СПОСОБ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ
METHOD OF BONDING COMPONENTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения соединения первого компонента со вторым компонентом посредством связующей массы, в частности элементов воздушного судна большой площади цилиндрического или сферического профиля, а также к соответствующему устройству.
Уровень техники
Такие элементы большой площади на самолете накладывают, например, на участки наружной обшивки фюзеляжа или на участки элементов управления, например закрылков, с целью создания поверхностей скольжения подвижных компонентов относительно других неподвижных или даже подвижных компонентов. В случае закрылков такие поверхности скольжения называют противозадирными панелями (пластинами), которые образуют определенные зоны износа и таким образом предотвращают неконтролируемый износ связанных с ними элементов.
Если иметь в виду самолет, то в процессе эксплуатации все его наружные элементы подвержены действию потока атмосферного воздуха. Когда установка наружных элементов производится на более позднем этапе, они должны быть надлежащим образом прочно соединены с соответствующим элементом, на который их накладывают, и в этом отношении должны быть выполнены определенные правила безопасности. В частности, это относится к противозадирным панелям поверхностей закрылков, выпуск которых происходит в определенных режимах движения самолета с целью изменения коэффициента подъемной силы крыла, например во время взлета и посадки. При этом закрылки входят в поток, в котором движется крыло, и появляются соответствующие силы, вызванные воздействием потока на закрылки и на прикрепленные к ним противозадирные панели.
В настоящее время крепление таких противозадирных элементов в виде пластин малой толщины к соответствующим компонентам осуществляют в соответствии с особыми инструкциями, в определенной технологической последовательности. Крепление осуществляют посредством клея, который также называют герметиком. С этой целью склеиваемые поверхности соединяемых компонентов подвергают очистке. Наносят активатор адгезии, после чего наносят сам герметик. Прикрепляемый компонент накладывают на герметик, ориентируют и фиксируют, поскольку герметику требуется определенное время для полного отверждения. Одновременно к соединяемым компонентам прикладывают силу, которую обычно создают за счет отрицательного давления под вакуумирующей пленкой, которую с плотным прилеганием располагают поверх противозадирной панели и окружающей области поверхности закрылка. Вакуумная технология традиционно используется для данной задачи, поскольку элементы самолета имеют искривленные поверхности, например цилиндрического или сферического профиля, и вакуумирующая пленка, создавая усилие, идеально следует профилю таких поверхностей. Для защиты вакуумной пленки и защитной панели между ними помещают текстильное полотно с густым ворсом. После этого создают отрицательное давление и выдерживают при постоянной температуре, например 23±2°C, в течение 14-16 ч, которые необходимы для отверждения герметика.
Достоверно известно, что недостатком данной технологии, в частности, при техническом обслуживании, при замене изношенных противозадирных панелей является то, что из-за длительного времени отверждения герметика приходится весь самолет выдерживать при комнатной температуре в ангаре соответствующего размера, в котором необходимо поддерживать температуру постоянной. Установлено, что требуемое постоянство условий нарушается даже в том случае, когда открывают дверь ангара. При этом температура падает, например, на 5°C, что удваивает необходимое время отверждения. Это значительно снижает производительность работ при техническом обслуживании самолета. Кроме того, требуется обогреваемый ангар с определенной регулируемой температурой.
Другой недостаток состоит в том, что в течение продолжительного периода отверждения необходимо обеспечивать электропитание вакуумных насосов, создающих отрицательное давление, которые также требуют частого обслуживания.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание способа, усовершенствованного по сравнению с существующей технологией, и исключение или снижение влияния вышеуказанных недостатков.
Другая задача изобретения состоит в создании соответствующего устройства для способа согласно изобретению.
Решение указанных задач достигается способом, охарактеризованным в п.1 формулы изобретения, и устройством, охарактеризованным в п.7 формулы изобретения.
Сущность изобретения заключается в установке нагревательных элементов в непосредственной близости от соединяемых компонентов. Выгода этого состоит в значительном сокращении времени отверждения клеящего вещества до трех-четырех часов, что составляет одну четвертую часть того времени, которое необходимо при существующей технологии.
Согласно настоящему изобретению способ получения соединения первого компонента со вторым компонентом посредством связующей массы, в частности элементов воздушного судна большой площади цилиндрического или сферического профиля, содержит следующие этапы, на которых:
(S1) соединяют компоненты между собой посредством связующей массы;
(S2) на первый компонент накладывают нагревательный элемент; и
(S3) отверждают связующую массу путем нагревания посредством нагревательного элемента для получения соединения компонентов;
при этом, во время отверждения связующей массы, прикладывают силу к нагревательному элементу и компонентам при помощи первого закрывающего элемента в виде вакуумирующей пленки путем вакуумирования первой полости, в которой установлены компоненты и наложенный на них нагревательный элемент.
