RU203407U1 - POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE - Google Patents

POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE Download PDF

Info

Publication number
RU203407U1
RU203407U1 RU2020138931U RU2020138931U RU203407U1 RU 203407 U1 RU203407 U1 RU 203407U1 RU 2020138931 U RU2020138931 U RU 2020138931U RU 2020138931 U RU2020138931 U RU 2020138931U RU 203407 U1 RU203407 U1 RU 203407U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ribs
frames
mesh
shell
spacecraft
Prior art date
Application number
RU2020138931U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олена Александровна Исеева
Станислав Владимирович Авкельгин
Юлия Сергеевна Кравченко
Евгений Дмитриевич Мироненко
Андрей Викторович Жуков
Вадим Петрович Вашкевич
Original Assignee
Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" filed Critical Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority to RU2020138931U priority Critical patent/RU203407U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU203407U1 publication Critical patent/RU203407U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts

Landscapes

  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к сетчатым конструкциям из композиционных материалов и может быть использована в изделиях авиационной и ракетно-космической техники.Силовая конструкция корпуса (СКК) космического аппарата (КА) предназначена для крепления модулей КА с бортовой и целевой аппаратурой, крыльев солнечной батареи, баков хранения рабочего тела, а также элементов системы отделения.Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, являются совершенствование конструкции СКК КА, повышение надежности, технологичности и степени унификации.Поставленные задачи решаются тем, что силовая конструкция корпуса космического аппарата содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер, при этом торцы сетчатой оболочки выполнены с интегрированными усиливающими элементами - шпангоутами. Сетчатая оболочка выполнена с продольными ребрами, а спиральные ребра расположены парно, при этом шпангоуты выполнены с нижним и верхним интерфейсами.Техническими результатами при использовании СКК КА с приведенной совокупностью признаков являютсядостижение баланса оптимальных значений основных параметров СКК КА в соответствии с требованиями к техническим и эксплуатационным характеристикам;достижение повышенной несущей способности, осевой и боковой жесткости сетчатой оболочки.The utility model refers to mesh structures made of composite materials and can be used in products of aviation and rocket and space technology. The power structure of the hull (SCC) of the spacecraft (SC) is designed to mount SC modules with onboard and target equipment, solar battery wings, storage tanks the working fluid, as well as the elements of the separation system. The tasks to be solved by the claimed technical solution are to improve the design of the SCS spacecraft, increase the reliability, manufacturability and degree of unification. of a composite material of a hollow cylindrical shape, having a mesh structure formed by intersecting spiral and annular ribs, while the ends of the mesh shell are made with integrated reinforcing elements - frames. The mesh shell is made with longitudinal ribs, and the spiral ribs are arranged in pairs, while the frames are made with the lower and upper interfaces. The technical results when using the SCV of the SC with the given set of features are the achievement of a balance of optimal values of the main parameters of the SCV of the SC in accordance with the requirements for technical and operational characteristics ; achievement of increased bearing capacity, axial and lateral rigidity of the mesh shell.

Description

Полезная модель относится к сетчатым конструкциям из композиционных материалов и может быть использована в изделиях авиационной и ракетно-космической техники.The utility model refers to mesh structures made of composite materials and can be used in products for aviation and rocket and space technology.

Силовая конструкция корпуса (СКК) космического аппарата (КА) предназначена для крепления модулей КА с бортовой и целевой аппаратурой, крыльев солнечной батареи, баков хранения рабочего тела, а также, элементов системы отделения.The spacecraft (SC) hull load-bearing structure (SC) is intended for fastening SC modules with onboard and target equipment, solar battery wings, working fluid storage tanks, as well as elements of the separation system.

СКК КА должна иметь заданную несущую способность, обеспечивающую ее целостность при внешних воздействиях, т.е. обладать высокой жесткостью и прочностью. Другими требованиями, предъявляемыми к СКК КА, являются требования по обеспечению оптимальных значений основных параметров:The SCV of the spacecraft must have a given bearing capacity that ensures its integrity under external influences, i.e. have high rigidity and strength. Other requirements for the SCV of the spacecraft are the requirements for ensuring the optimal values of the main parameters:

- высокой степени надежности;- high degree of reliability;

- высокой степени унификации;- a high degree of unification;

- высокой степени технологичности;- a high degree of manufacturability;

- размеростабильности;- dimensional stability;

- низкой себестоимости;- low cost;

- низкой массы.- low weight.

При производстве КА значительную роль играет срок изготовления его составных частей. Применение технической унификации при изготовлении СКК КА позволяет сократить время на адаптацию под конкретный КА, способствует реализации возможности более широкого применения СКК при создании КА различного целевого назначения.In the production of a spacecraft, a significant role is played by the production time of its components. The use of technical unification in the manufacture of spacecraft SCCs allows to reduce the time for adaptation to a specific SC, contributes to the realization of the possibility of a wider application of SCCs when creating SCs for various purposes.

На данный момент, как в отечественном, так и зарубежном производстве КА негерметичного типа, применяется модульный принцип построения, при котором КА состоит из нескольких конструктивно и функционально обособленных модулей, например, модуля служебных систем и модуля полезной нагрузки, которые крепятся к одному каркасу СКК. Основные варианты исполнения СКК КА могут быть представлены в виде:At the moment, both in domestic and foreign production of non-pressurized spacecraft, a modular construction principle is used, in which the spacecraft consists of several structurally and functionally separate modules, for example, a service systems module and a payload module, which are attached to one SCC frame. The main variants of the SCK spacecraft can be presented in the form:

- конструкции из сотовых сэндвич-панелей (обшивок с сотовым заполнителем между ними);- structures made of honeycomb sandwich panels (skins with honeycomb filler between them);

- монолитной конструкции, без применения сотового заполнителя;- monolithic construction, without honeycomb filler;

- оболочки вращения имеющей сетчатую структуру.- shells of revolution with a mesh structure.

