ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ПАНЕЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к области испытаний летательных аппаратов на прочность, в частности, к объектам испытаний на сжатие подкрепленных панелей оперения летательного аппарата, выполненных из полимерных композиционных материалов для определения их прочности и устойчивости, а также выбора рациональной конфигурации металло-композиционного соединения в переходных зонах.
Из существующего уровня техники (см. патент RU 2490613 С2, G01N 3/24, опубл. 20.08.2013) известен образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, состоящий из двух соединенных внахлест пластин, образующих диффузионное соединение, имеющий совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. Длина рабочей части образца равна длине нахлеста, составляющей не менее четверти высоты образца, ширина образца равна не менее половины длины нахлеста. Известный образец не обеспечивает возможности испытаний на сжатие подкрепленных панелей из полимерного композиционного материала.
Также из существующего уровня техники (патент RU 127920 U1, G01N 3/00, опубл. 10.05.2013) известен образец для испытаний на внецентренное сжатие двутавровых металлических профилей с отверстиями по углам на верхней и нижней поверхности для его фиксации в испытательном устройстве.
Указанный образец не обеспечивает возможности испытаний на сжатие панели летательного аппарата, выполненной из полимерного композиционного материала, и расположенной под углом к стыковой нервюре в месте соединения ее с металлическим поясом, кроме того, не обеспечивается полное подкрепление по контуру торцевых зон панели из полимерного композиционного материала в зоне ее опоры на нажимные плиты испытательной машины.
В качестве прототипа заявленного технического решения рассматривается образец для испытаний панелей из полимерного композиционного материала, известный из патента на полезную модель RU 144099 U1, G01N 3/00, опубл. 10.08.2014. Указанный образец для испытаний панелей из полимерного композиционного материала состоит из двух пар панелей, закрепленных между внешними обоймами с пазами под торцы панелей, соединяющей панели стыковой нервюры, при этом панели, выполненные из композиционного материала установлены под углом друг к другу. Указанный образец не обеспечивает возможность испытаний панелей оперения в зоне стыковой нервюры с учетом характера опирания рассматриваемого зачетного пролета панели на типовой дополнительной, нервюре и влияния на особенности совместного деформирования двух соседних пролетов относительно типовой нервюры (угол поворота одного пролета панели в прототипе при защемлении ее во внешней обойме равен нулю, в реальной же конструкции угол поворота пролета нулю не равен).
Недостатком всех вышеуказанных технических решений является отсутствие возможности использования их для имитации работы сжатой панели летательного аппарата, выполненной из полимерного композиционного материала, места ее соединения с металлическим поясом в зоне стыковой нервюры и обеспечения характера деформирования панели, близкого к реальному (угол поворота панели на типовых нервюрах не равен нулю), и. соответственно, недостаточная достоверность и точность испытаний.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является разработка конструкции образца, обеспечивающего повышение достоверности и точности воспроизведения условий работы многопролетной панели стабилизатора, расположенной под углом к стыковой нервюре летательного аппарата, выполненной из полимерного композиционного материала, в зоне типовой нервюры, (металло-композиционное соединение), со стиснением торцевых опорных зон, препятствующих расслоению панели из полимерного композиционного материала при сжатии на ранней стадии деформирования.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение достоверности и точности испытаний.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются за счет того, что образец для испытаний панелей из полимерного композиционного материала, состоящий из двух одинаковых пар панелей, выполненных из полимерного композиционного материала, стыковой нервюры, с усиливающими накладками из текстолита на торцах панелей, установленных под углом друг к другу и закрепленных между внешними обоймами с пазами под торцы панелей, снабжен дополнительно двумя типовыми нервюрами, зеркально расположенными относительно стыковой нервюры, соединенными с панелями с помощью штатного крепежа. Кроме этого, каждая панель имеет два пролета, повторяющие конструкцию нижней панели стабилизатора в зоне, прилегающей к стыковой нервюре.
На фиг. 1 изображен образец для испытаний панелей из полимерного композиционного материала.
Образец для испытаний панелей из полимерного композиционного материала, соединенных со стыковой нервюрой горизонтального оперения на сжатие содержит четыре одинаковые двухпролетные панели 1 с усиливающими накладками 2 на опорных торцах, стыковую нервюру с двумя металлическими поясами 3 и стенкой из полимерного композиционного материала 4, крепежные болты стыковой нервюры 5 с гайками 6, две металлические страховочные стяжки 7, восемь распорных вкладышей 8, четыре прижимные балки 9, стяжные болты 10 с гайками 11, внешние обоймы 12, типовые нервюры 13, штатный крепеж типовой нервюры 14. Типовые нервюры 13 расположены зеркально относительно стыковой нервюры.
