RU225594U1 - Узел усиления шпангоута силовой сетчатой конструкции корпуса космического аппарата - 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), выполненных из ПКМ космического аппарата (КА). Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение надежности работы узла за счет возможности его установки в процессе изготовления (намотки) ССК, сокращая технологический процесс изготовления КА. Указанная проблема решается за счет того, что узел усиления шпангоута силовой сетчатой конструкции корпуса космического аппарата, выполненных из полимерных композиционных материалов, представляет собой накладку - металлическое кольцо, имеющее П-образный профиль - трапециевидный паз в форме «ласточкина хвоста», а также вырезы, повторяющие геометрические параметры спиральных элементов ССК и выступающие площадки по верхнему торцу, расположенные с равным шагом друг от друга, обеспечивающие посадочные места для установки накладок для замков устройства отделения (УО). При изготовлении (намотке) ССК из ПКМ в трапециевидный паз металлического кольца вматывается полимерная структура шпангоута, а в вырезы - полимерная структура спиральных элементов ССК, образуя единую конструкцию шпангоута, при этом габариты ССК (внешний и внутренней диаметры) остаются неизменны. Единая конструкция шпангоута подвергается механической обработке (поверхность Г), обеспечивая точную поверхность для стыковки с сопрягаемой конструкцией КА, например, с адаптером коническим (АК), а также большую площадь контакта (пятно контакта). Установка металлического кольца в ССК из ПКМ позволяет выполнять в шпангоуте гладкие, резьбовые и глухие отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией КА, например с АК, как с наружной и внутренней сторонах, так и с боковых граней, не нарушая полимерную структуру шпангоута, причем на поздних этапах сборки КА.

Description

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), выполненных из ПКМ космического аппарата (КА).

Применение ПКМ в качестве материала изготовления ССК 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.

Как известно большинство КА негерметичного исполнения включают в себя ССК из ПКМ, 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 ПКМ в местах контакта с элементами крепления (смятие, расслоение, разлом композитной структуры), в частности при стыковке частей КА, а именно ССК из ПКМ с сопрягаемой конструкцией.

Из существующего уровня техники известен узел закрепления оборудования к ССК из ПКМ (патент RU 2535780), состоящий из накладки и контрнакладки, скрепленных с элементом ССК, 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 ССК корпуса из ПКМ (варианты) (патент RU 2733309 С1), по первому и второму вариантам, состоящий из накладки и контрнакладки, скрепленных со шпангоутом ССК из ПКМ при помощи клея и соединенных между собой крепежными элементами, отличающийся тем, что накладка представляет собой П-образный профиль, повторяющий наружный профиль шпангоута ССК из ПКМ, устанавливается на шпангоут ССК из ПКМ со стороны стыковки с сопрягаемой конструкцией, а контрнакладка представляет собой пластину, при необходимости разделенную на несколько частей, устанавливается на шпангоут ССК из ПКМ с противоположной от накладки стороны, при этом по первому варианту отверстия в накладке и контрнакладке для их соединения друг с другом, расположены за границами шпангоута ССК из ПКМ, плоскость стыковки накладок с сопрягаемой конструкцией подвергается механической обработке, а в накладке, шпангоуте ССК из ПКМ 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 ССК из ПКМ 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 ССК из ПКМ, плоскость стыковки накладок с сопрягаемой конструкцией подвергается механической обработке, а в накладке, шпангоуте ССК из ПКМ и контрнакладке выполняются сквозные отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией. Данное техническое решение принято за прототип полезной модели.

Недостатками известной конструкции являются:

ограничение установки узла усиления шпангоута ССК, зависящее от структуры плетения ССК;

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

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

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

сложность узла усиления шпангоута ССК, за счет наличия нескольких типов накладок;

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

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

Для заявленного устройства выявлены следующие общие существенные признаки: узел усиления шпангоута силовой сетчатой конструкции корпуса космического аппарата, выполненных из ПКМ, представляющий собой накладку П-образного профиля, плоскость стыковки которого с сопрягаемой конструкцией механически обработана, при этом на плоскости выполнены отверстия.

Техническими проблемами, на решение которых направлена заявляемая полезная модель, являются обеспечение увеличенной площади контактной поверхности (пятно контакта) шпангоута с сопрягаемой конструкцией КА, обеспечение точной механической обработки поверхности шпангоута с сопрягаемой конструкцией КА, надежности работы узла, его технологичности.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение надежности работы узла за счет возможности его установки в процессе изготовления (намотки) ССК, сокращая технологический процесс изготовления КА.

