Баллон давления из композиционных материалов

 

Изобретение позволяет расширить область применения баллона давления, снизить его массу благодаря уменьшению габаритного внешнего диаметра при сохранении прочности и надежности соединения днища и обечайки, которые обеспечиваются перераспределением усилий, действующих в зоне контакта днища и обечайки таким образом, что все волокна композита оказываются в растянутом состоянии. Баллон давления из композиционных материалов включает обечайку с фасонными прорезями, днища с тороидальной впадиной, композитное кольцо, образованное методом намотки волокнистого материала. Глухое днище содержит буртик. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции баллона давления из композиционных материалов, и может найти применение в авиационной промышленности, машиностроении и других областях техники.

Цель изобретения повышение технологичности изготовления баллона давления, преимущественно из композиционных материалов.

Изобретение позволяет расширить область применения баллона давления, снизить его массу благодаря уменьшению габаритного внешнего диаметра. Уменьшение габаритов и снижение массы особенно актуально при использовании баллонов давления в качестве микродвигателей на твердом топливе, устанавливаемых на космических летательных аппаратах. В этом случае одно из днищ может быть глухим, а другое иметь сквозные отверстия.

Для этого баллон давления из композиционных материалов содержит днище в виде втулки, обечайку с прорезями, скрепленные между собой кольцом, намотанным на наружную поверхность обечайки в зоне ее соединения с днищем, и отличается тем, что на наружной поверхности днища выполнена тороидальная впадина, а форма прорезей на обечайке соответствует поверхности впадины.

На фиг. 1 представлен баллон давления в сборе с двумя днищами, одно из которых глухое, другое содержит сквозное отверстие; на фиг. 2 раздельно днище, содержащее сквозное отверстие и обечайка с фасонными прорезями; на фиг. 3 глухое днище и обечайка с фасонными прорезями.

Баллон давления из композиционных материалов включает обечайку 1 с фасонными прорезями 2, днища 3 с тороидальной впадиной 4, композитное кольцо 5, образованное методом намотки волокнистого материала. Глухое днище, установленное в торцевой части обечайки, снабжено буртиком 6.

При намотке композитного кольца под действием натяжения нити происходит сдавление обечайки в зоне прорезей до соприкосновения с поверхностью тороидальной впадины. Форма прорезей должна обеспечивать возможность полного соприкосновения внутренней поверхности обечайки и тороидальной впадины на днище.

Баллон давления (фиг. 1-3) работает следующим образом.

В статическом положении давление внутри баллона отсутствует. Обечайка 1 соединена с днищем 4. При действии давления днище испытывает осевое перемещение, вследствие которого возникают продольные усилия в материале оболочки и радиальные сжимающие усилия со стороны кольца 5. Система днище-кольцо-обечайка находится в статическом равновесии.

П р и м е р выполнения баллона давления. Обечайка баллона давления с внутренним диаметром 30 мм изготавливается методом непрерывной намотки стекловолокна с одновременной пропиткой эпоксидным связующим горячего отверждения. Обечайка содержит два спиральных и три кольцевых слоя. После отверждения обечайки в термошкафу в месте установки днища выполняются девять фасонных прорезей, равномерно расположенных по окружности. На прессованное из стеклопластика днище наносится клей. Днище закрепляется на внутренней поверхности обечайки с помощью композитного кольца, которое наматывается на обечайку, закрывая прорези с натяжением 5 Н до образования цилиндрической поверхности с диаметром, равным внешнему диаметру обечайки.

Предлагаемая конструкция баллона давления по сравнению с прототипом позволяет уменьшить габаритный внешний диаметр на 10% и снизить массу конструкции на 12,5% при сохранении прочности и надежности соединения днища и обечайки, которые обеспечиваются перераспределением усилий, действующих в зоне контакта днища и обечайки таким образом, что все волокна композита оказываются в растянутом состоянии.

Формула изобретения

БАЛЛОН ДАВЛЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, состоящий из днища и обечайки, скрепленных между собой, отличающийся тем, что днище выполнено в виде втулки с кольцевой тороидальной впадиной, сопряженной с внутренней поверхностью обечайки, которая в зоне соединения с днищем снабжена равномерно расположенными продольными прорезями, при этом форма прорезей соответствует поверхности впадины, а на наружной поверхности обечайки в зоне установки днища выполнено методом намотки композитное кольцо.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3