Способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала и труба из слоистого композиционного материала

Изобретения относятся к области машиностроения, в частности к способу изготовления трубы из слоистого композиционного материала и устройству для его осуществления, и могут быть использованы при создании коробчатых пусковых труб из слоистого композиционного материала многоугольного сечения для ракет с оперением. Осуществляют намотку на оправку внутреннего слоя из стеклопластика, вклеивание промежуточного пенопластового слоя, намотку шпангоутов и наружного слоя из стеклопластика, и термическую обработку полученной трубы. Шпангоуты выполняют в виде пучков нитей, располагают их в кольцевых канавках, которые выполняют в пенопластовом слое, и скрепляют с внутренним и наружным слоями. Термическую обработку трубы проводят под наружным давлением. В результате получают трубу из слоистого композиционного материала многоугольного сечения повышенной технологичности и повышенной надежности работы. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы при создании коробчатых пусковых труб из слоистого композиционного материала многоугольного сечения для ракет с оперением.

Известна пусковая труба по патенту USA №4646618, НКИ 89-20, публ. 1987 г., содержащая слоистую стеклопластиковую силовую оболочку.

Известна пусковая труба по патенту Франции №2445922, МКИ F16L 9/12, 1980 г., содержащая силовую оболочку из слоистого композиционного материала.

Известен способ изготовления пусковых труб и пусковая труба по RU №2153983 С2 от 30.04.98 г., МКИ⁷ В29С 53/82, в котором реализован способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала методом продольно-поперечной намотки.

Известен способ изготовления пусковых труб и пусковая труба по RU №2201345 от 29.05.2001 г., МКИ⁷ В29С 53/82, в котором реализован способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала методом кольцевой намотки.

Известна пусковая труба многоугольного сечения, содержащая слои материала и шпангоуты RU №2219470 от 06.02.2002 г., МКИ⁷ F41F 3/042.

Также известен способ изготовления пусковых труб и пусковая труба RU №2115056 от 20.06.96 г., МКИ⁷ F41F 3/042.

В известном решении реализован способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала, при котором наматывают внутреннюю стеклопластиковую оболочку, шпангоуты, укладывают промежуточный пенопластовый слой и наматывают наружную стеклопластиковую оболочку.

Известная труба содержит внутреннюю и наружную стеклопластиковые оболочки и шпангоуты, расположенные в кольцевых канавках промежуточного пенопластового слоя.

Недостатком известного способа является его низкая технологичность, особенно при изготовлении коробчатой трубы многоугольного сечения. В этом случае нетехнологичной является мехобработка шпангоутов, в частности фрезеровка торцевых плоскостей и криволинейных поверхностей. Кроме того, низко технологичными являются операции по подгонке и вклейке пенопластовых блоков, а выполнение намотки шпангоутов и наружной оболочки самостоятельными операциями также значительно снижает технологичность. Кроме того, недостатком является низкое качество конструкции из-за низкой прочности соединения пенопластовых блоков со шпангоутами при неоптимальном количестве клеевого материала и отсутствии механических зацепов, а также из-за низкой прочности скрепления шпангоутов с наружной оболочкой.

Недостатком известной трубы является низкая надежность ее работы из-за низкой прочности соединения пенопластовых блоков со шпангоутами при неоптимальном количестве клеевого материала и отсутствии механических зацепов, а также из-за низкой прочности скрепления шпангоутов с наружной оболочкой.

Известный способ и известная труба, как наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату, выбраны в качестве прототипа.

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание коробчатых труб многоугольного сечения повышенной технологичности и повышенной надежности работы.

Технический результат, который может быть достигнут при решении поставленной задачи для способа, заключается в повышении технологичности труб за счет исключения операций по фрезеровке шпангоутов, подгонке пенопластовых блоков при их вклейке и совмещения операций по намотке шпангоутов и наружной оболочки, а также в повышении качества конструкции за счет повышения прочности соединения пенопластовых блоков со шпангоутами и шпангоутов с наружной оболочкой.