Указанная проблема решается за счет того, что узел усиления шпангоута силовой сетчатой конструкции корпуса космического аппарата, выполненных из полимерных композиционных материалов, представляет собой накладку - металлическое кольцо, имеющее П-образный профиль - трапециевидный паз в форме «ласточкина хвоста», а также вырезы, повторяющие геометрические параметры спиральных элементов ССК и выступающие площадки по верхнему торцу металлического кольца, расположенные с равным шагом друг от друга, обеспечивающие посадочные места для установки накладок для замков устройства отделения (УО). При изготовлении (намотке) ССК из ПКМ в трапециевидный паз металлического кольца вматывается полимерная структура шпангоута, а в вырезы - полимерная структура спиральных элементов ССК, образуя единую конструкцию шпангоута, при этом габариты ССК (внешний и внутренней диаметры) остаются неизменны. Единая конструкция шпангоута подвергается механической обработке, обеспечивая точную поверхность для стыковки с сопрягаемой конструкцией КА, например, с адаптером коническим (АК), а также большую площадь контакта (пятно контакта). Установка металлического кольца в ССК из ПКМ позволяет выполнять в шпангоуте гладкие, резьбовые и глухие отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией КА, например, с АК, как с наружной и внутренней сторонах, так и с боковых граней, не нарушая полимерную структуру шпангоута, причем на поздних этапах сборки КА.

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

фиг.1 - ССК с узлом усиления шпангоута ССК из ПКМ;

фиг.2 - сечение А-А показанное на фиг.1;

фиг.3 - узел усиления шпангоута ССК из ПКМ.

Узел усиления шпангоута 7 ССК 6, выполненных из ПКМ, включает в себя накладку - металлическое кольцо 1, имеющее П-образный профиль, выполненный в виде трапециевидного паза 2 в форме «ласточкина хвоста», а также вырезы 3, повторяющие геометрические параметры спиральных элементов 4 ССК и выступающие площадки 5 по верхнему торцу (поверхность Б) металлического кольца 1, расположенные с равным шагом друг от друга, обеспечивающие посадочные места для установки накладок для замков УО. При изготовлении (намотке) ССК 6 в трапециевидный паз 2 металлического кольца 1 вматывается полимерная структура шпангоута 7, а в вырезы - полимерная структура спиральных элементов 4 ССК, образуя единую конструкцию шпангоута, при этом габариты ССК 6 (внешний и внутренней диаметры) остаются неизменны. Единая конструкция шпангоута подвергается механической обработке (поверхность Г), обеспечивая точную поверхность для стыковки с сопрягаемой конструкцией КА, например, с АК, а также обеспечивает большую площадь контакта (пятно контакта). Установка металлического кольца 1 в ССК 6 из ПКМ позволяет выполнять в единой конструкции шпангоута гладкие, резьбовые и глухие отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией КА, например с АК, как с наружной и внутренней сторонах, так и с боковых граней не нарушая полимерную структуру, причем на поздних этапах сборки КА.

Работа заявленного узла усиления шпангоута ССК из ПКМ заключается в том, что при изготовлении (намотке) ССК из ПКМ в трапециевидный паз металлического кольца в форме «ласточкина хвоста» вматывается полимерная структура шпангоута, а в вырезы - полимерная структура спиральных элементов ССК, образуя единую конструкцию шпангоута. Затем единая конструкция шпангоута подвергается механической обработке, тем самым обеспечивая высокое качество поверхности и большую площадь контакта (пятно контакта) с контактирующей сопрягаемой конструкцией КА, например, с АК.

Вмотанное металлическое кольцо в полимерную структуру ССК позволяет обеспечить целостность шпангоута ССК, при выполнении гладких, резьбовых и глухих отверстий для стыковки с сопрягаемой конструкцией КА, например, с АК, как с наружной и внутренней сторонах, так и с боковых граней не нарушая полимерную структуру, надежность его работы и технологичность.

Claims (2)

1. Шпангоут силовой сетчатой конструкции (ССК) из полимерных композиционных материалов (ПКМ), имеющий накладку П-образного профиля, плоскость стыковки которого с сопрягаемой конструкцией механически обработана, при этом на плоскости выполнены отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией, отличающийся тем, что накладка выполнена в виде металлического кольца, имеющего П-образный трапециевидный профиль в форме «ласточкина хвоста», а также вырезы, повторяющие геометрические параметры спиральных элементов ССК, причем в трапециевидный профиль металлического кольца вмотана полимерная структура шпангоута, а в вырезы - полимерная структура спиральных элементов ССК, образуя единую конструкцию шпангоута.

2. Шпангоут ССК из ПКМ по п.1, отличающийся тем, что по верхнему торцу металлического кольца расположены выступающие площадки с равным шагом друг от друга.

Images