Изоляционная панель на основе механически усиленного пеноматериала и способы ее изготовления
Изобретение относится к изоляционной панели для использования с камерами для криогенных компонентов, а в частности к изоляционной панели, которая включает в себя механически усиленный пеноматериал. Формовочный узел для использования при изготовлении армированной изоляционной панели, включающей в себя пеноматериал и армирующую конструкцию, содержит несущую пластину, имеющую первую поверхность, выполненную с возможностью приема пеноматериала; первый опорный лист, размещенный на расстоянии от указанной первой поверхности с образованием между ними промежутка, при этом первый опорный лист выполнен с возможностью поддержки армирующей конструкции; второй опорный лист, размещенный на расстоянии от первого опорного листа и задающий верхнюю границу армированной изоляционной панели; и жесткую конструкцию, соединенную со вторым опорным листом и ограничивающую перемещение армированной изоляционной панели. Изобретение обеспечивает создание изоляции на основе пеноматериала для сверхнизких температур, которая по существу не имеет пустот внутри и снаружи узла. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к изоляционной панели для использования с камерами для криогенных компонентов, а в частности - к изоляционной панели, которая включает в себя механически усиленный пеноматериал.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В конструкциях воздушно-космических летательных аппаратов обычно используются самые разнообразные компоненты для получения мощности, необходимой для запуска/взлета и маневрирования. Необходимое количество топливного компонента для решения большинства задач, особенно для запуска/взлета, часто налагает значительные конструктивные ограничения и может потребовать использования крупных частей для выполнения камер, содержащих топливный компонент, в таких летательных аппаратах. Использование криогенных компонентов позволяет поддерживать их при комнатной температуре в жидком, а не в газообразном состоянии. Такое решение позволяет хранить большее количество топливного компонента в небольшой емкости, что, в свою очередь, расширяет возможности конструирования воздушно-космических летательных аппаратов.
[0003] По меньшей мере некоторые из известных криогенных изоляций, которые могут состоять из слоя изоляционного пеноматериала, наносят на внешнюю часть камер для топливных компонентов. По меньшей мере некоторые из известных криогенных изоляций содержат армирующую конструкцию, которая обеспечивает механическое усиление слоя пеноматериала, обеспечивающее уменьшение растрескивания, расслаивания и отслаивания. На ФИГ. 1. показана известная изоляционная панель 100, содержащая узел 102 пеноматериала для сверхнизких температур, который включает в себя армирующую конструкцию 104 и пеноматериал 106, окружающий армирующую конструкцию 104. Во время изготовления узла 102 пеноматериала для сверхнизких температур жидкие предшественники пеноматериала 106 расширяются вокруг армирующей конструкции 104 и внутри отдельных элементов армирующей конструкции 104. В некоторых случаях расширяющийся пеноматериал 106 создает множество пустот 108 внутри полой конструкции и/или на внешней части конструкции 108.
[0004] Таким образом, в данной области техники существует потребность в новых изоляционных панелях с механическим усилением и способах получения таких панелей.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Согласно одному из аспектов предложен формовочный узел для использования при изготовлении армированной изоляционной панели, включающей в себя пеноматериал и армирующую конструкцию. Формовочный узел включает в себя несущую пластину, включающую в себя первую поверхность, выполненную с возможностью приема пеноматериала, и первый опорный лист, размещенный на расстоянии от указанной первой поверхности с образованием между ними промежутка, при этом первый опорный лист поддерживает армирующую конструкцию. Формовочный узел также включает в себя второй опорный лист, размещенный на расстоянии от первого опорного листа и задающий верхнюю границу армированной изоляционной панели. Со вторым опорным листом соединена жесткая конструкция, которая ограничивает перемещение армированной изоляционной панели.
[0006] Согласно другому аспекту предложена армированная изоляционная панель. Армированная изоляционная панель включает в себя пеноматериал и армирующую конструкцию, заключенную внутри пеноматериала таким образом, что пеноматериал постоянно контактирует с армирующей конструкцией и по существу не имеет пустот.
[0007] Согласно еще одному аспекту предложен способ изготовления армированной изоляционной панели с использованием формовочного узла. Способ включает размещение армирующей конструкции между вторым опорным листом и первым опорным листом, которые имеют множество сквозных отверстий. Несущую пластину размещают под первым опорным листом с образованием между ними промежутка. Способ также включает в себя размещение жесткой конструкции поверх второго опорного листа для ограничения перемещения армирующей конструкции, при этом жесткая конструкция включает в себя множество сквозных отверстий. Способ также включает нанесение предшественников пеноматериала на несущую пластину в указанном промежутке и обеспечение возможности расширения предшественников пеноматериала с проходом через указанные множества сквозных отверстий в первом опорном листе, втором опорном листе и жесткой конструкции таким образом, что армированная изоляционная панель включает в себя армирующую конструкцию, заключенную в пеноматериал, по существу не имеющий пустот.
[0008] Раскрытые признаки, функции и преимущества могут быть получены независимо в различных примерах раскрытия настоящего изобретения или могут быть объединены в других примерах, подробная информация о которых может быть получена со ссылкой на последующее описание и чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] На ФИГ. 1 показана известная изоляционная панель.