Панели из полимерного композиционного материала закреплены между внешними обоймами 12 с выполненными в них пазами под торцы панелей, причем образец снабжен двумя парами двухпролетных панелей, выполненных из полимерного композиционного материала, при этом обе пары одинаковых панелей соединены друг с другом с одной стороны торцевыми поверхностями посредством металлических поясов стыковой нервюры 3, с другой стороны торцы каждой из панелей установлены параллельно друг другу и закреплены во внешних обоймах 12, при этом панели установлены под углом друг к другу и соединены между торцами типовыми нервюрами 13 и штатным крепежом 14.
Соединение торцов двух пар панелей посредством металлических поясов 3 стыковой нервюры снабжено металлическими страховочными стяжками, а соединение двух пар панелей между металлическими поясами и внешними обоймами 12 осуществляется двумя типовыми нервюрами 13. Использование типовых нервюр 13 в конструкции образца позволяет повысить достоверность получаемых экспериментальных данных на 25-30%.
На опорные торцы панелей, соединенных с внешними обоймами образца 12, дополнительно установлены усиливающие накладки 2 из текстолита, препятствующие расслоению торцов на ранней стадии нагружения.
Панели 1, изготовленные из композиционного материала, и пояса 3 стыковой нервюры, изготовленные из металла, имеют форму, соответствующую форме используемой в горизонтальном оперении летательного аппарата панели в зоне стыковой нервюры.
Усиливающие накладки 2 из текстолита приклеены к панелям для увеличения площади торцов панелей, на которые действует нагрузка от испытательной машины. Увеличение площади опорных торцов совместно с внешними обоймами 12 балками 9 снижает вероятность расслоения торцев на ранней стадии деформирования на 30%.
Стенка 4, изготовленная из композиционного материала, повторяет конструкцию стенки стыковой нервюры используемой с панелями летательного аппарата. На образце установлены болты 5, соответствующие реальной конструкции стыковой нервюры летательного аппарата. Стяжки 7, изготовленные из металла, предназначены для предотвращения разлета частей образца, разрушившегося в процессе потери несущей способности. Распорные вкладыши 8 с прижимными балками 9 изготовлены из металла и служат для взаимного соединения частей образца, а также для стеснения торцов панелей 1 с целью предотвращения их расслаивания под нагрузкой от контакта с плитой испытательной машины. Форма образца имитирует реальную форму панели летательного аппарата расположенной под углом к стыковой нервюре. Симметричная форма образца замыкает на стенку нервюры поперечную силу, возникающую в процессе испытаний от продольной силы нагружения, что позволяет избежать проектирования, изготовления и установки дополнительных растяжек или упоров на испытательную машину, т.е. снижает стоимость проведения зачетного эксперимента.
Панели изготовлены из полимерного композиционного материала и металлического пояса, имеющие форму и геометрию соответствующую форме стабилизатора летательного аппарата в зоне стыковой нервюры.
Стенка нервюры, изготовленная из полимерного композиционного материала, повторяет конструкцию реальной стенки стыковой нервюры горизонтального оперения с типовыми элементами крепления. Стяжки страховочные, изготовленные из металла, предназначены для удержания от неконтролируемого разброса разрушаемых в процессе испытаний частей образца, чем повышают безопасность проведения экспериментальной работы на 25%.
Распорные вкладыши с прижимными балками изготовлены из металла и служат для взаимного соединения частей образца в единый экспериментальный блок при сжатии параллельных торцов панелей для предотвращения расслаивания их на ранней стадии деформирования в месте контакта с плитами испытательной машины.
Симметричная форма образца замыкает при его нагружении продольной силой возникающую в стенке и поясах стыковой нервюры поперечную силу. Это позволяет избежать установки дополнительных страховочных упоров на опорных плитах испытательной машины, что снижает стоимость эксперимента на 30%.
Использование конфигурации образца предложенной формы позволит получать повышение достоверности и точности результатов эксперимента более чем на 25-30% по сравнению с прототипом и другими аналогами за счет создания условий опирания панелей на типовых нервюрах, близких к реальным.
Предлагаемый образец изготовлен, прошел испытания на прочность, которые подтвердили вышеуказанный результат.