Способ изготовления фюзеляжа содержит внутренний каркас, образующий форму для изготовления наружной обшивки из композитного материала. Внутренний каркас окружают наружной обшивкой из композитного материала. Способ содержит сборку множества шпангоутов и конструктивных деталей для образования внутреннего каркаса фюзеляжа, установку корпусной оснастки в пространство между двумя шпангоутами каркаса и крепление каждой из этой оснастки на двух шпангоутах при помощи съемного крепления для получения сплошной конструкции, нанесение слоя композитного материала вокруг сплошной конструкции, обжиг сплошной конструкции, покрытой слоем композитного материала, и удаление корпусной оснастки для получения внутреннего каркаса, покрытого наружной обшивкой. Достигается упрощение сборки фюзеляжа.
Объектом настоящего изобретения является способ изготовления фюзеляжа летательного аппарата, наружную обшивку которого выполняют из композитного материала. Способ, в соответствии с настоящим изобретением, позволяет выполнять наружную обшивку из композитного материала вокруг внутренней конструкции фюзеляжа, что облегчает монтаж упомянутой внутренней конструкции. Объектом настоящего изобретения является также фюзеляж летательного аппарата, полученный при помощи такого способа изготовления. Изобретение находит свое применение в области авиации, в частности в области изготовления фюзеляжей летательных аппаратов.
3.1 Уровень техники
Фюзеляж летательного аппарата является корпусом этого летательного аппарата. На фюзеляже крепят крылья, киль, шасси, двигатели и многие другие элементы. Поэтому изготовление фюзеляжа представляет собой важный этап постройки летательного аппарата.
Классически фюзеляж летательного аппарата представляет собой полый корпус, выполненный из металла. Этот полый корпус содержит металлические панели, установленные и закрепленные вокруг внутренней конструкции, как правило, металлической, называемой внутренним каркасом летательного аппарата. Металлические панели соединяют при помощи крепежных средств, и они после сборки образуют наружную обшивку летательного аппарата. Такие фюзеляжи очень распространены в настоящее время. Вместе с тем, их недостатком является большая масса, поскольку фюзеляж полностью является металлическим. Кроме того, их недостатком является наличие стыковых швов между металлическими панелями, которые образуют утолщения. Эти утолщения увеличивают массу и могут стать причиной лобового сопротивления во время полета летательного аппарата, что снижает его аэродинамические характеристики.
Для уменьшения массы фюзеляжа авиаконструкторы пытаются заменять некоторые металлические элементы элементами из композитных материалов. Эти композитные материалы используют, в частности, для выполнения одной или нескольких частей фюзеляжа летательного аппарата, например, для нижнего обтекателя фюзеляжа летательного аппарата. Как правило, эти части фюзеляжа являются панелями, выполненными из сухих волокон, предварительно пропитанных смолой. Эти панели изготавливают из полотен и/или кусков тканей, выполненных из сухих волокон, предварительно пропитанных термоотверждаемой смолой, размещая эти полотна и/или куски тканей в изложницы, которые затем нагревают. Под действием тепла смола полимеризуется, что позволяет волокнистому усилителю сохранить форму изложницы. После охлаждения изложницу удаляют. Такой способ изготовления в основном предназначен для изготовления панелей, то есть деталей с открытым профилем, поскольку после формования и охлаждения изложницу необходимо удалить. Его сложно применить для изготовления полых корпусов, в частности, меняющейся формы, например, полых корпусов конусной формы.
Чтобы обеспечить изготовление части фюзеляжа меняющейся формы из композитного материала, применяют способ, который состоит в изготовлении участка наружной обшивки фюзеляжа летательного аппарата. Этот участок наружной обшивки выполняют, наматывая полотна из волокон, предварительно пропитанных смолой, вокруг формы соответствующей формы. Форма может быть полым цилиндром. Форму с намотанными на него полотнами из предварительно пропитанных волокон нагревают для полимеризации смолы. После охлаждения полученный слоистый материал образует наружную обшивку летательного аппарата. Эту наружную обшивку отделяют от формы либо скольжением, либо путем демонтажа на месте, после чего форму удаляют. После выполнения наружной обшивки внутренний каркас вставляют внутрь наружной обшивки деталь за деталью, либо группами элементарных деталей, установленных на комплексные станины. Внутренний каркас летательного аппарата представляет собой набор шпангоутов и других конструктивных деталей, таких как стрингеры и полы. Таким образом, внутренний каркас устанавливают на место, вставляя каждый шпангоут и конструктивную деталь каркаса внутрь наружной обшивки и затем закрепляя каждую из этих деталей изнутри упомянутой наружной обшивки. Если детали внутреннего каркаса являются слишком объемными, их разрезают на несколько частей и вставляют часть за частью в наружную обшивку, затем крепят между собой при помощи заклепок.
Такой способ является сложным в применении, в частности, по причине большой площади наружной обшивки, отделяемой от формы. Кроме того, наружная обшивка может также содержать элементы типа утолщений, которые еще больше усложняют извлечение из формы. Кроме того, этот способ занимает много времени при реализации, поскольку требует поочередного введения и крепления всех деталей, образующих внутренний каркас фюзеляжа внутрь наружной обшивки, элементарными группами, или деталь за деталью, или даже по частям деталей.
