хвостовых балок вертолетов.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение долговечности хвостовой балки вертолета.
Поставленная задача достигается тем, что на хвостовую балку, содержащую сетчатую оболочку вращения из композиционных материалов, образованную из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, кольцевых и продольных лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые, продольные и дополнительные ребра, установлены усиливающие шпангоуты, состоящие из слоев композиционного материала и слоев металлической фольги, на торцевом усиливающем шпангоуте, расположенном в районе хвостового оперения, установлена оболочка из композиционных материалов.
Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 в аксонометрической проекции приведен общий вид заявляемой хвостовой балки изогридной (сетчатой) конструкции вертолета, изготовленной из композиционных материалов, где:
1 - усиливающий торцевой шпангоут в районе стыка с фюзеляжем;
2 - усиливающий торцевой шпангоут в районе хвостового оперения;
3 и 4 - усиливающие шпангоуты;
5 - усиливающий шпангоут в районе хвостового оперения;
6 - продольные ребра;
7 - спиральные ребра;
8 - обшивка;
9 - оболочка.
На фиг. 2 приведена развертка поверхности изогридной (сетчатой) хвостовой балки вертолета, где оболочка 9 из композиционного материала условно не показана.
Обшивка, продольные и спиральные ребра, оболочка изготовлены из композиционных материалов.
Усиливающие шпангоуты изготовлены из слоев композиционного материала и слоев металлической фольги.
Хвостовая балка изогридной (сетчатой) конструкции состоит из усиливающего торцевого шпангоута 1, установленного в районе стыка с фюзеляжем, усиливающего торцевого шпангоута 2, расположенного в районе хвостового оперения вертолета, на котором установлена оболочка 9. Обшивка 8, продольные ребра 6 и спиральные ребра 7 образуют сетчатый каркас.
Усиливающий шпангоут 1 предназначен для крепления хвостовой балки к фюзеляжу вертолета. Вследствие наличия в нем металлической фольги обеспечивается повышенная прочность крепления.
Усиливающие шпангоуты 3, 4, 5 - для крепления хвостового оперения и хвостового редуктора, а также для крепления оборудования, установленного внутри хвостовой балки.
Усиливающие шпангоуты 1-5 поддерживают продольные 6 и спиральные 7 ребра, вследствие чего отсутствует необходимость установки кольцевых и дополнительных ребер.
Предлагаемая хвостовая балка изогридной (сетчатой) конструкции из композиционных материалов изготавливается на стандартном оборудовании по известным технологиям.
Предлагаемая ПМ из КМ позволяет увеличить долговечность хвостовой балки вертолета за счет установки усиливающих шпангоутов. Масса хвостовой балки не увеличена, поскольку отсутствуют кольцевые и дополнительные ребра.