RU2631957C1

RU2631957C1 - Method of manufacture of high-pressure metal-plastic ballon for space ship

Info

Publication number: RU2631957C1
Application number: RU2016142216A
Authority: RU
Inventors: Леонид Михайлович Бородин; Геннадий Иванович Овечкин; Михаил Иванович Синиченко; Фёдор Константинович Синьковский; Юрий Павлович Похабов; Анатолий Михайлович Лепихин
Original assignee: Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2017-09-29

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: method involves the manufacture of a metal liner having upper and lower convex bottoms of the same thickness that are hermetically sealed at their edges along the perimeter; Thermal treatment of a metal liner, application of an anticorrosion coating on its outer surface and the manufacture of an external reinforcing shell from a band composite material. The winding of each tape is performed with the formation of a loop by winding it onto a plate fixed outside the process demountable removable ring. The design of threaded joints ensures uniform tension of each pair of loops of the balloon attachment elements and at once six adjusting-tension degrees of freedom simultaneously.

EFFECT: increasing the reliability of the balloon during the manufacture and operation, simplifying the manufacturing process.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано при производстве облегченных сосудов высокого давления с применением композиционных материалов, предназначенных для хранения и расходования рабочего тела в газообразном или сжиженном состоянии на космических аппаратах (КА), самолетах.The invention relates to general engineering and can be used in the manufacture of lightweight pressure vessels using composite materials designed for storage and expenditure of the working fluid in a gaseous or liquefied state on spacecraft (SC), aircraft.

Известен способ изготовления композитного баллона высокого давления (патент РФ на изобретение №2205330), при котором предварительно из металла изготавливают внутреннюю тонкостенную герметизирующую оболочку и затем осуществляют намотку на эту вращающуюся оболочку волокон армирующего материала, пропитанных связующим, с последующей полимеризацией композитного материала в термокамере. При этом намотку волокон армирующего материала на вращающуюся внутреннюю оболочку производят одновременно тремя лентами волокон армирующего материала, пропущенными через три головки лентораскладчика, совершающими вдоль вращающейся оболочки возвратно-поступательные перемещения с различными скоростями перемещения относительно образующей оболочки.A known method of manufacturing a composite high-pressure balloon (RF patent for the invention No. 2205330), in which the inner thin-walled sealing shell is preliminarily made of metal and then fibers of the reinforcing material impregnated with a binder are wound onto this rotating shell, followed by polymerization of the composite material in a heat chamber. In this case, the windings of the fibers of the reinforcing material on the rotating inner shell are produced simultaneously by three ribbons of fibers of the reinforcing material, passed through three heads of the conveyor, making reciprocating movements along the rotating shell with different speeds of movement relative to the generatrix of the shell.

Известен способ изготовления баллона высокого давления (патент РФ на изобретение №2426024), включающий изготовление внутренней герметичной оболочки и формирование внешней композитной оболочки из силового материала и связующего, охватывающей, по крайней мере, часть внутренней герметичной оболочки. При этом формирование внешней силовой оболочки осуществляют укладкой на внутреннюю герметичную оболочку по крайней мере одного слоя силового материала и последующую пропитку уложенного слоя связующим.A known method of manufacturing a high-pressure cylinder (RF patent for the invention No. 2426024), including the manufacture of an internal airtight shell and the formation of an external composite shell of a power material and a binder, covering at least part of the internal airtight shell. In this case, the formation of the external power shell is carried out by laying on the inner sealed shell of at least one layer of power material and the subsequent impregnation of the laid layer with a binder.

По известным способам изготовления баллонов высокого давления при установке или креплении баллонов к конструкции, например технологической оснастки, или космического аппарата для исключения их разрушения под действием ударных и вибрационных нагрузок при транспортировке и выведении космического аппарата на орбиту с помощью ракеты-носителя, необходимо, чтобы стенки баллона были выполнены достаточно прочными, с оптимальными утолщениями в различных местах. Это приводит к значительному увеличению массы баллонов, сложности их изготовления и, как следствие этого, к снижению надежности баллона.According to known methods of manufacturing high-pressure cylinders when installing or securing the cylinders to a structure, for example, technological equipment, or a spacecraft to prevent their destruction under the influence of shock and vibration loads during transportation and launch of the spacecraft into orbit by means of a launch vehicle, it is necessary that the walls the cylinders were made strong enough with optimal thickenings in various places. This leads to a significant increase in the mass of the cylinders, the complexity of their manufacture and, as a consequence of this, to a decrease in the reliability of the cylinder.

Известен также «Способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления» (патент РФ на изобретение №2310120), заключающийся в следующем:Also known is the "Method of manufacturing a metal-plastic high-pressure cylinder" (RF patent for the invention No. 2310120), which consists in the following:

1. Металлический лейнер баллона, имеющий цилиндрическую часть и днища, изготавливают в виде цельного кокона. Цилиндрическую часть лейнера формируют до заданных размеров методом холодной ротационной вытяжки с обеспечением в зонах перехода к днищам с обеих сторон утолщений, после чего металлический лейнер подвергают термической обработке для обеспечения требуемых механических свойств во всех его сечениях, затем наружную поверхность цилиндрической части лейнера покрывают антикоррозионным покрытием, на цилиндрической поверхности лейнера с антикоррозионным покрытием создают упрочняющую армирующую оболочку из композиционного материала методом мокрой кольцевой намотки нитей армирующего материала, сформированных в ленту и пропитанных связующим, причем намотку ленты на цилиндрическую часть лейнера осуществляют с натяжением и перекрытием каждого витка ленты.1. A metal cylinder liner having a cylindrical part and bottoms is made in the form of a single cocoon. The cylindrical part of the liner is formed to a predetermined size by the method of cold rotational drawing, providing in the transition zones to the bottoms on both sides of the thickenings, after which the metal liner is subjected to heat treatment to ensure the required mechanical properties in all its sections, then the outer surface of the cylindrical part of the liner is coated with an anti-corrosion coating, on the cylindrical surface of the liner with a corrosion-resistant coating create a reinforcing reinforcing shell of composite material a house of wet annular winding of threads of reinforcing material formed into a tape and impregnated with a binder, and the tape is wound on the cylindrical part of the liner with tension and overlap of each turn of the tape.