[0010] На ФИГ. 2 показан пример воздушно-космического летательного аппарата, включающего в себя приведенный в качестве примера узел камеры для криогенных компонентов;
[0011] на ФИГ. 3 в разрезе показана камера для криогенных компонентов, изображенных на ФИГ. 2, с показом примера изоляционной панели, соединенной с внешней поверхностью камеры для криогенных компонентов;
[0012] на ФИГ. 4 в разрезе показан еще один узел камеры для криогенных компонентов, иллюстрирующий изоляционную панель, изображенную на ФИГ. 3, соединенную с внутренней поверхностью камеры для криогенных компонентов;
[0013] на ФИГ. 5 в разрезе показан пример формовочного узла, который может быть использован для получения изоляционной панели, изображенной на ФИГ. 3 и 4;
[0014] на ФИГ. 6 в разрезе показан еще один формовочный узел, который может быть использован для получения изоляционной панели, изображенной на ФИГ. 3 и 4; и
[0015] на ФИГ. 7 приведена структурная схема примера способа изготовления изоляционной панели, изображенной на ФИГ. 5.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] Описанные примеры могут быть использованы в качестве части изоляционной панели для воздушно-космического летательного аппарата и относятся к созданию изоляционной панели, которая включает в себя стохастический пеноматериал и армирующую конструкцию, заключенную внутри пеноматериала таким образом, что пеноматериал постоянно контактирует с армирующей конструкцией и по существу не имеет пустот. Также в настоящем документе раскрыт формовочный узел для использования при изготовлении изоляционной панели. Формовочный узел включает в себя несущую пластину, включающую в себя первую поверхность, выполненную с возможностью приема пеноматериала, первый опорный лист, размещенный на расстоянии от указанной первой поверхности с образованием между ними промежутка, и второй опорный лист, размещенный на расстоянии от первого опорного листа таким образом, что изоляционная панель образована между листами. Формовочный узел также включает в себя жесткую конструкцию, соединенную со вторым опорным листом и выполненную с возможностью ограничения перемещения армированной изоляционной панели. Формовочный узел подвешивает армирующую конструкцию таким образом, что обеспечена возможность расширения пеноматериала с проходом через армирующую конструкцию и формовочный узел, с тем чтобы уменьшить или предотвратить образование пустот или воздушных полостей внутри пеноматериала. Кроме того, изоляционная панель, имеющая армирующую конструкцию, заключенную в расширенный пеноматериал, по существу не имеющий пустот, обеспечивает более высокое тепловое сопротивление и предотвращает криогенную откачку, лучше, чем известные изоляционные узлы.
[0017] Соответственно, раскрытие настоящего изобретения обеспечивает создание изоляционного узла на основе пеноматериала для сверхнизких температур, который удовлетворяет требованиям по прочности и возможности повторного использования в условиях, связанных с выполнением множества полетных задач. Кроме того, раскрытие настоящего изобретения обеспечивает создание изоляции на основе пеноматериала для сверхнизких температур, которая по существу не имеет пустот внутри и снаружи узла, обеспечивающего ее армирование, благодаря чему возможно ее использование там, где требуется повышенное качество.
[0018] При использовании в настоящем документе выражение "воздушно-космический летательный аппарат" может включать в себя, но без ограничения, самолеты, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), планеры, вертолеты, космические летательные аппараты, многоразовые летательные аппараты для выведения на орбиту и/или какие-либо другие объекты, перемещающиеся в воздушно-космическом пространстве.
[0019] На ФИГ. 2 показан пример воздушно-космического летательного аппарата 200, имеющего по меньшей мере одну камеру 202 для криогенных компонентов, в соответствии с раскрытием настоящего изобретения. В одном варианте осуществления летательный аппарат 200 представляет собой многоразовый летательный аппарат для выведения на орбиту для решения задач в космосе. Еще в одном подходящем варианте осуществления летательный аппарат 200 представляет собой транспортное средство, используемое для полетов внутри атмосферы, например пассажирский летательный аппарат с водородной силовой установкой. В целом, следует понимать, что камера 202 для криогенных компонентов может быть использована в самых различных воздушно-космических летательных аппаратах 200, и приведенный летательный аппарат показан только в целях иллюстрации. Кроме того, воздушно-космический летательный аппарат 200 может включать в себя более одной камеры 202 для криогенных компонентов, показанной на ФИГ. 2. Следует понимать, однако, что количество и ориентация камер 202 для криогенных компонентов в летательном аппарате 200 могут определяться конкретной решаемой задачей.
