Лонжерон лопасти несущего винта вертолета

Полезная модель относится к области авиационной техники, а именно к конструкционному исполнению лонжерона лопасти несущего и рулевого винтов вертолета из композиционных материалов. Согласно полезной модели в лонжероне лопасти несущего винта вертолета, включающем плетеную преформу, ось которой совпадает с осью лонжерона, пропитанную полимерным связующим, плетеная преформа включает n слоев, выполненных поочередно с углом ₁ и ₂ наклона плетения к оси лонжерона так, что 0°<₁±30°, ±60°₂<±90° при n2, кроме того слои преформы переплетены между собой. Технический результат - повышение эксплуатационной стойкости лонжерона лопасти несущего винта вертолета. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Полезная модель относится к области авиационной техники, а именно к конструкционному исполнению лонжерона лопасти несущего и рулевого винтов вертолета из композиционных материалов.

Из уровня техники известна конструкция упругого лонжерона, который изготавливают из сплошных однонаправленных слоев стекловолокна с ориентацией волокон под 0°, однонаправленных слоев стекловолокна переменной (разной) длины с ориентацией волокон под 0° и поперечных графитовых волокон с ориентацией волокон под ±45°. Распределенное размещение концов слоев (волокон) приводит к относительно равномерному распространению ударных нагрузок в лонжероне в слоистые структуры, а соответственно к повышению баллистической стойкости (патент ИЗ РФ 2126343, опубл. 20.02.1999).

К недостаткам такой конструкции лонжерона следует отнести его недостаточную эксплуатационную стойкость, обусловленную тем, что расположение волокон и нитей в его волокнистых структурах отклоняется от направления действия механических нагрузок. Это приводит к появлению трансверсальных и сдвиговых напряжений, вызывающих возможность нарушения адгезионного контакта между волокнами и матрицей (связующим).

Наиболее близкой к заявленному техническому решению - прототипом - представляется конструкция лонжерона лопасти несущего винта вертолета, включающая плетеную преформу, ось которой совпадает с осью лонжерона, пропитанную полимерным связующим. обладают такими физико-механическими характеристиками, как значительное сопротивление расслаиванию, повышенное сопротивление повреждениям, улучшенное сопротивление удару, высокие усталостные показатели, значительная прочность вблизи отверстий и крепежных элементов. Кроме того, использование плетеных преформ позволяет упростить проблему соединений в сборных конструкциях, так как прочность традиционных соединений значительно уступает прочности самой конструкции (К.И. Донецкий, Д.И. Коган, А.В. Хрульков, Использование технологий плетения при производстве элементов конструкций из пкм, http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=253).

К недостаткам прототипа следует отнести его недостаточную эксплуатационную стойкость, обусловленную тем, что расположение волокон и нитей в его волокнистых структурах отклоняется от направления действия механических нагрузок. Это приводит к появлению трансверсальных и сдвиговых напряжений, приводящих к возможному нарушению адгезионного контакта между волокнами и матрицей (связующим). Важно, чтобы эти напряжения не превышали уровень адгезионного контакта (при сдвиге или отрыве), что может инициировать локальное разрушение и привести к снижению механических свойств композита.

Задачей полезной модели является создание конструкции лонжерона лопасти несущего винта вертолета, оптимально воспринимающей нагрузки, включая сдвиговые, при кручении или разрыве.

Технический результат - повышение эксплуатационной стойкости лонжерона лопасти несущего винта вертолета.

Поставленная задача решается и заявленный технический результат достигается тем, что в лонжероне лопасти несущего винта вертолета, включающем плетеную преформу, ось которой совпадает с осью лонжерона, пропитанную полимерным связующим, плетеная преформа включает n слоев, выполненных поочередно с углом ₁ и ₂ наклона плетения к оси лонжерона так, что 0°<₁±30°, ±60°₂<±90° при n2, кроме того слои преформы переплетены между собой.

Полезная модель поясняется изображениями, где:

- на Фиг. 1 - общий вид лонжерона в плане;

- на Фиг. 2 - сечение A-A на Фиг. 1;

- на Фиг. 3 -слой преформы с 0°<₁±30°;

- на Фиг. 4 - слой преформы с ±60°₂<±90°;

- на Фиг. 5 - график зависимости стойкости лонжерона на кручение и разрыв от угла наклона плетения к оси лонжерона.

Согласно полезной модели, конструкция лонжерона лопасти несущего винта вертолета включает преформу 1, пропитанную полимерным связующим 2. Преформа 1 содержит n чередующихся слоев 3 и 4, из которых слои 3 выполнены с углом наклона плетения ₁ к оси лонжерона так, что 0°<₁±30°, а слои 4 выполнены с углом наклона плетения ₂ к оси лонжерона так, что ±60°₂<±90°. Заданные значения углов ₁ и ₂ получены экспериментально согласно данным, представленным в виде графика на Фиг. 5. Согласно означенному графику при заданных ₁ и ₂ стойкость на кручение _к и разрыв _p лонжерона максимальна, соответственно максимальна и интегральная стойкость _и лонжерона (на 15-20% выше, чем у прототипа). Переплетение слоев 3 и 4 преформы между собой (реализуется, например, объемным (3D) плетением) повышает интегральное значение стойкости _ип лонжерона лопасти несущего винта вертолета еще на 3-7% (см. данные Таблицы).

Таким образом, заявленная структура армирующего волокнистого наполнителя - преформы - определяет оптимальную степень реализации механических свойств волокон в готовом композите.

Лонжерон лопасти несущего винта вертолета работает следующим образом. Являясь частью несущего винта вертолета, лонжерон испытывает комплексные нагрузки, основу которых составляют нагрузки на разрыв и кручение. Собственно работа лонжерона заключается в сопротивлении указанным нагрузкам. Как видно из приведенной Таблицы, лучшим образом со своей работой лонжерон справляется при 0°<₁±30°, ±60°₂<±90°, n2, когда значения стойкости на кручение _к, разрыв _р и интегральная стойкость _и лонжерона максимальны.

Таким образом, заявленная конструкция лонжерона лопасти несущего винта вертолета обеспечивает оптимальное восприятие нагрузки, включая такие напряжения, как сдвиговые, при кручении или разрыве, следствием чего является существенное повышение эксплуатационной стойкости лонжерона лопасти несущего винта вертолета.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача решена и заявленный технический результат достигнут.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области авиационной техники, а именно к конструкционному исполнению лонжерона лопасти несущего и рулевого винтов вертолета из композиционных материалов;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Лонжерон лопасти несущего винта вертолета, включающий плетеную преформу, ось которой совпадает с осью лонжерона, пропитанную полимерным связующим, отличающийся тем, что плетеная преформа включает n слоев, выполненных поочередно с углом ₁ и ₂ наклона плетения к оси лонжерона так, что

2. Лонжерон лопасти несущего винта вертолета по п.1, отличающийся тем, что слои преформы переплетены между собой.

РИСУНКИ