RU219548U1 - Узел усиления шпангоута силовой сетчатой конструкции из полимерных композиционных материалов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области организации защиты изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), применяемых в различных отраслях, например, космической, в частности, для усиления шпангоутов силовых сетчатых конструкций (ССК) космического аппарата (КА). Узел усиления шпангоута ССК из ПКМ (далее по тексту узел усиления шпангоута) представляет собой накладку - металлическое кольцо, имеющее П-образный трапециевидный профиль в форме ласточкина хвоста, а также вырезы двух типоразмеров: вырезы, повторяющие геометрические параметры спиральных и продольных элементов ССК, и вырезы, повторяющие геометрические параметры усиливающих элементов в полимерной структуре ССК и выступающие площадки, расположенные с равным шагом друг от друга, обеспечивающие посадочные места для установки накладок замков устройства отделения (УО). При изготовлении (намотке) ССК в трапециевидный профиль металлического кольца вматывается полимерная структура шпангоута ССК, а в вырезы - полимерная структура спиральных, продольных и усиливающих элементов ССК, образуя единую конструкцию шпангоута, которая обеспечивает большую площадь контакта (пятно контакта) с сопрягаемой конструкцией, при этом габариты ССК (внешний и внутренней диаметры) остаются неизменны. Единая конструкция шпангоута подвергается механической обработке (поверхность Д), обеспечивая точную поверхность для стыковки с сопрягаемой конструкцией, например, с АК, а также выполнению посадочных отверстий. Вматывание металлического кольца в ССК позволяет выполнять в единой конструкции шпангоута отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией с наружной и внутренней стороны, не нарушая полимерную структуру ССК, причем на поздних этапах сборки КА. Техническим результатом заявляемой полезной модели является вмотка металлического кольца в полимерную структуру шпангоута ССК, образуя единую конструкцию шпангоута.

Description

Полезная модель относится к области организации защиты изделий из полимерных композиционных материалов, применяемых в различных отраслях, например, космической, в частности, к шпангоутам силовых сетчатых конструкций космического аппарата.

Применение полимерных композиционных материалов в качестве материала изготовления силовых сетчатых конструкций космического аппарата 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.

Как известно большинство космических аппаратов негерметичного исполнения включают в себя силовые сетчатые конструкции из полимерных композиционных материалов, которая представляет собой оболочку вращения полой цилиндрической формы, имеющую анизогридную сетчатую структуру, при этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы - шпангоуты.

Известна проблема недостаточной прочности шпангоутов, выполненных из полимерных композиционных материалов в местах контакта с элементами крепления (смятие, расслоение, разлом композитной структуры), в частности при стыковке частей космического аппарата, а именно силовой сетчатой конструкции с сопрягаемой конструкцией, например, с адаптером коническим.

Из существующего уровня техники известен узел закрепления оборудования к силовой сетчатой конструкции из полимерных композиционных материалов (патент RU 2535780), состоящий из накладки и контрнакладки, скрепленных с элементом силовой сетчатой конструкции, при этом накладки, соединенные между собой, выполнены с углом наклона направляющих граней, совпадающим с углом наклона ребер силовой конструкции, причем опорная накладка упирается в перекрестие силовой конструкции и служит для крепления крепежной накладки, которая, в свою очередь, создает плоскость и точку фиксации для установки оборудования.

Недостатками известной конструкции являются:

невозможность использования узла для горизонтальной стыковки с сопрягаемыми конструкциями без дополнительных переходных элементов, что усложняет конструкцию узла и увеличивает его массогабаритные характеристики;

низкая надежность работы узла для нагруженных элементов;