3.2 Сущность изобретения
фюзеляж композитный летательный крыло
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков вышеупомянутых технологий. В этой связи изобретением предлагается способ изготовления фюзеляжа летательного аппарата, наружную обшивку которого выполняют из композитного материала и внутренний каркас которого образует, по меньшей мере, частично форму для изготовления наружной обшивки и/или опору для упомянутой формы.
Согласно этому способу, сначала монтируют внутренний каркас, затем изготавливают наружную обшивку вокруг внутреннего каркаса.
В частности, объектом настоящего изобретения является способ изготовления фюзеляжа летательного аппарата, содержащего внутренний каркас, окруженный наружной обшивкой из композитного материала, отличающийся тем, что внутренний каркас образует, по меньшей мере, частично форму для изготовления наружной обшивки из композитного материала.
Преимуществом этого способа является то, что он не требует установки внутреннего каркаса после изготовления наружной обшивки. Кроме того, его преимуществом является возможность выполнения фюзеляжа без швов, независимо от его формы.
Этот способ может содержать следующие операции:
- сборка множества шпангоутов и конструктивных деталей для образования внутреннего каркаса фюзеляжа,
- установка корпусной оснастки между шпангоутами каркаса для получения сплошной конструкции (эта корпусная оснастка может заполнять пространство между более чем 2 шпангоутами),
- нанесение слоя композитного материала вокруг сплошной конструкции,
- обжиг сплошной конструкции, покрытой слоем композитного материала, и удаление корпусной оснастки для получения внутреннего каркаса, покрытого наружной обшивкой.
Способ, в соответствии с настоящим изобретением, может содержать также один или несколько следующих отличительных признаков:
- слой композитного материала наносят в виде ленты из волокон, пропитанных смолой;
- шпангоуты внутреннего каркаса являются предварительно изготовленными шпангоутами;
- предварительно изготовленные шпангоуты устанавливают целиком;
- корпусную оснастку крепят на шпангоутах, расположенных по обе стороны от упомянутой корпусной оснастки;
- корпусная оснастка представляет собой части цилиндров;
- шпангоуты устанавливают на станину, выполненную с возможностью поддержания внутреннего каркаса;
- станина выполнена с возможностью приведения во вращение каркаса перед устройством нанесения композитного материала;
- корпусную оснастку извлекают изнутри каркаса после отсоединения от внутреннего каркаса;
- на месте расположения дверей и/или иллюминаторов фюзеляжа вырезают проемы;
- корпусная оснастка покрыта материалом, облегчающим ее извлечение;
- корпусную оснастку выполняют из антиадгезивного материала;
- корпусную оснастку выполняют из материала с тепловым расширением, по существу не отличающимся от теплового расширения наружной обшивки.
Объектом настоящего изобретения является также фюзеляж летательного аппарата, полученный при помощи способа в соответствии с настоящим изобретением.
Этот фюзеляж отличается также тем, что наружную обшивку можно наклеивать на шпангоуты, образующие внутренний каркас.
Необходимо отметить, что корпусная оснастка выполнена из такого материала, тепловое расширение которого по существу не отличается от коэффициента теплового расширения волоконной ленты.
Ее можно выполнять, в частности, из композитных материалов. Таким образом, обжиг сплошной конструкции не создает никаких проблем дифференциального теплового расширения между корпусной оснасткой и внутренним каркасом. Кроме того, внутренний каркас также не создает проблем теплового расширения, так как он выполнен из композитных материалов. Таким образом, обжиг сплошной конструкции влияет только на ленту из предварительно пропитанных волокон.
После полимеризации волоконной ленты получают наружную обшивку. После этого, согласно способу в соответствии с настоящим изобретением, корпусную оснастку удаляют.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения корпусную оснастку покрывают материалом, способствующим их извлечению, то есть материалом, исключающим какое-либо сцепление со смолой. В одном варианте корпусную оснастку выполняют из антиадгезивного материала. Таким образом, после изготовления наружная обшивка приклеивается к внутреннему каркасу, в частности, к шпангоутам внутреннего каркаса, но не приклеивается к корпусной оснастке. Поэтому корпусную оснастку можно отделить, а затем легко удалить изнутри каркаса, при этом оставляя упомянутый внутренний каркас на месте внутри наружной обшивки.
После удаления корпусной оснастки в наружной обшивке можно выполнить вырезы для получения проемов, предназначенных для иллюминаторов, дверей других устройств.
Таким образом, понятно, что этот способ обеспечивает существенный выигрыш во времени, так как внутренний каркас выполняют перед выполнением наружной обшивки. То есть его выполняют, не испытывая проблем ограниченного пространства. Кроме того, этот способ требует только установки и удаления корпусной оснастки, которую можно соответственно выполнять из нескольких частей для облегчения их удаления.
Кроме того, фюзеляж, полученный при помощи способа, в соответствии с настоящим изобретением, можно выполнять целиком, что позволяет отказаться от выполнения швов между двумя панелями, что тоже дает выигрыш во времени, в массе и существенно улучшает аэродинамические характеристики летательного аппарата.