[0020] На ФИГ. 3 в разрезе показана камера 202 для криогенных компонентов. В приведенном выше варианте осуществления изобретения камера 202 для криогенных компонентов включает в себя стенку 204 камеры, которая задает внутренний объем 206, в котором может быть размещен источник подачи криогенного компонента 208. Источник подачи криогенного компонента 208 должен иметь термическую защиту таким образом, что криогенный компонент 208 сохраняется в пределах диапазона температур, предотвращающих закипание или фазовый переход. В настоящем документе выражение "криогенный" или "крио-" используется для обозначения любого вещества, находящегося в жидком состоянии, которое закипает при температуре около или ниже 160°С (256°F) в условиях нормального атмосферного давления. Неограничивающие примеры криогенных компонентов, которые могут содержаться внутри камеры 202 для криогенных компонентов, включают в себя кислород, азот, водород, гелий и их комбинации. В настоящем документе раскрыт уникальный подход к сохранению криогенного компонента 208 в таком температурном диапазоне посредством использования армированной изоляционной панели 210, соединенной со стенкой 204 камеры 202 для криогенных компонентов. В одном варианте осуществления изобретения, как показано на ФИГ. 3, армированная изоляционная панель 210 соединена с первой поверхностью 205 стенкой 204 камеры. В альтернативном варианте, как показано на ФИГ. 4, армированная изоляционная панель 210 соединена со второй поверхностью 207 стенки 204 камеры. Кроме того, армированная изоляционная панель 210 может быть соединена с первой и второй поверхностями 205 и 207 стенкой 204 камеры для компонентов. Кроме того, армированная изоляционная панель 210 может быть соединена с первой поверхностью 205 в некоторых областях стенки 204 камеры и со второй поверхностью 207 в других областях стенки 204 камеры.
[0021] На ФИГ. 5 в разрезе показаны армированная изоляционная панель 210 и формовочный узел 300, используемый для изготовления армированной изоляционной панели 210. В приведенном выше варианте осуществления изобретения армированная изоляционная панель 210 включает в себя армирующую конструкцию 212, заключенную внутри стохастического пеноматериала 214. При использовании в настоящем документе выражение "стохастический" описывает пеноматериал, в котором распределение пористости является случайным, нерегулярным или одновременно случайным и нерегулярным и который получен посредством вспенивания жидкого или твердого (порошкового) металла, осаждения из паровой фазы или прямой или опосредованной заливки литейной формы случайным образом. Стохастический пеноматериал в целом быстрее и проще изготовить, чем пеноматериал с регулярным распределением пористости, кроме того он является менее дорогостоящим. Как описано более подробно в настоящем документе, армирующая конструкция 212 оказывается заключена внутри пеноматериала 214 таким образом, что пеноматериал 214 постоянно контактирует с армирующей конструкцией 212 и по существу не имеет пустот. Кроме того, хотя армированная изоляционная панель 210 показана на ФИГ. 5 в виде по существу плоского элемента, армированная изоляционная панель 210 может быть выполнена криволинейной таким образом, что армированная изоляционная панель 210 задает по меньшей мере один радиус кривизны, если необходимо, чтобы армированная изоляционная панель 210 была выполнена с такой кривизной, как показано кривыми для камеры 202 криогенных компонентов на ФИГ. 3 и 4.
[0022] В приведенном выше варианте осуществления изобретения пеноматериал 214 может иметь либо открытые поры, либо закрытые поры и быть выполнен из материала, такого как, но без ограничения, полиуретан, полиизоцианурат, полистирол, полиимид, поливинилхлорид, силикон или любого их сочетания. Армирующая конструкция 212 представляет собой физический материал, который обеспечивает конструктивный заполнитель, к которому прилипает пеноматериал 214, и может быть использована для расширения диапазона пеноматериалов, которые могут быть использованы для армированной изоляционной панели 210 посредством удаления или уменьшения требований к прочности из пеноматериала 214, поскольку армирующая конструкция 212 обеспечивает прочность самому пеноматериалу 214. В приведенном выше варианте осуществления изобретения армирующая конструкция 212 включает в себя одну ферменную конструкцию (как показано на ФИГ. 7) или сотовую конструкцию. Кроме того, армирующая конструкция 212 выполнена по меньшей мере из одного такого материала, как пеноматериал и металлический материал.
[0023] Как показано на ФИГ. 5, армирующая конструкция 212 включает в себя множество ферменных элементов 216, которые пересекаются друг с другом в соответствующих концах с образованием узла 218. В приведенном выше варианте осуществления изобретения узлы 218 размещены только возле нижней поверхности 220 и верхней поверхности 222 армированной изоляционной панели 210 таким образом, что армирующая конструкция 212 образована повторениями половины единичной ячейки. При использовании в настоящем документе выражение "единичная ячейка" используется для обозначения наименьшей группы ферменных элементов 216 и узлов 218, из которых вся армирующая конструкция 212 может быть образована повторениями в трех измерениях. В альтернативном варианте армирующая конструкция 212 может включать в себя множество узлов 218 между нижней и верхней поверхностями 220 и 222 таким образом, что армирующая конструкция 212 задает столько единичных ячеек, сколько необходимо, чтобы способствовать работе армированной изоляционной панели 210, как описано в настоящем документе. Хотя армирующая конструкция 212 показана на ФИГ. 5 и 6 и описана в настоящем документе как множество ферменных элементов 216, в других примерах армирующая конструкция 212 включает в себя сотовую конструкцию, включающую в себя множество ячеек в форме сот.
