ЛОНЖЕРОН ЛОПАСТИ ВИНТА ВЕРТОЛЕТА

Название	ЛОНЖЕРОН ЛОПАСТИ ВИНТА ВЕРТОЛЕТА
Разработчик (Авторы)	Красновский Александр Николаевич, Мамотько Алексей Иванович
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	157728
Дата регистрации	13.05.2015
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН")
Область применения (класс МПК)	B64C 27/46 (2006.01) B64C 11/16 (2006.01)

Описание изобретения

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 углом ±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 винта вертолета, включающая плетеную преформу, ось которой совпадает с осью лонжерона, пропитанную полимерным связующим (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).

Прототип обладает 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 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.

Из литературных источников известно, что наиболее существенными для прочности лопасти (вертолета) являются нагрузки, обеспечивающие равновесие моментов относительно горизонтального шарнира и действующие в плоскости ее наименьшей жесткости - плоскости взмаха. В сечении лонжерона лопасти от аэродинамических и инерционных сил возникают изгибающие моменты (в результате действия центробежной силы) в плоскости взмаха и плоскости вращения и крутящий момент. Таким образом, на лонжерон лопасти действуют знакопеременные и циклические нагрузки, отличающиеся на разных участках конструкции лонжерона.

Задачей полезной модели является создание конструкции лонжерона лопасти винта вертолета, оптимально воспринимающей нагрузки, включая изгибные, при кручении и разрыве.

Технический результат - повышение эксплуатационной стойкости лонжерона лопасти винта вертолета.

Поставленная задача решается и заявленный технический результат достигается тем, что в лонжероне лопасти винта вертолета, включающем комлевой, разрывной и концевой участки, выполненном из плетеной преформы с переменными сечением и толщиной стенки и осью, совпадающей с осью лонжерона, пропитанной полимерным связующим и включающей более двух слоев оплетки, выполненных с различными углами плетения к оси лонжерона, углы плетения на комлевом, разрывном и концевом участках различны и составляют: α₁=±5°…25°, α₂=±10°…30°, α₃=±15°…40°, где α₁ - угол плетения на комлевом участке; α₂ - угол плетения на разрывном участке; α₃ - угол плетения на концевом участке, предпочтительно на комлевом участке между слоями оплетки с углом плетения α₁ ввести слои с углом плетения α₄=±40°…50°.

Полезная модель поясняется изображениями, где

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

- на Фиг. 2 - сечение комлевого участка лонжерона;

- на Фиг. 3 - сечение среднего участка лонжерона;

- на Фиг. 4 - сечение концевого участка лонжерона.

Согласно полезной модели, конструкция лонжерона лопасти винта вертолета содержит лонжерон 1, выполненный из плетеной преформы 2, пропитанной полимерным связующим. Лонжерон, выполненный из композиционного материала, включает комлевой 3, разрывной 4 и концевой 5 участки, выполненные с переменным сечением и толщиной стенки по длине лонжерона. В комлевом участке слои оплетки выполнены с углом плетения α₁ и α₄ до расчетной толщины стенки лонжерона так, что слои расположены поочередно и переплетены между собой. Разрывной участок выполнен с углом армирования α₂ в указанном диапазоне, состоящий из n слоев до расчетной толщины. Разрывной участок плавно переходит в концевой, где угол плетения составляет α₃.

Для обеспечения жесткости и прочности комлевого участка лонжерона на разрыв и изгиб на относительном радиусе R=(0,1…0,5)L, (где L - длина лонжерона) - плетение осуществляется до расчетной толщины стенки с углом плетения α₁=±5°…25° относительно продольной оси лонжерона, что также охватывает и средний участок лонжерона, где напряжения от действия приложенных нагрузок (изгиб и разрыв) максимальны. Для обеспечения большей прочности и стойкости к кручению в комлевом участке добавлены слои оплетки с углом плетения α₄=±40°…50°. Слои с углом плетения α₁ и α₄ расположены поочередно и переплетены между собой. На среднем участке лонжерона слои оплетки выполняются с углом плетения α₂=±10°…30° и плавно переходят в концевую часть лонжерона, где расчетная толщина стенки минимальна и угол плетения составляет α₃=±15°…40°. Значения углов плетения получены экспериментально, согласно действующим на конструкцию лонжерона нагрузок, изменяющихся по радиусу винта (см. таблицу 1).

Такая конструкция лонжерона исключает возникновение напряжений межслоевого сдвига между слоями, обеспечивает оптимальное переменное сечение лонжерона и толщину стенки, повышает интегральную прочность лонжерона и жесткость конструкции на участках, где нагрузки на разрыв, изгиб и кручение по радиусу лонжерона максимальны.

Таким образом, заявленная конструкция лонжерона лопасти винта вертолета обеспечивает оптимальное восприятие нагрузки, включая изгиб, разрыв и кручение, изменяющиеся по радиусу несущего винта, следствием чего является существенное повышение эксплуатационной стойкости лонжерона лопасти винта вертолета.

С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - создание конструкции лонжерона лопасти винта вертолета, оптимально воспринимающей нагрузки, включая изгибные, при кручении и разрыве - решена, а заявленный технический результат - повышение эксплуатационной стойкости лонжерона лопасти винта вертолета - 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.

Формула полезной модели

1. Лонжерон лопасти винта вертолета, включающий комлевой, разрывной и концевой участки, выполненный из плетеной преформы с переменными сечением и толщиной стенки и осью, совпадающей с осью лонжерона, пропитанной полимерным связующим и включающей более двух слоев оплетки, выполненных с различными углами плетения к оси лонжерона, отличающийся тем, что углы плетения на комлевом, разрывном и концевом участках различны и составляют:

α₁=±5°...25°,

α₂=±10°...30°,

α₃=±15°...40°,

где α₁ - угол плетения на комлевом участке;

α₂ - угол плетения на разрывном участке;

α₃ - угол плетения на концевом участке.

2. Лонжерон лопасти винта вертолета по п. 1, отличающийся тем, что на комлевом участке между слоями оплетки с углом плетения α₁ введены слои с углом плетения α₄=±40°...50°.

Изобретение "ЛОНЖЕРОН ЛОПАСТИ ВИНТА ВЕРТОЛЕТА" (Красновский Александр Николаевич, Мамотько Алексей Иванович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога