Оболочечная конструкция и способ ее изготовления



Оболочечная конструкция и способ ее изготовления
Оболочечная конструкция и способ ее изготовления
Оболочечная конструкция и способ ее изготовления
Оболочечная конструкция и способ ее изготовления

 


Владельцы патента RU 2558506:

Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении оболочек, применяемых в изделиях авиационно-космической техники, баллонах давления, трубопроводах нефтехимической и газовой промышленности. Оболочечная конструкция включает реберно-ячеистый каркас (1) из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей с образованием ребер жесткости с узлами их перекрестий и концентричный реберно-ячеистому каркасу внешний слой (4). Также она снабжена слоем, установленным с внутренней стороны реберно-ячеистого каркаса и концентрично ему. При этом внутренний (5) и внешний (4) слои выполнены из тонкостенного материала волнообразной формы с образованием полостей (8), в которых размещены ребра жесткости и узлы перекрестий ребер жесткости реберно-ячеистого каркаса. Способ изготовления оболочечной конструкции заключается в том, что составляющие ее внешний, средний и внутренний слои, выполненные в форме цилиндров, изготавливают по отдельности, а затем вдвигают друг в друга. Средний составляющий слой получают путем намотки на оправку систем перекрещивающихся правой и левой спиралей с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий, их отверждения и снятия с оправки. Затем полученный средний слой и имеющиеся внешний (4) и внутренний (5) составляющие слои последовательно вставляют друг в друга симметрично относительно центральной оси (14). Собранную конструкцию размещают между концентрично установленными индукторами, работающими по схеме обжим и раздача, и подают на индукторы одновременный импульс, при воздействии которого внешний и внутренний слои в местах расположения ребер жесткости и узлов перекрестий среднего слоя образуют полости (8), а в местах их отсутствия сближаются друг с другом. Достигаемый технический результат заключается в повышении прочности и надежности оболочек, уменьшении их массы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении оболочек, применяемых в изделиях авиационно-космической техники, баллонах давления, трубопроводах нефтехимической и газовой промышленности.

Известны способы изготовления цельнонамотанных оболочек из композиционных материалов, включающие пропитку нитей связующим, укладку прядей нитей в виде лент на оправку с различным углом наклона к оси ее вращения с формированием несущих слоев, термообработку с отверждением связующего и извлечение оправки (US №3047191).

Проблема таких оболочек заключается в обеспечении их герметичности, поэтому для изготовления высокопрочных оболочек под наматываемые слои вводят герметизирующие слои (FR №1414309).

Введение герметизирующих слоев приводит к увеличению веса изделий.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой оболочечной конструкции можно считать «Трубу - оболочку из композиционного материала», содержащую силовой каркас ячеистой структуры из повторяющихся по толщине стенки трубы слоев систем перекрещивающихся спиральных, кольцевых и продольных лент, образующих ребра жесткости между узлами перекрестий (RU №2434748).

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу можно считать «Способ изготовления комбинированной упаковочной емкости», при котором имеющую форму стакана внутреннюю емкость, а также окружающую внутреннюю емкость по ее боковой поверхности, имеющую форму манжеты, наружную деталь изготавливают по отдельности, затем вдвигают в друг друга (RU №2430000).

Недостаток указанного способа заключается в недостаточной собственной жесткости получаемой упаковочной емкости.

Технической задачей, на которую направлено изобретение, является повышение прочности и жесткости оболочек, уменьшение их массы.

Поставленная задача решается тем, что оболочечная конструкция, имеющая реберно-ячеистый каркас из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей, с образованием ребер жесткости с узлами их перекрестий, и концентричный реберно-ячеистому каркасу внешний слой, снабжена слоем, установленным с внутренней стороны реберно-ячеистого каркаса и концентрично ему, при этом внутренний и внешний слои выполнены из тонкостенного материала волнообразной формы, а их выпуклые и вогнутые участки соединены с образованием полостей, в которых размещены ребра жесткости и узлы перекрестий ребер жесткости реберно-ячеистого каркаса.