наличие двух типов накладок.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является узел усиления шпангоута силовой сетчатой конструкции корпуса из полимерных композиционных материалов (варианты) (патент RU 2733309 С1), по первому и второму вариантам, состоящий из накладки и контрнакладки, скрепленных со шпангоутом при помощи клея и соединенных между собой крепежными элементами. Накладка представляет собой П-образный профиль, повторяющий наружный профиль шпангоута силовой сетчатой конструкции, устанавливается на шпангоут со стороны стыковки с сопрягаемой конструкцией, а контрнакладка представляет собой пластину, при необходимости разделенную на несколько частей, устанавливается на шпангоут силовой сетчатой конструкции с противоположной от накладки стороны, при этом по первому варианту отверстия в накладке и контр накладке для их соединения друг с другом, расположены за границами шпангоута силовой сетчатой конструкции, плоскость стыковки накладок с сопрягаемой конструкцией подвергается механической обработке, а в накладке, шпангоуте силовой сетчатой конструкции и контрнакладке выполняются сквозные отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией, а по второму варианту имеется дополнительная накладка с площадкой и бобышками с отверстиями для стыковки с сопрягаемой конструкцией, устанавливается на шпангоут силовой сетчатой конструкции с противоположной от накладки стороны, между накладкой и контрнакладкой, дополнительной накладкой устанавливается набор шайб для обеспечения гарантированного зазора требуемой величины, при этом отверстия в накладке, контрнакладке и дополнительной накладке для их соединения друг с другом, расположены за границами шпангоута силовой сетчатой конструкции, плоскость стыковки накладок с сопрягаемой конструкцией подвергается механической обработке, а в накладке, шпангоуте силовой сетчатой конструкции и контрнакладке выполняются сквозные отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией. Данное техническое решение принято за прототип полезной модели.

Недостатками известной конструкции являются:

низкая надежность соединения с композитной структурой силовой сетчатой конструкции;

локальные зоны усиления шпангоута уменьшают площадь контактной поверхности (пятно контакта) с сопрягаемой конструкцией;

установка узла усиления на углепластиковый шпангоут выполнена в обхват П-образного профиля шпангоута, что приводит к увеличению габаритов силовой сетчатой конструкции по высоте на толщину накладки, а также к увеличению внутреннего и наружного диаметров силовой сетчатой конструкции;

невозможность выполнения посадочных отверстий на поздних этапах сборки, обусловленная необходимостью установки дополнительного комплекта накладок;

сложность узла усиления шпангоута силовой сетчатой конструкции, за счет наличия нескольких типов накладок;

необходимость выполнения механической обработки узла после его установки на шпангоут, что снижает технологичность и увеличивает трудоемкость сборочных работ;

наличие дополнительных крепежных элементов (шайб) и клея;

невозможность установки накладок на поздних этапах сборки космического аппарата, так как требуется их механическая обработка.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие существенные признаки: узел усиления шпангоута силовой сетчатой конструкции; накладка представляет собой П-образный профиль; плоскость стыковки накладки с сопрягаемой конструкцией подвергается механической обработке; в накладке выполняются отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией.

Техническими проблемами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение являются:

обеспечение высокой надежности работы узла;

обеспечение увеличенной площади контактной поверхности (пятно контакта) шпангоута с сопрягаемой конструкцией;

обеспечение точной механической обработки поверхности шпангоута с сопрягаемой конструкцией;

обеспечение возможности выполнения в шпангоуте отверстий на поздних этапах сборки космического аппарата.

Указанные проблемы решаются тем, что шпангоут силовой сетчатой конструкции из полимерных композиционных материалов, имеющий накладку П-образного профиля, плоскость стыковки которой для соединения с сопрягаемой конструкцией механически обработана, при этом в накладке выполнены отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией, выполняется так, что накладка выполнена в виде металлического кольца, имеющего трапециевидный профиль в форме ласточкина хвоста, а также вырезы двух типоразмеров: вырезы, повторяющие геометрические параметры спиральных и продольных элементов силовой сетчатой конструкции, и вырезы, повторяющие геометрические параметры усиливающих элементов в структуре силовой сетчатой конструкции и выступающие площадки, расположенные с равным шагом друг от друга, причем в трапециевидный профиль металлического кольца вмотана полимерная структура шпангоута силовой сетчатой конструкции, а в вырезы - полимерная структура спиральных, продольных и усиливающих элементов силовой сетчатой конструкции, образуя единую конструкцию шпангоута. При этом выступающие площадки обеспечивают посадочные места для установки накладок замков устройства отделения.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является вмотка металлического кольца в полимерную структуру шпангоута силовой сетчатой конструкции, образуя единую конструкцию шпангоута.

