RU2636994C1

RU2636994C1 - Method for forming hollow aerofoils - 2 from composite material

Info

Publication number: RU2636994C1
Application number: RU2016145020A
Authority: RU
Inventors: Виктор Степанович Ермоленко
Original assignee: Виктор Степанович Ермоленко
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2017-11-29

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: method is implemented by forming hollow aerofoils from a composite material. Method comprises laying several layers of reinforcing material impregnated with a binder in the press mould, leaving a predetermined amount of length of the mentioned material on two opposite edges. Installation of the predetermined number of spars of an I-beam or channel-shaped profile. Laying elastic tanks which total quantity is one more than the predermined number of spars in the formed compartments. Laying the layers of impregnated reinforcing material left on the edges so that excesses of the reinforcing material are located at different places of the future product. Closing of the press mould and inflation of all tanks with excess air pressure. All tanks are inflated from one source of air pressure through individual synchronizing reversible pneumatic machines of volumetric displacement located at one working shaft. The air flow through these pneumatic machines is directly proportional to the volume of future cavities in the finished product.

EFFECT: preventing the spars from shifting during moulding and returning them to a predetermined position in case of random shift.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам формования изделий из композитных материалов, таких как стеклопластик, углепластик и т.п.The invention relates to methods for forming articles of composite materials, such as fiberglass, carbon fiber, etc.

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.Such methods are known, see, for example, application No. RU 94036876. In the aforementioned method, the hollow propeller blade was formed in a collapsible mold by placing an elastic container inside the future blade, then in the cross-laying of layers of reinforcing material impregnated with a binder, and then in assembly of the mold followed by pumping of the elastic container.

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.The disadvantage of this method is that in this way it is impossible to obtain an aerodynamic profile with one or more internal partitions - spars. In addition, one of the edges of the blade is thus molded from several overlap layers, which reduces the strength of the product and increases its mass.

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).The objective and technical result of the invention is to obtain a profile with spars, the second technical result is to increase the strength of the product with equal weight (due to the use of spars, which allows to reduce the wall thickness of the product, and due to the spacing of overlapping layers).

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.To obtain the desired result, it is necessary to apply one or several spars in the aerodynamic profile (they will give the product the desired strength and stiffness). And to obtain a quality product, it is necessary, first of all, that with increasing pressure in two or more elastic containers, the spar / spars do not move from their corresponding place. For this, it is possible to apply pumping of containers with the same pressure through separate hoses, whose bore is directly proportional to the volume of the future cavity in the product. Then the speed of filling the containers will be the same, and the pressure in them will increase synchronously. This method, in fact, will ensure a stable position of the side members in the process of forming the product. But he will not be able to correct the violated position of the spar, if this was accidentally done by the workers.

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.In this method, several layers of a reinforcing material impregnated with a binder are placed in the mold, leaving a sufficient amount of the length of the wrinkled material (sufficient to connect with some overlap) from two opposite edges (for example, in front and behind the aerodynamic profile), the required number is set to the working position spars of an I-beam or channel-shaped profile, elastic containers in a total quantity of one more than the number provided for are laid in compartments between the spars spars, then the layers of impregnated reinforcing material left at the edges are laid in such a way that overlaps of the reinforcing material fall at different places of the future product, the mold is closed and all containers are inflated with excess air pressure, and all containers are inflated from a single air pressure source through individual ( each cavity has its own pneumatic machine) synchronizing reversible volumetric displacement pneumatic machines (otherwise they are called reversible volumetric pumps or reversible volumetric nevmodvigatelyami) located at one work shaft, wherein the air flow through these Pneumatic directly proportional to the volume of future cavities in the finished product.

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.That is, this system must ensure that proportionally more air enters the larger compartment than the medium or small one. And then the filling of elastic containers will occur synchronously, and the pressure in them will always be the same. This will not only prevent the shift of the side members from the regular place, but also return them to the place if they were nevertheless accidentally shifted.

