Многослойная панель с ферменным заполнителем

Изобретение относится к области авиации, машиностроения, судостроения и к другим отраслям промышленности и может быть использовано в производстве многослойных панелей из композиционных материалов, работающих на устойчивость при действии наружного и внутреннего давления, растягивающей и сжимающей силы, в частности, в летательных аппаратах, и может применяться в качестве топливного бака.

Эффективность конструкций при различных видах нагружения в значительной степени определяется геометрическими и механическими характеристиками применяемого заполнителя, и естественным является поиск новых конструкций заполнителя.

Известна «Панель из слоистых композиционных материалов», которая содержит обшивку с гладкой, пологой геометрической формой наружной поверхности, скрепленную с силовыми наборами, которые выполнены в виде системы скрепленных с обшивкой перекрещивающихся ребер, причем система ребер состоит из слоев однонаправленных высокопрочных (высокомодульных) нитей и (или) ткани, скрепленных полимерным связующим, ориентированных вдоль геодезических линий на внутренней поверхности обшивки (патент РФ 2518519, опубл. 10.06.2014, МПК B64C 3/20, B64C 1/00, B32B 3/12, B32B 1/08).

Недостатком данной панели является большая масса конструкции за счет того, что все элементы конструкции выполнены с большими габаритами и малыми допускаемыми напряжениями.

Наиболее близким по технической сущности взятым в качестве прототипа является изобретение «Ферменный заполнитель многослойной панели», содержащий ферменный заполнитель многослойной панели, представляющий собой объемную структуру в виде повторяющихся пирамидальных или тетраэдальных ячеек, имеющих общую вершину с каждой из соседней, с ребрами, выполненными в виде зигзагообразных стержневых элементов, обшивок, на каждой вершине и основании пирамидальных или тетраэдальных ячеек расположены шипы, на одних повторяющихся ребрах стержневых элементов пирамидальных или тетраэдальных ячеек шипы выполнены на вершинах и концах, на других - без шипов, на вершинах и концах, на третьих - шипы выполнены только на концах, на четвертых - шипы выполнены только на вершинах стержней, при этом ребра стержневых элементов расположены и направлены под заданными углами к основанию, а во впадинах всех видов зигзагообразных стержневых элементов при вершинах и при основаниях выполнены прорези, при этом на обшивках ответной части расположены прорези под размеры и конфигурацию шипов так, чтобы прорези впадин при основании и при вершинах зигзагообразных стержневых элементов совпали друг с другом, полученные ячейки соединяются обшивками (патент 151699, МПК B21D 47/00, опубл. 10.04.2015 г.).

Недостатком известного изобретения является большой вес конструкции и малая вместимость за счет большого количества конструктивных элементов пластин, из-за которых невозможно эффективно использовать внутренний объем заполнителя, что приводит к снижению функциональных возможностей панели устройства.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является снижение веса конструкции за счет уменьшения количества конструктивных элементов глухих пластин в заполнителе и увеличение полезного объема за счет увеличения зигзагообразных профилей, ведущих к расширению функциональных возможностей панели.

Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является снижение веса конструкции и расширение функциональных возможностей за счет уменьшения конструктивных элементов и увеличения полезного объема в конструкции панели.

Технический результат достигается тем, что в многослойной панели с ферменным заполнителем, представляющим собой объемную структуру из композиционного материала в виде прямоугольных пластин с соединяющими их зигзагообразными профилями с пазами и штырями, нормальными к пластинам и образующими в месте отверстий правильные пирамиды, вершины которых направлены в противоположные стороны, согласно которой объемная структура из композиционного материала, в виде углепластика или стеклопластика, выполнена в виде коробчатой конструкции, состоящей из пластин с ромбовидными отверстиями по всей площади и штырями по периметру, а также с отверстиями под штыри зигзагообразных профилей, при этом штыри зигзагообразных профилей выполнены укороченными и расположены с возможностью установки в отверстие пластин двух укороченных штырей профиля, двух зеркальных к пластине зигзагообразных профилей, вертикальных относительно пластины и перпендикулярных друг к другу, по обе стороны от пластины, при этом сверху и снизу многослойной панели расположены глухие пластины с отверстиями под штыри профилей, которые соединены по бокам шпангоутами, а спереди и сзади кронштейнами посредством штырей по периметру пластин и отверстий под эти штыри на шпангоутах и кронштейнах.

Новым является то, что:

В многослойной панели с ферменным заполнителем из композиционного материала внутренний объем будет больше за счет того, что будет меньше глухих пластин, но на одной пластине будет располагаться больше зигзагообразных профилей, которые вместе с пластинами прямоугольной формы с ромбовидными отверстиями по всей ее площади в месте отверстий образуют четырехгранные пирамиды, которые уменьшают вес и увеличивают вместимость, т.е. полезный объем, расширяя функциональные возможности многослойной панели.

Например: сравнивая с ближайшим аналогом, где в многослойной панели из 2-х слоев ферменного заполнителя должно быть расположено 4 пластины, в заявляемом техническом решении на 2 слоя ферменного заполнителя расположено 3 пластины с отверстиями под штыри профилей.

В многослойной панели заполнитель выполнен в виде прямоугольных пластин со штырями по периметру, с ромбовидными отверстиями по всей площади и с отверстиями под штыри профилей, выполненных с возможностью установки в отверстие двух укороченных штырей профиля, соединенных зигзагообразными профилями с укороченными штырями, для возможности установки двух зеркальных к пластине зигзагообразных профилей, вертикально относительно пластины и перпендикулярно друг другу, по обе стороны от пластины, что повышает эксплуатационные характеристики заполнителя, ведет к снижению массы конструкции и увеличению полезного объема заполнителя, не изменяя прочностных характеристик, а также ведет к расширению функциональных возможностей панели.

Сущность предлагаемого изобретения продемонстрирована чертежами, на которых изображено:

- на фиг. 1 - зигзагообразный профиль с направленными вверх пазами и ориентированными вниз укороченными штырями с одной стороны конструкции;

- на фиг. 2 - зигзагообразный профиль с направленными вовнутрь пазами и ориентированными наружу штырями;

- на фиг. 3 - зигзагообразный профиль с направленными наружу пазами;

- на фиг. 4 - пластина с ромбовидными отверстиями по поверхности, отверстиями под штыри профилей и штырями по периметру пластины;

- на фиг. 5 - глухая пластина (без ромбовидных отверстий по поверхности) с отверстиями под штыри профилей и штырями по периметру пластины;

- на фиг. 6 - два соединенных зигзагообразных профиля;

- на фиг. 7 - сетка из зигзагообразных профилей;

- на фиг. 8 - однослойная панель с ферменным заполнителем;

- на фиг. 9 - многослойная панель с ферменным заполнителем;

- на фиг. 10 - многослойная панель с ферменным заполнителем и глухими пластинами сверху и снизу;

- на фиг. 11 - коробчатая конструкция из многослойной панели с глухими пластинами сверху и снизу, шпангоутами и кронштейнами по бокам,

где: 1 - параллельно расположенные прямоугольные пластины с ромбовидными отверстиями, отверстиями под штыри профилей и штырями по периметру; 2 - зигзагообразный профиль заполнителя с пазами и штырями; 3 - глухая пластина; 4 - шпангоут; 5 - кронштейн; 6 - укороченные штыри; 7 - пазы на внутренней стороне профиля; 8 - пазы на внешней стороне профиля; 9 - отверстия для штырей зигзагообразного профиля.

Производство конструкции металлического заполнителя:

Сборка конструкции состоит из следующих этапов: сначала необходимо соединить один зигзагообразный профиль 2 с пазом на внутренней стороне 7 с зигзагообразным профилем 2 и пазом на внешней стороне 8, причем зигзагообразный профиль 2 с пазом на внутренней стороне 7 угла будет над профилем с внешней стороны, а сами профили будут в вертикальном положении и перпендикулярны друг другу (фиг. 6); аналогично собираются оставшиеся профили, создавая аналог решетки (фиг. 7); далее сверху и снизу профилей устанавливаются пластины так, чтобы укороченные штыри профилей входили в отверстия под них в пластинах, причем в один паз пластины должно входить 2 укороченных штыря зигзагообразного профиля (фиг. 8); после, аналогичным образом собираются оставшиеся слои и скрепляются между собой (фиг. 9); полученная конструкция сверху и снизу соединяется глухими пластинами без отверстий (фиг. 10); полученная многослойная конструкция по бокам соединяется шпангоутами, а спереди и сзади кронштейнами посредством штырей по периметру пластин и отверстий под эти штыри на шпангоутах и кронштейнах (фиг. 11).

По сравнению с известными аналогами, заявляемая многослойная панель с ферменными заполнителями, выполненная в виде объемной структуры коробчатого типа, состоящего из прямоугольных пластин со штырями по периметру, с ромбовидными отверстиями по всей площади и с отверстиями под штыри профиля и зигзагообразных профилей, при этом они соединены по краям глухими пластинами со штырями по периметру и отверстиями под штыри профиля, и по бокам шпангоутами, и при помощи кронштейнов спереди и сзади, что позволяет снизить вес заполнителя и расширить функциональные возможности устройства, так как может использоваться в качестве бака для топлива за счет герметичности боковых пластин и шпангоутов с кронштейнами, а также за счет наличия свободного объема внутри конструкции и ромбовидных отверстий на пластинах.