Для решения поставленной задачи в оболочечной конструкции торцевые зоны внешнего и внутреннего слоев, расположенные с противоположных открытых концов конструкции, оснащены герметизирующими элементами, а между внешним слоем, реберно-ячеистым каркасом и внутренним слоем размещена связующая прослойка.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе изготовления оболочечной конструкции, при котором составляющие ее слои, выполненные в форме цилиндров, изготавливают по отдельности, а затем вдвигают друг в друга, средний составляющий слой получают путем намотки на оправку систем перекрещивающихся правой и левой спиралей с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий, их отверждения и снятия с оправки, затем полученный средний слой и имеющиеся внешний и внутренний составляющие слои последовательно вставляют друг в друга симметрично относительно центральной оси, собранное размещают между концентрично установленными индукторами, работающими по схеме обжим и раздача, и подают на индукторы одновременный импульс, при воздействии которого внешний и внутренний слои в местах расположения ребер жесткости и узлов перекрестий среднего слоя образуют полости, а в местах их отсутствия сближаются друг с другом.

Для решения поставленной задачи при осуществлении способа образованные полости герметизируют с последующим вакуумированием, кроме того, перед последовательным осесимметричным расположением составляющих оболочечную конструкцию слоев на внутреннюю поверхность внешнего слоя, наружную поверхность внутреннего слоя и наружную и внутреннюю поверхности среднего слоя наносят связующий состав.

Совокупность признаков, характеризующих предлагаемое изобретение, позволяет получить оболочечную конструкцию, обладающую максимальной жесткостью при ее минимальном весе.

На фиг. 1 представлена оболочечная конструкция в разрезе, на фиг. 2 - схема образования среднего слоя оболочечной конструкции путем намотки на оправку систем перекрещивающихся правой и левой спиралей с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий, на фиг. 3 - схема электромагнитной штамповки оболочечной конструкции (исходное положение, положение после штамповки), на фиг. 4 показан средний слой оболочечной конструкции, представляющий собой реберно-ячеистый каркас.

Оболочечная конструкция имеет реберно-ячеистый каркас 1 из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей, с образованием ребер жесткости 2 с узлами их перекрестий 3, и концентричные реберно-ячеистому каркасу внешний 4 и внутренний 5 слои.

Внутренний 5 и внешний 4 слои выполнены из тонкостенного материала волнообразной формы с образованием полостей 8, в которых размещены ребра жесткости 2 и узлы перекрестий 3 ребер жесткости реберно-ячеистого каркаса 1.

Торцевые зоны внешнего 4 и внутреннего 5 слоев, расположенные с противоположных концов конструкции, оснащены герметизирующими элементами 9.

Между внешним слоем 4, реберно-ячеистым каркасом 1 и внутренним слоем 5 размещена связующая прослойка 10.

В предлагаемом способе изготовления оболочечной конструкции составляющие ее слои 4, 1, 5, выполненные в форме цилиндров, изготавливают по отдельности, а затем вдвигают друг в друга.

Средний составляющий слой, представляющий собой реберно-ячеистую конструкцию 1, получают путем намотки на оправку 11 систем перекрещивающихся правой 12 и левой 13 спиралей с образованием ребер жесткости 2 с узлами перекрестий 3, их отверждения и снятия с оправки.

Полученную реберно-ячеистую конструкцию 1 и имеющиеся внешний 4 и внутренний 5 составляющие слои последовательно вставляют друг в друга симметрично относительно центральной оси 14.

Собранное размещают между концентрично установленными индукторами 15 и 16, работающими по схеме обжим и раздача, и подают на индукторы одновременный импульс, при воздействии которого внешний 4 и внутренний 5 слои в местах расположения ребер жесткости 2 и узлов перекрестий 3 реберно-ячеистой конструкции 1 образуют полости 8, а в местах их отсутствия соприкасаются друг с другом.

Полость 8 может быть выполнена герметичной, и в ней может быть откачан воздух, т.е. произведено вакуумирование.

Перед последовательным концентричным расположением составляющих оболочечную конструкцию слоев 4, 1, 5 на их поверхности наносят связующую прослойку 10.

Предлагаемую последовательность образования оболочечной конструкции рассмотрим на конкретном примере.

Средний слой оболочечной конструкции, представляющий собой реберно-ячеистый каркас, получают намоткой на цилиндрической оправке 11 (фиг. 2) жгута из материала Армас-600-К ТУ 2272-011-59207771-2006, пропитанного связующим ЭХО-МК ОСТ 3-4759-80.

