Результат интеллектуальной деятельности: Способ формования из композитного материала пустотелых аэродинамических поверхностей - 2

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 получения нужного результата необходимо применить в аэродинамическом профиле один или несколько лонжеронов (они придадут изделию нужную прочность и жесткость). А для получения качественного изделия необходимо прежде всего, чтобы при повышении давления в двух или более эластичных емкостях лонжерон/лонжероны не сдвинулись с соответствующего им места. Для этого можно применить накачку емкостей одинаковым давлением через отдельные шланги, чье проходное сечение прямо пропорционально объему будущей полости в изделии. Тогда скорость наполнения емкостей будут одинаковой, и давление в них будет повышаться синхронно. Этот способ, действительно, обеспечит устойчивое положение лонжеронов в процессе формования изделия. Но он не сможет исправить нарушенное положение лонжерона, если это случайно было сделано рабочими.

В данном способе 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 индивидуальные (для каждой полости - своя пневмомашина) синхронизирующие обратимые пневмомашины объемного вытеснения (иначе их называют обратимыми объемными насосами или обратимыми объемными пневмодвигателями), находящимися на одном рабочем валу, причем расход воздуха через эти пневмомашины прямо пропорционален объему будущих полостей в готовом изделии.

То есть эта система должна следить за тем, чтобы в больший отсек поступало пропорционально больше воздуха, чем в средний или маленький. И тогда наполнение эластичных емкостей будет происходить синхронно, а давление в них будет всегда одинаковым. Это не только предотвратит сдвиг лонжеронов со штатного места, но и вернет их на место, если они все же были случайно сдвинуты.

Упомянутыми обратимыми пневмомашинами объемного вытеснения могут быть шестеренчатые насосы из шестерен одинакового модуля, но разной ширины, или могут быть пластинчатые насосы одинакового диаметра, но разной ширины, или кривошипно-шатунные пневмомашины с одинаковым ходом поршня, но с пневмоцилиндрами разного диаметра.

Если будут применены кривошипно-шатунные пневмомашины, то появятся дополнительные условия, обеспечивающие синхронность и пропорциональность наполнения эластичных емкостей: все пневмомашины должны работать в одной фазе, а отношение площади впускных и выпускных клапанов к площади поршней у всех пневмомашин должно быть одинаковым.

Разумеется, повышение давления в емкостях следует производить плавно.

На прилагаемом эскизе показан пример такого формования. Допустим, в профиле крыла 1 предусмотрено три лонжерона 2, 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 с переднего и заднего краев профиля запас на второй (верхний) слой. Затем вставляем в соответствующие места профиля лонжероны 2. Затем укладываем в образовавшиеся отсеки эластичные (достаточно - тонкостенные полиэтиленовые, а если из другого материала, то их следует предварительно смазать разделительным составом) емкости 3, примерно равные или большие по объему расчетному объему будущих полостей. Для удобства укладки емкости можно слегка надуть. 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 4 от синхронизирующих кривошипно-шатунных пневмомашин 5, вращаемых в одной фазе общим коленчатым валом 6.

Возможен и другой вариант - приводим каким-либо двигателем во вращение общий коленчатый вал 6, и тогда обратимая каждая пневмомашина 5 становится компрессором, подающим в емкости 3 воздух в количестве, пропорциональном объему будущих полостей.

Плавно повышаем давление, создаваемое пневмомашинами 5 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 случайном смещении одного из лонжеронов в какую-либо сторону за счет подачи воздуха в емкости, пропорциональной их объему, с этой стороны создается большее давление, которое смещает лонжерон на нужное место.

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 эластичные емкости.