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.Mentioned reversible volumetric displacement pneumatic machines can be gear pumps from gears of the same module, but of different widths, or they can be vane pumps of the same diameter but different widths, or crank pumps with the same piston stroke, but with pneumatic cylinders of different diameters.

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.If crank pneumatic machines are used, additional conditions will appear that ensure synchronization and proportionality of filling elastic containers: all pneumatic machines must work in the same phase, and the ratio of the area of inlet and outlet valves to the area of pistons for all pneumatic machines should be the same.

Разумеется, повышение давления в емкостях следует производить плавно.Of course, increasing the pressure in the tanks should be done smoothly.

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%.The attached sketch shows an example of such molding. Suppose, in the wing profile 1, there are three spars 2, that is, they form four cavities in the wing. In this case, we take the largest compartment as 100%, then the volumes of future cavities will be distributed, counting from the end of the profile, let's say: 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.We put in the lower part of the mold the desired number of layers of reinforcing material impregnated with a binder, leaving a margin on the second (upper) layer from the front and rear edges of the profile. Then we insert the side members 2. In the corresponding sections of the profile, we then insert elastic (sufficiently thin-walled polyethylene compartments into the compartments formed), and if they are made of another material, they should first be lubricated with a release agent) containers 3, approximately equal to or larger in volume than the estimated volume of future cavities. For the convenience of laying the containers can be slightly inflated. We put on top the desired number of layers of reinforcing material stored at the edges, impregnated with a binder (the number of layers from below and above may not coincide), and close the mold, including from the end. Then, to the laid containers from the compressor, we bring the hoses 4 from the synchronizing crank pneumatic machines 5, rotated in one phase by a common crankshaft 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.Another option is also possible - we bring a common crankshaft 6 into rotation, and then each reversible pneumatic machine 5 becomes a compressor that supplies air to the tank 3 in an amount proportional to the volume of future cavities.

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.We gradually increase the pressure created by pneumatic machines 5 to the amount of compression of the composite material. This value is similar to the vacuum pressure of the composite preform, and in both cases is equal to the difference in atmospheric pressures inside and outside the preform. For example, 1.7 atm.

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.If one of the side members is accidentally displaced to any side due to the supply of air to the container, which is proportional to their volume, greater pressure is created from this side, which moves the side member to the desired location.

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.When using the rear wall in an aerodynamic profile (for example, for installing flaps and ailerons), do not clamp the layers of reinforcing material in the mold too tightly - they should be able to retract into the mold as the elastic containers are inflated. As well as excess binder should be able to squeeze out of the mold.

Поле затвердевания заготовки пресс-форма раскрывается, заготовка извлекается, и из нее извлекаются эластичные емкости.The field of solidification of the workpiece mold is opened, the workpiece is removed, and elastic containers are removed from it.

Claims

1. A method of molding hollow aerodynamic surfaces from a composite material, which consists in placing several layers of a reinforcing material impregnated with a binder in a mold, leaving a given amount of the length of the said material from two opposite edges, and setting a specified number of I-beam or channel-shaped side members in the resulting compartments stack elastic containers in a total amount of one more than a given number of side members, then stack left from the edges with loops of impregnated reinforcing material, and so that overlaps of the reinforcing material are in different places of the future product, the mold is closed and all containers are inflated with excess air pressure, and all containers are inflated from one air pressure source through individual synchronizing reversible volumetric displacement pneumatic machines located on one working shaft, and the air flow through these pneumatic machines is directly proportional to the volume of future cavities in the finished product.

2. The method according to p. 1, characterized in that the said reversible volumetric displacement pneumatic machines are gear pumps from gears of the same module, but of different widths, or vane pumps of the same diameter but different widths, or crank pneumatic machines with the same piston stroke, but with pneumatic cylinders of different diameters.

3. The method according to p. 2, characterized in that all the crank pneumatic machines must work in one phase, and the ratio of the area of the intake and exhaust valves to the area of the pistons for all pneumatic machines should be the same.