Опорний шпангоут з композиційних матеріалів

Реферат: Опорний шпангоут з композиційних матеріалів містить зовнішні й внутрішню кільцеві полиці, виконані з армуючих ниток у вигляді високомодульних вугільних або борних волокон і полімерного сполучного. Для забезпечення підвищення міцності з'єднання оболонки відсіку ракети із шпангоутом шпангоут являє собою об'ємне тіло, що складається ї зовнішньої й внутрішньої кільцевих полиць, різних діаметрів у вигляді циліндричних або зрізаних конічних поверхонь, рознесених в повздовжньому напрямку, один відносно одного, та з'єднаних між собою за допомогою розпірної кільцевої полиці у вигляді зрізаного конуса, а до торця зовнішньої кільцевої полиці, протилежного до розпірної кільцевої полиці, приєднано торцеву полицю у вигляді плоского кільця, перпендикулярного повздовжній осі шпангоута. UA 106285 C2 (12) UA 106285 C2 UA 106285 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області машинобудування, а саме конструкції шпангоута, може бути використано як опорний або торцевий елемент конструкції літальних апаратів, здебільшого в ракетній техніці для з'єднання відсіків ракет-носіїв, виготовлених з багатошарових оболонок із композиційних матеріалів. Шпангоут багатошарової оболонки корпусу ракети також може виконувати функцію передачі зосереджених зусиль від з'єднуючих елементів, наприклад болтів чи піроболтів, встановлених у відповідних для них місцях шпангоута. Відома спрощена конструкція елемента відсіку ракет, а саме шпангоут з композиційних матеріалів (вугільного препрега). [1] Також відомий "Опорний шпангоут з композиційних матеріалів", який є найбільш близьким аналогом даного винаходу. [2] Найближчий аналог та аналог мають загальні недоліки. Є складність при стиковці до нього внутрішньої і зовнішньої оболонок відсіку ракети. Є складність фіксації розпірних елементів і наявність концентраторів напруг у місцях їхнього з'єднання з кільцевими полицями і як наслідок - низька міцність конструкції. Не виконуються функції сприйняття та розподілу зосереджених зусиль від елементів кріплення на шпангоут, в результаті чого одержувана міцність шпангоута є недостатньою і як наслідок - шпангоут не може бути використано для передачі значних зосереджених зусиль від прямої силової дії з'єднуючих елементів, наприклад болтів чи піроболтів на локальну зону шпангоута, що може призвести до його руйнування. Конструкція не є технологічною, тобто складною у виготовленні. Найближчий аналог має обмежену область застосування, оскільки він непридатний для рішення задачі роз'ємного стикування відсіків ракети. Задачею даного винаходу є розробка конструкції шпангоута такої конфігурації, яка дозволяє приєднувати до нього багатошарові оболонки відсіку ракети і забезпечувати підвищену міцність з'єднання оболонки із шпангоутом. Крім того, шпангоут повинен бути технологічним у виготовленні та враховувати можливість приєднання до нього модульних конструкцій, які повинні розширювати область застосування та посилювати конструкцію за рахунок встановлення фітингів для розподілу зосереджених зусиль від прямої силової дії з'єднуючих елементів, наприклад болтів чи піроболтів. Вказаний технічний результат для даного винаходу, за допомогою якого вирішується поставлена задача досягається тим, що опорний шпангоут з композиційних матеріалів, що містить зовнішні й внутрішню кільцеві полиці, виконані з армуючих ниток у вигляді високомодульних вугільних або борних волокон і полімерного сполучного. Шпангоут являє собою об'ємне тіло, що складається з зовнішньої й внутрішньої кільцевих полиць, різних діаметрів у вигляді циліндричних або зрізаних конічних поверхонь, рознесених в повздовжньому напрямку, один відносно одного, та з'єднаних між собою за допомогою розпірної кільцевої полиці у вигляді зрізаного конуса, а до торця зовнішньої кільцевої полиці, протилежного до розпірної кільцевої полиці, приєднано торцеву полицю у вигляді плоского кільця, перпендикулярного повздовжній осі шпангоута. Запропонована конструкція шпангоута дозволяє виконувати операції послідовного приєднання до