2. Усилие натяжения ленты при мокрой кольцевой намотке армирующего материала на цилиндрическую часть лейнера составляет 5÷15% от разрывной прочности ленты.2. The tension force of the tape with wet ring winding of the reinforcing material on the cylindrical part of the liner is 5 ÷ 15% of the tensile strength of the tape.

3. Намотку ленты на цилиндрическую поверхность лейнера осуществляют под углом, равным ±(2÷10)°, между направлением движения ленты и нормалью к продольной оси баллона.3. Winding the tape on the cylindrical surface of the liner is carried out at an angle equal to ± (2 ÷ 10) °, between the direction of movement of the tape and the normal to the longitudinal axis of the container.

4. При намотке обеспечивают перекрытие ленты на величину, равную 1÷10% от ширины ленты.4. When winding, overlap the tape by an amount equal to 1 ÷ 10% of the width of the tape.

5. Намотку упрочняющей армирующей оболочки осуществляют послойно.5. Winding the reinforcing reinforcing shell is carried out in layers.

6. После сушки и полимеризации упрочняющей армирующей оболочки из композиционного материала баллон подвергают автофреттажу для обеспечения сжимающих напряжений в цилиндрической части лейнера, при этом давление автофреттажа равно 1,5÷2,0 от рабочего давления газа в баллоне.6. After drying and polymerization of the reinforcing reinforcing shell made of composite material, the cylinder is subjected to autofretting to ensure compressive stresses in the cylindrical part of the liner, while the autofretting pressure is 1.5 ÷ 2.0 of the working gas pressure in the cylinder.

7. На внутреннюю поверхность баллона наносят защитное покрытие.7. A protective coating is applied to the inner surface of the cylinder.

8. На наружную поверхность металлопластикового баллона наносят защитное покрытие.8. A protective coating is applied to the outer surface of the metal-plastic container.

Недостаток указанного аналога заключается в том, что его лейнер изготавливают с различными толщинами стенок. Изготовление лейнера в указанном аналоге с различными оптимальными переходами от одних толщин стенки к другим с целью обеспечения его прочности при воздействии ударных и вибрационных нагрузок при транспортировке баллона в составе КА и на участке выведения его на рабочую орбиту ракетой-носителем, сложно, а значит и ненадежно. Кроме того, жесткое крепление баллона к КА уступает по надежности эластичному креплению на винтах и тяжелее.The disadvantage of this analogue is that its liner is made with different wall thicknesses. The manufacture of a liner in the indicated analogue with various optimal transitions from one wall thickness to another in order to ensure its strength under the influence of shock and vibration loads during transportation of the balloon as part of the spacecraft and at the site of its launch into a working orbit by a launch vehicle is difficult, and therefore unreliable . In addition, the rigid attachment of the balloon to the spacecraft is inferior in terms of reliability to the elastic attachment on screws and is heavier.

В качестве прототипа выбран «Способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления» (RU 2551442), включающий: изготовление металлического лейнера, имеющего нижнее и верхнее днища; термическую обработку металлического лейнера; нанесение антикоррозионного покрытия на внешнюю поверхность металлического лейнера; изготовление внешней упрочняющей армирующей оболочки из ленточного композиционного материала методом мокрой кольцевой намотки нитей армирующего материала, сформированных в ленту и пропитанных связующим, причем намотка ленты осуществляется с натяжением; операцию сушки и полимеризации упрочняющей армирующей оболочки; операцию автофреттажа. При этом лейнер изготавливают в виде эллипсоида, образованного соединением двух днищ между собой, стенки лейнера выполняют одинаковой толщины; внешнюю упрочняющую армирующую оболочку выполняют по всей наружной поверхности лейнера с элементами крепления конструкции металлопластикового баллона, которые выполнены одной и той же лентой в процессе намотки армирующей оболочки лейнера, при этом ленты образуют петли посредством намотки на жесткое технологическое разборное съемное кольцо, которое предварительно неподвижно устанавливают относительно баллона в плоскости соединения днищ с последующим удалением после создания элементов крепления; петли, равномерно размещенные снаружи по периметру соединения днищ, скрепляют попарно при помощи пластин в одной точке с равномерным натяжением, при этом все пластины находятся на равноудаленном от баллона расстоянии и выполнены с отверстием.As a prototype, a “Method for the manufacture of a metal-plastic high-pressure cylinder” (RU 2551442) was selected, including: the manufacture of a metal liner having lower and upper bottoms; heat treatment of a metal liner; applying a corrosion-resistant coating to the outer surface of the metal liner; the manufacture of an external reinforcing reinforcing shell from a tape composite material by the method of wet ring winding of threads of reinforcing material formed into a tape and impregnated with a binder, and the tape is wound with tension; the drying and polymerization of the reinforcing reinforcing shell; autofretting operation. In this case, the liner is made in the form of an ellipsoid formed by the connection of two bottoms with each other, the walls of the liner perform the same thickness; an external reinforcing reinforcing shell is performed over the entire outer surface of the liner with fastening elements of the metal-plastic container structure, which are made with the same tape during winding of the liner reinforcing shell, while the tape form loops by winding on a rigid technological collapsible removable ring, which is previously fixed relative to a cylinder in the plane of connection of the bottoms, followed by removal after the creation of fasteners; hinges uniformly placed outside the perimeter of the bottom connection are fastened in pairs with the help of plates at the same point with uniform tension, while all plates are equally spaced from the cylinder and are made with a hole.