[0024] Как показано на ФИГ. 7, в приведенном выше варианте осуществления изобретения ферменные элементы 216 представляют собой тонкостенные полые конструкции, так что пеноматериал 214 не только проходит между отдельными ферменными элементами 216, но и проходит вдоль внутреннего пространства 224 каждого ферменного элемента 216. В одном варианте осуществления изобретения пеноматериал 214 между ферменными элементами 216 и внутри полых ферменных элементов 216 является одним и тем же материалом. Еще в одном варианте осуществления изобретения армированная изоляционная панель 210 достигает более высокой прочности на единицу массы, когда более плотный, более прочный пеноматериал заполняет внутреннее пространство полых ферменных элементов 216, а менее плотный пеноматериал заполняет пространство вокруг ферменных элементов 216 и между ними. Например, полые ферменные элементы 216 заполнены первым пеноматериалом, имеющим первую плотность, а область вокруг полых ферменных элементов 216 заполнена вторым пеноматериалом, имеющим вторую плотность, которая меньше, чем первая плотность первого пеноматериала внутри полых ферменных элементов 216. Чем больше плотность пеноматериалов, тем больше прочность армированной изоляционной панели 210, но при этом больше и масса. По существу, значения плотности пеноматериалов выбирают для получения необходимой прочности при необходимой массе.
[0025] Полые ферменные элементы 216 в целом предпочтительнее сплошных ферменных элементов, поскольку армирующая конструкция 212, имеющая полые ферменные элементы 216, в целом легче, чем армирующая конструкция, имеющая сплошные ферменные элементы. Кроме того, для ферменных конструкций с эквивалентными массой и размерами единичных ячеек армирующая конструкция 212 будет иметь меньшие максимальные расстояния от ферменных элементов 216 до любой точки в пеноматериале 214, чем армирующая конструкция, имеющая сплошные ферменные элементы. Полые ферменные элементы 216, имеющие меньшую массу, также уменьшают теплопроводность армирующей конструкции 212. Однако в вариантах осуществления, для которых важнее учет механических нагрузок, чем общего веса армированной изоляционной панели 210, может быть предпочтительна армирующая конструкция 212, имеющая сплошные ферменные элементы.
[0026] В одном из примеров полые ферменные элементы 216 имеют диаметр, находящийся в диапазоне от приблизительно 1,0 миллиметра (мм) (0,039 дюйма) до приблизительно 12,0 мм (0,472 дюйма). В частности, полые ферменные элементы 216 имеют диаметр, находящийся в диапазоне от приблизительно 3,0 мм (0,118 дюйма) до приблизительно 8,0 мм (0,315). В альтернативном варианте ферменные элементы 216 могут иметь любой диаметр, который способствует работе армированной изоляционной панели 210, как описано в настоящем документе. Кроме того, плотность ферменных элементов 216 в армирующей конструкции 212 находится в диапазоне от приблизительно 0,10 фунта на кубический фут (фунт/фут3) (1,60 килограммов на кубический метр (кг/м3)) до приблизительно 1,0 фунта/фут3 (16,01 кг/м3). В частности, плотность ферменных элементов 216 в армирующей конструкции 212 находится в диапазоне от приблизительно 0,30 фунта/фут3 (4,81 кг/м3) до приблизительно 0,8 фунта/фут3 (12,81 кг/м3) для получения необходимых прочности и веса армированной изоляционной панели 210. В альтернативном варианте армирующая конструкция 212 может иметь любую плотность, которая способствует работе армированной изоляционной панели 210, как описано в настоящем документе. Кроме того, армированная изоляционная панель 210 имеет толщину в диапазоне от приблизительно 12,7 мм (0,5 дюйма) до приблизительно 50,8 мм (2,0 дюйма). В частности, армированная изоляционная панель 210 имеет толщину в диапазоне от приблизительно 20 мм (0,79 дюйма) до приблизительно 35 мм (1,38 дюйма) для получения необходимых прочности и веса армированной изоляционной панели 210. В альтернативном варианте армированная изоляционная панель 210 может иметь любую толщину, которая способствует работе армированной изоляционной панели 210, как описано в настоящем документе.
[0027] В приведенном выше варианте осуществления изобретения армирующая конструкция 212 изготовлена по меньшей мере из одного из следующего: керамического материала, металла, металлического сплава, полимерного материала или любого их сочетания. Один вариант осуществления армированной изоляционной панели 210 использует полимерный материал, в частности полимерный материал на основе парилена, для изготовления армирующей конструкции 212. Полимер является предпочтительным материалом вследствие его относительно низкой теплопроводности по сравнению с керамикой и металлами.
[0028] На ФИГ. 5 также показан формовочный узел 300 для использования при изготовлении армированной изоляционной панели 210. Формовочный узел 300 включает в себя несущую пластину 302, включающую в себя первую поверхность 304, выполненную с возможностью приема пеноматериала 214 в виде расширяющегося жидкого предшественника, первый опорный лист 306, размещенный на расстоянии от первой поверхности 304 с образованием промежутка 308 между ними, и второй опорный лист 310, размещенный на расстоянии от первого опорного листа 306. В приведенном выше варианте осуществления изобретения армирующая конструкция 212 размещена между опорными листами 306 и 310 таким образом, что первый опорный лист 306 поддерживает армирующую конструкцию 212 и второй опорный лист 310 задает верхнюю границу 312 армированной изоляционной панели 210.
[0029] Первая поверхность 304 несущей пластины 302 представляет собой сплошную поверхность, которая принимает пеноматериал 214 в виде жидкого предшественника, который течет в боковом направлении с самовыравниванием на первой поверхности 304, а затем расширяется с проходом вверх через первый опорный лист 306, армирующую конструкцию 212 и второй опорный лист 310, как описано в настоящем документе, для получения расширенного пеноматериала 214. В одном варианте осуществления изобретения несущая пластина 302 выполнена из пеноматериала, такого как, но без ограничения, пенополиуретан или пенополистирол. Такая конфигурация обеспечивает создание расходуемой, или одноразовой, несущей пластины 302, которая может быть удалена посредством пескоструйной обработки для открытия армированной изоляционной панели 210. Еще в одном варианте осуществления изобретения несущая пластина 302 выполнена из дерева, полимерного материала или металлического материала, такого как алюминий. Такая конфигурация обеспечивает создание многоразовой несущей пластины 302, открепляемой от пеноматериала 214 для открытия армированной изоляционной панели 210. В целом, несущая пластина 302 выполнена из любого жесткого материала, который способствует расширению пеноматериала 214, как описано в настоящем документе. Кроме того, хотя на ФИГ. 5 показана несущая пластина 302, имеющая по существу плоскую форму, она может быть выполнена имеющей любую форму, которая соответствует необходимой конечной форме армированной изоляционной панели 210. Например, в одном варианте осуществления изобретения несущая пластина 302 имеет по меньшей мере один радиус кривизны. В альтернативном варианте несущая пластина 302 является по существу плоской пластиной, как показано на ФИГ. 5.
[0030] Формовочный узел 300 также включает в себя множество проставок 314, соединенных с первой поверхностью 304 и выполненных с возможностью поддержки первого опорного листа 306 таким образом, что между первой поверхностью 304 и первым опорным листом 306 сохраняется промежуток 308. По существу, проставки 314 задают промежуток 308 под первым опорным листом 306 для обеспечения равномерной подачи пеноматериала 214 и выравнивания жидких предшественников пеноматериала до возникновения пенообразования. Промежуток 308 также обеспечивает возможность начала пенообразования до того, как произойдет контакт с какой-либо конструкцией, чтобы предотвратить захват воздуха в армирующей конструкции 212 или возле нее, так что пеноматериал 214 равномерно расширяется и не содержит больших воздушных полостей таким образом, что пеноматериал 214 по существу не имеет пустот. В частности, после расширения пеноматериал 214 имеет поры размером приблизительно от 0,2 миллиметров (мм) до приблизительно 0,5 мм. Кроме того, пеноматериал 214 имеет поры с максимальным размером приблизительно 0,5 мм. В частности, пеноматериал 214 имеет поры минимального размера приблизительно 0,3 мм.
[0031] В приведенном выше варианте осуществления изобретения первый опорный лист 306 включает в себя первое множество сквозных отверстий 316, а второй опорный лист 310 включает в себя второе множество сквозных отверстий 318. Сквозные отверстия 316 и 318 обеспечивают возможность расширения пеноматериала 214 с проходом через опорные листы 306 и 310 без захвата воздуха пеноматериалом 214, так что армирующая конструкция 212 оказывается заключена в пеноматериал 214, который по существу не имеет воздушных полостей или пустот. В приведенном выше варианте осуществления изобретения первый и второй опорные листы 306 и 310 являются по существу аналогичными друг другу и выполнены из тканой металлической сетки, которая задает сквозные отверстия 316 и 318. Еще в одном варианте осуществления изобретения первый и второй опорные листы 306 и 310 выполнены из цельнотянутой металлической сетки, просечно-вытяжной металлической сетки или перфорированной пластины, которая задает сквозные отверстия 316 и 318. В целом, первый и второй опорные листы 306 и 310 выполнены из любого материала с любой конфигурацией, имеющего открытую пористость, которая обеспечивает возможность расширения пеноматериала 214 с проходом через первый и второй опорные листы 306 и 310 без образования пустот в пеноматериале 214. В частности, диаметр сквозных отверстий 316 и 318 меньше, чем критический размер армирующей конструкции 212. Например, диаметр сквозных отверстий 316 и 318 меньше диаметра ферменного элемента для ферменной армирующей конструкции 212. Это необходимо для предотвращения заполнения пеноматериалом 214 частей армирующей конструкции 212 через отверстия 318 по мере расширения пеноматериала 214.
[0032] Как раскрыто в данном документе, армирующая конструкция 212 является легкой конструкцией. По существу, армирующая конструкция 212 может быть перемещена и деформирована за счет расширения пеноматериала 214 по мере его подъема через первый опорный лист 306. Кроме того, первый и второй опорные листы 306 и 310 выполнены из легких материалов, а также испытывают деформацию вследствие расширения пеноматериала 214. Соответственно, армирующая конструкция 212 удерживается на месте вторым опорным листом 310 и жесткой конструкцией 320, соединенной со вторым опорным листом 310. В приведенном выше варианте осуществления изобретения жесткая конструкция 320 размещена поверх армирующей конструкции 212 и ограничивает перемещение вверх армирующей конструкции 212, вызываемое расширением пеноматериала 214. Жесткую конструкцию 320 особенно выгодно использовать при пенообразовании в крупных изоляционных панелях 210, для которых требуется пеноматериал 214 в таком объеме, который может привести к созданию очень больших сил, которые могут привести к деформации гибких опорных листов 306 и 310. Хотя на ФИГ. 7 жесткая конструкция 320 показана в виде по существу плоского элемента, она может быть выполнена криволинейной с заданием, таким образом, по меньшей мере одного радиуса кривизны. В частности, форма жесткой конструкции 320 соответствует конечной необходимой форме армированной изоляционной панели 210, поскольку жесткая конструкция 320 управляет деформацией опорного листа 310 и армирующей конструкции 212.
