Опорний шпангоут з композиційних матеріалів

Реферат: Опорний шпангоут з композиційних матеріалів являє собою об'ємне тіло, що складається з зовнішньої й внутрішньої кільцевих полиць, що виконані з армуючих ниток у вигляді високомодульних вугільних або борних волокон і полімерного сполучного, різних діаметрів у вигляді циліндричних або усічених конічних поверхонь, рознесених в повздовжньому напрямку, один відносно одного, та з'єднаних між собою за допомогою розпірної кільцевої полиці у вигляді усіченого конуса. До торця зовнішньої кільцевої полиці протилежного до розпірної кільцевої полиці приєднано торцеву полицю у вигляді плоского кільця, перпендикулярного повздовжній осі шпангоута. UA 81666 U (12) UA 81666 U UA 81666 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області машинобудування, а саме - конструкції шпангоуту, може бути використана 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 елементу відсіку ракет, а саме шпангоут з композиційних матеріалів (вугільного препрега) [1]. Також відомий "Опорний шпангоут з композиційних матеріалів", який є найбільш близьким аналогом даної корисної моделі [2]. Аналоги 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 шпангоуту 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 вирішення задачі роз'ємного стикування відсіків ракети. Задачею даної корисної моделі 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 даної корисної моделі, за допомогою якого вирішується поставлена задача, досягається тим, що опорний шпангоут з композиційних матеріалів містить зовнішні й внутрішню кільцеві полки, 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 усічених конічних поверхонь, рознесених в повздовжньому напрямку, один відносно одного, та з'єднаних між собою за допомогою розпірної кільцевої полиці у вигляді усіченого 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 шпангоуту 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 на 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 усічених конічних поверхонь, рознесених в повздовжньому напрямку один відносно одного та з'єднаних між собою за допомогою розпірної кільцевої полиці 4 у вигляді усіченого 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 шпангоуту 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, який накладається на зовнішні кільцеві полиці 3. Елементи шпангоута взаємодіють наступним чином. 1 UA 81666 U 5 10 15 20 25 30 35 Зосереджені зусилля від головок з'єднуючих елементів, наприклад болтів чи піроболтів, прикладені через проміжний елемент, наприклад фітинг, перерозподіляються по поверхням полиць 2, 3 та 4. Розосереджені зусилля від проміжного елементу (фітингу) шпангоута 1 розподіляються по полиці 2, зовнішній кільцевій полиці 3 та кільцевій полиці 4, у свою чергу з кільцевій полиці 4 передаються до внутрішньої кільцевої полиці 5 змінного перетину, з полиць 3 та 5 зусилля передаються до шарів 8 та 10 тришарової оболонки, розподіляючись по ним. 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 шпангоуту. Є можливість встановлення фітингів для розподілу зосереджених зусиль від прямої силової дії головки з'єднуючих елементів, наприклад болтів чи піроболтів. Джерела інформації: 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 КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 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 з зовнішньої й внутрішньої кільцевих полиць різних діаметрів у вигляді циліндричних або усічених конічних поверхонь, рознесених в повздовжньому напрямку, один відносно одного, та з'єднаних між собою за допомогою розпірної кільцевої полиці у вигляді усіченого 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 81666 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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