Недостатки указанного способа-прототипа заключаются в том, что устройство, изготовленное по нему, не обладает достаточной надежностью из-за того, что в нем каждый узел крепления не обеспечивает равномерного натяжения каждой ленты пары петель, соединенных в одной точке посредством пластины, так как одной точкой натяжения пластины невозможно обеспечить равномерное натяжение четырех лент каждого узла крепления с равномерными их усилиями (для равномерного натяжения четырех лент, закрепленных своими концами на противоположных цельных деталях необходимо иметь как минимум четыре регулировочные степени свободы, а не одну, как в прототипе). Неравномерные натяжения лент одного узла крепления, и тем более всех отдельных лент узлов крепления баллона приводит к неравномерным локальным нагрузкам (перегрузкам) как на отдельные ленты, так и на баллон при воздействии ударных и вибрационных нагрузок на КА с баллоном на участке выведения КА ракетой-носителем на рабочую орбиту, что снижает надежность устройства, вынуждает утолщать лейнер, ленточную намотку и тем самым утяжелять баллон и места крепления его на КА.The disadvantages of this prototype method are that the device manufactured by it does not have sufficient reliability due to the fact that each fastener in it does not provide uniform tension of each tape of a pair of loops connected at one point by a plate, since one it is impossible to ensure the uniform tension of the four tapes of each attachment point with their uniform forces (for uniform tension of the four tapes fixed at their opposite ends to opposite integral parts Lyakh must have at least four degrees of freedom of adjustment, rather than one as in the prototype). Uneven tension of the tapes of one attachment point, and even more so of all individual tapes of the attachment points of the cylinder, leads to uneven local loads (overloads) both on individual tapes and on the container under the influence of shock and vibration loads on the spacecraft with the balloon at the launch vehicle launch site into the working orbit, which reduces the reliability of the device, forcing to thicken the liner, tape winding and thereby make the balloon and its mounting points on the spacecraft heavier.

Задачами, на решение которых направлено заявленное изобретение, являются создание способа изготовления металлопластикового баллона высокого давления для КА, обеспечивающего повышение надежности баллона в процессе изготовления и эксплуатации, упрощение технологии изготовления с учетом отработки баллона вне КА, расширение возможностей применения предложенного способа для различных типов контейнеров КА (герметичных, негерметичных, цилиндрических или с прямоугольными гранями).The tasks to be solved by the claimed invention are aimed at creating a method for manufacturing a metal-plastic high-pressure cylinder for spacecraft, which increases the reliability of the cylinder during manufacturing and operation, simplifies manufacturing technology, taking into account cylinder development outside the spacecraft, and expands the possibilities of using the proposed method for various types of spacecraft containers (sealed, leaky, cylindrical or with rectangular faces).

Данные задачи решены за счет того, что:These tasks are solved due to the fact that:

1. Каждое резьбовое соединение изготавливают с болтом с головкой и гайкой с расположением их с наружной и внутренней сторон соответственно места крепления на космическом аппарате и пластины, причем место крепления на космическом аппарате изготавливают с радиальными отверстиями напротив отверстий пластин и с диаметром, большим диаметра болта с возможностью вращения его с заданным телесным углом; головку и гайку изготавливают с шайбами, причем гайку - с элементом законтривания ее относительно болта, например в виде штифта, а шайбы каждого болта изготавливают с одной их стороны со сферически-выпуклыми кольцевыми поверхностями, соответственно с наружных сторон места крепления на космическом аппарате и пластины, которые выполняют соответственно с ответными сопряженными поверхностями для упомянутых поверхностей шайб, а также с возможностями их взаимного скольжения относительно друг друга с заданными телесными углами; шайбы изготавливают из материалов, например из бронзы или фторопласта, которые образуют пары со сниженными коэффициентами трения с материалами, из которых изготавливают соответственно место крепления на космическом аппарате и пластины; крепление каждой пластины на технологическом разборном съемном кольце выполняют посредством крепежных болтов; в технологическом разборном съемном кольце напротив каждого отверстия пластины выполняют отверстия с диаметром, большим диаметра гайки с ее шайбой с возможностью удержания указанной гайки торцевым ключом.1. Each threaded connection is made with a bolt with a head and a nut with their location on the outer and inner sides, respectively, of the fastening place on the spacecraft and the plate, and the fastening place on the spacecraft is made with radial holes opposite the holes of the plates and with a diameter larger than the diameter of the bolt with the ability to rotate it with a given solid angle; the head and nut are made with washers, and the nut with its locking element relative to the bolt, for example, in the form of a pin, and the washers of each bolt are made on one side with spherically convex annular surfaces, respectively, on the outer sides of the attachment point on the spacecraft and the plate, which perform respectively with mating mating surfaces for said surfaces of the washers, as well as with the possibilities of their mutual sliding relative to each other with given solid angles; the washers are made of materials, for example, bronze or fluoroplastic, which form pairs with reduced friction coefficients with the materials from which the attachment point on the spacecraft and the plate are made, respectively; the fastening of each plate on a technological collapsible removable ring is performed by means of fixing bolts; in the technological collapsible removable ring opposite each hole of the plate, holes with a diameter larger than the diameter of the nut with its washer are made with the possibility of holding said nut with an allen key.

2. Место крепления на космическом аппарате выполняют в виде Г-образного шпангоута 8 внутри контейнера космического аппарата, который изготавливают за одно или жестко связанным его верхней частью с верхней половиной контейнера космического аппарата по ее периметру снизу, а его нижней частью - свисающим вниз внутри контейнера; на свисающей вниз части Г-образного шпангоута выполняют указанные радиальные отверстия напротив отверстий пластин, причем указанную верхнюю половину контейнера космического аппарата изготавливают с возможностью ее соединения посредством наружных контейнерных болтов с нижней половиной контейнера космического аппарата, например, с применением эластичной герметизирующей прокладки для случая герметичного контейнера КА.2. The fastening place on the spacecraft is made in the form of a L-shaped frame 8 inside the container of the spacecraft, which is made for one or rigidly connected upper part with the upper half of the spacecraft container along its perimeter from below, and its lower part hanging downward inside the container ; on the hanging down part of the L-shaped frame, the indicated radial holes are made opposite the plate openings, and the specified upper half of the spacecraft container is made with the possibility of its connection by external container bolts with the lower half of the spacecraft container, for example, using an elastic sealing strip for the case of a sealed container KA.