[0033] В приведенном выше варианте осуществления изобретения жесткая конструкция 320 выполнена из пеноматериала, такого как, но без ограничения, пенополиуретан или пенополистирол таким образом, что жесткая конструкция 320 является расходуемой и может быть удалена посредством пескоструйной обработки, шлифовки или растворения. Еще в одном варианте осуществления изобретения жесткая конструкция 320 выполнена из металлического материала или пластмассового материала таким образом, что жесткая конструкция 320 выполнена с возможностью извлечения и повторного использования. Жесткая конструкция 320 включает в себя множество сквозных отверстий 322, которые обеспечивают возможность расширения пеноматериала с проходом через них после расширения пеноматериала 214 и его прохода через первый опорный лист 306, армирующую конструкцию 212 и второй опорный лист 310 таким образом, что армирующая конструкция 212 оказывается заключена в пеноматериал 214, по существу не имеющий пустот. В одном варианте осуществления изобретения сквозные отверстия 322 образованы за счет решетчатой конфигурации или конфигурации наподобие тары для винных бутылок, образуемой элементами 320 жесткой конструкции. Еще в одном варианте осуществления изобретения сквозные отверстия 322 образованы сотовой конфигурацией элементов 320 жесткой конструкции.
[0034] Формовочный узел 300 также включает в себя множество боковых стенок 324, которые задают боковые границы армированной изоляционной панели 210. Боковые стенки 324 присоединены между несущей пластиной 302 и жесткой конструкцией 320 для обеспечения поддержки жесткой конструкции 320. В одном варианте осуществления изобретения боковые стенки 324 также поддерживают по меньшей мере один из первого и второго опорных листов 306 и 310. В приведенном выше варианте осуществления изобретения боковые стенки 324 выполнены из пеноматериала, такого как, но без ограничения, пенополиуретан или пенополистирол таким образом, что боковые стенки 324 являются расходуемыми и могут быть удалены посредством пескоструйной обработки, шлифовки или растворения. Еще в одном варианте осуществления изобретения боковые стенки 324 выполнены из металлического материала или пластмассового материала таким образом, что боковые стенки 324 выполнены с возможностью извлечения и повторного использования.
[0035] На ФИГ. 6 в разрезе показан еще один формовочный узел 400, который может быть использован для получения армированной изоляционной панели 210. Формовочный узел 400 по существу аналогичен формовочному узлу 300 (показанному на ФИГ. 5) по функциональности и составу за исключением того, что формовочный узел 400 включает в себя вторую жесткую конструкцию 402, размещенную между первым опорным листом 306 и несущей пластиной 302. По существу, компоненты, показанные на ФИГ. 6, помечены теми же ссылочными номерами, которые использованы на ФИГ 5.
[0036] Как показано на ФИГ. 6, вторая жесткая конструкция 402 соединена с первым опорным листом 306 и размещена на расстоянии от несущей пластины 302 таким образом, что промежуток 308 задан между поверхностью 304 несущей пластины и второй жесткой конструкцией 402. Хотя на ФИГ. 6 жесткая конструкция 402 показана в виде по существу плоского элемента, она может быть выполнена криволинейной с заданием, таким образом, по меньшей мере одного радиуса кривизны. В частности, форма жесткой конструкции 402 соответствует конечной необходимой форме армированной изоляционной панели 210, поскольку жесткие конструкции 320 и 402 управляют деформацией опорных листов 306 и 310 и армирующей конструкции 212.
[0037] В приведенном выше варианте осуществления изобретения жесткая конструкция 402 выполнена из пеноматериала, такого как, но без ограничения, пенополиуретан или пенополистирол таким образом, что жесткая конструкция 402 является расходуемой и может быть удалена посредством пескоструйной обработки, шлифовки или растворения. Еще в одном варианте осуществления изобретения жесткая конструкция 402 выполнена из металлического материала или пластмассового материала таким образом, что жесткая конструкция 402 выполнена с возможностью извлечения и повторного использования. Жесткая конструкция 402 включает в себя множество сквозных отверстий 404, которые обеспечивают возможность расширения пеноматериала с проходом через них до того, как пеноматериал 214 расширится и пройдет через первый опорный лист 306, армирующую конструкцию 212, второй опорный лист 310 и жесткую конструкцию 320 таким образом, что армирующая конструкция 212 оказывается заключена в расширенный пеноматериал 214, по существу не имеющий пустот. В одном варианте осуществления изобретения сквозные отверстия 404 образованы за счет решетчатой конфигурации или конфигурации наподобие тары для винных бутылок, образуемой элементами жесткой конструкции 402. Еще в одном варианте осуществления изобретения сквозные отверстия 404 образованы сотовой конфигурацией элементов жесткой конструкции 402.
