Узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом



Узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом
Узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом

Владельцы патента RU 2626795:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н. ЕЛЬЦИНА" (ФГАОУ ВПО "УРФУ") (RU)

Изобретение относится к конструкциям соосного соединения полых цилиндрических деталей из различных материалов. Узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом по форме полого цилиндра с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра керамической оболочки, которые соединены соосно внахлестку. Шпангоут выполнен составным из нескольких цилиндрических сегментов, соединенных между собой цилиндрическими сегментными нахлесточными вставками из металлического сплава с увеличенным термическим коэффициентом линейного расширения по сравнению с материалом шпангоута. Изобретение направлено на повышение прочности и жесткости конструкции. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соосного нахлесточного соединения полых цилиндрических деталей, а именно, металлических деталей с керамическими или композитными, работающих с неконтролируемым нагревом соединяемых деталей.

Известен узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом с помощью адгезионного клеевого слоя-герметика (Русин М.Ю. Проектирование головных обтекателей ракет из керамических и композиционных материалов. Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005. - 64 с. (с. 55-56, рис. 3.12)). Однако главным недостатком является то, что при неконтролируемом нагреве соединения за счет разности термических коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) металлического шпангоута и керамической оболочки возникают значительные температурные расширения металлического шпангоута и, как следствие, недопустимые радиальные напряжения в керамической оболочке, в связи с чем ограничивается температура эксплуатации соединения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является конструкция соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом, описанная в книге Русина М.Ю. Проектирование головных обтекателей ракет из керамических и композиционных материалов. Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 64 с. (с. 51-53, рис. 3.9.в), где соединение керамической оболочки и шпангоута осуществляется с помощью гофрированного соединительного элемента, позволяющего полностью компенсировать температурные деформации шпангоута и снизить уровень напряжений в керамической оболочке. Главными недостатками этого варианта соединения являются, во-первых, то, что гофрированный элемент снижает прочность и жесткость крепления керамической оболочки к шпангоуту, в связи с чем конструкция не будет выдерживать больших поперечных сил и изгибающих моментов; и, во-вторых, усложняется сборка конструкции.

Технический результат изобретения - уменьшение термических напряжений в керамической оболочке от температурного расширения металлического шпангоута с одновременным повышением жесткости крепления керамической оболочки к шпангоуту.

На чертеже показан общий вид узла соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом.

Шпангоут 1 выполнен в виде цилиндрической оболочки, составленной из нескольких цилиндрических сегментов, имеющих в окружном направлении на краях ступенчатую форму так, как показано на сечении А-А. Между соседними сегментами шпангоута в их ступенчатой части установлены цилиндрические сегменты-вставки 2, выполненные из материала с более высоким термическим коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) (например, из алюминиевого сплава). Эти сегменты-вставки 2 могут быть соединены с сегментами шпангоута 1 либо за счет сварных швов 3, либо с помощью заклепок. В окружном сечении по периметру между сегментами шпангоута 1 и сегментами 2 выполнены зазоры Z. Такой составной шпангоут может быть соединен с корпусом 6 с помощью байонетного соединения. Керамическая оболочка-обтекатель 4 насажена на составной шпангоут и закреплена на нем с помощью высокотемпературного клея-герметика 5.

Устройство работает следующим образом.

При неконтролируемом нагреве происходит расширение, как керамической оболочки-обтекателя, так и шпангоута. Но так как ТКЛР материала сегментов шпангоута 1 выше, чем ТКЛР материала керамической оболочки-обтекателя 4, то сегменты шпангоута 1 будут иметь термические деформации (увеличение диаметра сегментов шпангоута 1) больше, чем термические деформации керамической оболочки. Цилиндрические сегменты-вставки 2, имеющие ТКЛР больше, чем ТКЛР сегментов шпангоута 1, при нагреве получат более значительные деформации, чем деформации сегментов шпангоута 1. За счет этого термического расширения сегмента-вставки 2 произойдет стягивание ступенчатых краев сегментов шпангоута с уменьшением зазоров Z с одновременным сохранением наружного диаметра составного шпангоута.

Длина дуги Lв цилиндрического сегмента-вставки 2 может быть определена по следующей формуле

где αш - ТКЛР материала шпангоута; αк - ТКЛР материала керамической оболочки; αв - ТКЛР материала цилиндрического сегмента-вставки; Dш - наружный диаметр шпангоута; Dк - внутренний диаметр керамической оболочки; - разница начальной и конечной температуры шпангоута; - разница начальной и конечной температуры керамической оболочки. Так, например, при нагреве керамической оболочки с внутренним диаметром 510 мм от 20 до 420°С и соответствующем нагреве стального шпангоута с наружным диаметром 510 мм от 20 до 400°С потребуется алюминиевая вставка с длиной дуги, равной 79,8 мм, которая может быть разбита на несколько цилиндрических сегментов.

Предлагаемый узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом позволит существенно снизить уровень радиальных напряжений в керамической оболочке, предотвращая ее преждевременное разрушение, а также сохранить высокую устойчивость при боковых нагрузках.

Узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом, имеющим форму полого цилиндра с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра керамической оболочки, соединенные соосно внахлестку, отличающийся тем, что шпангоут выполнен составным из нескольких цилиндрических сегментов, соединенных между собой цилиндрическими сегментными нахлесточными вставками из металлического сплава с увеличенным термическим коэффициентом линейного расширения по сравнению с материалом шпангоута.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в головных обтекателях (ГО) ракет космического назначения (РКН). ГО для РКН представляет собой трехслойную конструкцию из полимерных композиционных материалов в виде двухстворчатой оболочки переменной кривизны, содержит внешний несущий слой из углепластика, внутренний несущий слой, металлический сотовый заполнитель в виде одинаковых по массе и размеру пластин с термитно-зажигающей смесью (ТЗС) с окислителем, которым является хлорат калия или перхлорат калия, порошкообразным металлом, которым является магний, или алюминий, или титан, или сплав, и связующим, которым является коллоксилин.