За счет нагревательного элемента можно поддерживать температуру оптимальной для отверждения клеящего вещества, т.е. связующей массы, на постоянном уровне в локально ограниченной зоне независимо от местонахождения воздушного судна или компонентов, или независимо от влияния со стороны окружающей среды. Это преимущество позволяет сократить время отверждения компаунда по сравнению с существующей технологией склеивания. Поскольку нагревательный элемент выполнен в форме электрического пленочного нагревателя, это дает преимущество, заключающееся в том, что нагреватель может легко адаптироваться к различным формам и профилям компонентов.
В предпочтительном варианте первая полость образована первым закрывающим элементом и поверхностью второго компонента, причем первый закрывающий элемент целиком покрывает нагревательный элемент и компоненты и герметично соединяется с поверхностью посредством уплотнительного элемента.
В предпочтительном варианте нагрев связующей массы производят посредством нагревательного элемента при постоянной температуре, которую желательно регулировать при помощи регулирующего устройства, соединенного, по меньшей мере, с одним температурным датчиком, установленным в области нагревательного элемента.
Для механической защиты нагревательного элемента целесообразно, при установке нагревательного элемента, между нижней стороной нагревательного элемента и верхней стороной первого компонента установить первый защитный элемент, а на верхней стороне нагревательного элемента установить второй защитный элемент. Это дает преимущество, состоящее в том, что нагревательный элемент можно использовать повторно и не потребуется очищать его от герметика, поскольку защитные элементы предохраняют нагревательный элемент как от загрязнения, так и от повреждения.
В варианте осуществления изобретения, на этапе отверждения связующей массы, в целях теплоизоляции также предусматривается установка второго закрывающего элемента поверх первого закрывающего элемента. Такой закрывающий колпак подходящих размеров и формы улучшает постоянство температуры отверждения в случае неблагоприятных условий окружающей среды, однако и в нормальных условиях он дает преимущество в отношении экономии энергии.
Устройство для осуществления вышеописанного способа, также соответствующего изобретению, содержит следующее:
по меньшей мере, один нагревательный элемент в виде электрического пленочного нагревателя для нагрева связующей массы;
по меньшей мере, один температурный датчик для измерения фактической температуры нагревательного элемента;
регулирующее устройство для регулирования температуры нагревательного элемента;
первый и второй защитные элементы для механической защиты нагревательного элемента; и
средства приложения силы к нагревательному элементу и компонентам при помощи первого закрывающего элемента в виде вакуумирующей пленки за счет вакуумирования первой полости, в которой установлены компоненты и наложенный на них нагревательный элемент.
Температурные датчики могут быть установлены под нагревательным элементом, между его нижней стороной и первым компонентом. В этом случае желательно, чтобы это были плоские сенсоры, которые не портили бы поверхность первого компонента. Температурные датчики можно устанавливать также и в любых других местах, при этом желательно, чтобы алгоритм регулирования температуры, заложенный в регулирующем устройстве, учитывал различные точки, где происходит измерение температуры.
В этом случае желательно, чтобы первая полость была образована первым закрывающим элементом и поверхностью второго компонента, причем первый закрывающий элемент целиком покрывал нагревательный элемент и компоненты и герметично соединялся с указанной поверхностью посредством уплотнительного элемента.
В предпочтительном варианте нагревательный элемент содержит несущий слой, обеспечивающий механическую защиту. В этом случае, в одном из вариантов осуществления несущего слоя, можно отказаться от защитного элемента, если конструкция несущего слоя рассчитана на защитное действие.
Также, в частности, желательно, чтобы, по меньшей мере, один температурный датчик был встроен в нагревательный элемент, так как это упростит работу по установке датчиков и сведет ее только к подключению к регулирующему устройству.
В другом варианте нагревательный элемент содержит покрывающий слой, который одновременно предназначен для тепловой изоляции. Таким образом, исключаются тепловые потери даже в самом источнике тепла. В особенности желательно, чтобы данный покрывающий слой дополнительно отражал тепловое излучение.
В еще одном варианте устройство содержит второй закрывающий элемент для тепловой изоляции, который можно устанавливать поверх самого устройства, желательно простым способом. Это дополнительно устраняет тепловые потери.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы на прилагаемых чертежах, на которых:
фиг.1 схематически изображает закрылок с противозадирной защитой;
фиг.2 схематически, в разрезе изображает вариант осуществления устройства, соответствующего настоящему изобретению; и
фиг.3 схематически, в разрезе изображает нагревательный элемент.