В начальный момент жгут фиксируют в точке «а», далее жгут перемещают с постоянной скоростью вдоль оси оправки 11 при одновременном вращении оправки с постоянной угловой скоростью по часовой стрелке к противолежащей точке «б», где жгут фиксируют и далее перемещают вдоль оси оправки с постоянной скоростью в противоположном направлении - от точки «б» к точке «а», при этом оправка продолжает вращение с постоянной угловой скоростью по часовой стрелке. При движении от точки «б» к точке «а» жгут укладывается по линии правой спирали 12, а при движении от точки «б» к точке «а» - по линии левой спирали 13.

В результате намотки жгута, пропитанного связующим материалом, по схеме (фиг. 2) получают реберно-ячеистый каркас 1 из повторяющихся систем спиралей с образованием ребер жесткости 2 с узлами перекрестий 3 (фиг. 4).

После отверждения каркас снимают с оправки 11, получая готовый средний слой, который показан на фиг. 4.

Внешний слой 4 и внутренний слой 5 предварительно изготавливают в виде цилиндрических тонкостенных обечаек, например, методом вальцовки листовой заготовки с последующей сваркой. Далее, внутреннюю поверхность внешнего слоя 4 и наружную поверхность внутреннего слоя 5 покрывают слоем клея 10, например ЭПК-1 ГОСТ 0949-2013.

Затем реберно-ячеистый каркас 1 размещают внутри наружного слоя 4, покрытого изнутри слоем клея 10, далее внутренний слой 5, покрытый снаружи слоем клея 10, устанавливают во внутреннюю полость реберно-ячеистого каркаса 1. Полученную сборку размещают в полости между концентрично установленными индукторами 15 и 16 (фиг. 3). На индукторы подают одновременный импульс, под воздействием которого внешний 4 и внутренний 5 слои деформируются (в частном случае до соприкосновения, как показано на фиг. 1). Полученную сборку вынимают из полости между индукторами и выдерживают не менее 18 часов для «схватывания» клеевого слоя.

Полость 8 полученной сборки (фиг. 1) далее герметизируют, заваривая швом 9 (ГОСТ 14806-80) торцевые зоны внешнего и внутреннего слоев. Из полости 8 откачивают воздух, осуществляя вакуумирование.

Главное достоинство предлагаемой оболочечной конструкции заключается в том, что она обеспечивает высокую прочность и жесткость при минимальном собственном весе.

Предлагаемая оболочечная конструкция по торцам может быть закрыта сферическими или эллиптическими днищами. Полученная таким образом емкость может быть использована в качестве топливного бака космических аппаратов.

Учитывая возможность вакуумирования пространства между внешним и внутренним слоями оболочечной конструкции, а также способ ее изготовления, она может быть использована в качестве корпуса возвращаемого космического аппарата. Во всех случаях предлагаемая конструкция обеспечивает значительную экономию веса изделия.

Прочные, жесткие, обладающие термоизоляционными свойствами стенки предлагаемой оболочечной конструкции позволяют эффективно использовать ее в нефтегазовой отрасли для транспортировки и хранения нефтепродуктов и сжиженного природного газа.

В качестве реберно-ячеистого каркаса в предлагаемой оболочечной конструкции помимо неметаллического материала могут быть использованы магниевые и титановые сплавы. Это позволит эффективно использовать предлагаемое решение в производстве авиационной техники.

Возможность расширения сфер применения предлагаемого решения значительно повышает экономическую эффективность данного изобретения.

1. Оболочечная конструкция, имеющая реберно-ячеистый каркас из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей с образованием ребер жесткости с узлами их перекрестий, и концентричный реберно-ячеистому каркасу внешний слой, отличающаяся тем, что она снабжена слоем, установленным с внутренней стороны реберно-ячеистого каркаса и концентрично ему, при этом внутренний и внешний слои выполнены из тонкостенного материала волнообразной формы с образованием полостей, в которых размещены ребра жесткости и узлы перекрестий ребер жесткости реберно-ячеистого каркаса.

2. Оболочечная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что торцевые зоны внешнего и внутреннего слоев, расположенные с противоположных открытых концов конструкции, оснащены герметизирующими элементами.