3. Установку и удаление технологического разборного съемного кольца 11 осуществляют посредством болтов на верхних торцах вертикальных стоек, нижние торцы которых изготавливают жестко связанными с опорным основанием вновь введенной станины, посредством которой осуществляют как монтаж баллона на место крепления космического аппарата и демонтаж его при необходимости, так и изготовление баллона и его испытания вне космического аппарата.3. The installation and removal of the technological collapsible removable ring 11 is carried out by means of bolts on the upper ends of the uprights, the lower ends of which are made rigidly connected to the support base of the newly introduced bed, by which the cylinder is mounted on the spacecraft’s mounting place and dismantled if necessary, and the manufacture of the balloon and its testing outside the spacecraft.

Техническим результатом создания способа изготовления металлопластикового баллона высокого давления для КА является обеспечение повышенной надежности баллона в процессе изготовления и эксплуатации, упрощение технологии изготовления с учетом отработки баллона вне КА, расширение возможности применения предложенного способа для различных типов контейнеров КА.The technical result of creating a method for manufacturing a metal-plastic high-pressure balloon for a spacecraft is to ensure increased reliability of the balloon during manufacturing and operation, simplifying manufacturing technology, taking into account the development of the balloon outside the spacecraft, expanding the applicability of the proposed method for various types of spacecraft containers.

Предложенное решение поясняется рисунками, на которых показаны:The proposed solution is illustrated by drawings, which show:

Фиг. 1 - металлопластиковый баллон. Вид сбоку, сверху.FIG. 1 - metal-plastic container. Side view, top view.

Фиг. 2 - баллон в разрезе с элементами крепления 7 на верхней половине 30 корпуса космического аппарата.FIG. 2 - a cylinder in a section with fastening elements 7 on the upper half 30 of the spacecraft body.

Фиг. 3 - баллон в разрезе с элементами крепления 7 на верхней половине 30 корпуса космического аппарата с герметично соединенной нижней половиной 33 корпуса космического аппарата.FIG. 3 - a cylinder in a section with fastening elements 7 on the upper half 30 of the spacecraft body with a hermetically connected lower half 33 of the spacecraft body.

Фиг. 4 - элементы крепления 7 металлопластикового баллона на съемном технологическом оборудовании.FIG. 4 - fastening elements 7 of a metal-plastic container on removable processing equipment.

Предложенный способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления для космического аппарата включает изготовление металлического лейнера 1, имеющего верхнее и нижнее выпуклые днища 2, 3 одинаковой толщины, которые герметично соединяются своими краями по периметру 4; термическую обработку металлического лейнера 1, нанесение антикоррозионного покрытия на его внешнюю поверхность и изготовление внешней упрочняющей армирующей оболочки 5 из ленточного композиционного материала методом мокрой кольцевой намотки нитей армирующего материала, сформированных в ленту 6 и пропитанных связующим, причем намотка ленты 6 осуществляется с натяжением; изготовление элементов крепления 7 одной и той же лентой 6 в процессе намотки внешней упрочняющей армирующей оболочки 5, при этом намотку каждой ленты выполняют с образованием петли 9 посредством намотки на пластину 10, закрепленную снаружи технологического разборного съемного кольца 11, которое предварительно неподвижно устанавливают относительно баллона в плоскости соединения днищ 2, 3 с последующим его удалением после создания элементов крепления 7; петли 9 выполняют равномерно размещенными снаружи по периметру 4 соединения днищ 2, 3 и скрепляют попарно 12 при помощи пластин 10 в одной точке с равномерным натяжением, а пластины 10 устанавливают на равноудаленном от баллона расстоянии и каждую из них выполняют с отверстием 13 в центральной ее части для возможности крепления баллона резьбовыми соединениями к месту крепления 8 на космическом аппарате; операцию сушки и полимеризации упрочняющей армирующей оболочки; операцию автофреттажа.The proposed method of manufacturing a metal-plastic high-pressure balloon for a spacecraft includes the manufacture of a metal liner 1 having upper and lower convex bottoms 2, 3 of the same thickness, which are hermetically connected with their edges around the perimeter 4; heat treatment of the metal liner 1, applying a corrosion-resistant coating to its outer surface and manufacturing the outer reinforcing reinforcing shell 5 from the tape composite material by wet ring winding of the threads of the reinforcing material formed into a tape 6 and impregnated with a binder, and the tape 6 is wound with tension; the manufacture of fasteners 7 with the same tape 6 during winding of the external reinforcing reinforcing sheath 5, while the winding of each tape is carried out with a loop 9 by winding on a plate 10 fixed to the outside of the collapsible removable ring 11, which is preliminarily fixed relative to the cylinder the connection plane of the bottoms 2, 3 with its subsequent removal after creating the fastening elements 7; the loops 9 are made uniformly placed outside the perimeter 4 of the connection of the bottoms 2, 3 and fastened in pairs 12 with the help of plates 10 at a single point with uniform tension, and the plates 10 are installed at a distance equally spaced from the cylinder and each of them is made with a hole 13 in its central part for the possibility of fastening the balloon with threaded connections to the mounting point 8 on the spacecraft; the drying and polymerization of the reinforcing reinforcing shell; autofretting operation.

Отличительными признаками являются:Distinctive features are:

1) Каждое резьбовое соединение изготавливают с болтом 14 с головкой 15 и гайкой 16 с расположением их с наружной и внутренней сторон, соответственно, места крепления 8 на космическом аппарате и пластины 10. Места крепления на космическом аппарате изготавливают с радиальными отверстиями 17 напротив отверстий 13 пластин 10 и с диаметром, большим диаметра болта 14 с возможностью вращения его с заданным телесным углом 18. Головку 15 и гайку 16 изготавливают с шайбами 19, 20, причем гайку 16 - с элементом законтривания ее относительно болта 14, например в виде штифта 21, а шайбы 19, 20 каждого болта 14 изготавливают с одной их стороны со сферически-выпуклыми кольцевыми поверхностями 22, 23, соответственно, с наружных сторон места крепления 8 на космическом аппарате и пластины 10, которые выполняют, соответственно, с ответными сопряженными поверхностями 24, 25 для упомянутых поверхностей 22, 23 шайб 19, 20, а также с возможностями их взаимного скольжения относительно друг друга с заданными телесными углами 18, 26.1) Each threaded connection is made with a bolt 14 with a head 15 and a nut 16 with their location on the outer and inner sides, respectively, of the fastening point 8 on the spacecraft and the plate 10. The fastening places on the spacecraft are made with radial holes 17 opposite the holes 13 of the plates 10 and with a diameter larger than the diameter of the bolt 14 with the possibility of rotation with a given solid angle 18. The head 15 and the nut 16 are made with washers 19, 20, and the nut 16 with its locking element relative to the bolt 14, for example in the form of pcs 21, and the washers 19, 20 of each bolt 14 are made on one side with spherically convex annular surfaces 22, 23, respectively, on the outer sides of the attachment point 8 on the spacecraft and the plate 10, which perform, respectively, with mating counter surfaces 24, 25 for the said surfaces 22, 23 of the washers 19, 20, as well as with the possibility of their mutual sliding relative to each other with given solid angles 18, 26.

Это позволяет повысить надежность баллона, изготавливаемого по предложенному способу как при его изготовлении, так и в процессе его эксплуатации на КА путем того, что в нем каждая пара петель 12 из лент 6 всех элементов крепления 7 баллона обеспечивается с более равномерным натяжением одним натяжным болтом 14 посредством его гайки 16 и с его двух противоположно расположенных круговых шарниров в виде шайб 19, 20 с их кольцевыми полусферическими поверхностями 22, 23, обеспечивающими сразу шесть регулировочно-натяжных степеней свободы одновременно. Для четырех лент 6 одного элемента крепления 7 достаточно четырех регулировочно-натяжных степеней свободы.This improves the reliability of the container manufactured by the proposed method both in its manufacture and in the process of its operation on the spacecraft by the fact that in it each pair of loops 12 of the tapes 6 of all fastening elements 7 of the cylinder is provided with a more uniform tension by one tension bolt 14 by means of its nut 16 and from its two oppositely located circular hinges in the form of washers 19, 20 with their annular hemispherical surfaces 22, 23, which provide at once six adjusting and tension degrees of freedom simultaneously . For four tapes 6 of one fastening element 7, four adjusting and tension degrees of freedom are sufficient.

При натяжении четырех лент 6 одного элемента крепления 7 за их общую точку на пластине 11 за счет вращения в телесном угле 18 головки болта 15 равномерное натяжение обеспечивается для трех указанных лент 6, а натяжение четвертой из этих лент 6 обеспечивается за счет вращения пластины 11 на шайбе 20 в телесном угле 26.When four tapes 6 of one fastening element 7 are tensioned at their common point on the plate 11 due to rotation in the solid angle 18 of the bolt head 15, uniform tension is provided for the three tapes 6, and the fourth of these tapes 6 is tensioned by rotating the plate 11 on the washer 20 in solid angle 26.

На участке выведения КА на рабочую орбиту ракетой-носителем наиболее критичным воздействием ударных и вибрационных механических нагрузок подвергаются элементы крепления 7 баллона, а точнее отдельные ленты 6. Но за счет сферически-шарнирой работы шайб 19, 20 с кольцевыми полусферическими поверхностями 22, 23, обеспечивается сглаживание повышенных механических нагрузок на отдельные ленты 6 по всем элементам крепления 7 баллона и тем самым повышается надежность баллона в процессе его эксплуатации.At the spacecraft launching site into the working orbit, the most critical impact of shock and vibration mechanical loads are the fastening elements of the 7th balloon, or rather individual tapes 6. But due to the spherically-articulated operation of the washers 19, 20 with annular hemispherical surfaces 22, 23, it is ensured smoothing of increased mechanical loads on individual tapes 6 for all fastening elements 7 of the cylinder and thereby increases the reliability of the cylinder during its operation.

В процессе изготовления баллона равномерное натяжение лент 6 всех элементов крепления 7 баллона обеспечивается путем постепенно-последовательного выполнения операций по равномерному натяжению лент 6 каждого из элементов крепления 7 как до выполнения сушки и полимеризации упрочняющей армирующей оболочки 7, так и после.In the process of manufacturing the balloon, the uniform tension of the tapes 6 of all the fasteners 7 of the balloon is ensured by gradually sequentially performing operations to uniformly tension the tapes 6 of each of the fasteners 7 both before drying and polymerization of the reinforcing reinforcing shell 7, and after.

Шайбы 19, 20 изготавливают из материалов, например из бронзы или фторопласта, которые образуют пары со сниженными коэффициентами трения с материалами, из которых изготавливают, соответственно, место крепления 8 на космическом аппарате и пластины 10. Крепление каждой пластины 10 на технологическом разборном съемном кольце 11 выполняют посредством крепежных болтов 27. В технологическом разборном съемном кольце напротив каждого отверстия 13 пластины 10 выполняют отверстия 28 с диаметром, большим диаметра гайки 16 с ее шайбой 20 с возможностью удержания указанной гайки 16 торцевым ключом.The washers 19, 20 are made of materials, for example, bronze or fluoroplastic, which form pairs with reduced friction coefficients with the materials from which, respectively, the attachment point 8 on the spacecraft and the plate 10 are made. The fastening of each plate 10 on a collapsible removable ring 11 performed by means of fixing bolts 27. In a technological collapsible removable ring opposite each hole 13 of the plate 10, holes 28 are made with a diameter larger than the diameter of the nut 16 with its washer 20 with the possibility of holding said nut 16 with a socket wrench.

Это позволяет повысить надежность баллона при его изготовлении и эксплуатации за счет дополнительного повышения равномерности натяжения лент 6 каждого элемента крепления 7 и всех лент 6 баллона путем уменьшения сопротивления вращения шайб 19, 20 в сопряженных их поверхностях 24, 25 на местах крепления 8 КА и на пластине 10, а также обеспечить упрощение установки болтов 14, закрепления ими баллона к месту крепления 8 КА и демонтажа технологического разборного съемного кольца 11 после установки баллона на КА.This allows you to increase the reliability of the container during its manufacture and operation by further increasing the uniformity of the tension of the tapes 6 of each fastener element 7 and all tapes 6 of the balloon by reducing the rotation resistance of the washers 19, 20 in their mating surfaces 24, 25 at the attachment points of 8 KA and on the plate 10, as well as to simplify the installation of bolts 14, their fastening of the balloon to the attachment point 8 of the spacecraft and dismantling of the dismountable technological removable ring 11 after installing the balloon on the spacecraft.

2) Место крепления 8 на космическом аппарате выполняют в виде Г-образного шпангоута внутри контейнера космического аппарата, который изготавливают за одно или жестко связаным его верхней частью 29 с верхней половиной 30 контейнера космического аппарата по ее периметру снизу, а его нижней частью 31 - свисающим вниз внутри контейнера. На свисающей вниз части 31 Г-образного шпангоута выполняют указанные радиальные отверстия 17 напротив отверстий 13 пластин 10, причем указанную верхнюю половину 30 контейнера космического аппарата изготавливают с возможностью ее соединения посредством наружных контейнерных болтов 32 с нижней половиной 33 контейнера космического аппарата, например, с применением эластичной герметизирующей прокладки 34 для случая герметичного контейнера КА.2) The attachment point 8 on the spacecraft is made in the form of a L-shaped frame inside the container of the spacecraft, which is made for one or rigidly connected its upper part 29 with the upper half 30 of the container of the spacecraft along its perimeter from below, and its lower part 31 - hanging down inside the container. On the hanging down part 31 of the L-shaped frame, the indicated radial holes 17 are made opposite the holes 13 of the plates 10, and the said upper half 30 of the container of the spacecraft is made with the possibility of its connection using the outer container bolts 32 with the lower half 33 of the container of the spacecraft, for example, using elastic gasket 34 for the case of a sealed container KA.

Это позволило упростить установку баллона на КА и демонтаж технологического разборного съемного кольца 11, а также выполнять указанные операции в обратном направлении при необходимости и тем самым дополнительно обеспечить повышение надежности баллона в процессе его изготовления. Кроме того, расширить возможности применения предложенного способа для различных типов контейнеров КА (герметичных, негерметичных, цилиндрических или с прямоугольными гранями).This made it possible to simplify the installation of the balloon on the spacecraft and the dismantling of the technological collapsible removable ring 11, as well as to perform the indicated operations in the opposite direction, if necessary, and thereby additionally provide an increase in the reliability of the balloon during its manufacture. In addition, to expand the application of the proposed method for various types of spacecraft containers (sealed, leaky, cylindrical or with rectangular faces).

3) Установку и удаление технологического разборного съемного кольца 11 осуществляют посредством болтов 35 на верхних торцах вертикальных стоек 36, нижние торцы которых изготавливают жестко связанными с опорным основанием 37 вновь введенной станины 38, посредством которой осуществляют как монтаж баллона на место крепления 8 космического аппарата и демонтаж его при необходимости, так и изготовление баллона и его испытания вне космического аппарата.3) The installation and removal of the technological collapsible removable ring 11 is carried out by means of bolts 35 on the upper ends of the uprights 36, the lower ends of which are made rigidly connected with the support base 37 of the newly introduced frame 38, by which the cylinder is mounted on the mounting place 8 of the spacecraft and dismantled if necessary, as well as the manufacture of the balloon and its testing outside the spacecraft.

Это позволило упростить изготовление и установку баллона на КА, а также выполнять указанные операции в обратном направлении при необходимости и, тем самым, дополнительно обеспечить повышение надежности баллона в процессе его изготовления. Кроме того, расширить возможности применения предложенного способа посредством вновь введенной станины 38 для изготовления внешней упрочняющей армирующей оболочки 5 из ленточного композиционного материала на наружной поверхности лейнера 1, проводить испытания баллона вне КА при его наземной отработке с последующей установкой на КА посредством указанной станины.This made it possible to simplify the manufacture and installation of the balloon on the spacecraft, as well as to perform the indicated operations in the opposite direction, if necessary, and, thereby, to further increase the reliability of the balloon during its manufacture. In addition, to expand the application of the proposed method by means of a newly introduced bed 38 for manufacturing an external reinforcing reinforcing shell 5 from tape composite material on the outer surface of liner 1, test the balloon outside the spacecraft during ground testing with subsequent installation on the spacecraft using the said bed.

Для обеспечения требуемой прочности и снижения массы конструкции металлопластикового баллона, намотка упрочняющей армирующей оболочки 5 выполнена послойно необходимой толщины, количеством слоев с учетом механических свойств металла лейнера 1, типа армирующих волокон лент 6, с учетом размеров и толщины стенок лейнера 1, а также с учетом ударных и вибрационных нагрузок на баллон при выведении КА на орбиту ракетой-носителем.To ensure the required strength and reduce the weight of the design of the metal-plastic container, the winding of the reinforcing reinforcing shell 5 is made in layers of the required thickness, the number of layers, taking into account the mechanical properties of the metal of the liner 1, such as the reinforcing fibers of the tapes 6, taking into account the size and thickness of the walls of the liner 1, and also taking into account shock and vibration loads on the balloon when the spacecraft is launched into orbit by the launch vehicle.

Обеспечение оптимальных параметров намотки при изготовлении армирующей оболочки 5, таких как угол намотки, натяжение ленты 6 при намотке, перекрытие ее краев при намотке с последующим выполнением элементов крепления 7 конструкции металлопластикового баллона приводит к минимальному воздействию ортогональных внутренних напряжений на стенки лейнера, позволяет обеспечить заданную прочность и приемлемую массу баллона без утолщения стенки лейнера 1, выполнить установку металлопластикового баллона без массивных кронштейнов крепления.Ensuring optimal winding parameters in the manufacture of the reinforcing shell 5, such as the winding angle, the tension of the tape 6 during winding, the overlapping of its edges during winding, followed by the fastening elements 7 of the construction of the metal-plastic container, minimizes the effect of orthogonal internal stresses on the liner walls, which ensures the specified strength and an acceptable mass of the cylinder without thickening the wall of the liner 1, install the metal-plastic cylinder without massive mounting brackets.

Металлопластиковый баллон перед установкой на КА подвергается технологической операции автофреттажа - нагружения его внутренним давлением, устраняющим в металле лейнера 1 остаточные деформации. В результате чего, после снятия давления, в лейнере 1 создаются сжимающие, а в армирующей оболочке 5 из композиционного материала - растягивающие напряжения в таком соотношении, что при условиях разрушения металлопластикового баллона металлический лейнер 1 и армирующая оболочка 5, имеющие различные модули упругости, разрушаются одновременно, реализуя наиболее полно прочность баллона таким взаимодействием между собой.The metal-plastic cylinder, before being installed on the spacecraft, undergoes the autofretting process — loading it with internal pressure, which eliminates residual deformations in the metal of liner 1. As a result, after depressurization, compressors are created in the liner 1, and tensile stresses are created in the reinforcing shell 5 from the composite material in such a ratio that under the conditions of the destruction of the metal-plastic cylinder, the metal liner 1 and the reinforcing shell 5 having different elastic moduli are destroyed simultaneously , realizing most fully the strength of the cylinder in such an interaction with each other.

Изготовление внешней упрочняющей армирующей оболочки 7 баллона осуществляют после выполнения термической обработки металлического лейнера 1; нанесения антикоррозионного покрытия на внешнюю поверхность металлического лейнера 1.The manufacture of an external reinforcing reinforcing shell 7 of the cylinder is carried out after performing heat treatment of the metal liner 1; applying a corrosion-resistant coating to the outer surface of the metal liner 1.

Перед изготовлением внешней упрочняющей армирующей оболочки 5 на наружной поверхности лейнера 1, станину 38 подготавливают к работе. Для этого на верхние торцы ее вертикальных стоек 36 посредством болтов 35 закрепляют секции технологического разборного съемного кольца 11 и устанавливают на него пластины 10 посредством крепежных болтов 27. Затем устанавливают и закрепляют над станиной 38 лейнер 1 с применением технологических мягких лямок и подпорок так, чтобы его периметр 4 соединения днищ 2, 3 находился напротив отверстий 13 пластин 10. После этого начинают изготовление внешней упрочняющей армирующей оболочки 5 сначала предварительно с возможностью удаления технологических мягких лямок и подпорок и удержания лейнера в установленном положении, а затем окончательно по следующей уже описанной технологии, а именно, из ленточного композиционного материала методом мокрой кольцевой намотки нитей армирующего материала, сформированных в ленту 6 и пропитанных связующим, причем намотка ленты 6 осуществляется с натяжением; элементов крепления 7 баллона к месту крепления 8 космического аппарата, которые изготавливают одной и той же лентой 6 в процессе намотки внешней упрочняющей армирующей оболочки 5, при этом намотку каждой ленты выполняют с образованием петли 9 посредством намотки на пластину 10, закрепленную снаружи технологического разборного съемного кольца 11, которое предварительно неподвижно устанавливают относительно баллона в плоскости соединения днищ 2, 3 с последующим его удалением после создания элементов крепления 7; петли 9 выполняются равномерно размещенными снаружи по периметру 4 соединения днищ 2, 3 и скрепляются попарно 12 при помощи пластин 10 в одной точке с равномерным натяжением, а пластины 10 устанавливаются на равноудаленном от баллона расстоянии и каждая из них выполняется с отверстием 13 в центральной ее части для возможности крепления баллона резьбовыми соединениями к месту крепления 8 на космическом аппарате; операцию сушки и полимеризации упрочняющей армирующей оболочки; операцию автофреттажа.Before manufacturing an external reinforcing reinforcing shell 5 on the outer surface of the liner 1, the bed 38 is prepared for work. To do this, on the upper ends of its vertical struts 36, by means of bolts 35, sections of the technological collapsible removable ring 11 are fixed and plates 10 are mounted on it by means of fixing bolts 27. Then, liner 1 is installed and fixed over bed 38 using technological soft straps and supports so that it the perimeter 4 of the connection of the bottoms 2, 3 was opposite the holes 13 of the plates 10. After that, the production of an external reinforcing reinforcing shell 5 is started, first preliminary with the possibility of removing technological soft straps and supports and holding the liner in the installed position, and then finally according to the following technology already described, namely, from a tape composite material by the method of wet ring winding of threads of reinforcing material formed into a tape 6 and impregnated with a binder, and the tape 6 is wound with tension ; fastening elements 7 of the balloon to the fastening point 8 of the spacecraft, which are made with the same tape 6 in the process of winding the outer reinforcing reinforcing shell 5, while the winding of each tape is performed with the formation of a loop 9 by winding on a plate 10, mounted outside the technological collapsible removable ring 11, which is previously fixedly mounted relative to the cylinder in the plane of connection of the bottoms 2, 3, followed by its removal after the creation of the fastening elements 7; the loops 9 are made uniformly placed outside the perimeter 4 of the connection of the bottoms 2, 3 and fastened in pairs 12 with the help of plates 10 at one point with uniform tension, and the plates 10 are installed at a distance equally spaced from the cylinder and each of them is made with a hole 13 in its central part for the possibility of fastening the balloon with threaded connections to the mounting point 8 on the spacecraft; the drying and polymerization of the reinforcing reinforcing shell; autofretting operation.

Переустановка баллона после его изготовления со станины на КА выполняется следующим образом. Верхнюю половину 30 контейнера КА опускают краном сверху на станину так, чтобы радиальные отверстиями 17 Г-образного шпангоута 8 были расположены напротив отверстий 13 пластин 10. Затем устанавливают болты 14 с их шайбами 19, 20, гайками 16. Далее, посредством гаек 16 выбирают слабину болтов 14 с обеспечением предварительных усилий, позволяющих снятие технологического разборного съемного кольца 11, и чтобы при этом положение баллона не изменилось. Демонтаж технологического разборного съемного кольца 11 выполняют отдельными его секциями с предварительным снятием их болтов 35 и удаляют станину из полости верхней половины контейнера 30 путем его подъема краном. Далее окончательно регулируют равномерное натяжение всех лент 6 элементов крепления 7, после чего гайки контрят относительно болта 14, например, штифтами 21, осуществляют штатную заправку баллона рабочим телом, например газообразным ксеноном с требуемым избыточным давлением, затем присоединяют нижнюю половину 33 контейнера посредством наружных контейнерных болтов 32 и с применением эластичной герметизирующей прокладки 34 для случая герметичного контейнера КА.Reinstallation of the cylinder after its manufacture from the bed to the spacecraft is performed as follows. The upper half 30 of the spacecraft container is lowered by a crane from above onto the bed so that the radial holes 17 of the L-shaped frame 8 are located opposite the holes 13 of the plates 10. Then, the bolts 14 with their washers 19, 20, nuts 16 are installed. Then, using the nuts 16, select the slack bolts 14 with the provision of preliminary efforts, allowing the removal of technological collapsible removable ring 11, and so that the position of the container does not change. The dismantling of the technological collapsible removable ring 11 is carried out in separate sections with the preliminary removal of their bolts 35 and the bed is removed from the cavity of the upper half of the container 30 by lifting it with a crane. Next, the uniform tension of all the tapes 6 of the fastening elements 7 is finally regulated, after which the nuts are counter-checked relative to the bolt 14, for example, with pins 21, the cylinder is filled in full with a working fluid, for example, gaseous xenon with the required overpressure, then the lower half of the container is connected via external container bolts 32 and using an elastic gasket 34 for the case of a sealed container KA.

Предложенный способ планируется применять для изготовления металлопластиковых баллонов высокого давления для КА вновь предстоящих разработок.The proposed method is planned to be used for the manufacture of metal-plastic high-pressure cylinders for spacecraft of the upcoming developments.

Claims

1. A method of manufacturing a metal-plastic high-pressure balloon for a spacecraft, including the manufacture of a metal liner having upper and lower convex bottoms of the same thickness, which are hermetically connected with the edges around the perimeter; heat treatment of a metal liner, applying an anticorrosive coating to its outer surface and manufacturing an external reinforcing reinforcing shell from a tape composite material by wet ring winding of threads of reinforcing material formed into a tape and impregnated with a binder, and the tape is wound with tension; the manufacture of cylinder attachment elements with the same tape during the winding process of the external reinforcing reinforcing shell, in which each tape is wound with a loop by winding onto a plate fixed to the outside of the collapsible removable ring, which is preliminarily fixed relative to the cylinder in the connection plane of the bottoms, followed by removing it after creating the fasteners; the loops are evenly distributed outside the perimeter of the bottom connection and fastened in pairs using plates at the same point with uniform tension, and the plates are installed at a distance equally spaced from the cylinder and each of them is made with a hole in its central part to allow the cylinder to be screwed to the attachment point on the spacecraft; carry out drying and polymerization operations of the reinforcing reinforcing shell, an autofrettage operation, characterized in that each threaded connection is made with a bolt with a head and a nut with their location on the outer and inner sides of the mounting point on the spacecraft and plate, and the mounting place on the spacecraft is made with radial holes opposite the holes of the plates and with a diameter larger than the diameter of the bolt, with the possibility of rotation in a given solid angle; the head and nut are made with washers, and the nut with its locking element relative to the bolt, for example in the form of a pin, and the washers of each bolt are made on one side with spherically convex annular surfaces, respectively, on the outer sides of the attachment point on the spacecraft and plates which are performed with mating mating surfaces for said washer surfaces, as well as with the possibilities of their mutual sliding relative to each other; the washers are made of materials, for example, bronze or fluoroplastic, which form pairs with reduced friction coefficients with the materials from which the attachment point on the spacecraft and the plate are made, respectively; the fastening of each plate on a technological collapsible removable ring is performed by means of fixing bolts; in the technological collapsible removable ring opposite each hole of the plate, holes with a diameter larger than the diameter of the nut with its washer are made with the possibility of holding said nut with an allen key.

2. A method of manufacturing a metal-plastic high-pressure balloon for a spacecraft according to claim 1, characterized in that the mounting location on the spacecraft is made in the form of a L-shaped frame inside the container of the spacecraft, which is made for one or rigidly connected upper part with the upper half the container of the spacecraft along its perimeter from below, and its lower part - hanging down inside the container; on the hanging down part of the L-shaped frame, the indicated radial holes are made opposite the plate openings, and the specified upper half of the spacecraft container is made with the possibility of its connection by means of external container bolts with the lower half of the spacecraft container, for example, using an elastic sealing strip for the case of a sealed space container apparatus.

3. A method of manufacturing a metal-plastic high-pressure balloon for a spacecraft according to claim 1 or 2, characterized in that the installation and removal of the collapsible technological removable ring is carried out by means of bolts on the upper ends of the uprights, the lower ends of which are made rigidly connected to the support base of the newly introduced bed .