Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов
Владельцы патента RU 2442690:
Закрытое акционерное общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" (RU)
Изобретение относится к сетчатым оболочкам вращения из композиционных материалов с наружной обшивкой, которое может быть применено в изделиях авиационной и ракетно-космической техники. Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов образована из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, кольцевых и продольных лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые и продольные ребра. Часть ребер по боковой и внутренней поверхности соединена с профилем из тканого материала, пропитанного полимерным связующим. Глубина паза в профиле не менее высоты ребра. Верхние поверхности профиля соединены с обшивкой из композиционных материалов. В зоне установки профилей между ребрами и обшивкой возможно размещение прослойки из пористого материала, соединенной с наружной поверхностью ребер, боковой поверхностью профилей и обшивкой. Обеспечивается увеличение прочности и надежности соединения с обшивкой из композиционных материалов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к сетчатым оболочечным конструкциям из композиционных материалов (КМ) и может быть применено в изделиях авиационной и ракетно-космической техники.
К сетчатым оболочечным конструкциям на ряде конструкций необходимо крепить обшивку в виде тонкостенной оболочки из композиционных материалов. Площади наружной поверхности ребер недостаточно для надежного крепления обшивки к сетчатой структуре. Существует проблема надежного крепления обшивки к сетчатой структуре и защиты структуры от внешних ударных воздействий.
Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов по патенту RU №2392122, зарегистрированная 5.11.2008 г., является наиболее близкой по технической сущности к заявляемой и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка оболочки вращения из композиционных материалов, где конструкция крепления обшивки к поверхности ребер сетчатой структуры имела бы необходимую прочность и надежность.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, заключается в получении оболочки из композиционных материалов с достаточной прочностью и надежностью при действии эксплуатационных нагрузок, в том числе и ударных.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного результата известная сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов, образованная из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, кольцевых и продольных лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые и продольные ребра, согласно изобретению отличается тем, что часть ребер по боковой и внутренней поверхности соединена с профилем из тканого материала, пропитанного полимерным связующим, с глубиной паза в профиле не менее высоты ребра, а по верхней поверхности профиля соединены с обшивкой из композиционных материалов. В зоне установки профилей между ребрами и обшивкой возможно размещение прослойки из пористого материала, соединенной с наружной поверхностью ребер, боковой внутренней поверхностью профилей и обшивкой.
Увеличение площади соединения ребер к обшивке, за счет площади верхней поверхности профилей, позволяет обеспечить достаточную прочность отрыва оболочки от ребер при эксплуатации, а боковыми и нижней поверхностями надежно скрепить профили с ребрами.
Для увеличения площади соединения ребер с обшивкой может дополнительно крепиться наружная поверхность ребер к обшивке.
Конструктивное исполнение профилей с воздушным зазором между наружной поверхностью ребер и обшивкой в зоне профилей позволяет снизить силу ударного воздействия на ребра со стороны обшивки.
Для рассеивания энергии удара по обшивке между наружной поверхностью ребер и обшивкой в зоне профилей может располагаться прослойка из пористого материала типа пенопласта или пористой резины, соединенной с наружной поверхностью ребер, боковой поверхностью профилей и обшивкой.
Отличительными особенностями заявляемой сетчатой оболочки из композиционных материалов являются следующие признаки:
- оболочка между пересечениями ребер содержит профили из композиционных материалов;
- профили выполнены из тканого материала, пропитанного полимерным связующим;
- профили соединены по внутренней поверхности с ребром, а по верхней поверхности профиля с обшивкой;
- между ребрами и обшивкой возможно размещение прослойки из пористого материала, соединенной с наружной поверхностью ребер, боковой поверхностью профилей и обшивкой.
Указанные признаки являются существенными, так как каждый из них направлен на достижение заявленного технического результата в соответствии с поставленной задачей.
Использование совокупности существенных отличительных признаков в известном решении не обнаружено, что характеризует соответствие предложенного технического решения критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общеизвестными обеспечивает решение поставленной задачи и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами.
Данное техническое решение является результатом научно-исследовательской работы по созданию высоконагруженных сетчатых оболочечных конструкций, надежно соединенных с обшивкой из композиционных материалов. Решение обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется фиг.1-5. На фиг.1 представлен общий вид заявленной сетчатой оболочки с обшивкой. На фиг.2 изображен фрагмент заявленной сетчатой оболочки с профилями из тканого материала. На фиг.3-5 представлены поперечные сечения сетчатого ребра с профилем из тканого материала, соединенным с обшивкой.
Заявленная сетчатая оболочка на фиг.1 содержит спиральные 1, кольцевые 2 и продольные 3 ребра, соединенные с обшивкой из композиционных материалов 4.
На фиг.2 изображен фрагмент внутренней поверхности заявленной сетчатой оболочки, состоящей из пересечения спиральных 1 и кольцевых 2 ребер, а также часть ребер по боковой и наружной поверхности, соединенных с профилем из тканого материала 5, пропитанного полимерным связующим, с глубиной паза в профиле не менее высоты ребра.
На фиг.3 изображен профиль поперечного сечения ребра 1 сетчатой структуры, а также боковые 8 и нижняя 9 поверхности ребра, соединенные с внутренней частью 8 и 9 профиля из тканого материала 5, при этом верхняя поверхность профиля 10 соединена с обшивкой 4. Наружная поверхность ребра 11 также соединена с обшивкой 4.
На фиг.4 изображен профиль поперечного сечения ребра 1 сетчатой структуры с внутренней частью 8 и 9 профиля из тканого материала 5, частично соединенной с боковыми 8 и нижней 9 поверхностью ребра, а верхняя поверхность профиля 10 соединена с обшивкой 4, при таком соединении между ребром и обшивкой образуется воздушная прослойка 6.
На фиг.5 изображен профиль поперечного сечения ребра 1 сетчатой структуры, а между наружной поверхностью ребра 11 и обшивкой 4 имеется прослойка из пористого материала 7, соединенная с наружной поверхностью ребра 11, внутренней боковой поверхностью 12 профиля из тканого материала 5 и обшивкой 4.
Предложенное изобретение может быть реализовано на стандартном оборудовании с использованием метода автоматизированной намотки по известным технологиям. Соединение профилей с ребрами, обшивкой и прослойками может осуществляться как при помощи специальных клеев, так и за счет клеящих свойств связующих ребер, профилей, обшивки и прослойки. Количество профилей, количество и материал слоев в профилях, площадь приклейки профилей к обшивке определяются специальным расчетом в зависимости от действующих на конструкцию нагрузок.
Предлагаемая сетчатая оболочка с обшивкой из композиционных материалов с предложенными профилями успешно прошла испытания на модельных конструкциях.
1. Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов, образованная из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, кольцевых и продольных лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые и продольные ребра, отличающаяся тем, что часть ребер по боковой и внутренней поверхности соединена с профилем из тканого материала, пропитанного полимерным связующим, с глубиной паза в профиле не менее высоты ребра, а верхние поверхности профилей соединены с обшивкой из композиционных материалов.
2. Оболочка по п.1, отличающаяся тем, что в зоне установки профилей между ребрами и обшивкой имеется прослойка из пористого материала, соединенная с наружной поверхностью ребер, боковой поверхностью профилей и обшивкой.