Технический результат, который может быть достигнут при решении поставленной задачи для устройства, заключается в повышении надежности работы трубы за счет повышения прочности соединения пенопластовых блоков со шпангоутами при оптимальном количестве клеевого материала и введения механических зацепов, а также за счет повышения прочности скрепления шпангоутов с наружной оболочкой.

Поставленная задача с достижением технического результата решается за счет того, что способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала, при котором на оправку наматывают внутренний и наружный слои, шпангоуты, вклеивая промежуточный пенопластовый слой, а, в соответствии с изобретением, в пенопластовом слое выполняют кольцевые канавки, в которые пучком свежепропитанных нитей вматывают шпангоуты со скреплением последних с внутренним и наружным слоем, при этом пучок нитей снабжают продольными нитями, используя, например, метод продольно-поперечной намотки, наружную оболочку и шпангоуты наматывают единым монолитом за одну технологическую операцию, и при окончательной термообработке трубу нагружают наружным давлением, например, с помощью вакуумного мешка или в автоклаве.

Для устройства поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что труба из слоистого композиционного материала, содержащая внутреннюю и наружную стеклопластиковые оболочки и шпангоуты, расположенные в кольцевых канавках промежуточного пенопластового слоя, при этом, в соответствии с изобретением, шпангоуты выполнены из кольцевых пучков нитей с плотным примыканием последних к боковым поверхностям канавок пенопластового слоя, а кольцевые пучки шпангоутов снабжены продольными нитями, причем шпангоуты и наружная оболочка выполнены единым монолитным массивом с загибом продольных нитей в канавки пенопластового слоя.

Отличительными признаками для способа являются следующие признаки:

- в пенопластовом слое выполняют кольцевые канавки - признак существенный, предусматривает новую последовательность операций, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности за счет исключения операций по подгонке пенопластовых блоков при их вклейке;

- в канавки пучком свежепропитанных нитей вматывают шпангоуты - признак существенный, предусматривает новую последовательность операций и их новое исполнение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет исключения операций по фрезеровке шпангоутов и за счет повышения прочности соединения пенопластовых блоков со шпангоутами при распределении по канавке подвижного свежепропитанного пучка и заполнении его материалом неровностей контактных поверхностей во время намотки;

- со скреплением последних с внутренним и наружным слоем - признак существенный, предусматривает новую последовательность операций и их новое исполнение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение качества изготовления конструкции за счет повышения прочности соединений элементов;

- пучок нитей снабжают продольными нитями, используя, например, метод продольно-поперечной намотки - признак существенный, предусматривает новое исполнение операций, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение качества изготовления конструкции за счет повышения прочности элементов;

- наружную оболочку и шпангоуты наматывают единым монолитом за одну технологическую операцию - признак существенный, предусматривает новую последовательность операций и их новое исполнение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изготовления конструкции за счет совмещения операций и повышения прочности соединения элементов;

- при окончательной термообработке трубу нагружают наружным давлением, например, с помощью вакуумного мешка или в автоклаве - признак существенный, предусматривает новое исполнение операций, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение качества изготовления конструкции за счет усиления эффекта повышения прочности соединения пенопластовых блоков со шпангоутами при распределении по канавке подвижного свежепропитанного пучка и заполнении его материалом неровностей контактных поверхностей во время намотки;

Отличительными признаками устройства являются следующие признаки:

- шпангоуты выполнены из кольцевых пучков нитей с плотным примыканием последних к боковым поверхностям канавок пенопластового слоя - признак существенный, предусматривает новое исполнение элементов, новое расположение и их новую взаимосвязь, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы трубы за счет повышения прочности соединения пенопластовых блоков со шпангоутами при оптимальном количестве клеевого материала и введения механических зацепов при заполнении неровностей контактных поверхностей;

