RU2684699C1 - Сетчатая оболочка из композиционных материалов - Google Patents

Сетчатая оболочка из композиционных материалов Download PDF

Info

Publication number
RU2684699C1
RU2684699C1 RU2018124142A RU2018124142A RU2684699C1 RU 2684699 C1 RU2684699 C1 RU 2684699C1 RU 2018124142 A RU2018124142 A RU 2018124142A RU 2018124142 A RU2018124142 A RU 2018124142A RU 2684699 C1 RU2684699 C1 RU 2684699C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frames
layers
metal
composite materials
frame
Prior art date
Application number
RU2018124142A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Иванович Андронов
Антон Александрович Бабичев
Валерий Витальевич Васильев
Александр Николаевич Палкин
Виталий Ираклиевич Сисаури
Original Assignee
Акционерное общество "Центр перспективных разработок АО ЦНИИСМ"
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 "Центр перспективных разработок АО ЦНИИСМ" filed Critical Акционерное общество "Центр перспективных разработок АО ЦНИИСМ"
Priority to RU2018124142A priority Critical patent/RU2684699C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2684699C1 publication Critical patent/RU2684699C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/12Rigid pipes of plastics with or without reinforcement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях автомобильной, авиационной, ракетной и космической техники. Сетчатая оболочка из композиционных материалов 1 содержит соответствующий ее профилю силовой каркас 2 в виде реберно-ячеистой структуры с концевыми шпангоутами 3. Каркас образован слоями систем перекрывающихся высокомодульных нитей, скрепленных отвержденным полимерным связующим. Концевые шпангоуты 3 выполнены металлическими и содержат на своей внешней поверхности сходящиеся и расходящиеся пазы 4. Пазы 4 имеют как минимум один кольцевой пояс пересечений 5 и спрофилированы в своем поперечном сечении и по длине расположения под ребра концевой части силового каркаса 2, в которых расположены последние. Технический результат заключается в расширении области применимости оболочек из композиционных материалов за счет повышения прочности, жесткости и надежности конструкции. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях автомобильной, авиационной, ракетной и космической техники.
Оболочки из композиционных материалов с реберно-ячеистой (сетчатой) структурой широко используются в виде корпусных элементов, переходных и соединительных отсеков, внешних защитных оболочек и т.д. Использование реберно-ячеистой структуры позволяет существенно повысить прочностные и жесткостные характеристики оболочки при незначительном увеличении погонной массы.
Известна труба-оболочка, в которой кольцевые шпангоуты скреплены между собой симметричными арками и выполнены все вместе из слоистого композиционного материала (свидетельство SU 1099173 A1 F16L 9/12, опубл. 23.06.84, бюл. №23).
Известна труба-оболочка из композиционных материалов, содержащая соответствующий ее профилю силовой каркас в виде наружной и внутренней обечаек с промежуточным слоем пенопласта между ними, с арочной реберно-ячеистой структурной и концевыми шпангоутами, образованными слоями систем перекрещивающихся высокомодульных нитей, скрепленными отвержденным полимерным связующим (патент RU 2531108 С1 МПК F16L9/12 (2006.01), опубл. 20.10.2014).
Известен адаптер в виде сетчатой оболочки вращения конической формы из композиционных материалов, содержащий верхнюю и нижнюю кольцевые полки (шпангоуты) с множеством пересекающихся спиральных, обоих направлений, и кольцевых ребер из однонаправленных полимерных волокон (патент RU 2350818 С2 МПК F16L 9/12 (2006.01), В23В 3/12 (2006.01), опубл. 27.03.2009).
Известна оболочка из композиционных материалов, содержащая соответствующий ее профилю силовой каркас, с реберно-ячеистой структурой и концевыми шпангоутами, образованными слоями систем перекрывающихся высокомодульных нитей, скрепленными отвержденным полимерным связующим, в которой расположена реберно-ячеистая структура с продолжением на всю ширину шпангоутов в местах их взаимного пересечения, шпангоуты выполнены в виде групп сплошных кольцевых слоев перекрестно расположенных однонаправленных жгутов и/или нитей, чередующихся с группами слоев реберно-ячеистой структуры (RU 2531108 С1 МПК F16L 9/12 (2006.01) опубл. 20.10.2014).
Недостатком оболочек по приведенным патентам является их узкая функциональная направленность по конструктивному исполнению и, как следствие, невозможность использования в поле широкого спектра внешних усилий и воздействий при сохранении высоких габаритно-массовых характеристик.
Используемые в оболочках шпангоуты предназначены для объединения концевых частей реберно-ячеистой структуры в единый силовой элемент с возможностью восприятия и передачи внешних нагрузок. Наиболее распространенными соединительными элементами, обычно используемыми для крепления оболочек с ответными узлами общей конструкции, являются резьбовые элементы: винты, болты, шпильки и т.д. Для тонкостенных конструкций, какими являются рассматриваемые оболочки, болты, шпильки необходимо ввинчивать в материал шпангоута. Но резьба в композиционном материале, особенно при многоразовом использовании, имеет низкую прочность и надежность.
Обычно в оболочечных конструкциях из композиционных материалов для создания резьбового соединения используют штифто-шпилечное соединение, для чего в оболочку устанавливается штифт, а в него вворачивается силовая шпилька (например, RU 2514980 С1 МПК F17C 1/06 (2006.01) F17C 1/16 (2006.01) F16J12/00 (2006.01) опубл. 10.05.2014). Использование штифтов увеличивает необходимую площадь контакта металлических соединительных элементов с композиционным материалом и снижает действующие локальные напряжения в последнем. Но для размещения таких штифтов необходима определенная толщина шпангоута (увеличение толщины, массы), которую часто очень трудно обеспечить при имеющихся конструктивных ограничениях. Проблема низкой контактной прочности композиционного материала возникает и в случае действия локальных внешних сил на шпангоут.
Оболочка из композиционных материалов по патенту RU 2531108 является наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка сравнительно простой и технологичной в изготовлении конструкции сетчатой оболочки из композиционных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в расширении области применимости оболочек из композиционных материалов за счет повышения прочности, жесткости и надежности конструкции в местах расположения соединительных элементов и действия локальных нагрузок, повышении удельной объемной эффективности за счет повышения прочности соединений с ответными деталями, в частности резьбовых, с обеспечением высоких уровней надежности и эксплуатационных качеств конструкции таких оболочек, за счет возможности оформления стыковочных торцев с обеспечением необходимой прочности, герметичности и технологичности соединения.
Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что в сетчатой оболочке из композиционных материалов, содержащей соответствующий ее профилю силовой каркас в виде реберно-ячеистой структуры с концевыми шпангоутами, образованный слоями систем перекрывающихся высокомодульных нитей, скрепленных отвержденным полимерным связующим согласно изобретению концевые шпангоуты выполнены металлическими, содержащими на своей внешней поверхности сходящиеся и расходящиеся пазы, имеющие, как минимум, один кольцевой пояс пересечений и спрофилированные в своем поперечном сечении и по длине расположения под ребра концевой части силового каркаса, в которых расположены последние, причем в частных случаях выполнения изобретения, металлические шпангоуты выполнены из сплавов алюминия или титана, металлические шпангоуты выполнены с центральным отверстием под резьбовое соединение, металлические шпангоуты выполнены, с одним, как минимум, кольцевым пазом на своей внешней поверхности, в котором расположены слои пропитанных связующим высокомодульных нитей, чередующихся со слоями высокомодульных нитей силового каркаса в узлах их пересечений.
Отличительными от прототипа признаками заявленной оболочки являются следующие:
а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:
- концевые шпангоуты выполнены металлическими,
- содержащими на своей внешней поверхности сходящиеся и расходящиеся пазы,
- имеющие, как минимум, один кольцевой пояс пересечений,
- и спрофилированные в своем поперечном сечении и по длине расположения под ребра концевой части силового каркаса,
- в которых расположены последние,
б) признаки, характеризующие изобретение в частных случаях:
- металлические шпангоуты выполнены из сплавов алюминия или титана,
- металлические шпангоуты выполнены с центральным отверстием под резьбовое соединение,
- металлические шпангоуты выполнены с одним, как минимум, кольцевым пазом на своей внешней поверхности, в котором расположены слои пропитанных связующим высокомодульных нитей, чередующихся со слоями высокомодульных нитей силового каркаса в узлах их пересечений.
Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков не известна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».
Сетчатая оболочка, в отличие от оболочки по прототипу, обладает более высокой компактностью в зоне расположения соединительных элементов и/или действия локальных нагрузок с сохранением требуемой прочности и надежности, из-за более высокой контактной прочности у конструкционных металлов по сравнению с композиционными материалами.
Высокая прочность и надежность соединения металлического шпангоута с реберно-ячеистым силовым каркасом обеспечивается за счет расположения концевых ребер каркаса в пазах шпангоута с развитой площадью их взаимного контакта. Надежное прилегание и высокая адгезия по всей площади взаимного контакта обеспечивается за счет расположения ребер в пазах на этапе создания всего каркаса путем намотки под натяжением пропитанных связующим высокомодульных нитей - нити заполняют пазы и «утрамбовываются» каждым последующим слоем.
Повышение прочности и надежности соединения металлического шпангоута с реберно-ячеистым силовым каркасом обеспечивается за счет использования пазов сходящимися и расходящимися, что создает эффект клиновидного защемления, а также за счет расположения на шпангоуте, как минимум, одного пояса пересечений пазов. Использованное расположение пазов обеспечивает высокую прочность соединения как при растягивающих, так и при сжимающих осевых нагрузках и позволяет использовать достаточно компактный шпангоут, как по толщине, так и по осевой ширине.
В частном случае исполнения, для расширения прочностных, жесткостных и эксплуатационных характеристик оболочки, шпангоуты могут быть выполнены из сплавов алюминия или титана, а также могут быть выполнены с центральными отверстиями под резьбовое соединение.
В частном случае исполнения прочность соединения металлического шпангоута с реберно-ячеистым каркасом может быть повышена за счет использования кольцевого паза с расположенными в нем пропитанными связующим высокомодульными нитями. Они также укладываются на этапе формирования реберно-ячеистого каркаса, послойно зажимая слои реберной структуры и образовывая с ними монолитную структуру.
Использование металлического шпангоута позволяет применять все существующие в конструкциях сетчатых оболочек с шпангоутами из композиционных материалов варианты соединений, например, осевые шпильки с штифтами или гайками, но также применять некоторые новые варианты, например, радиальные шпильки (болты), соединяющие вставленные один в другой хвостовики (шпангоуты) оболочек или иных узлов, шпоночное соединение, при котором в кольцевом пазе между двумя соединяемыми частями располагаются шпонки, резьбовое соединение одним осевым силовым элементом.
Резьбовое соединение с одним силовым элементом, с резьбой по внутреннему диаметру шпангоута, эффективно для сетчатых оболочек малого диаметра, например в конструкциях тяг управления автомобилей или летательных аппаратов, в которых сетчатые оболочки по критерию удельные осевые нагрузки значительно превосходят металлические варианты и конструкции из композиционных материалов в виде сплошных намотанных оболочек, например таких как «Тяга управления летательного аппарата и способ ее изготовления» (SU 1596626 А1 МПК В64С 13/24 (2000.01) опубл. 10.04.2005 бюл. №10), «Тяга управления толкающе-тянущего типа из пластика, армированного углеродными волокнами» (RU2549730 С2 МПК F16C 7/00 (2006.01) В64С 13/00 (2006.01) опубл. 27.04.2015 бюл. №12).
В совокупности с возможными частными исполнениями предлагаемые оболочки с металлическими шпангоутами значительно расширяют область применимости реберно-ячеистых оболочек с сохранением высоких эксплуатационных характеристик.
Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его, примера реализации и прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 представлена заявляемая сетчатая оболочка. На виде А показан торец металлического шпангоута, с расположенными по окружности пазами, в которых расположены ребра ячеистого каркаса.
Сетчатая оболочка из композиционных материалов 1 содержит реберно-ячеистый каркас 2 и металлические шпангоуты 3. На внешней поверхности шпангоута выполнены сходящиеся и расходящиеся пазы 4, имеющие, как минимум, один кольцевой пояс пересечений 5. В пазах, спрофилированных в своем поперечном сечении и по длине расположения под ребра концевой части силового каркаса, расположены ребра концевой части силового каркаса. На внешней поверхности металлических шпангоутов также выполнены кольцевые пазы 6, в которых расположены слои пропитанных связующим высокомодульных нитей, чередующихся со слоями высокомодульных нитей силового каркаса в узлах их пересечений. На внутренней поверхности шпангоутов выполнена резьба для крепления центральной тяги или шпильки.
Экспериментальная проверка, проводимая на серийном предприятии с использованием промышленного оборудования, подтвердила высокую прочность, надежность и эксплуатационную эффективность предложенной конструкции.

