Устройство для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к устройствам для создания металлополимерных конструкций корпусных деталей, применяемых в авиационной технике. Монокок - это цельная оболочка, форма которой удовлетворяет требованиям аэродинамики и в то же время является достаточно прочной для того, чтобы воспринимать и передавать нагрузки, возникающие при полете, посадке и движении самолета по земле. Цель разработки полезной модели - создание действительно «идеального монокока», а именно достижение возможности формирования всего планера самолета от носа до хвоста в виде цельной металлополимерной конструкции включающей оболочку и силовой каркас. Техническая задача - разработка устройства, позволяющего создавать корпус без единой заклепки, без сварки, склейки или соединительных элементов, - может быть, лишь за исключением места крепления крыла к фюзеляжу (фланцевое соединение). Сущность полезной модели состоит в том, что устройство для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки включает мишень для выполнения работ по лазерному наплавлению обечайки и рабочую головку, причем неподвижная мишень расположена в вертикальной плоскости, а рабочая головка выполнена с возможностью движения в вертикальной плоскости и снабжена технологической оснасткой и оптоволокном, связывающим рабочую головку с лазером, причем устройство дополнительно включает автоматически подающуюся металлическую проволоку, которая может иметь диаметр от 0,10 мм, для наплавления обечайки, фиксируемой по мере ее изготовления специальными механизированными опорами. При этом мишень может представлять собой металлический лист. Рабочих головок с лазером, располагающихся на технологической оснастке, может быть больше одной, а в качестве лазера может быть использован диодный лазер.
Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к устройствам для создания металлополимерных конструкций корпусных деталей, применяемых в авиационной технике.
Первые самолеты представляли собой каркасные конструкции из различных материалов. По мере совершенствования каркасной конструкции последняя обрела сначала внешнюю оболочку, а затем избавилась от традиционного каркаса. Для обеспечения достаточного внутреннего пространства каркасная конструкция трансформировалась в систему шпангоутов, лонжеронов, стрингеров и нервюр, - элементов обеспечивающих прочность внешней оболочки самолета. Этот принцип конструкции планера самолета и стал именоваться тонкой монококовой конструкцией, а точнее усиленным монококом.
Монокок - это цельная оболочка, форма которой удовлетворяет требованиям аэродинамики и в то же время является достаточно прочной для того, чтобы воспринимать и передавать нагрузки, возникающие при полете, посадке и движении самолета по земле. Монокок или «чистый монокок», или его еще называют «идеальным тонкостенным монококом», состоит из внешней оболочки (обычно листы алюминиевого сплава) с минимумом подкрепляющих конструктивных элементов - шпангоутов, лонжеронов, стрингеров.
Известны способ и устройство для лазерной наплавки по патенту РФ 
2228243 (ПРОТОТИП), МПК-7: В23К 26/34, опубликованному 10.05.2004, в котором описана, в частности, система автоматического регулирования послойной наплавки материала на подложке, включающая регулируемый лазер, испускающий луч, направленный в локализованный участок подложки для образования на нем ванны расплава, средство подачи материала в ванну расплава для его плавления лазером и получения слоя наплавленного материала с заданной высотой, а также средство оптического детектирования и регулятор с обратной связью для автоматического регулирования скорости наплавки материала. Система также содержит интерфейс для компьютеризированной системы проектирования, содержащей описание изделия, подлежащего изготовлению. При этом вариантом является автоматическая система регулирования лазерной наплавки, содержащая испускающий луч лазер со средством фокусировки луча на локализованном участке подложки, а также средство перемещения испускающего луч лазера и подложки относительно друг друга, и средство подачи материала, подлежащего плавлению, в ванну расплава для его накопления в локализованном участке по мере наплавки материала и регулятор с обратной связью для восприятия информации о высоте слоя наплавленного материала и автоматического регулирования скорости наплавки материала в соответствии с заданной высотой слоя. При этом средство перемещения выполнено с возможностью перемещения рабочего стола относительно неподвижных лазера и средства подачи материала либо средство перемещения выполнено с возможностью перемещения лазера и средства подачи материала относительно неподвижного рабочего стола, причем подложка выполнена металлической, а материал, подаваемый в ванну расплава, является металлическим порошком.