Сущность полезной модели поясняется фигурами чертежей, представленными на фиг. 1-3:

фиг. 1 - металлическое кольцо;

фиг.2 - узел усиления шпангоута;

фиг. 3 - сечение А-А показанное на фиг. 1;

фиг. 4 - вид Б, показанный на фиг. 2.

Узел усиления шпангоута включает в себя накладку - металлическое кольцо 1, имеющее П-образный трапециевидный профиль в форме «ласточкиного хвоста», вырезы двух типоразмеров: вырезы 2, 3, повторяющие геометрические параметры спиральных и продольных элементов 4, 5 силовой сетчатой конструкции 6 и вырезы 7, повторяющие геометрические параметры усиливающих элементов 8 в полимерной структуре силовой сетчатой конструкции 6 и выступающие площадки 9, 10, расположенные с равным шагом друг от друга, обеспечивающие посадочные места для установки накладок замков устройства отделения. При изготовлении (намотке) силовой сетчатой конструкции 6 в трапециевидный профиль металлического кольца 1 вматывается полимерная структура шпангоута 11 силовой сетчатой конструкции 6, а в вырезы 2, 3, 7 вматывается полимерная структура спиральных, продольных и усиливающих элементов 4, 5, 8, образуя единую конструкцию шпангоута, которая обеспечивает большую площадь контакта (пятно контакта) с сопрягаемой конструкцией, при этом габариты силовой сетчатой конструкции 6 (внешний и внутренней диаметры) остаются неизменны. Единая конструкция шпангоута подвергается механической обработке (поверхность Д), обеспечивая точную поверхность для стыковки с сопрягаемой конструкцией, например, с космическим аппаратом, а также выполнению посадочных отверстий 12. Вматывание металлического кольца 1 в силовой сетчатой конструкции 6 позволяет выполнять в единой конструкции шпангоута отверстия 13, 14 для стыковки с сопрягаемой конструкцией с наружной и внутренней стороны, не нарушая полимерную структуру ССК 6, причем на поздних этапах сборки КА.

Работа заявленной полезной модели заключается в том, что при изготовлении (намотке) силовой сетчатой конструкции в трапециевидный профиль металлического кольца 1 вматывается полимерная структура шпангоута 11 силовой сетчатой конструкции 6, а в вырезы 2, 3, 7 - полимерная структура спиральных, продольных и усиливающих элементов 4, 5, 8 силовой сетчатой конструкции 6, образуя единую конструкцию шпангоута, при этом габариты силовой сетчатой конструкции 6 (внешний и внутренней диаметры) остаются неизменны. Далее единая конструкция шпангоута подвергается механической обработке для стыковки с сопрягаемой конструкцией и выполнению посадочных отверстий 12. Затем, выполняют отверстия 13, 14 для стыковки с сопрягаемой конструкцией с наружной и внутренней стороны, и на выступающие площадки 9, 10, расположенные с равным шагом друг от друга, устанавливают накладки замков устройства отделения.

Следует отметить, что П-образный трапециевидный профиль металлического кольца в форме ласточкина хвоста обеспечивает гарантированную его фиксацию в полимерной структуре силовой сетчатой конструкции.

Claims (2)

1. Шпангоут силовой сетчатой конструкции (ССК) из полимерных композиционных материалов (ПКМ), имеющий накладку П-образного профиля, плоскость стыковки которой для соединения с сопрягаемой конструкцией механически обработана, при этом в накладке выполнены отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией, отличающийся тем, что накладка выполнена в виде металлического кольца, имеющего трапециевидный профиль в форме ласточкина хвоста, а также вырезы двух типоразмеров: вырезы, повторяющие геометрические параметры спиральных и продольных элементов ССК, и вырезы, повторяющие геометрические параметры усиливающих элементов в структуре ССК и выступающие площадки, расположенные с равным шагом друг от друга, причем в трапециевидный профиль металлического кольца вмотана полимерная структура шпангоута ССК, а в вырезы - полимерная структура спиральных, продольных и усиливающих элементов ССК, образуя единую конструкцию шпангоута.

2. Шпангоут силовой сетчатой конструкции по п. 1, отличающийся тем, что выступающие площадки обеспечивают посадочные места для установки накладок замков устройства отделения.