Торовый опорный шпангоут из композиционного материала

 

ТОРОВЫЙ ОПОРНЫЙ ШПАНГОУТ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА , содержащий оправку-каркас из наружного и внутреннего концентрически расположенных цилиндрических колец, в зазор между которыми помещен легкий и жесткий заполнитель, и торовую оболочку, образованную поперечными слоями непрерывного армирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью улучшения механических характеристик и повыщения точности изготовления, оправка-каркас выполнена с боковыми стенками из плоских колец, объединенными с наружным и внутренним цилиндрическими кольцами, причем кольца оправки-каркаса образованы из слоев напряженных продольных волокон, распределенных по периметру заполнителя. W оо оо о

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5D Е 04 С 224; F 16 L 9 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С0

CO

CO

Фиг.1

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3506072/29-33 (22) 10.08.82 (46) 23.03.84. Бюл. № 11 (72) В. М. Кузнецов, М. А. Комков, А. Н, Силаев, В. В. Игнатьев, И. А. Егоренков, В. И. Смыслов, А. К. Миронов и Г. А. Веденин (71) Научно-исследовательский институт проблем машиностроения МВТУ им. Н. Э. Баумана (53) 691.643.4 (088.8) (56) 1. Уилсон Ф. Оснащение самолетного и ракетного производства. М., «Машиностроение», 1967, с. 350.

2. Авторское свидетельство СССР № 870633, кл. Е 04 С 2/24, 1979 (прототип).

„„SU„„1081309 А (54) (57) ТОРОВЫЙ ОПОРНЫЙ ШПАНГОУТ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, содержащий оправку-каркас из наружного и внутреннего концентрически расположенных цилиндрических колец, в зазор между которыми помещен легкий и жесткий заполнитель, и торовую оболочку, образованную поперечными слоями непрерывного армирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью улучшения механических характеристик и повышения точности изготовления, оправка-каркас выполнена с боковыми стенками из плоских колец, объединенными с наружным и внутренним цилиндрическими кольцами, причем кольца оправки-каркаса обрадованы из слоев напряженных продольных волокон, распределенных по периметру заполнителя. е

1081309

Изобретение относится к переработке композиционных материалов в конструкции, получаемые методом намотки, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве шпангоутов, опорных поясов, ложементов, трехслойных оболочек и т. п.

Известны шпангоуты различной формы, выполненные из металлов или армированных пластмасс методами прессования (1}.

Однако шпангоуты, изготовленные из металла, обладают большим весом, а прессованные из пластмассы имеют низкую прочность.

Наиболее близким к изобретению является торовый опорный шпангоут из композиционного материала, содержащий оправку-каркас из наружного и внутреннего концентрически расположенных цилиндрических колец, зазор между которыми заполнен легким и жестким материалом, и торовую оболочку, образованную поперечными слоями непрерывного армирующего элемента (2) .

Полученные спиральной намоткой шпангоуты такой конструкции гораздо перспективнее, прочнее и легче, чем прессованные из пластмассы типа Аà — 4С, но также не лишены некоторых недостатков, заключающихся, во-первых, в недостаточно высокой прочности их боковых плоских стенок, вовторых, в невысокой точности их геометрических размеров, в-третьих, в необходимости применения для их изготовления сложных торонамоточных станков с программным управлением.

При спиральной обмотке натянутыми нитями прямоугольной в сечении торовой оправки-каркаса добиться получения высокой точности шпангоута, особенно по внутреннему цилиндрическому посадочному кольцу, невозможно из-за отхода нитей от поверхности оправки.

Цель изобретения — улучшение механических характеристик и повышение точности изготовления.

Цель достигается тем, что в торовом опорном шпангоуте из композиционного материала, включающем оправку-каркас из наружного и внутреннего цилиндрических колец, в зазор между которыми помещен легкий и жесткий заполнитель, и торовую оболочку, образованную поперечными слоями непрерывного армирующего элемента, оправка-каркас выполнена с боковыми стенками из плоских колец, объединенными с наружными и внутренними цилиндрическими кольцами, причем кольца оправки-каркаса образованы из слоев напряженных продольных волокон, распределенных по периметру заполнителя.

На фиг. 1 изображен торовый опорный шпангоут, разрез; на фиг. 2-5 — последовательность операций по изготовлению оправки-каркаса.

