Рамка на самолета, изработена от композитен материал
Притежатели на патента RU 2595207:
Композитната рамка (1) на самолета съдържа два сегмента (10, 20), всеки от които е единичен елемент, изработен от композитен материал, стена (2), ребра за усилване с много напречни греди (31, 32, 33) и фитинг (4). Два сегмента (10, 20) са свързани чрез фитинги (4) с помощта на нитове, образуващи рамката (1) на самолета. Методът за производство на рамката (1) включва стъпките на нанасяне и нарязване на слоеве от влакна, създаване на заготовки от слоеста структура, поставяне на заготовките в матрицата, прилагане на вакуум, инжектиране на полимера под налягане, втвърдяване на полимера чрез нагряване и изваждайки го от формата. Групата на изобретенията е насочена към получаване на солидна структура. 2 н. и 5 к.с. f-ly, 2 кал.
ТЕХНИЧЕСКО ПОЛЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО
Настоящото изобретение се отнася до самолетна рамка, направена от композитен материал, и до метод за изработване на такава рамка.
ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО
Корпусът на самолета съдържа основната структурна част, определяща формата и конструктивните характеристики на споменатия самолет. Понастоящем композитните материали се използват широко при проектирането на самолети и освен това се използват за оформяне на рамките на самолета.
Типичният дизайн на фюзелажа на самолета включва обшивка и рамки, всяка със своя специфична функция и производителност. Например рамката на приклада е разположена между две секции. Обикновено се търси по отношение на механични напрежения и структурно поведение и следователно трябва да издържа на много големи натоварвания. Поради тази причина челната рамка обикновено е направена от метален материал, за да се получи добра механична якост и адекватни допустими отклонения. Производството на тези челни рамки от метален материал е едновременно скъпо и отнема много време, освен това изисква голям брой части за свързване на различни метални сегменти, произведени отделно. Освен това корозията играе основна роля при използване на метални материали.
Освен това металният материал е изотропен материал, така че дизайнът на металните челни рамки изисква да се използва един и същ вид материал с идентична якост в цялата челна рамка. Следователно е необходим повече материал, отколкото в случая, в който се използва анизотропен материал като композитен материал: в този случай материалът се разстила така, че да осигури по-висока якост само там, където е необходимо.
В наши дни такива композитни материали се използват все повече и повече, особено в кожата, а хибридните структури, съдържащи композити и метални материали, разкриват много проблеми с целостта: разлики в термичното разширение, галванична корозия, несъответствие в концепциите за толерантност, процедури за анализ и т.н.
За да се използват най-добре композитните материали, трябва да се създаде напълно композитна структура.
US 2009277994 разкрива хибридно тяло на самолет, включващо структурни елементи, изработени от метален материал и неструктурни елементи, изработени от композитен материал. Корпусът на самолета съдържа също метални рамки, подсилени с надлъжни композитни стрингери, метални съединители и метални подпори. Основният недостатък на този дизайн е, че теглото е по-голямо, отколкото в случая, когато се използва само композитният материал. Освен това процесът на производство и свързване на тези елементи е скъп и трудоемък.
ЕР 1030807 описва композитно структурно решение за херметична опашна рамка на самолет. Рамките под налягане са специални конструктивни части, тъй като образуват интерфейса между фюзелажните секции под налягане и без налягане и по този начин трябва да издържат на много специфични натоварвания под налягане. Това решение обаче не може да се приложи за други силови рамки, при които цялата тази композитна покрита повърхност е ненужна и приема твърде много ненужно тегло.
WO 2009/129007 разкрива метод за производство на композитни рамки за самолет с множество рафтове (стени). Този метод на производство е друг начин за постигане на традиционната концепция за дизайн на рамката, но не представлява никаква новаторска концепция за дизайн.
GB 2268461 разкрива хибридна рамка за въздухоплавателно средство, съдържаща композитни външни и вътрешни капаци, заедно с подсилващи елементи, изработени от метален материал. Този документ предлага решение за производството на централната част на фюзелажа и полетните повърхности, залепени по цялостен начин. Основно, свързването на тези два елемента е предмет на изобретението GB 226846.
По този начин би било желателно да се предложи конструктивно решение за рамка на фюзелаж на самолет, направена изцяло от композитен материал, и без да е необходимо да се занитват различни части, за да се осигури конструкция на рамката от едно парче, като по този начин се осигурява по-ефективен метод за производство на споменатата рамка.
Настоящото изобретение има за цел да реши този проблем.
Целта на настоящото изобретение е да осигури самолетна рамка, за предпочитане челна рамка на въздухоплавателно средство, направена от композитен материал, така че рамката да включва два сегмента, всеки от които е направен като единичен единен композитен материал, и тези два сегмента впоследствие свързани, за да образуват интегрална рамкова структура.