Сотовая конструкция
Со́товая констру́кция, многослойная конструкция, состоящая из двух обшивок – несущих слоёв, соединённых сотовым заполнителем и окантованных по периметру элементами каркаса (рис. 1). Название «сотовый» заполнитель получил за наиболее распространённую шестигранную структуру, сходную с пчелиными сотами.
Рис. 1. Сотовая конструкция.
Сотовые конструкции применяются в основном в авиа- и ракетостроении и предназначены для восприятия и передачи распределённых нагрузок, действующих на элементы конструкции летательного аппарата. Сотовые конструкции выполняют также и специальные функции: звукоизоляционные, демпфирующие, теплозащитные, радиопрозрачные, аэродинамические (гладкость обшивки), декоративные и др. Сотовые конструкции используются для изготовления следующих элементов летательного аппарата: фюзеляжа, оперения, крыла (в том числе носовые и хвостовые части крыла, закрылки, тормозные щитки, рули, лонжероны, нервюры), обтекателей антенн, воздухозаборников, перегородок, панелей пола, стеллажей, багажных полок, кресел, декоративных панелей, дверей, лопастей несущего винта вертолётов и др.
Принципы работы сотовой конструкции: при нагружении жёсткий на сдвиг и лёгкий сотовый заполнитель воспринимает поперечный сдвиг и предохраняет тонкие несущие слои от потери устойчивости при продольном сжатии, обеспечивая в то же время их совместную работу. Несущие слои воспринимают растяжение-сжатие, сдвиг в плоскости слоёв и поперечный изгиб и предохраняют от внешнего воздействия сотовый заполнитель. Такое взаимодействие элементов сотовой конструкции обеспечивает большую жёсткость и высокую несущую способность сотовой конструкции при малой массе.
Рис. 2. Конструкции с заполнителем.Сотовые конструкции по принципу работы относятся к слоистым (трёхслойным) конструкциям, а по конструктивному исполнению заполнителя (в виде сотовых ячеек) являются ячеистыми конструкциями. Сотовые конструкции различают (рис. 2):
по форме в плане – параллелограммные (в том числе прямоугольные), трапециевидные, круглые;
по толщине – постоянной толщины и переменной;
по структуре поперечного сечения – симметричного строения и несимметричного;
Рис. 3. Формы ячеек заполнителя.по кривизне поверхности – плоские, пологие криволинейные панели, оболочки и др.;
по материалам несущих слоёв – металлические, неметаллические, композиционные, комбинированные;
по форме ячеек сотового заполнителя – четырёхгранные, шестигранные, шахматные, специальные гибкие формы (рис. 3);
по типу соединения обшивок с сотовым заполнителем – клеёные, паяные, сварные.
На рис. 4 показана схема изготовления сотового заполнителя.
Рис. 4. Схема изготовления сотового заполнителя.
В 1940-е гг. тонкие фанерные обшивки крыла и фюзеляжа со сплошным и сотовым заполнением были использованы в конструкции английского самолёта Mosquito компании De Havilland (рис. 5). В 1944 г., после появления клея Redux (композиция, состоящая из феноло-формальдегидной смолы и порошка поливинилформаля), были изготовлены первые цельнометаллические клеёные слоистые панели с сотовым (ячеистым) заполнителем.
Рис. 5. Трёхслойные панели крыла самолёта Mosquito.
В начале 1950-х гг. сотовые конструкции из лёгких сплавов начали использоваться в самолётах американских фирм. Фирма Avro Aircraft (Великобритания) построила экспериментальный самолёт Avro-720, в котором масса сотовой конструкции составляла около 85 % массы всей конструкции. С конца 1950-х гг. сотовые конструкции начали применяться в конструкциях лопастей несущих винтов вертолётов, в дальнейшем – в других элементах летательных аппаратов.