Результат интеллектуальной деятельности: Способ формования из композитного материала пустотелых аэродинамических поверхностей - 1

Изобретение относится к способам формования изделий из композитных материалов, таких, как стеклопластик, углепластик и т.п.

Известны подобные способы, см., например, заявку № RU 94036876. В упомянутом способе пустотелая лопасть пропеллера формовалась в разборной пресс-форме путем помещения внутрь будущей лопасти эластичной емкости, затем - в перекрестной укладке слоев армирующего материала, пропитанного связующим, и затем - в сборке пресс-формы с последующей накачкой эластичной емкости.

Недостатком этого способа является то, что таким образом нельзя получить аэродинамический профиль с одной или несколькими внутренними перегородками - лонжеронами. Кроме того, одна из кромок лопасти при этом получается отформована из нескольких слоев внахлест, что уменьшает прочность изделия и повышает его массу.

Задача и технический результат изобретения - получение профиля с лонжеронами, второй технический результат - повышение прочности изделия при равной массе (за счет применения лонжеронов, что позволяет уменьшить толщину стенок изделия, и за счет разнесения мест перехлеста слоев).

Для этого в пресс-форму укладывается несколько слоев пропитанного связующим веществом армирующего материала, оставляя с двух противоположных краев (например, спереди и сзади аэродинамического профиля) достаточное количество длины помянутого материала (достаточное для соединения с некоторым перехлестом), устанавливаются в рабочее положение нужное число лонжеронов двутаврового или швеллерообразного профиля, в отсеки между лонжеронами укладывается эластичные емкости в общем количестве, на единицу большем числа предусмотренных лонжеронов, затем укладываются оставленные с краев слои пропитанного армирующего материала, причем так, чтобы перехлесты армирующего материала приходились на разные места будущего изделия, пресс-форма закрывается и все емкости надуваются избыточным давлением воздуха, причем все емкости надуваются от одного источника воздушного давления через шланги, длины которых соотносятся обратно пропорционально объему образованных лонжеронами полостей, или площади поперечного сечения которых соотносятся прямо пропорционально объему образованных лонжеронами полостей.

То есть, эта система должна следить за тем, чтобы давление воздуха на входе в больший отсек было пропорционально , чем в средний или маленький, и, следовательно, чтобы в больший отсек поступало пропорционально больше воздуха, чем в средний или маленький.

Последнее необходимо для того, чтобы скорость наполнения емкостей разного объема была одинаковой, иначе лонжероны могут сместиться по мере неравномерной накачки емкостей.

Возможна даже установка на шланги расходомеров с классом точности не меньше 0,1, но при неторопливой накачке отсеков это не обязательно.

Эта система не дает абсолютной точности, так как она не учитывает местные сопротивления входа воздуха в шланг, и выхода из него. Для их учета можно даже ввести эмпирическую поправку, рассчитанную на основе пробных накачек. Эта поправка может иметь вид уменьшения расчетной длины шланга на какую-то не одинаковую для всех шлангов длину, причем для более короткого шланга эта поправка будет больше, а для более длинного - меньше. В первом приближении можно считать, что эта поправка обратно пропорциональна длине шланга, так как в той же пропорции расход воздуха через длинный шланг меньше, чем через короткий. То есть, соотношение поправок окажется таким же, как соотношение объемов отсеков.

Для шлангов, имеющих разное проходное сечение расчет этой поправки будет значительно сложнее.

Разумеется, повышение давления в емкостях следует производить плавно.

ПРИМЕР. Допустим, в профиле крыла предусмотрено 3 лонжерона, то есть, они образуют в крыле четыре полости. При этом самый большой отсек примем за 100%, тогда объемы будущих полостей распределятся, считая от конца профиля, допустим, так: 30:70:100:50%. Укладываем в нижнюю часть пресс-формы нужное число слоев армирующего материала, пропитанного связующим веществом, оставляя в передней части профиля запас на второй (верхний) слой. Затем вставляем в соответствующие места профиля лонжероны. Затем укладываем в образовавшиеся отсеки эластичные (достаточно - тонкостенные полиэтиленовые, а если из другого материала, то их следует предварительно смазать разделительным составом) емкости, примерно равные или большие по объему расчетному объему будущих полостей. Укладываем сверху нужное число слоев запасенного с краев армирующего материала, пропитанного связующим веществом (число слоев снизу и сверху может не совпадать), и закрываем пресс-форму, в том числе - с торца. Затем к уложенным емкостям от компрессора подводим шланги. Так как длину шланга варьировать проще, чем его проходное сечение, подключаем отсек объемом 100% шлангом длиной 1 м, отсек размером 50% - шлангом длиной (100/50) = 2 м, отсек объемом 70% подключаем шлангом длиной (100/70) = 1,43 м., и отсек объемом 30% - шлангом длиной (100/30) = 3,33 м.

Можно ввести поправку на местные сопротивления. Длину самого короткого шланга уменьшим на 10 см, для шланга длиной 2 м. поправка будет 5 см, для шланга длиной 1,43 она будет равна 7 см., а для шланга длиной 3,33 м она будет равна 3 см. Итого размеры шлангов лучше выбрать следующими: 0,90 м, 1,95 м, 1,36 м, 3,30 м.

Плавно повышаем давление компрессора до величины обжатия композитного материала. Эта величина аналогична давлению вакуумирования композитной заготовки, и в обоих случаях равна разнице атмосферных давлений внутри и снаружи заготовки. Например, 1,7 атм.

При применении в аэродинамическом профиле задней стенки (например, для установки закрылков и элеронов) не следует зажимать слои армирующего материала в пресс-форме слишком туго - они должны иметь возможность втягиваться в пресс-форму по мере надувания эластичных емкостей. А также излишки связующего вещества должны иметь возможность выдавливаться из пресс-формы.

Поле затвердевания заготовки пресс-форма раскрывается, заготовка извлекается, и из нее извлекаются использованные эластичные емкости.