Известно, что из представленных выше вариантов исполнения оптимальными параметрами с учетом требований, указанных выше обладают оболочки вращения, имеющие сетчатую структуру, несущими элементами которой являются ребра, обеспечивающие одновременно мембранную и изгибную жесткость конструкции. Геометрическая форма СКК КА в виде цилиндра, способствует равномерному распределению нагрузки на конструкцию в целом.It is known that of the above embodiments, the optimal parameters, taking into account the requirements indicated above, are possessed by shells of revolution having a mesh structure, the supporting elements of which are ribs that simultaneously provide membrane and bending rigidity of the structure. The geometric shape of the SCV spacecraft in the form of a cylinder contributes to the uniform distribution of the load on the structure as a whole.

Также известно, что применение полимерных композиционных материалов в качестве материала изготовления СКК КА позволяет снизить массу конструкций в среднем на 15-30 % по сравнению с металлическими конструкциями, помимо этого современные композиционные материалы (например, углепластики) превосходят алюминиевые сплавы по удельной жесткости в 2-3 раза, а по удельной прочности в 5-6 раз. Низкий коэффициент температурного расширения полимерных композиционных материалов, обеспечивает размеростабильность конструкции, при воздействии широкого спектра температур в условиях космической среды. СКК КА является интегральной - соединение ребер между собой, а также с другими элементами конструкции реализуется в процессе изготовления и полимеризации связующего композиционного материала. В настоящее время ребра СКК КА, изготовленные в промышленных условиях из высокомодульных углепластиков, имеют модуль упругости 185 ГПа, т.е. приближенный к модулю стали при плотности в 5,2 раза меньшей.It is also known that the use of polymer composite materials as a material for the manufacture of SCC spacecraft makes it possible to reduce the mass of structures by an average of 15-30% compared to metal structures; in addition, modern composite materials (for example, carbon fiber reinforced plastics) surpass aluminum alloys in specific stiffness by 2- 3 times, and in terms of specific strength 5-6 times. The low coefficient of thermal expansion of polymer composite materials ensures dimensional stability of the structure when exposed to a wide range of temperatures in the space environment. The SCC of the spacecraft is integral - the connection of the ribs to each other, as well as to other structural elements, is realized during the manufacture and polymerization of the binder composite material. At present, the ribs of the SCC spacecraft, manufactured under industrial conditions from high-modulus carbon-fiber reinforced plastics, have an elastic modulus of 185 GPa, i.e. close to the modulus of steel with a density of 5.2 times less.

СКК КА должна сочетать в себе оптимальные значения основных параметров, достижение баланса которых и является технической проблемой.The SCV of the spacecraft must combine the optimal values of the main parameters, the achievement of the balance of which is a technical problem.

Следует отметить, что выбор конфигурации и типа сетчатой конструкции при проектировании зависит от воздействия комбинации статических и динамических нагрузок. Также действие нагрузок может приводить к возникновению локальных напряжений ребер сетчатой оболочки СКК КА. Исходя из этих условий, подбирают оптимальное количество и размер продольных ребер, повышающих осевую жесткость сетчатой оболочки; определяют угол наклона и количество спиральных ребер, количество и шаг кольцевых ребер, которые задают боковую жесткость, а также придают свойство самостабилизации сетчатой оболочке СКК КА. Параметры ребер подбираются с обеспечением условия минимальной массы, а также необходимой прочности и жесткости конструкции сетчатой оболочки. Конфигурация сетчатой оболочки определяется специальным расчетом, при этом сетчатая оболочка СКК КА может быть выполнена из композиционного материала на основе высокомодульного углеродного волокна, методом «мокрой» намотки.It should be noted that the choice of configuration and type of mesh structure during design depends on the effect of a combination of static and dynamic loads. Also, the action of loads can lead to the occurrence of local stresses in the ribs of the mesh shell of the SCC spacecraft. Based on these conditions, select the optimal number and size of longitudinal ribs that increase the axial rigidity of the mesh shell; determine the angle of inclination and the number of spiral ribs, the number and pitch of the annular ribs, which set the lateral rigidity, and also impart the property of self-stabilization to the mesh shell of the SCC of the spacecraft. The parameters of the ribs are selected to ensure the minimum mass, as well as the required strength and rigidity of the mesh shell structure. The configuration of the mesh shell is determined by a special calculation, while the mesh shell of the SCC spacecraft can be made of a composite material based on high-modulus carbon fiber, using the "wet" winding method.

Таким образом, СКК КА представляет собой оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую анизогридную сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных, кольцевых и продольных ребер, с формированием ячеек нескольких типоразмеров. При этом спиральные ребра расположены парно, а торцы сетчатой оболочки выполнены с интегрированными усиливающими элементами - шпангоутами, имеющими нижний и верхний интерфейсы.Thus, the SCC of the spacecraft is a shell of revolution made of a composite material of a hollow cylindrical shape, having an anisogrid mesh structure formed by the intersection of spiral, annular and longitudinal ribs, with the formation of cells of several standard sizes. In this case, the spiral ribs are arranged in pairs, and the ends of the mesh shell are made with integrated reinforcing elements - frames, which have lower and upper interfaces.

