Способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала и труба из слоистого композиционного материала
Владельцы патента RU 2390414:
Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU)
Группа изобретений относится к трубе из слоистого композиционного материала и способу ее изготовления. Способ изготовления трубы включает намотку на оправку внутреннего слоя из стеклопластика, вклеивание промежуточного пенопластового слоя и намотку шпангоутов и наружного слоя из стеклопластика. В промежуточном пенопластовом слое выполняют кольцевые канавки для расположения шпангоутов. Шпангоуты и наружный слой наматывают единой технологической операцией пучком поперечных нитей. Пучки снабжают продольными нитями, используя метод косослойной продольно-поперечной намотки. При этом выполняют загибы продольных нитей при переходе пучка от намотки наружного слоя к намотке шпангоутов и обратно с заполнением каждой канавки упомянутым пучком до формирования шпангоутов. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении технологичности и надежности работы стеклопластиковых труб. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Группа изобретений относится к области машиностроения и может быть использована 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 F16 L 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.
Известен способ косослойной продольно-поперечной намотки стеклопластиковых силовых оболочек и силовые оболочки, выполненные этим способом по материалам справочника «Композиционные материалы» под ред. Васильева В.В., М. Машиностроение, 1990 г., стр.46, 47, 473.
Известен способ косослойной продольно-поперечной намотки стеклопластиковых силовых оболочек, раскрытый в патенте RU №2236350, публ. 20.09. 2004 г., МКИ7 В29С 53/82, «Станок для косослойной продольно-поперечной намотки стеклопластиков».
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, включающий намотку на оправку внутреннего слоя из стеклопластика, вклеивание промежуточного пенопластового слоя, намотку шпангоутов и наружного слоя из стеклопластика.
Известная труба из слоистого композиционного материала состоит из внутренней и наружной оболочек из стеклопластика, промежуточного пенопластового слоя и шпангоутов.
Недостатком известного способа является его низкая технологичность из-за выполнения намотки шпангоутов и наружной оболочки самостоятельными операциями. Кроме того, недостатком является низкое качество конструкции из-за низкой прочности скрепления шпангоутов с наружной оболочкой, а также связанная с этим высокая масса трубы.
Недостатком известной трубы является низкая надежность ее работы из-за низкой прочности скрепления шпангоутов с наружной оболочкой, а также высокая масса конструкции.
Известный способ и известная труба, как наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату, выбраны в качестве прототипа.
Технической задачей, на решение которой направлена группа заявляемых изобретений, является создание стеклопластиковых труб 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 совмещения операций по намотке шпангоутов и наружной оболочки, а также в повышении качества конструкции за счет повышения прочности соединения шпангоутов с наружной оболочкой и в снижении ее массы.
Технический результат, который может быть достигнут при решении поставленной задачи для устройства, заключается в повышении надежности работы трубы за счет повышения прочности скрепления шпангоутов с наружной оболочкой и в снижении ее массы, а также в повышении технологичности конструкции.
Поставленная задача с достижением технического результата решается за счет того, что способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала включает намотку на оправку внутреннего слоя из стеклопластика, вклеивание промежуточного пенопластового слоя, намотку шпангоутов и наружного слоя из стеклопластика, а в соответствии с изобретением в промежуточном пенопластовом слое выполняют кольцевые канавки для расположения шпангоутов, наматывают шпангоуты и наружный слой единой технологической операцией пучком поперечных нитей, снабжая пучки продольными нитями, используя, например, метод косослойной продольно-поперечной намотки, выполняя загибы продольных нитей при переходе пучка от намотки наружного слоя к намотке шпангоутов и обратно с заполнением каждой канавки упомянутым пучком до формирования шпангоутов.
Для устройства поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что труба из слоистого композиционного материала состоит из внутренней и наружной оболочек из стеклопластика, промежуточного пенопластового слоя и шпангоутов, а в соответствии с изобретением шпангоуты и наружная оболочка выполнены заодно из пучков поперечных нитей, снабженных продольными нитями, и скреплены между собой упомянутыми продольными нитями, для чего на последних в зоне этого скрепления выполнены загибы.
Отличительными признаками для способа являются следующие признаки:
- в промежуточном пенопластовом слое выполняют кольцевые канавки для расположения шпангоутов - признак существенный, предусматривает новую последовательность операций, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение качества изделия за счет снижения его массы, так как наличие канавок обеспечивает намотку в них более тонких шпангоутов без сползания слоев;
- наматывают шпангоуты и наружный слой единой технологической операцией пучком поперечных нитей - признак существенный, предусматривает новую последовательность операций и их новое исполнение, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности за счет совмещения операций;
- снабжая пучки продольными нитями, используя, например, метод косослойной 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 при расположении армирующего материала наружной оболочки и шпангоутов по направлениям действия основных нагрузок;
- выполняя загибы продольных нитей при переходе пучка от намотки наружного слоя к намотке шпангоутов и обратно с заполнением каждой канавки упомянутым пучком до формирования шпангоутов - 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 шпангоутов и наружной оболочки конструктивными элементами вместо клеевого соединения.