Если не оговорено особо, то на чертежах идентичным или функционально идентичным элементам присвоены одинаковые позиционные обозначения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 схематически показан закрылок в качестве второго компонента 3 воздушного судна (не показано). Противозадирная панель (пластина), в качестве первого компонента 2, крепится к поверхности второго компонента 3 и образует определенную поверхность скольжения и износа закрылка относительно крыла 24, которое показано штрихпунктирными линиями. Закрылок изображен в промежуточном положении, но он также может быть переведен в убранное положение, под крыло 24, и в полностью выпущенное положение, наружу от крыла 24. Его движение обозначено стрелкой. При эксплуатации самолета перемещение закрылка относительно крыла 24 приводит к контакту между нижней стороной крыла и противозадирной панелью. Такая противозадирная панель может также быть прикреплена к нижней стороне закрылка или в ином месте.
Крепление такого первого компонента 2 ко второму компоненту 3 осуществляют при помощи устройства 1, которое схематически, в разрезе, показано на фиг.2 вместе с компонентами 2 и 3, подлежащими взаимному склеиванию. В данном случае, для наглядности пропорции размеров не соблюдены и толщины отдельных показанных слоев существенно увеличены.
Связующая масса 4, на которой покоится первый компонент 2, нанесена на второй компонент 3, в качестве которого в данном случае может выступать закрылок или иной компонент самолета, при этом связующая масса 4 нанесена на поверхность 10 второго компонента 3. На верхней стороне первого компонента 2 лежит первый защитный элемент 5, на котором расположен нагревательный элемент 6. В данном варианте осуществления изобретения нагревательный элемент 6 оснащен температурными датчиками 15, которые располагаются внутри нагревательного элемента 6. Ниже нагревательный элемент 6 обсуждается более подробно.
На верхней стороне нагревательного элемента 6 предусмотрен второй защитный элемент 7, поверх которого располагается первый закрывающий элемент 8, который полностью покрывает собой конструкцию из первого компонента 2 с нагревательным элементом 6, а также защитных элементов 5 и 7, и который по своим сторонам непрерывно и герметично соединен с поверхностью 10 второго компонента 3. Герметичность этого соединения обеспечивается при помощи непрерывного уплотнительного элемента 11. Тем самым формируется первая полость 12, которая проходит вокруг описанной конструкции и которая сообщается с соединителем 9, предусмотренным в первом закрывающем элементе 8.
Далее, согласно фиг.2, будет описан способ, соответствующий настоящему изобретению, и объяснена работа отдельных элементов.
После стандартной очистки склеиваемых поверхностей, то есть нижней стороны первого компонента 2 и соответствующей области поверхности 10 второго компонента 3, на указанные склеиваемые поверхности наносят активатор адгезии. Затем, на склеиваемую поверхность второго компонента 3 наносят связующую массу 4, накладывают на нее первый компонент 2, ориентируют необходимым образом и фиксируют. Связующая масса представляет собой клей или компаунд, известный, как герметик, который обладает определенным временем отверждения.
Первый защитный элемент 5 накладывают на первый компонент 2, при этом он защищает лежащий на нем нагревательный элемент 6 от загрязнения герметиком. Нагревательный элемент 6 может быть использован повторно, и благодаря защите его не придется дополнительно очищать для повторного применения. Второй защитный элемент 7 выполнен из ткани с густым ворсом, лежит на нагревательном элементе 6 и формирует плавный переход к закрывающему элементу 8.
Закрывающий элемент 8 в данном случае выполнен в виде вакуумирующей пленки с соединителем 9 для вакуумного насоса (не показан).
Температурные датчики 15, встроенные в нагревательный элемент 6, который представляет собой электрический пленочный нагреватель, соединены с регулирующим устройством (не показано), выход которого подключен к электрическим клеммам (также не показаны) нагревательного элемента 6. Регулирующее устройство может быть настроено на требуемую температуру, которая соответствует оптимальной температуре отверждения связующей массы 4. Фактическая температура регистрируется температурными датчиками 15 и передается в регулирующее устройство, которое поддерживает температуру, создаваемую нагревательным элементом на постоянном уровне в соответствии с требуемой температурой. Различие в расположении температурных датчиков 15 может быть компенсировано за счет соответствующей настройки регулирующего устройства. Регулирующее устройство также не дает температуре связующей массы 4 подняться выше максимально допустимой температуры.
Чтобы приложить силу к данной конструкции, соединитель 9 соединяют с вакуумным насосом (не показан), который откачивает воздух из первой полости 12. При этом, за счет создаваемого вакуума и посредством вакуумирующей пленки 8, создается равномерное давление на нагревательный элемент 6 и тем самым на подлежащие склеиванию компоненты 2 и 3.
