Панель из композиционного материала и способ ее изготовления

1. Панель из композиционного материала, содержащая обшивку и размещенные на ней продольные стрингеры закрытого сечения и поперечные ребра, отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способности и технологичности панели, стрингеры образованы замкнутыми полыми профилями из композиционного материала, покрытыми внутренними и наружными слоями из композиционного материала, причем наружные слои выполнены с отбортовками, образующими поперечные ребра, а смежные стрингеры и поперечные ребра выполнены с общей лапкой, образованной внутренним и наружным слоями.
2. Способ изготовления панели из композиционного материала, включающий выкладку на блоках оснастки продольных стрингеров и поперечных ребер, стыковку блоков в матрицу с образованием формообразующей поверхности оснастки, установку внутри стрингеров оправок, выкладку поверх них обшивки и последующую полимеризацию в автоклаве с приложением давления внутрь оправок, отличающийся тем, что, с целью повышения несущей способности и технологичности панели, выкладку продольных стрингеров и поперечных ребер осуществляют путем покрытия цельными слоями композиционного материала всей формообразующей поверхности оснастки, причем первоначально на верхней поверхности отдельных блоков оснастки выкладывают часть слоев композиционного материала стрингеров с заведением их на торцы блоков для образования поперечных ребер, затем на верхней поверхности собранной матрицы выкладывают оставшуюся часть слоев стрингеров, а оправку в виде замкнутых полых профилей из композиционного материала размещают между этими частями слоев композиционного материала, а после полимеризации они остаются частью панели.

Изобретение относится к конструкциям из полимерного композиционного материала и способам их изготовления и может применяться в области авиастроения, космической техники, судостроения и автомобилестроения.
Известно техническое решение, согласно которому панель из композиционного материала содержит обшивку, подкрепленную -образными стрингерами в направлении действия осевых нагрузок. При этом панель является интегральной, т. е. изготовленной за один технологический цикл. Процесс изготовления панели включает выкладку слоев стрингера на резиновой оправке с деревянным вкладышем, помещение их в матрицу и установку матрицы на обшивку, предварительно выложенную на алюминиевом листе. После этого вкладыш удаляется из оправки и производится упаковка. Формование панели осуществляется от наружного контура обшивки в автоклаве при подаче давления внутрь полой резиновой оправки для упрессовки внутренней поверхности стрингера. Зона соединения лапок стрингера с обшивкой содержит однонаправленные волокна с целью исключения несплошностей в панели, снижающих ее прочностные характеристики.
Наиболее близким техническим решением из известных является панель из композиционного материала (и способ ее изготовления), содержащая обшивку, подкрепленную продольными стрингерами и полками нервюр. Стрингеры имеют форму -образного профиля, а полки нервюр представляют собой I-образные поперечные ребра, по которым производится крепление стенок нервюр. Изготовление панели осуществляется за один технологический цикл на пресс-форме в виде отдельных блоков, на которые укладывают заготовки стрингеров и полок нервюр, после чего блоки стыкуют в единую матрицу. Внутрь стрингеров помещают извлекаемые полые резиновые оправки, поверх которых выкладывают слои обшивки. Формование панели производят в автоклаве при подаче давления в оправки, которые затем удаляют из готовой детали. Недостатками данной конструкции являются: снижение несущей способности панели, обусловленные условиями передачи нагрузки с обшивки на элементы подкрепления через соединение внахлест, и низкая технологичность панели из-за применения в качестве формующих элементов полых резиновых оправок, приводящего к поводкам конструкции и некачественной упрессовке стрингеров, а также создающего трудности обеспечения совместимости материалов оправки и детали и извлечения оправок из готовой детали.
Цель изобретения повышение несущей способности и технологичности интегральной подкрепленной панели из композиционного материала со стрингерами закрытого сечения и полками нервюр в виде поперечных ребер.
Сущность изобретения состоит в выполнении стрингеров панели в виде замкнутых композиционных профилей, покрытых внутренними и наружными слоями композиционного материала, образующими общую лапку смежных стрингеров и ребер. При этом наружные слои стрингеров выполнены с отбортовками, образующими поперечные ребра панели. Выкладка стрингеров и ребер панели производится путем покрытия всей формообразующей поверхности оснастки цельными слоями композиционного материала в два этапа: сначала на верхней поверхности отдельных блоков оснастки выкладывают часть слоев стрингеров с заведением их на торцы блоков и образованием таким образом поперечных ребер, затем на верхнюю поверхность собранной из отдельных блоков матрицы выкладывают оставшуюся часть слоев стрингеров и устанавливают внутрь их оправки в виде замкнутых профилей из композиционного материала, которые в результате полимеризации становятся частью конструкции.