[0038] На ФИГ. 7 приведена структурная схема примера способа 500 изготовления изоляционной панели, показанной на ФИГ. 5. Способ 500 включает в себя размещение 502 армирующей конструкции 212 между вторым опорным листом 310 и первым опорным листом 306. Как описано выше, второй и первый опорные листы 310 и 306 имеют множество сквозных отверстий 316 и 318. Способ 500 также включает в себя размещение 504 несущей пластины 302 под первым опорным листом 306 с образованием промежутка 308 между ними. В одном из примеров размещение 504 несущей пластины 302 под первым опорным листом 306 завершают перед размещением 502 армирующей конструкции 212 между вторым опорным листом 310 и первым опорным листом 306. Жесткую конструкцию 320 затем размещают 506 поверх второго опорного листа 310 для ограничения перемещения армирующей конструкции 212. Кроме того, жесткая конструкция 320 включает в себя указанное множество сквозных отверстий 322. Размещение 506 жесткой конструкции 320 включает в себя соединение жесткой конструкции 320 со вторым опорным листом 310 для прикрепления второго опорного листа 310.
[0039] В приведенном выше варианте осуществления изобретения способ 500 также включает в себя размещение 508 указанного множества боковых стенок 324 между несущей пластиной 302 и жесткой конструкцией 320 для ограничения бокового расширения пеноматериала 214, нанесение 510 предшественников пеноматериала на несущую пластину 302 в промежутке 308. Затем обеспечивают возможность 512 расширения предшественников пеноматериала с проходом через указанные множества сквозных отверстий 316, 318 и 322 в первом опорном листе 306, втором опорном листе 310, жесткой конструкции и втором опорном листе 320 таким образом, что армированная изоляционная панель 210 включает в себя армирующую конструкцию 212, заключенную в пеноматериал 214, по существу не имеющий пустот.
[0040] Кроме того, в одном варианте осуществления изобретения способ 500 также включает в себя соединение первого опорного листа 306 со второй жесткой конструкцией 402, размещенной на расстоянии поверх несущей пластины 302, с образованием промежутка 308 между несущей пластиной 302 и второй жесткой конструкцией 402.
[0041] После завершения расширения пеноматериала 214 необходимо извлечь армированную изоляционную панель 210 из внешнего пеноматериала 214, окружающего ее, а также из формовочного узла 300. Соответственно, способ 500 включает в себя удаление жесткой конструкции 320 из пеноматериала 214. В одном варианте осуществления изобретения жесткая конструкция 320 выполнена из пеноматериала и является расходуемой, так что жесткую конструкцию 320 удаляют из пеноматериала 214 посредством одновременной шлифовки или пескоструйной обработки жесткой конструкции 320 и пеноматериала 214 внутри сквозных отверстий 322. В конфигурациях, включающих в себя вторую жесткую конструкцию 402, вторую жесткую конструкцию 402 удаляют по существу аналогичным образом.
[0042] Жесткие конструкции 320 и 402 подвергают пескоструйной обработке до тех пор, пока второй и первый опорные листы 310 и 306 не будут открыты. По существу, опорные листы 306 и 310 образуют верхнюю и нижнюю границы армированной изоляционной панели 210, и армированная изоляционная панель 210 требует удаления из промежутка между опорными листами 306 и 310. Поскольку в приведенном выше варианте осуществления изобретения опорные листы 306 и 310 выполнены из металлического материала, опорные листы 306 отслаивают от армированной изоляционной панели 210 для открытия готовой панели 210.
[0043] В одном применении, описанные примеры могут быть использованы в качестве части изоляционной панели для воздушно-космического летательного аппарата. Описанные примеры относятся к изоляционной панели, которая представляет собой стохастический пеноматериал и армирующую конструкцию, заключенную внутри пеноматериала таким образом, что пеноматериал постоянно контактирует с армирующей конструкцией и по существу не имеет пустот. Также в настоящем документе раскрыт формовочный узел для использования при изготовлении изоляционной панели. Формовочный узел включает в себя несущую пластину, включающую в себя поверхность, выполненную с возможностью приема пеноматериала, первый опорный лист, размещенный на расстоянии от поверхности с образованием между ними промежутка, и второй опорный лист, размещенный на расстоянии от первого опорного листа таким образом, что изоляционная панель образована между листами. Формовочный узел также включает в себя жесткую конструкцию, соединенную со вторым опорным листом и выполненную с возможностью ограничения перемещения армированной изоляционной панели. Формовочный узел подвершивает армирующую конструкцию между опорными листами таким образом, что обеспечена возможность расширения пеноматериала с проходом через армирующую конструкцию и формовочный узел для уменьшения или предотвращения образования пустот или воздушных полостей внутри пеноматериала. Кроме того, изоляционная панель, имеющая армирующую конструкцию, заключенную в пеноматериале, не имеющем пустот, обеспечивает большее сопротивление механическим и тепловым нагрузкам (меньшее отслаивание и меньшее расслаивание), чем известные изоляционные узлы.
[0044] Данное письменное описание использует примеры для раскрытия различных примеров, которые включают в себя лучший вариант, для обеспечения возможности специалистам в области техники применения на практике раскрытых примеров, включая их выполнение с использованием любых устройств или систем и выполнения любых включенных способов. Патентоспособный объем ограничен формулой изобретения и может включать в себя другие примеры, которые могут оказаться очевидными для специалистов в данной области техники. Такие другие примеры предназначены для включения в объем формулы изобретения, если они имеют конструктивные элементы, которые не отличаются от буквального изложения формулы, или если они включают в себя эквивалентные конструктивные элементы с незначительными отличиями от буквального изложения формулы.