Из предшествующего уровня техники известны различные конструктивные исполнения СКК сетчатой конструкции:From the prior art, various designs of SCCs of a mesh structure are known:

- Патент РФ № 2475412 «Оболочка отсека герметичного фюзеляжа магистрального самолета из полимерного композиционного материала и способ ее изготовления», выполнена в виде слоистой обшивки с сеткой подкрепляющих ребер. Сетка подкрепляющих ребер содержит винтовые ребра с боковыми поверхностями в виде поверхностей прямого геликоида правого хода с разворотом указанных ребер в области торца отсека и их переходом в винтовые ребра левого хода и наоборот, а также продольные ребра с их U-образным разворотом в зонах торцов отсека. Ребра равномерно распределены по поверхности отсека, сформированы послойно и выполнены непрерывными. Ребра состоят из слоев однонаправленных прядей волокон полимерного композиционного материала, скрепленных полимерным связующим. На сетке подкрепляющих ребер сформирована наружная слоистая обшивка из полимерного композиционного материала. Недостатком данного аналога является отсутствие усиливающих элементов на торцах сетчатых конструкций, например, шпангоутов, интегрированных в структуру сетчатой оболочки.- RF patent No. 2475412 "The shell of the compartment of a sealed fuselage of a main plane from a polymer composite material and a method for its manufacture" is made in the form of a laminated skin with a mesh of reinforcing ribs. The grid of reinforcing ribs contains helical ribs with lateral surfaces in the form of surfaces of a straight helicoid of the right course with a turn of these ribs in the area of the compartment end and their transition into helical ribs of the left stroke and vice versa, as well as longitudinal ribs with their U-shaped turn in the zones of the ends of the compartment. The ribs are evenly distributed over the surface of the compartment, formed in layers and made continuous. The ribs are composed of layers of unidirectional strands of polymer composite fibers held together by a polymer binder. On the mesh of the reinforcing ribs, an outer layered skin made of a polymer composite material is formed. The disadvantage of this analogue is the absence of reinforcing elements at the ends of the mesh structures, for example, frames integrated into the structure of the mesh shell.

Необходимость усиления торцов вызвана обеспечением целостности ребер сетчатой оболочки, а также реализацией возможности крепления элементов конструкции или средств выведения, что предполагает наличие интерфейсов с поверхностями и посадочными отверстиями.The need to strengthen the ends is caused by ensuring the integrity of the ribs of the mesh shell, as well as the implementation of the possibility of fastening structural elements or launching means, which implies the presence of interfaces with surfaces and mounting holes.

- Патент РФ № 176806 «Изогридная (сетчатая) хвостовая балка вертолета, изготовленная из композиционных материалов», которая образована из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных и продольных лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные и продольные ребра. Усиливающие шпангоуты состоят из слоев композиционного материала и слоев металлической фольги. На торцевом усиливающем шпангоуте, расположенном в районе хвостового оперения, установлена оболочка из композиционных материалов. Недостатком данного аналога является наличие дополнительных промежуточных усиливающих шпангоутов, а также хвостовой оболочки, существенно повышающих массу конструкции.- RF Patent No. 176806 "Isogrid (mesh) tail boom of a helicopter made of composite materials", which is formed from layers of systems of intersecting spiral and longitudinal strips of unidirectional threads fastened with a polymer binder, repeating along the thickness of the shell wall. Reinforcing frames consist of layers of composite material and layers of metal foil. A shell made of composite materials is installed on the end reinforcing frame located in the tail area. The disadvantage of this analogue is the presence of additional intermediate reinforcing frames, as well as the tail shell, which significantly increase the mass of the structure.

Из уровня техники также известны различные конструктивные исполнения СКК сетчатой конструкции, которые предназначены для крепления элементов конструкции КА и представлены в ряде описаний изобретений ниже.The prior art also knows various designs of the SCC of the mesh structure, which are intended for fastening the structural elements of the spacecraft and are presented in a number of descriptions of the inventions below.

Патент РФ № 2622304«Силовая конструкция платформы космического аппарата», которая содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных ребер, при этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы (в виде шпангоутов, изображенных на чертежах прототипа). Сетчатая конструкция в данном случае имеет изогридный тип, характеризующийся ячейками одного типоразмера с равномерным размещением их по всему объему оболочки. Недостатком аналога является низкая несущая способность изогридной сетчатой оболочки, обусловленная отсутствием кольцевых и продольных ребер, что может привести к разрушению ребер сетчатой оболочки.RF patent No. 2622304 "Power structure of the spacecraft platform", which contains a shell of revolution made of a composite material of a hollow cylindrical shape, having a mesh structure formed by intersecting spiral ribs, while reinforcing elements are fixed at the ends of the mesh shell (in the form of frames shown in the prototype drawings). The mesh structure in this case has an isogrid type, characterized by cells of the same standard size with their uniform distribution throughout the entire volume of the shell. The disadvantage of the analogue is the low bearing capacity of the isogrid mesh, due to the absence of annular and longitudinal ribs, which can lead to the destruction of the ribs of the mesh.

Для обеспечения прочности и жесткости СКК КА помимо спиральных ребер целесообразно наличие кольцевых, а также продольных ребер, расположенных в соответствии с переменным характером действующих комбинированных нагрузок. Кроме того, преобладающие усилия в рассматриваемых конструкциях, предназначенных для закрепления элементов конструкции КА, ориентированы вдоль продольной оси СКК КА и наиболее эффективно воспринимаются продольными, а не спиральными ребрами. Локальные напряжения ребер в данном случае могут быть компенсированы продольными ребрами, что позволит предотвратить деформацию и разрушение сетчатой структуры СКК КА. Также следует отметить, что парное расположение спиральных ребер позволит обеспечить более высокую несущую способность сетчатой структуры.To ensure the strength and rigidity of the SCC of the spacecraft, in addition to spiral ribs, it is advisable to have annular and longitudinal ribs located in accordance with the variable nature of the acting combined loads. In addition, the prevailing forces in the structures under consideration, designed to secure the spacecraft structural elements, are oriented along the longitudinal axis of the spacecraft SCV and are most effectively perceived by the longitudinal rather than spiral ribs. In this case, the local stresses of the ribs can be compensated for by the longitudinal ribs, which will prevent deformation and destruction of the mesh structure of the SCC of the spacecraft. It should also be noted that the paired arrangement of the spiral ribs will provide a higher bearing capacity of the mesh structure.