Общие признаки прототипа и заявляемого технического решения: наличие лазера, материала для его плавления лазером, средства перемещения испускающего луч лазера и подложки относительно друг друга, и средства подачи материала, подлежащего плавлению, а также компьютеризированной системы проектирования, содержащей описание изделия, подлежащего изготовлению. Общие признаки включают компьютеризированную систему проектирования, содержащую описание изделия, подлежащего изготовлению, аналогичную применяемой при работе заявляемого технического решения системе изготовления электронного чертежа обечайки. Однако компьютеризованная система не является частью устройства, а является отдельным устройством, поэтому в дальнейшем рассмотрении наличие компьютеризированной системы проектирования не учитывается.
Отличия прототипа от заявляемого технического решения: в прототипе применен иной принцип изготовления изделия путем осаждения на подложку расплавленного металлического порошка вдуваемого через сопло в лазерный луч, каковое использование влечет за собой необходимость софокусировки потока порошка и лазерного луча на зоне ванны расплава и оптического детектирования толщины наплавляемого слоя, подробно описанных в прототипе. Кроме того, в прототипе послойная наплавка ведется в горизонтальной плоскости, которая технически продиктована наличием ванны расплава и рабочего стола, поэтому средство перемещения испускающего луч лазера и подложки относительно друг друга работает в горизонтальной плоскости. Наплавка в горизонтальной плоскости вызовет серьезные трудности при изготовлении изделий сигарообразной формы со значительным размером вдоль вертикальной строительной оси.
Недостатки прототипа устранены в заявляемом техническом решении путем применения послойной наплавки в вертикальной плоскости и того, что в качестве автоматически подающегося наплавляемого материала применяется проволока, исключающая применение ванны расплава с устройствами оптического детектирования.
Цель разработки заявляемого технического решения - создание действительно «идеального монокока», а именно достижение возможности формирования всего планера самолета от носа до хвоста в виде цельной металлополимерной конструкции включающей оболочку и силовой каркас.
Техническая задача - разработка устройства, позволяющего создавать корпус без единой заклепки, без сварки, склейки или соединительных элементов, - может быть, лишь за исключением места крепления крыла к фюзеляжу (фланцевое соединение).
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что устройство для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки включает мишень для выполнения работ по лазерному наплавлению обечайки и рабочую головку, причем неподвижная мишень расположена в вертикальной плоскости, а рабочая головка выполнена с возможностью движения в вертикальной плоскости и снабжена технологической оснасткой и оптоволокном, связывающим рабочую головку с лазером, причем устройство дополнительно включает автоматически подающуюся металлическую проволоку, которая может иметь диаметр от 0,10 мм, для наплавления обечайки, фиксируемой по мере ее изготовления специальными механизированными опорами. При этом мишень может представлять собой металлический лист. Рабочих головок с лазером, располагающихся на технологической оснастке, может быть больше одной, а в качестве лазера может быть использован диодный лазер.
Сущность заявляемого технического решения проиллюстрирована чертежом варианта исполнения обечайки в виде тонкостенного монокока, где:
1 - мишень;
2 - обечайка;
3 - стрингер.
Обечайка 2 снабжена стрингерами 3, при этом мишень 1 предназначена для выполнения работ по лазерному наплавлению.
Технический результат применения заявляемого технического решения заключается в создании устройства для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки с возможностью изготовления сложных каркасных конструкций в виде плетения.
В уровне техники не обнаружено подобного сочетания технической эффективности и экономичности, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость».
1. Устройстро для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки, включающее мишень для выполнения работ по лазерному наплавлению обечайки и рабочую головку, отличающееся тем, что неподвижная мишень расположена в вертикальной плоскости, а рабочая головка выполнена с возможностью движения в вертикальной плоскости и снабжена технологической оснасткой и оптоволокном, связывающим рабочую головку с лазером, и дополнительно включающее механизированные опоры для фиксации наплавляемой обечайки, получаемой с помощью автоматически подающейся металлической проволоки.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мишень представляет собой металлический лист.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочих головок с лазером, располагающихся на технологической оснастке, может быть больше одной.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве лазера использован диодный лазер.