1. Формовочный узел для использования при изготовлении армированной изоляционной панели, включающей в себя пеноматериал и армирующую конструкцию, при этом формовочный узел содержит:
несущую пластину 302, имеющую первую поверхность 304, выполненную с возможностью приема пеноматериала 214;
первый опорный лист 306, размещенный на расстоянии от указанной первой поверхности с образованием между ними промежутка 308, при этом первый опорный лист выполнен с возможностью поддержки армирующей конструкции 212;
второй опорный лист 310, размещенный на расстоянии от первого опорного листа и задающий верхнюю границу 312 армированной изоляционной панели 300; и
жесткую конструкцию 320, соединенную со вторым опорным листом и ограничивающую перемещение армированной изоляционной панели 300.
2. Формовочный узел по п. 1, в котором первый опорный лист 306 и второй опорный лист 310 выполнены с возможностью деформирования при расширении пеноматериала 214.
3. Формовочный узел по п. 1, в котором первый опорный лист 306 и второй опорный лист 310 выполнены из одного из следующего: тканой металлической сетки, перфорированной пластины или просечно-вытяжной металлической сетки.
4. Формовочный узел по п. 1, в котором жесткая конструкция 320 выполнена из пеноматериала 214 и/или металлического материала.
5. Формовочный узел по п. 1, также содержащий множество проставок 314, присоединенных между первой поверхностью 304 и первым опорным листом 306 с образованием промежутка 308.
6. Формовочный узел по п. 1, также содержащий множество боковых стенок 324, выполненных с возможностью поддержки жесткой конструкции 320 и/или второго опорного листа 310.
7. Формовочный узел по п. 1, также содержащий вторую жесткую конструкцию 402, соединенную с первым опорным листом и размещенную на расстоянии от указанной первой поверхности с образованием промежутка 308 между указанной первой поверхностью и второй жесткой конструкцией.
8. Формовочный узел по п. 1, в котором первый опорный лист 306 содержит первое множество сквозных отверстий 316, второй опорный лист 310 содержит второе множество сквозных отверстий 318, а жесткая конструкция содержит третье множество сквозных отверстий 322, при этом
обеспечена возможность расширения пеноматериала с проходом через первое, второе и третье множества сквозных отверстий таким образом, что армирующая конструкция 212 оказывается заключена в пеноматериал 214, по существу не имеющий пустот.
9. Армированная изоляционная панель, содержащая:
пеноматериал 214 и
армирующую конструкцию 212, заключенную внутри пеноматериала таким образом, что пеноматериал постоянно контактирует с армирующей конструкцией и по существу не имеет пустот.
10. Армированная изоляционная панель по п. 9, в которой обеспечена возможность равномерного расширения пеноматериала 214.
11. Армированная изоляционная панель по п. 9, в которой пеноматериал 214 имеет поры с максимальным размером приблизительно 0,5 миллиметра.
12. Армированная изоляционная панель по п. 9, в которой пеноматериал содержит стохастический пеноматериал.
13. Армированная изоляционная панель по п. 9, в которой армирующая конструкция 212 содержит сотовую конструкцию или ферменную конструкцию.
14. Способ изготовления армированной изоляционной панели с использованием формовочного узла, включающий:
размещение армирующей конструкции 212 между вторым опорным листом 310 и первым опорным листом 306, которые имеют множество сквозных отверстий 316, 318, 322;
размещение несущей пластины 302 под первым опорным листом 306 с образованием между ними промежутка 308;
размещение жесткой конструкции 320 поверх второго опорного листа 310 для ограничения перемещения армирующей конструкции 212, при этом жесткая конструкция содержит множество сквозных отверстий 316, 318, 322;
нанесение предшественников пеноматериала на несущую пластину 302 в указанном промежутке 308 и
обеспечение возможности расширения предшественников пеноматериала с проходом через указанные множества сквозных отверстий 316, 318, 322 в первом опорном листе, втором опорном листе и жесткой конструкции таким образом, что армированная изоляционная панель 300 включает в себя армирующую конструкцию 212, заключенную в расширенный пеноматериал 214, по существу не имеющий пустот.
15. Способ по п. 14, также включающий удаление жесткой конструкции 320 из расширенного пеноматериала.
16. Способ по п. 15, согласно которому удаление жесткой конструкции 320 включает одновременную шлифовку части расширенного пеноматериала 214 и жесткой конструкции 320.
17. Способ по п. 14, также включающий соединение первого опорного листа 306 со второй жесткой конструкцией, размещенной на расстоянии от несущей пластины 302 поверх нее, с образованием промежутка 308 между несущей пластиной и второй жесткой конструкцией 402.
18. Способ по п. 14, также включающий соединение второго опорного листа 310 с жесткой конструкцией 320 для прикрепления второго опорного листа.
19. Способ по п. 14, также включающий размещение множества боковых стенок 324 между несущей пластиной 302 и жесткой конструкцией 320 для ограничения расширения пеноматериала 214.
20. Способ по п. 14, также включающий удаление изоляционной панели 210 из промежутка между вторым и первым опорными листами 306, 310.