Наличие кольцевых и продольных ребер в СКК указано в описании изобретений:The presence of annular and longitudinal ribs in the SCC is indicated in the description of the inventions:

- Патент РФ № 2392122 «Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов», образована из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, продольных и кольцевых лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые, продольные и дополнительные ребра. Дополнительные ребра ориентированы в продольном направлении. Дополнительные ребра короче длины образующей и неравномерно распределены по длине и периметру. Недостатками известной конструкции являются:- RF Patent No. 2392122 "Mesh shell of rotation made of composite materials", formed from layers of systems of intersecting spiral, longitudinal and annular ribbons repeating along the thickness of the shell wall from unidirectional threads fastened with a polymer binder, forming spiral, annular, longitudinal and additional ribs. Additional ribs are oriented longitudinally. Additional ribs are shorter than the generatrix length and are unevenly distributed along the length and perimeter. The disadvantages of the known design are:

- низкая степень технологичности;- low degree of manufacturability;

- необходимость дополнительного усиления конструкции в зоне размещения нижнего шпангоута;- the need for additional reinforcement of the structure in the area of the lower frame;

- необходимость организации дополнительных интерфейсов для стыковки с сопрягаемыми элементами.- the need to organize additional interfaces for docking with mating elements.

- Патент США № 20100065717 «METHOD AND SYSTEM FOR FORMING COMPOSITE GEOMETRIC SUPPORT STRUCTURES». Опорная конструкция представляет собой сетчатую оболочку трехмерной конфигурации полой цилиндрической формы из композиционного материала, которая образована посредством пересечения между собой спиральных, продольных, кольцевых и/или боковых поперечных ребер (опор) с образованием множества узлов. Торцы опорной конструкции могут быть оснащены шпангоутами, имеющими аэродинамический профиль. Недостатком данного аналога является отсутствие интеграции шпангоута в конструкцию в целом, что приводит к потере прочности, жесткости конструкции, а также снижению надежности соединения ребер сетчатой оболочки со шпангоутом.- US Patent No. 20100065717 "METHOD AND SYSTEM FOR FORMING COMPOSITE GEOMETRIC SUPPORT STRUCTURES". The support structure is a three-dimensional mesh shell of a hollow cylindrical shape made of a composite material, which is formed by the intersection of spiral, longitudinal, annular and / or lateral transverse ribs (supports) to form a plurality of nodes. The ends of the support structure can be equipped with frames with an aerodynamic profile. The disadvantage of this analogue is the lack of integration of the frame into the structure as a whole, which leads to a loss of strength, rigidity of the structure, as well as a decrease in the reliability of the connection of the ribs of the mesh shell with the frame.

Исходя из назначения и наиболее близкой совокупности существенных признаков в качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрана «Силовая конструкция корпуса космического аппарата», известная из описания полезной модели к патенту РФ № 196913, которая содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую анизогридную сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер с формированием ячеек двух типоразмеров. При этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы - шпангоуты, которые образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения и имеют профилирующие пазы под ребра сетчатой структуры.Based on the purpose and the closest set of essential features as the closest analogue (prototype), the "Power structure of the spacecraft body", known from the description of the utility model to the patent of the Russian Federation No. 196913, was chosen, which contains a shell of revolution made of a composite material of a hollow cylindrical shape, having anisogrid mesh structure formed by the intersection of spiral and annular ribs with the formation of cells of two standard sizes. At the same time, reinforcing elements - frames are fixed at the ends of the mesh shell, which are formed by closed circumferentially rectangular profiles and have profiling grooves for the ribs of the mesh structure.

Недостатками прототипа являются низкая несущая способность и недостаточная жесткость сетчатой оболочки, обусловленная отсутствием продольных и парных спиральных ребер, что является необходимым для соответствия требованиям при проектировании конфигурации структуры заявляемой СКК.The disadvantages of the prototype are the low bearing capacity and insufficient rigidity of the mesh shell, due to the absence of longitudinal and paired spiral ribs, which is necessary to meet the requirements when designing the configuration of the structure of the claimed SCC.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение являются: совершенствование конструкции СКК КА, повышение надежности, технологичности и степени унификации.The tasks to be solved by the claimed technical solution are: improving the design of the SCV spacecraft, increasing the reliability, manufacturability and degree of unification.

Поставленные задачи решаются тем, что силовая конструкция корпуса космического аппарата, содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер, при этом торцы сетчатой оболочки выполнены с интегрированными усиливающими элементами - шпангоутами. Сетчатая оболочка выполнена с продольными ребрами, а спиральные ребра расположены парно, при этом шпангоуты выполнены с нижним и верхним интерфейсами.The tasks are solved by the fact that the power structure of the spacecraft body contains a shell of revolution made of a composite material of a hollow cylindrical shape, having a mesh structure formed by the intersection of spiral and annular ribs, while the ends of the mesh shell are made with integrated reinforcing elements - frames ... The mesh shell is made with longitudinal ribs, and the spiral ribs are arranged in pairs, while the frames are made with lower and upper interfaces.