2

Горовый опорный шпангоут из композиционного материала включает торовую оправку-каркас из наружного и внутреннего концентрически расположенных цилиндрических колец 1 и боковыми стенками 2 из плоских колец, в пространство между которыми помещен легкий и жесткий заполнитель 3, например пенопласт. Кольца образованы из слоев напряженных продольных волокон, расположенных по периметру заполнителя.

Продольные волокна обмотаны поперечными слоями непрерывного армирующего элемента 4.

Предлагаемая конструкция шпангоута обеспечивает возможность изготовления оправки-каркаса только из продольных нитей на широко распространенных намоточных станках типа СНП вЂ” 2, СНП вЂ” 4 и т. п., предназначенных для намотки цилиндрических изделий. Для радиальной обмотки оправки-каркаса поперечными слоями рекомендуется применять недорогой серийный станок типа СНТ вЂ” 20У, широко используемый в электротехнической промышленности для намотки соленоидов. Несложная доработка нитераскладчика и шпули, на которой размещается намоточный материал позволяет осуществлять плотную обмотку отвержденной оправки-каркаса поперечным слоем препрега.

Последовательность операций по изготовлению оправки-каркаса иллюстируется фигурами 2 — 5. На цилиндрическую оправку

5 устанавливают технологические стенки 6, раздвинув их на расстояние, равное ширине оправки-каркаса. Оправку закрепляют в шпинделе намоточного станка типа СНП-2 и приводят ее во вращение. С необходимым технологическим натяжением наматывают слой продольных волокон, толщина которого равна толщине внутреннего кольца изготавливаемого шпангоута. Затем на намотанный слой устанавливают и закрепляют заранее отформованные в пресс-форме полукольца из легкого и прочного заполнителя 3.

Эти полукольца устанавливают посредине между технологическими стенками 6, оставляя с обеих сторон полуколец зазоры, равные по величине ширине боковых стенок оправки-каркаса. Далее с необходимым натяжением продолжают намотку однонаправленного материала в зазоры между технологическими стенками 6 и заполнителем 3, формуя боковые стенки 2 оправки-каркаса. Затем продолжают намотку верхнего слоя и заканчивают ее, когда толщина этого слоя станет равной толщине верхнего кольца 1 оправки-каркаса. После этого оправку с намотанным на нее продольным армирующим набором шпангоута помещают в печь и производят полимеризацию связующего. Далее снимают отвердевшую оправку-каркас с цилиндрической оправки и на станке типа СНТ вЂ” 20У осуществляют ее

l081309 радиальную обмотку поперечными слоями наполнителя до получения расчетной толщины. Перед проведением повторной термообработки обмотанную поперечным слоем оправку-каркас надевают на калибровочную цилиндрическую поверхность с целью более точного выдерживания посадочного диаметра внутреннего кольца шпангоута.

Для шпангоутов, устанавливаемых по торцам трехслойной оболочки, перед каждой термообработкой вставляют технологические штыри 7 в местах-будущих крепежных отверстий, а после окончания термообработки их вынимают.

Работа шпангоута осуществляется следующим образом.

Внутренние силовые факторы в окружном направлении, возникающие от приложения нагрузок к шпангоуту в его плоскости, воспринимаются продольными слоями композиционного материала, уложенными по периметру заполнителя. А совместная работа стенок и полок шпангоута обеспечивается заполнителем и поперечными слоями. Данная схема особенно эффективна в случае приложения распределенных нагрузок по внутреннему и внешнему кольцу шпангоута.

Предлагаемая конструкция шпангоута обеспечивает получение следующих технических преимуществ по сравнению с известными:

10 за счет обеспечения возможности осуществления необходимого технологического натяжения повышается прочность его боковых стенок, а следовательно, и всей конструкции; за счет исключения спиральных слоев повышается точность изготовления намоткой шпангоутов прямоугольного сечения; обеспечивается возможность использования для тороидальной обмотки собранной оправки-каркаса поперечным слоем композиционного материала на выпускаемых серийно недорогих станках типа СНТ вЂ” 20У.

1081309

Редактор В. Иванова

Заказ 1496/28

Состанитель E. Чернявская

Техред И. Верес Корректор О. Тигор

Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4