шпангоута шарів багатошарової оболонки відсіку ракети з забезпеченням необхідної міцності з'єднання. Шпангоут зображено на кресленні. Загальний вигляд шпангоута показано кресленні, яке дає уяву про конструкцію шпангоута у складі конічного відсіку з накладеною тришаровою оболонкою. Шпангоут 1, показаний на кресленні, складається з зовнішньої 3 й внутрішньої 5 кільцевих полиць різних діаметрів у вигляді циліндричних або зрізаних конічних поверхонь, рознесених в повздовжньому напрямку один відносно одного та з'єднаних між собою за допомогою розпірної кільцевої полиці 4 у вигляді зрізаного конуса, а до торця зовнішньої кільцевої полиці, протилежного до розпірної кільцевої полиці, приєднано торцеву полицю 2 у вигляді плоского кільця, перпендикулярного повздовжній осі шпангоута. Для з'єднання торцевого шпангоута з іншим відсіком у торцевій полиці 2 передбачено отвори 6 для закладення з'єднуючих елементів, наприклад болтів чи піроболтів. Місце 11 враховує можливість приєднання до шпангоута модульних конструкцій, фітингів або що. У складі відсіку між двома торцевими шпангоутами 1 та 7, до внутрішніх кільцевих полиць 5 є можливість приформовувати внутрішній шар 8, на внутрішній шар 8 та розпірні кільцеві полиці 4 є можливість наклеїти заповнювач низької щільності 9, на який є можливість приформувати зовнішній шар 10, котрий накладається на зовнішні кільцеві полиці 3. Елементи шпангоута взаємодіють наступним чином. 1 UA 106285 C2 5 10 15 20 Зосереджені зусилля від головок з'єднуючих елементів, наприклад болтів чи піроболтів, прикладені через проміжний елемент, наприклад фітинг перерозподіляються по поверхнях полиць 2, 3 та 4. Розосереджені зусилля від проміжного елемента (фітингу) шпангоута 1, розподіляються по полиці 2, зовнішній кільцевій полиці 3 та кільцевій полиці 4, у свою чергу з кільцевої полиці 4 передаються до внутрішньої кільцевої полиці 5 змінного перерізу, з полиць 3 та 5 зусилля передаються до шарів 8 та 10 тришарової оболонки, розподіляючись по них. Міцність з'єднання та рівномірність передачі зусиль від шпангоута до багатошарової оболонки відсіку забезпечується за рахунок великої площі поверхні по якій вони з'єднуються. Рівномірність передачі зусилля від шпангоута до багатошарової оболонки відсіку досягається за рахунок збільшеної поверхні прилягання до кільцевої полиці 5 змінного перетину. Таким чином, запропоноване рішення дає можливість досягнення такого технічного результату, який дозволяє приєднувати до шпангоута багатошарові оболонки відсіку ракети і забезпечувати підвищену міцність з'єднання оболонки із шпангоутом. Шпангоут є більш технологічним у виготовленні ніж найближчий аналог, та враховує можливість приєднання до нього модульних конструкцій, які дозволяють розширити область застосування шпангоута. Є можливість встановлення фітингів для розподілу зосереджених зусиль від прямої силової дії головки з'єднуючих елементів, наприклад болтів чи піроболтів. 1. Е.С. Кулага, "Разработка техпроцессов изготовления баков из углепластика с полимерным лейнером для ракет и разгонных блоков", 2009 г. Изд. "Научно-технические разработки КБ "Салют" выпуск № 5, стр. 81. 2. Патент РФ № 2169306 С2, "Опорный шпангоут из композиционных материалов". ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 Опорний шпангоут з композиційних матеріалів, що містить зовнішні й внутрішню кільцеві полиці, виконані з армуючих ниток у вигляді високомодульних вугільних або борних волокон і полімерного сполучного, який відрізняється тим, що шпангоут являє собою об'ємне тіло, що складається із зовнішньої й внутрішньої кільцевих полиць, різних діаметрів у вигляді циліндричних або зрізаних конічних поверхонь, рознесених в повздовжньому напрямку, один відносно одного, та з'єднаних між собою за допомогою розпірної кільцевої полиці у вигляді зрізаного конуса, а до торця зовнішньої кільцевої полиці, протилежного до розпірної кільцевої полиці, приєднано торцеву полицю у вигляді плоского кільця, перпендикулярного повздовжній осі шпангоута. 2 UA 106285 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3