Нагревательный элемент 6 по конструкции выполнен в виде пленки, способной выдерживать высокое давление. Испытания такой конструкции показали, что обеспечивается очень хорошее распределение связующей массы между компонентами 2 и 3. Это очень важно, поскольку первый компонент 2 имеет небольшую толщину, всего 0,2 мм. В данном случае, это пластина из высококачественной стали. Складки в вакуумирующей пленке или в соединителе 9, которые облегают первый компонент 2, могут привести к повреждению первого компонента 2. Однако настоящая конструкция позволяет вести четкое наблюдение за процессом, чтобы предотвратить образование складок.
Нагревательный элемент 6 схематически показан в сечении на фиг.3 в примере другого варианта осуществления изобретения. Он состоит из несущего слоя 21, на который нанесен нагревательный слой 20, оснащенный покрывающим слоем 22. Внутри нагревательного слоя 20 организован электрический нагрев, который более подробно не поясняется. В различных точках показаны температурные датчики. Датчики могут быть встроены в пленку нагревательного элемента в большем или меньшем количестве. Например, первый температурный датчик 15 расположен в нагревательном слое 20 с внутренней стороны несущего слоя 21. Второй температурный датчик 16 расположен внутри несущего слоя, третий температурный датчик 18 расположен внутри нагревательного слоя 20, а четвертый температурный датчик 17 расположен под покрывающим слоем 22 в нагревательном слое 20. Желательно, чтобы температурные датчики имели плоскую конструкцию, чтобы, как объяснялось выше, избежать повреждения первого компонента 2.
В соответствии с фиг.3 нагревательный элемент 6 имеет дополнительную особенность, заключающуюся в том, что покрывающий слой 22 в целях теплоизоляции снабжен изолирующим слоем 23. В конструкции данного изолирующего слоя 23 может также быть предусмотрено отражение теплового излучения, что позволяет экономить энергию.
Поскольку второй компонент 3 часто представляет собой деталь из композитного материала с низкой теплопроводностью, данный способ особенно экономичен в отношении энергии, так как не происходит слишком быстрого рассеяния тепла, подводимого к связующей массе 4.
За счет устройства 1, соответствующего изобретению, и способа, который может быть осуществлен, при применении рассмотренной конструкции становится возможным сократить производственные затраты времени до 3-4 ч, вместо 14-16 ч. Время выполнения технологической последовательности операций при изготовлении, техническом обслуживании или ремонте существенно сокращается. Обеспечивается экономия времени порядка 70-80%.
Поскольку поддержание температуры производится в непосредственной окрестности отверждаемой связующей массы 4, данная операция не зависит от условий окружающей среды. То есть для выполнения данной работы не требуется заводить самолет в ангар. Кроме того, в случае выполнения данной работы в ангаре температуру в ангаре можно опустить от 23°C до привычных 18…20°C, что дает дополнительную экономию.
Изобретение не ограничивается рассмотренными примерами, напротив, в форму и детали его осуществления могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения, которые определены формулой изобретения.
Так, например, несущий слой 21 может состоять из различных материалов, благодаря чему можно либо обойтись без первого защитного элемента 5, либо обрести дополнительные свойства в отношении теплопроводности. В данном примере предпочтительным материалом является каптон (Kapton), но также возможно применение тефлона (Teflon) и других материалов.
Приложение силы может быть реализовано при помощи иных подходящих средств.
Температурные датчики также могут быть конструктивно выполнены в виде пленки и/или могут быть встроены, например, в первый защитный элемент 5.
Для дополнительной тепловой изоляции, когда данный способ применяется в неблагоприятных условиях, например вне ангара, и для защиты от влияния окружающей среды поверх конструкции устройства 1 может быть установлен второй закрывающий элемент 14.
В конструкцию первого защитного элемента 5 может также быть заложена защита от перегрева, т.е. превышения максимально допустимой температуры связующей массы 4, состоящая в ослаблении мгновенных колебаний теплопередачи в случае флуктуации температуры, например во время разогрева нагревательного элемента 6.
Перечень позиционных обозначений
1 - Устройство
2 - Первый компонент
3 - Второй компонент
4 - Связующая масса
5 - Первый защитный элемент
6 - Нагревательный элемент
7 - Второй защитный элемент
8 - Первый закрывающий элемент
9 - Соединитель
10 - Поверхность
11 - Уплотнительный элемент
12 - Первая полость
13 - Вторая полость
14 - Второй закрывающий элемент
15 - Первый температурный датчик
16 - Второй температурный датчик
17 - Третий температурный датчик
18 - Четвертый температурный датчик
19 - Нагрев
20 - Нагревающий слой
21 - Несущий слой
22 - Покрывающий слой
23 - Изолирующий слой
24 - Крыло (аэродинамический профиль)
S1…3 - Этап осуществления способа