При этом достигается повышение несущей способности и технологичности панели за счет улучшения условий передачи нагрузки с обшивки на элементы подкрепления в результате увеличения площади контакта лапок подкрепляющих элементов с обшивкой, упрощения процесса изготовления панели за счет сокращения ряда трудоемких технологических операций (мероприятия по защите поверхностей изделия, контактирующих с оправкой, извлечение оправки из готовой детали и т.п.) и повышения качества детали за счет применения жесткой и совместимой с деталью оправки, являющейся частью конструкции.
На фиг.1 изображена интегральная панель, подкрепленная -образными стрингерами, общий вид; на фиг.2 условию показан способ изготовления панели.
Панель содержит обшивку 1, продольно расположенные стрингеры 2 и полки нервюр в виде поперечныхребер 3. Стрингеры 2 образованы замкнутыми полыми профилями 4 из композиционного материала, частично или полностью отвержденного, размещенными на обшивке 1 и покрытыми внутренними 5 и наружными 6 слоями композиционного материала, образующими общую лапку 7 смежных стрингеров 2' и 2'' и смежных ребер 3' и 3''. При этом наружные слои 6 выполнены с отбортовками 8, образующими ребра 3 панели. Зоны панели, ограниченные профилем 4, внутренними слоями 5 стрингера 2 и обшивкой 1, а также отбортовками 8 и обшивкой 1, содержат вкладыш 9 из композиционного материала.
Технологический процесс изготовления панели состоит из следующих основных операций: подготовка оснастки для выкладки, изготовление оправок в виде профилей из композиционного материала; изготовление вкладышей, выкладка и сборка панели; подготовка к формованию; автоклавное формование; контроль качества.
Выкладку панели производят на блоках 10 металлической оснастки, на верхнюю формообразующую поверхность 11 которых выкладывают часть слоев (наружные слои 6) стрингеров 2 панели с заведением их на торцы 12 блоков 10 оснастки и формованием таким образом отбортовок 8, образующих ребра 3 панели. Затем с помощью специального крепления производят сборку блоков 10 оснастки в единую матричную форму, на верхнюю поверхность которой выкладывают оставшуюся часть слоев (внутренние слои 5) стрингеров 2. Внутрь стрингеров помещают оправки в виде замкнутых профилей 4 из композиционного материала, устанавливают вкладыши 9 и поверх них выкладывают слои обшивки 1. После этого производят подготовку сборки к автоклавному формованию, причем торцы оправок 4 оставляют открытыми. Формование панели производят в автоклаве при подаче давления внутрь оправок.
При этом в результате полимеризации оправка 4 становится частью конструкции панели.
Изобретение относится к конструкциям из полимерного композиционного материала с высокой степенью нагружения и способам их изготовления и может применяться в области авиастроения, космической техники, и т.д. Цель изобретения - повышение несущей способности и технологичности панели. Панель содержит обшивку 1 и подкрепление в виде стрингеров 2 и поперечных ребер 3, которое образовано тремя конструктивными элементами 4 - 6, состоящим из непрерывных слоев и выполненных в виде единой структуры непосредственно примыкающей к поверхности обшивки 1. Слои верхней и срединной частей полки стрингера 2 вместе с верхним основанием слоя 6 образуют полку стрингера. Слои верхней и срединной частей стенок стрингера вместе с боковыми сторонами слоя образуют стенки стингера . Слои верхней и нижней частей лапок стрингера образуют лапки стрингера . Слои верхней части лапок стрингера являются также лапками ребра 3. Выкладку панели производят на блоках металлической оснастки, на которые выкладывают слои первого конструктивного элемента 4 подкрепления панели, образующие верхнюю часть полки 7, стенок 8 и лапок 9 стрингера, а также лапки части стенки ребра. Затем производят сборку блоков с образованием формообразующей поверхности. При этом слои стенки 12 ребра смежных блоков оснастки образуют стенку ребра, в месте перехода которой в лапки ребра устанавливают усиливающий элемент . Далее производят выкладку по всей поверхности собранной оснастки слоев второго конструктивного элемента 5 подкрепления панели, образующих срединную часть полок , стенок и нижнюю часть лапок стрингера, затем устанавливают слой 6. 2 з.п.ф., 2 ил.