3. Оболочечная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что между внешним слоем, реберно-ячеистым каркасом и внутренним слоем размещена связующая прослойка.

4. Способ изготовления оболочечной конструкции, при котором составляющие ее внешний, средний и внутренний слои, выполненные в форме цилиндров, изготавливают по отдельности, а затем вдвигают друг в друга, отличающийся тем, что средний составляющий слой получают путем намотки на оправку систем перекрещивающихся правой и левой спиралей с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий, их отверждения и снятия с оправки, затем полученный средний слой и имеющиеся внешний и внутренний составляющие слои последовательно вставляют друг в друга симметрично относительно центральной оси, собранное размещают между концентрично установленными индукторами, работающими по схеме обжим и раздача, и подают на индукторы одновременный импульс, при воздействии которого внешний и внутренний слои в местах расположения ребер жесткости и узлов перекрестий среднего слоя образуют полости, а в местах их отсутствия - сближаются друг с другом.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что образованные полости герметизируют с последующим вакуумированием.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что перед последовательным осесимметричным расположением составляющих оболочечную конструкцию слоев на внутреннюю поверхность внешнего слоя, наружную поверхность внутреннего слоя и наружную и внутреннюю поверхности среднего слоя наносят связующий состав.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию для изготовления гибких трубопроводов. .

Изобретение относится к области авиационной и космической техники и касается трубы-оболочки из композиционного материала. .

Изобретение относится к устройствам для производства многослойных труб намоткой. .

Изобретение относится к области формования пластиков, придания им формы навивкой и соединением, может быть использовано в авиастроении, объектах космической техники, судостроении и автомобилестроении.

Изобретение относится к станку для намотки труб из композиционно-волокнистых материалов и способу его применения. .

Изобретение относится к способу изготовления шумоглушительных, шумопоглощающих и/или изолирующих формованных материалов. Способ изготовления шумоглушительного, шумопоглощающего или изолирующего формованного материала, причем этот формованный материал содержит волокнистый материал. Способ изготовления имеет следующие шаги: наматывание волокнистого материала на две основы, которые, предпочтительно с возможностью передвижения, расположены друг от друга на расстоянии, для изготовления намотанной заготовки, долговременное упрочнение находящейся на основах намотанной заготовки для образования шумоглушительного, шумопоглощающего или изолирующего формованного материала. Долговременное упрочнение намотанной заготовки для образования формованного материала на основах происходит посредством извивания струей воздуха, сшивания, объединения в цепочку, связывания, иглопробивания, свойлачивания или сцепления, прежде всего предпочтительно, что упрочнение происходит без связующего. Также раскрыто получение таким образом формованного материала, прежде всего в виде формованных холстов или формованных изделий, и устройство для изготовления этих формованных материалов. Этот формованный материал может применяться, прежде всего, в глушителях шума. Техническим результатом изобретения является улучшение свойств формованных материалов при эксплуатации, а также упрощение их изготовления. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к корпусу гидроциклона, который может быть использован в устройстве очистки целлюлозы от примесей в целлюлозно-бумажной промышленности. Корпус гидроциклона выполнен в виде однослойной оболочки вращения с конической или конической совместно с цилиндрической в верхней части формой внутренней поверхности, выполненной из композиционного материала методом косослойной продольно-поперечной намотки. Композиционный материал состоит из кольцевых и спиральных высокопрочных нитей, скрепленных полимерным связующим с отношением массы спиральных нитей к массе кольцевых нитей на уровне 1/1÷1/2. При этом на больших диаметрах со стороны внутренней поверхности оболочки расположены дополнительные слои композиционного материала, состоящие из кольцевых и спиральных высокопрочных нитей, скрепленных полимерным связующим, выполненные методом косослойной продольно-поперечной намотки. Причем число дополнительных слоев увеличивается от меньшего диаметра к большему, а отношение массы спиральных нитей к массе кольцевых нитей в дополнительных слоях находится на уровне 1/3÷1/5. Достигаемый технический результат заключается в повышении эрозионной стойкости и соответственно срока службы гидроциклона. 1 ил.