- кольцевые пучки шпангоутов снабжены продольными нитями, причем шпангоуты и наружная оболочка выполнены единым монолитным массивом с загибом продольных нитей в канавки пенопластового слоя - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов, новую форму, новое расположение и их новую взаимосвязь, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы трубы за счет повышения прочности соединения шпангоутов с наружной оболочкой при взаимной конструктивной заделке элементов;

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата и характеризует предложенные технические решения существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данные технические решения являются результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению технологичности изготовления и надежности работы пусковых труб без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладают неочевидностью, что свидетельствует об их соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид (в аксонометрии) коробчатой трубы, на фиг.2 - продольный разрез трубы, на фиг.3 - поперечное сечение трубы, на фиг.4 - сечение шпангоута с элементами обработки давлением.

Способ изготовления трубы 1 из слоистого композиционного материала, при котором на оправку наматывают внутренний 2 и наружный 3 слои, шпангоуты 4, вклеивая промежуточный пенопластовый слой 5, а в соответствии с изобретением в пенопластовом слое 5 выполняют кольцевые канавки 6, в которые пучком свежепропитанных нитей 7 вматывают шпангоуты 4 со скреплением последних с внутренним 2 и наружным 3 слоем, при этом пучок нитей 7 снабжают продольными нитями 8, используя, например, метод продольно-поперечной намотки, наружную оболочку 3 и шпангоуты 4 наматывают единым монолитом за одну технологическую операцию, и при окончательной термообработке трубу 1 нагружают наружным давлением 9, например, с помощью вакуумного мешка 10 или в автоклаве.

Труба 1 из слоистого композиционного материала, содержащая внутреннюю 2 и наружную 3 стеклопластиковые оболочки и шпангоуты 4, расположенные в кольцевых канавках 6 промежуточного пенопластового слоя 5, при этом в соответствии с изобретением шпангоуты 4 выполнены из кольцевых пучков нитей 7 с плотным примыканием последних к боковым поверхностям 11 канавок пенопластового слоя, а кольцевые пучки 7 шпангоутов 4 снабжены продольными нитями 8, причем шпангоуты 4 и наружная оболочка 3 выполнены единым монолитным массивом с загибом 12 продольных нитей 8 в канавки 11 пенопластового слоя 5.

Вариант исполнения способа заключается в том, что при намотке пучками подвижных свежепропитанных нитей 7 прижатием последующих слоев нити 7 заполняют пространства неровностей 13 пенопластового слоя, образуя зацепы и повышая прочность соединения пенопластового слоя 5 со шпангоутами 4.

Работает труба 1 следующим образом. Труба 1 установлена на пусковом устройстве опорными поясами 14, представляющими собой усиленные шпангоуты 4, снабженные стыковочными элементами. Ракета 15 с элементами оперения 16 сходит при пуске по направляющим элементам 17, закрепленным на промежуточных 18 и усиленных 14 (опорных поясах) шпангоутах.

Таким образом, использование изобретений позволит создать высокотехнологичную конструкцию пусковой коробчатой трубы с повышенной надежностью ее работы, что и подтверждает это использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний образцов и фрагментов конструкций, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.

1. Способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала, включающий намотку на оправку внутреннего слоя из стеклопластика, вклеивание промежуточного пенопластового слоя, намотку шпангоутов и наружного слоя из стеклопластика, и термическую обработку полученной трубы, отличающийся тем, что шпангоуты выполняют в виде пучков нитей, располагают их в кольцевых канавках, которые выполняют в пенопластовом слое, и скрепляют с внутренним и наружным слоями, а термическую обработку трубы проводят под наружным давлением.

2. Труба из слоистого композиционного материала, состоящая из внутренней и наружной оболочек из стеклопластика, промежуточного пенопластового слоя и шпангоутов, отличающаяся тем, что шпангоуты выполнены в виде кольцевых пучков нитей и расположены в кольцевых канавках, выполненных в промежуточном пенопластовом слое, с плотным примыканием к боковым поверхностям канавок.