Отличительными признаками устройства являются следующие признаки:
- шпангоуты и наружная оболочка выполнены заодно из пучков поперечных нитей - признак существенный, предусматривает новое исполнение элементов, новое расположение и их новую взаимосвязь, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности конструкции за счет совмещения операций;
- снабженных продольными нитями - признак существенный, предусматривает наличие новых элементов, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы трубы за счет повышения прочности элементов при расположении армирующего материала наружной оболочки и шпангоутов по направлениям действия основных нагрузок;
- скреплены между собой упомянутыми продольными нитями, для чего на последних в зоне этого скрепления выполнены загибы - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новое расположение и их новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы трубы за счет повышения прочности соединения шпангоутов и наружной оболочки конструктивными элементами вместо клеевого соединения.
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 peшения 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) трубы, на фиг.2 - продольный разрез трубы, на фиг.3 - поперечное сечение трубы, на фиг.4 - сечение шпангоута.
Способ изготовления трубы 1 из слоистого композиционного материала включает намотку на оправку внутреннего слоя 2 из стеклопластика, вклеивание промежуточного пенопластового слоя 3, намотку шпангоутов 4 и наружного слоя 5 из стеклопластика. В промежуточном пенопластовом слое 3 выполняют кольцевые канавки 6 для расположения шпангоутов 4, наматывают шпангоуты 4 и наружный слой 5 единой технологической операцией пучком поперечных (кольцевых) нитей 7, снабжая пучки 7 продольными нитями 8, используя, например, метод косослойной продольно-поперечной намотки, выполняя загибы 9 продольных нитей 8 при переходе пучка от намотки наружного слоя 5 к намотке шпангоутов 4 и обратно с заполнением каждой канавки 6 упомянутым пучком до формирования шпангоутов 4.
Труба 1 из слоистого композиционного материала состоит из внутренней 2 и наружной 5 оболочек из стеклопластика, промежуточного пенопластового слоя 3 и шпангоутов 4. Шпангоуты 4 и наружная оболочка 5 выполнены заодно из пучков поперечных(кольцевых) нитей 7, снабженных продольными нитями 8, и скреплены между собой упомянутыми продольными нитями 8, для чего на последних в зоне этого скрепления выполнены загибы 9.
Вариант исполнения способа заключается в том, что он предназначен преимущественно для изготовления пусковых коробчатых труб для ракет с оперением, где реализация признаков изобретения наиболее эффективна. При использовании изобретения реализован известный способ косослойной продольно-поперечной намотки, приведенный в «уровне техники», см. справочник «Композиционные материалы» под ред. В.В.Васильева. По известному способу намотку ведут пучком нитей, который формируется на станке для намотки, см. патент RU №2236350, и ложится на оправку кольцами благодаря вращению последней с образованием поперечных нитей 7. Продольные нити 8 формируются обертыванием пучка нитей 7 с помощью специального вертлюга. Пучок пропитывается связующим и ложится на ровные участки оправки лентой с образованием косых слоев, а, благодаря деформируемости сечения пучка за счет оптимальной вязкости связующего, «легко проникает» в достаточно узкие кольцевые канавки 6 с образованием промежуточных шпангоутов 10 (ребер жесткости), значительно облегчая и ужесточая конструкцию с повышением надежности ее работы за счет дополнительного скрепления шпангоутов 11 и 10 с наружной оболочкой 5 загибами 9 из продольных нитей 8.
Работает труба 1 следующим образом. Труба 1 установлена на пусковом устройстве опорными поясами 11, представляющими собой усиленные шпангоуты 4, снабженные стыковочными элементами. Ракета 12 с элементами оперения 13 сходит при пуске по направляющим элементам 14, закрепленным на промежуточных 10 и усиленных 11 (опорных поясах) шпангоутах.
Таким образом, использование группы изобретений позволит создать высокотехнологичную конструкцию пусковой коробчатой трубы с повышенной надежностью ее работы, что и подтверждает 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, отличающийся тем, что в промежуточном пенопластовом слое выполняют кольцевые канавки для расположения шпангоутов, наматывают шпангоуты и наружный слой единой технологической операцией пучком поперечных нитей, снабжая пучки продольными нитями, используя, например, метод косослойной продольно-поперечной намотки, выполняя загибы продольных нитей при переходе пучка от намотки наружного слоя к намотке шпангоутов и обратно с заполнением каждой канавки упомянутым пучком до формирования шпангоутов.
2. Труба из слоистого композиционного материала, состоящая из внутренней и наружной оболочек из стеклопластика, промежуточного пенопластового слоя и шпангоутов, отличающаяся тем, что шпангоуты и наружная оболочка выполнены заодно из пучков поперечных нитей, снабженных продольными нитями, и скреплены между собой упомянутыми продольными нитями, для чего на последних в зоне этого скрепления выполнены загибы.