Изобретение относится к корпусу гидроциклона, предназначенного для использования в устройстве очистки целлюлозы от примесей путем сепарации частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости, применяемом в целлюлозно-бумажной промышленности. Корпус гидроциклона выполнен в виде многослойной оболочки вращения с конической или конической совместно с цилиндрической в верхней части формой внутренней поверхности. Корпус состоит из композиционных материалов с полными и зонными слоями из перекрестных спиральных нитей, уложенных по геодезическим траекториям и скрепленных полимерным связующим. Полюса зонных слоев располагаются в верхней части конической поверхности оболочки, причем полюсные части зонных слоев располагаются на внутренней поверхности оболочки. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эрозийной стойкости корпуса гидроциклона, что обеспечивает повышение его срока службы. 1 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно оболочек переменного сечения для силовых конструкций с внутренними радиальными полостями. Способ изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями включает кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим угольной трикотажной ленты на оправку с радиальными выступами. При этом сначала осуществляют намотку конической части, а затем осуществляют намотку цилиндрической части детали перед радиальными выступами оправки до диаметра, равного диаметру выступов, с образованием зазора между торцом намотанного пакета и торцами радиальных выступов оправки, а затем осуществляют последующую намотку ленты на цилиндрическую часть пакета материала и выступы оправки с перекрытием зазора между их торцовыми поверхностями. Из пропитанной связующим углеродной ткани вырезают ряд заготовок, контур которых представляет собой прямоугольник, сопряженный с основанием равнобедренного треугольника с острым углом при вершине. После намотки цилиндрической части детали до толщины, равной половине высоты радиальных выступов оправки, на край намотанной цилиндрической части укладывают заготовки, ориентируя их вершиной треугольника по направлению к выступам оправки, совмещая при этом ось симметрии заготовки с осью симметрии выступа оправки, последовательно по периметру цилиндрической части и по высоте пакета заготовок. Закрепляют поочередно каждую из заготовок наматываемой лентой, затем наматывают дополнительный слой материала на цилиндрическую часть и на выступы оправки, загибают поочередно заготовки и укладывают их на дополнительный слой материала, заматывая загнутые части заготовок лентой, поочередно по периметру оправки и по высоте пакета заготовок. После чего производят намотку ленты на уложенные заготовки до требуемого диаметра детали. Изобретение позволяет повысить качество изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями за счет улучшения структуры материала в зонах радиальных полостей и исключения растрескивания материала. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к шумопоглощающей вставке для автомобилей. Шумопоглощающая вставка для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания выполнена из по меньшей мере одного минерального волокнистого материала; минеральный волокнистый материал имеет вид намотанного формованного материала, получаемого путем наматывания минерального волокнистого материала по меньшей мере на одну основу; минеральный волокнистый материал представляет собой бесконечный материал и содержит текстурированное минеральное волокно, отличается тем, что намотанный формованный материал имеет вид формованного холста или формованной детали, причем формованный материал не содержит связующего. Техническим результатом изобретения является облегчение конструкции за счет уменьшения количества использованного материала, а также снижение расхода топлива. 3 н. и 22 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно оболочек переменного сечения для силовых конструкций с внутренними радиальными полостями. Способ включает кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим угольной ленты на оправку с радиальными выступами, по которому на намотанной части оболочки перед каждым выступом оправки закрепляют наматываемой угольной лентой концы ряда продольных заготовок из пропитанной связующим углеродной ткани. Загибают поочередно заготовки, укладывают их консольные части на выступы оправки и заматывают угольной лентой. Из резиновой полосы, скрепляя ее концы между собой, изготавливают пояс, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру намотанной части оболочки перед выступами оправки. Надевают пояс на намотанную часть оболочки перед участком закрепления концов заготовок. При закреплении заготовок последовательно помещают их консольные части внутрь пояса, после закрепления на оболочке и охватывания поясом последней заготовки поочередно извлекают из пояса консольные части заготовок для загиба, укладывания на выступы оправки и закрепления угольной лентой. После извлечения из пояса и закрепления на оболочке консольных частей всех заготовок снимают пояс с оболочки. Технический результат заключается в улучшении качества изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями за счет упрощения операции размещения и повышения точности установки заготовок при их закреплении на оболочке в процессе изготовления. 6 ил.
Наверх