Спиральные ребра образованы профилями прямоугольного сечения, одна половина которых ориентирована под углом к плоскости шпангоутов, а вторая половина ориентирована зеркально первой половине, при этом спиральные ребра расположены с равным угловым шагом по окружности шпангоутов и соединяют их между собой.The spiral ribs are formed by rectangular profiles, one half of which is oriented at an angle to the plane of the frames, and the second half is oriented mirrored to the first half, while the spiral ribs are located with an equal angular pitch around the circumference of the frames and connect them to each other.

Кольцевые ребра образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, ориентированы параллельно плоскости шпангоутов и расположены между шпангоутами с равным шагом друг от друга.The annular ribs are formed by circumferentially closed rectangular profiles, oriented parallel to the plane of the frames and located between the frames with an equal pitch from each other.

Продольные ребра могут быть выполнены различной длины, но короче длины образующей сетчатой оболочки, образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов и распределены по цилиндрической поверхности сетчатой оболочки парно, с равным шагом друг от друга, при этом одни торцы данных ребер сопряжены со шпангоутом, на котором установлен нижний интерфейс, а другие торцы сопряжены с кольцевыми и/или спиральными ребрами.Longitudinal ribs can be made of different lengths, but shorter than the length of the generating line of the mesh shell, formed by rectangular cross-section profiles, oriented perpendicular to the plane of the frames and distributed along the cylindrical surface of the mesh shell in pairs, with an equal pitch from each other, while some ends of these ribs are conjugated with the frame, on which the lower interface is installed, and the other ends are mated with annular and / or spiral ribs.

Шпангоуты, образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения и могут выступать за плоскость цилиндрической поверхности сетчатой оболочки. Также шпангоуты могут быть выполнены из композиционного материала.Frames are formed by closed circumferentially rectangular profiles and can protrude beyond the plane of the cylindrical surface of the mesh shell. Also frames can be made of composite material.

Нижний интерфейс состоит из накладок, расположенных на шпангоуте с равным шагом друг от друга, имеющих П-образный профиль, выполненный с возможностью сопряжения со шпангоутом, и ответных накладок, обеспечивающих фиксацию нижнего интерфейса при помощи клея и крепежного соединения, при этом накладки нижнего интерфейса выполнены с отверстиями, посадочными местами и бобышками.The lower interface consists of overlays located on the frame with an equal pitch from each other, having a U-shaped profile, made with the possibility of mating with the frame, and counterpads, providing fixation of the lower interface with glue and fastening connection, while the lower interface overlays are made with holes, seats and bosses.

Верхний интерфейс состоит из хомутов, расположенных на шпангоуте с равным шагом друг от друга, выполненных с возможностью сопряжения со шпангоутом, имеющих отверстия, посадочные места и бобышки, при этом фиксация хомутов на шпангоуте осуществляется при помощи клея и крепежного соединения. Также нижний и верхний интерфейсы могут быть выполнены из металлических сплавов.The upper interface consists of clamps located on the frame with an equal pitch from each other, made with the possibility of mating with the frame, having holes, seats and bosses, while fixing the clamps on the frame is carried out using glue and a fastening connection. Also, the lower and upper interfaces can be made of metal alloys.

Сетчатая оболочка может быть выполнена из композиционного материала на основе высокомодульного углеродного волокна, методом «мокрой» намотки.The mesh shell can be made of a composite material based on high-modulus carbon fiber, using the "wet" winding method.

Техническими результатами при использовании СКК КА с приведенной совокупностью признаков являются:The technical results when using the SCC of the spacecraft with the given set of features are:

- достижение баланса оптимальных значений основных параметров СКК КА в соответствии с требованиями к техническим и эксплуатационным характеристикам;- achieving a balance of optimal values of the main parameters of the SCV spacecraft in accordance with the requirements for technical and operational characteristics;

- достижение повышенной несущей способности, осевой и боковой жесткости сетчатой оболочки.- the achievement of increased bearing capacity, axial and lateral rigidity of the mesh shell.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, показанными на фиг. 1 - 11:The essence of the utility model is illustrated by the drawings shown in FIG. 1 - 11:

- фиг. 1 - общий вид ССК КА;- fig. 1 - general view of the SCS spacecraft;

- фиг. 2 - главный вид ССК КА;- fig. 2 - the main view of the SCS spacecraft;

- фиг. 3 - вид А, показанный на фиг. 2 (общий вид установки верхнего интерфейса СКК КА);- fig. 3 is a view A shown in FIG. 2 (general view of the installation of the upper interface of the SCK SC);

- фиг. 4 - вид Б, показанный на фиг. 2 (общий вид установки нижнего интерфейса СКК КА);- fig. 4 is a view B shown in FIG. 2 (general view of the installation of the lower interface of the SCK spacecraft);

- фиг. 5 - вид В, показанный на фиг. 4;- fig. 5 is a view B shown in FIG. four;

- фиг. 6 - вид Г, показанный на фиг. 4;- fig. 6 is a view D shown in FIG. four;

- фиг. 7 - выносной элемент Д, показанный на фиг. 4;- fig. 7 - remote element D shown in FIG. four;

- фиг. 8 - вид К, показанный на фиг. 3;- fig. 8 is a view K shown in FIG. 3;

- фиг. 9 - сеч. Ж-Ж, показанное на фиг. 7;- fig. 9 - sec. G-G shown in FIG. 7;

- фиг. 10 - сеч. И-И, показанное на фиг. 7;- fig. 10 - sec. AND shown in FIG. 7;

- фиг. 11 - сеч. Е-Е, показанное на фиг. 7.- fig. 11 - sec. EE shown in FIG. 7.

Силовая конструкция корпуса космического аппарата, содержит оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер 1, 2, при этом торцы сетчатой оболочки выполнены с интегрированными усиливающими элементами - шпангоутами 4, 5. Сетчатая оболочка выполнена с продольными ребрами 3, а спиральные ребра 1 расположены парно, при этом шпангоуты 4, 5 выполнены с нижним и верхним интерфейсами 6, 7.The power structure of the spacecraft body contains a shell of rotation made of a composite material of a hollow cylindrical shape, having a mesh structure formed by the intersection of spiral and annular ribs 1, 2, while the ends of the mesh shell are made with integrated reinforcing elements - frames 4, 5 The mesh shell is made with longitudinal ribs 3, and the spiral ribs 1 are arranged in pairs, while the frames 4, 5 are made with the lower and upper interfaces 6, 7.

Спиральные ребра 1 образованы профилями прямоугольного сечения, одна половина которых ориентирована под углом к плоскости шпангоутов 4, 5, а вторая половина ориентирована зеркально первой половине, при этом спиральные ребра 1 расположены с равным угловым шагом по окружности шпангоутов 4, 5 и соединяют их между собой.Spiral ribs 1 are formed by rectangular profiles, one half of which is oriented at an angle to the plane of frames 4, 5, and the second half is oriented mirrored to the first half, while spiral ribs 1 are located with an equal angular pitch around the circumference of frames 4, 5 and connect them together ...

Кольцевые ребра 2 образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, ориентированы параллельно плоскости шпангоутов 4, 5 и расположены между шпангоутами 4, 5 с равным шагом друг от друга.The annular ribs 2 are formed by circumferentially closed rectangular profiles, oriented parallel to the plane of the frames 4, 5 and located between the frames 4, 5 with an equal pitch from each other.

Продольные ребра 3 могут быть выполнены различной длины, но короче длины образующей сетчатой оболочки, образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов 4, 5 и распределены по цилиндрической поверхности сетчатой оболочки парно, с равным шагом друг от друга, при этом одни торцы данных ребер сопряжены со шпангоутом 4, на котором установлен нижний интерфейс 6, а другие торцы сопряжены с кольцевыми и/или спиральными ребрами 2, 1.Longitudinal ribs 3 can be made of different lengths, but shorter than the length of the generating line of the mesh shell, formed by rectangular cross-section profiles, oriented perpendicular to the plane of frames 4, 5 and distributed over the cylindrical surface of the mesh shell in pairs, with an equal pitch from each other, with some ends of these ribs coupled with the frame 4, on which the lower interface 6 is installed, and the other ends are coupled with the annular and / or spiral ribs 2, 1.

Шпангоуты 4, 5, образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения и могут выступать за плоскость цилиндрической поверхности сетчатой оболочки. Также шпангоуты 4, 5 могут быть выполнены из композиционного материала.Frames 4, 5 are formed by closed circumferentially rectangular profiles and can protrude beyond the plane of the cylindrical surface of the mesh shell. Also frames 4, 5 can be made of composite material.

Нижний интерфейс 6 состоит из накладок, расположенных на шпангоуте 4 с равным шагом друг от друга, имеющих П-образный профиль, выполненный с возможностью сопряжения со шпангоутом 4, и ответных накладок, обеспечивающих фиксацию нижнего интерфейса 6 при помощи клея и крепежного соединения, при этом накладки нижнего интерфейса 6 выполнены с отверстиями, посадочными местами и бобышками 8.The lower interface 6 consists of overlays located on the frame 4 with an equal pitch from each other, having a U-shaped profile, made with the possibility of mating with the frame 4, and counterpads providing fixation of the lower interface 6 using glue and fasteners, while the lower interface pads 6 are made with holes, seats and bosses 8.

Верхний интерфейс 7 состоит из хомутов, расположенных на шпангоуте 5 с равным шагом друг от друга, выполненных с возможностью сопряжения со шпангоутом 5, имеющих отверстия, посадочные места и бобышки 9, при этом фиксация хомутов на шпангоуте 5 осуществляется при помощи клея и крепежного соединения.The upper interface 7 consists of clamps located on the frame 5 with an equal pitch from each other, made with the possibility of mating with the frame 5, having holes, seats and bosses 9, while fixing the clamps on the frame 5 is carried out using glue and fasteners.

Также нижний и верхний интерфейсы могут быть выполнены из металлических сплавов.Also, the lower and upper interfaces can be made of metal alloys.

СКК КА изготавливается с учетом требований к конструкции с использованием технологии изготовления методом «мокрой» намотки угольной нити, пропитанной эпоксидным связующим.SCK KA is manufactured taking into account the design requirements using the manufacturing technology by the method of "wet" winding of carbon fiber impregnated with an epoxy binder.

Намотка - процесс изготовления высокопрочных армированных изделий, форма которых определяется вращением произвольных образующих. При этом методе армирующий материал (угольная нить) укладывается по заданной траектории на вращающуюся оправку, которая определяет внутреннюю геометрию изделия.Winding is a process of manufacturing high-strength reinforced products, the shape of which is determined by the rotation of arbitrary generatrices. In this method, the reinforcing material (carbon filament) is laid along a predetermined path on a rotating mandrel, which determines the internal geometry of the product.

Методом намотки формируют изделия, работающие в специфических условиях нагружения, таких как внутреннее или наружное давление, сжимающие или крутящие нагрузки. Изделия проектируются и изготавливаются с высокой степенью точности.The winding method is used to form products that operate under specific loading conditions, such as internal or external pressure, compressive or torsional loads. Products are designed and manufactured with a high degree of precision.

Полученные при намотке углепластиковые конструкции имеют ряд преимуществ перед аналогичными изделиями из традиционных материалов. В первую очередь это повышенная прочность при малой собственной массе, что позволяет добиться оптимального соотношения массы конструкции и полезной нагрузки. Другими преимуществами метода намотки являются:The carbon fiber structures obtained by winding have a number of advantages over similar products made from traditional materials. First of all, this is increased strength with a low dead weight, which allows you to achieve an optimal ratio of the structure weight to the payload. Other advantages of the winding method are:

- быстрый и поэтому экономически выгодный метод укладки армирующего материала;- a fast and therefore cost-effective method of laying the reinforcing material;

- недорогие материалы.- inexpensive materials.

«Мокрая» намотка обеспечивает повышенную формуемость изделий, поэтому преимущественно применяется при изготовлении крупногабаритных оболочек сложной конфигурации."Wet" winding provides increased formability of products, therefore, it is mainly used in the manufacture of large-sized casings of complex configuration.

Ребра сетчатой оболочки СКК КА выполнены из углепластика на основе углеродного волокна M46J или M55J, пропитанного эпоксидным связующим.The ribs of the SCK KA mesh shell are made of carbon fiber based on M46J or M55J carbon fiber impregnated with an epoxy binder.

СКК КА характеризуется следующими параметрами:SCK spacecraft is characterized by the following parameters:

- высота ребер от 14 до 18 мм;- rib height from 14 to 18 mm;

- толщина спиральных ребер от 3,5 до 5,5 мм;- the thickness of the spiral ribs is from 3.5 to 5.5 mm;

- толщина кольцевых ребер от 2 до 4 мм;- the thickness of the annular ribs is from 2 to 4 mm;

- толщина продольных ребер от 5 до 7 мм;- the thickness of the longitudinal ribs is from 5 to 7 mm;

- угол наклона спиральных ребер 21°.- the angle of inclination of the spiral ribs is 21 °.

Применение унификации при изготовлении данной СКК КА также дает технико-экономические преимущества, выраженные в снижении издержек и сроков производства посредством применения типовых технологических процессов при создании ряда модификаций СКК для КА тяжелого класса различного целевого назначения.The use of unification in the manufacture of this SCC of the spacecraft also provides technical and economic advantages, expressed in reducing the costs and production time by using standard technological processes when creating a number of modifications of the spacecraft for heavy-class spacecraft for various purposes.

Claims (10)

1. Силовая конструкция корпуса космического аппарата, содержащая оболочку вращения, выполненную из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющую сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой спиральных и кольцевых ребер, при этом торцы сетчатой оболочки выполнены с интегрированными усиливающими элементами – шпангоутами, отличающаяся тем, что сетчатая оболочка выполнена с продольными ребрами, а спиральные ребра расположены парно, при этом шпангоуты выполнены с нижним и верхним интерфейсами.1. The power structure of the spacecraft body, containing a shell of revolution made of a composite material of a hollow cylindrical shape, having a mesh structure formed by the intersection of spiral and annular ribs, while the ends of the mesh shell are made with integrated reinforcing elements - frames, characterized by the fact that that the mesh shell is made with longitudinal ribs, and the spiral ribs are arranged in pairs, while the frames are made with lower and upper interfaces. 2. Силовая конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что спиральные ребра образованы профилями прямоугольного сечения, одна половина которых ориентирована под углом к плоскости шпангоутов, а вторая половина ориентирована зеркально первой половине, при этом спиральные ребра расположены с равным угловым шагом по окружности шпангоутов и соединяют их между собой.2. The body structure according to claim 1, characterized in that the spiral ribs are formed by rectangular cross-section profiles, one half of which is oriented at an angle to the plane of the frames, and the second half is oriented mirrored to the first half, while the spiral ribs are located with an equal angular pitch along the circumference frames and connect them together. 3. Силовая конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые ребра образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения, ориентированы параллельно плоскости шпангоутов и расположены между шпангоутами с равным шагом друг от друга.3. The body structure according to claim 1, characterized in that the annular ribs are formed by circumferentially closed rectangular profiles, are oriented parallel to the plane of the frames and are located between the frames with an equal pitch from each other. 4. Силовая конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что продольные ребра могут быть выполнены различной длины, но короче длины образующей сетчатой оболочки, образованы профилями прямоугольного сечения, ориентированы перпендикулярно плоскости шпангоутов и распределены по цилиндрической поверхности сетчатой оболочки парно, с равным шагом друг от друга, при этом одни торцы данных ребер сопряжены со шпангоутом, на котором установлен нижний интерфейс, а другие торцы сопряжены с кольцевыми и/или спиральными ребрами.4. The power structure of the body according to claim 1, characterized in that the longitudinal ribs can be made of different lengths, but shorter than the length of the generating line of the mesh shell, formed by rectangular cross-section profiles, oriented perpendicular to the plane of the frames and distributed over the cylindrical surface of the mesh shell in pairs, with equal pitch from each other, while some ends of these ribs are mated with the frame on which the lower interface is installed, and the other ends are mated with annular and / or spiral ribs. 5. Силовая конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что шпангоуты образованы замкнутыми по окружности профилями прямоугольного сечения и могут выступать за плоскость цилиндрической поверхности сетчатой оболочки.5. The structural structure of the body according to claim 1, characterized in that the frames are formed by circumferentially closed profiles of rectangular cross-section and can protrude beyond the plane of the cylindrical surface of the mesh shell. 6. Силовая конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что шпангоуты выполнены из композиционного материала.6. The body structure according to claim 1, characterized in that the frames are made of a composite material. 7. Силовая конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что нижний интерфейс состоит из накладок, расположенных на шпангоуте с равным шагом друг от друга, имеющих П-образный профиль, выполненный с возможностью сопряжения со шпангоутом, и ответных накладок, обеспечивающих фиксацию нижнего интерфейса при помощи клея и крепежного соединения, при этом накладки нижнего интерфейса выполнены с отверстиями, посадочными местами и бобышками.7. The power structure of the body according to claim 1, characterized in that the lower interface consists of overlays located on the frame with an equal pitch from each other, having a U-shaped profile, made with the possibility of mating with the frame, and counterpads, ensuring fixation of the lower interface with glue and fasteners, while the bottom interface covers are made with holes, seats and bosses. 8. Силовая конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что верхний интерфейс состоит из хомутов, расположенных на шпангоуте с равным шагом друг от друга, выполненных с возможностью сопряжения со шпангоутом, имеющих отверстия, посадочные места и бобышки, при этом фиксация хомутов на шпангоуте осуществляется при помощи клея и крепежного соединения.8. The body structure according to claim 1, characterized in that the upper interface consists of clamps located on the frame with an equal pitch from each other, made with the possibility of mating with the frame, having holes, seats and bosses, while fixing the clamps on the frame is carried out with glue and fasteners. 9. Силовая конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что нижний и верхний интерфейсы выполнены из металлических сплавов.9. The power structure of the housing according to claim 1, characterized in that the lower and upper interfaces are made of metal alloys. 10. Силовая конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что сетчатая оболочка выполнена из композиционного материала на основе высокомодульного углеродного волокна методом «мокрой» намотки.10. The power structure of the body according to claim 1, characterized in that the mesh shell is made of a composite material based on high-modulus carbon fiber by the "wet" winding method.
RU2020138931U 2020-11-27 2020-11-27 POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE RU203407U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138931U RU203407U1 (en) 2020-11-27 2020-11-27 POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138931U RU203407U1 (en) 2020-11-27 2020-11-27 POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU203407U1 true RU203407U1 (en) 2021-04-02

Family

ID=75356134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020138931U RU203407U1 (en) 2020-11-27 2020-11-27 POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU203407U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100065717A1 (en) * 2008-08-15 2010-03-18 Wilson Erich A Method and System For Forming Composite Geometric Support Structures
RU2475412C1 (en) * 2011-08-29 2013-02-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Инженерная Компания" (Ооо "Ник") Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication
RU2622304C2 (en) * 2015-11-17 2017-06-19 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Platform power structure of the spacecraft
RU176806U1 (en) * 2017-10-02 2018-01-29 Публичное акционерное общество "Казанский вертолётный завод" (ПАО "Казанский вертолётный завод") ISOGRID (GRID) TAILS OF THE HELICOPTER, MADE OF COMPOSITE MATERIALS
RU196913U1 (en) * 2020-01-09 2020-03-19 Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" POWER STRUCTURE OF SPACE VEHICLE HOUSING

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100065717A1 (en) * 2008-08-15 2010-03-18 Wilson Erich A Method and System For Forming Composite Geometric Support Structures
RU2475412C1 (en) * 2011-08-29 2013-02-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Инженерная Компания" (Ооо "Ник") Airliner tight fuselage compartment skin from polymer composite and method of its fabrication
RU2622304C2 (en) * 2015-11-17 2017-06-19 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Platform power structure of the spacecraft
RU176806U1 (en) * 2017-10-02 2018-01-29 Публичное акционерное общество "Казанский вертолётный завод" (ПАО "Казанский вертолётный завод") ISOGRID (GRID) TAILS OF THE HELICOPTER, MADE OF COMPOSITE MATERIALS
RU196913U1 (en) * 2020-01-09 2020-03-19 Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" POWER STRUCTURE OF SPACE VEHICLE HOUSING

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU196913U1 (en) POWER STRUCTURE OF SPACE VEHICLE HOUSING
RU197021U1 (en) POWER STRUCTURE OF SPACE VEHICLE HOUSING
RU196827U1 (en) POWER STRUCTURE OF SPACE VEHICLE HOUSING
JP7034648B2 (en) Additional manufactured reinforcement structure
JP7086574B2 (en) Components including parts with honeycomb structure
US5062589A (en) Fiber reinforced pressure bulkhead with integrated frame
CA2763113C (en) Structural component and production method for a structural component
CN102481972B (en) A kind of shell section of the fuselage cell part object for the manufacture of airframe compartment
GB2032508A (en) Force distribution element for a sandwich-form structural element
US9957032B2 (en) Fibre composite component, winglet and aircraft with a fibre composite component
EP3095689B1 (en) A pressure bulkhead for an aircraft fuselage
CN107097979B (en) Annular composite material storage box structure
US5042751A (en) Pressure vessel with a non-circular axial cross-section
CN113911393A (en) Cone-prism transition type honeycomb interlayer bearing cylinder structure
CN110435238A (en) A kind of woven functional composite material of bionical hollow array synchronization of micro-structural 3 D fiber
RU203407U1 (en) POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE
BRPI0711824A2 (en) reinforced hybrid structures and methods
RU200003U1 (en) POWER STRUCTURE OF THE SPACE VEHICLE CASE
CN109854413B (en) Tank section, tank and rocket
CN109094820B (en) Annular flat-plate stove type composite material main bearing structural member
RU203508U1 (en) POWER STRUCTURE OF THE CASE OF THE PAYLOAD OF THE SPACE VEHICLE
Azarov The problem of designing aerospace mesh composite structures
RU212701U1 (en) POWER STRUCTURE OF THE SPACECRAFT HULL
CN100385194C (en) Composite material made box body structure for storage and conveying launch box
RU2497716C2 (en) Structural element and method of its fabrication