Изобретение относится к защитным устройствам летательного аппарата. Способ снижения радиолокационной заметности летательного аппарата заключается в размещении антенны головки самонаведения в герметичной полости радиопрозрачного обтекателя, заполнении полости плазмообразующей газовой смесью давлением 1-100 кПа и введении пучка электронов в плазмообразующую газовую смесь с образованием поглощающего плазменного объема.

Изобретение относится к области авиации и ракетной техники, а именно головным обтекателям летательных аппаратов, например, управляемых ракет. .

Изобретение относится к области аэродинамики, а именно к разработке формы головного обтекателя ракеты. .

Изобретение относится к области аэродинамики, а именно к разработке формы головного обтекателя ракеты. .

Изобретение относится к области машиностроения и авиационной промышленности, преимущественно к конструкциям головных керамических обтекателей для высокоскоростных летательных аппаратов.

Изобретение относится к конструктивным узлам и способу их сборки, и направлено на повышение надежности соединения элементов между собой. Узел содержит первый элемент узла и второй элемент узла, соединенные друг с другом с помощью соединительного устройства, содержащего первый соединительный элемент и второй соединительный элемент, где первый соединительный элемент имеет первый сегмент, неподвижно размещенный в первом элементе узла, и второй сегмент, размещенный во втором элементе узла, а второй соединительный элемент имеет по меньшей мере один соединяющий сегмент, размещенный в упомянутом втором элементе узла.

Предложен фиксатор. Он содержит пластиковый внешний корпус, имеющий прикрепленные к противоположным боковым стенкам нижнюю стенку с отверстием и верхнюю стенку с приемным отверстием для крепежного элемента, а также внутренний фланец, край которого соединен с одной из стенок внешнего корпуса, причем внутренний фланец имеет отверстие, расположенное коаксиально с отверстием, выполненным в нижней стенке.

Изобретение относится к способам фиксации штифтов в корпусе и может использоваться в конструкциях коробок приводных агрегатов и редукторов, используемых в составе газотурбинного двигателя.

Настоящее изобретение относится к крепежному узлу, в частности, для применений в летательных аппаратах. Крепежный узел содержит трубчатый первый элемент и второй элемент, вводимый соосно в первый, крепежные средства, а также уплотнение.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Способ включает расточку бандажа, нагрев бандажа и установку бандажа на колесный центр.

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, в частности к конструкциям герметичных разъемных соединений отсеков корпуса летательных аппаратов и, в особенности, к конструкциям герметичного соединения обтекателя с отсеком корпуса летательного аппарата.

Изобретение относится к набору деталей для сборки при изготовлении конструкции непроницаемой стенки. Набор содержит непроницаемый металлический лист (1) с рядом первых параллельных гофров (5) и рядом вторых параллельных гофров (6), пересекающихся на участке пересечения (3), удлиненный элемент жесткости (15), располагаемый в названных гофрах (6, 5) для увеличения сопротивления листа давлению, и анкерную деталь (30) с соединительным элементом, закрепляемым на наружной поверхности листа на участке пересечения гофров, на котором должен удерживаться элемент жесткости, и фиксатор (44), взаимодействующий с продольным концом элемента жесткости для удержания этого элемента жесткости внутри гофра.

Группа изобретений относится к области авиастроения. В первом варианте стык консоли крыла с центропланом самолета, в котором консоль крыла выполнена с верхними и нижними панелями.

Изобретение относится к плавучим средствам, а именно к понтонам, плавучим докам, плотам. Плавучая платформа содержит соединенные, по крайней мере, одним фиксирующим элементом, по крайней мере, два плавучих элемента, каждый из которых состоит из двух боковых граней с, по крайней мере, одним вертикальным выступом на каждой; из них с, по крайней мере, одной вертикальной впадиной на каждой, соответствующей вертикальному выступу; Вертикальный выступ выполнен с зауженной частью, переходящей в расширенную к периферии часть с образованием опорной площадки.

Изобретение относится к машиностроению и касается усовершенствования упорных устройств, предотвращающих осевое перемещение при креплении деталей на валах, осях и других деталях с цилиндрической поверхностью.

Изобретение относится к полимерной химии и может быть использовано при производстве высокопрочных композитных конструкционных материалов для деталей самолетов и автомобилей.

Изобретение относится к конструкции облицовочной панели преимущественно рельсового транспорта. Элемент (1) жесткости для облицовочной панели (2) выполнен в виде вытянутой листовой гнутой детали с по существу U-образным поперечным сечением и имеет вдоль своего среднего продольного участка (7) заливочные отверстия (8) для клеящего вещества.

Изобретение относится к способу сборки металлических деталей в автомобилестроении. Используют первую и вторую металлические детали, по меньшей мере одна из которых включает металлическую панель, и самоклеящуюся полосу.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при монтаже навесных конструкций в базовых пористых материалах и направлено на повышение площади контакта строительного связующего раствора с пористым базовым материалом.

Изобретение относится к конструкциям соосного соединения полых цилиндрических деталей из различных материалов. Узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом по форме полого цилиндра с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра керамической оболочки, которые соединены соосно внахлестку. Шпангоут выполнен составным из нескольких цилиндрических сегментов, соединенных между собой цилиндрическими сегментными нахлесточными вставками из металлического сплава с увеличенным термическим коэффициентом линейного расширения по сравнению с материалом шпангоута. Изобретение направлено на повышение прочности и жесткости конструкции. 1 ил.

Наверх