Claims (4)

1. Сетчатая оболочка из композиционных материалов, содержащая соответствующий ее профилю силовой каркас в виде реберно-ячеистой структуры с концевыми шпангоутами, образованный слоями систем перекрывающихся высокомодульных нитей, скрепленных отвержденным полимерным связующим, отличающаяся тем, что концевые шпангоуты выполнены металлическими, содержащими на своей внешней поверхности сходящиеся и расходящиеся пазы, имеющие как минимум один кольцевой пояс пересечений и спрофилированные в своем поперечном сечении и по длине расположения под ребра концевой части силового каркаса, в которых расположены последние.
2. Сетчатая оболочка п. 1, отличающаяся тем, что металлические шпангоуты выполнены из сплавов алюминия или титана.
3. Сетчатая оболочка п. 1, отличающаяся тем, что металлические шпангоуты выполнены с центральным отверстием под резьбовое соединение.
4. Сетчатая оболочка п. 1, отличающаяся тем, что металлические шпангоуты выполнены с одним как минимум кольцевым пазом на своей внешней поверхности, в котором расположены слои пропитанных связующим высокомодульных нитей, чередующихся со слоями высокомодульных нитей силового каркаса в узлах их пересечений.
RU2018124142A 2018-07-02 2018-07-02 Сетчатая оболочка из композиционных материалов RU2684699C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018124142A RU2684699C1 (ru) 2018-07-02 2018-07-02 Сетчатая оболочка из композиционных материалов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018124142A RU2684699C1 (ru) 2018-07-02 2018-07-02 Сетчатая оболочка из композиционных материалов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2684699C1 true RU2684699C1 (ru) 2019-04-11

Family

ID=66168203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018124142A RU2684699C1 (ru) 2018-07-02 2018-07-02 Сетчатая оболочка из композиционных материалов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2684699C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734147C1 (ru) * 2019-12-10 2020-10-13 Акционерное общество "Центр перспективных разработок" Панель крыла или оперения летательного аппарата из слоистых композиционных материалов

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2106971C1 (ru) * 1994-09-30 1998-03-20 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" Несущая труба-оболочка в виде тела вращения из композиционных материалов, способ и оправка для ее изготовления
RU2434748C2 (ru) * 2009-12-22 2011-11-27 Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" Труба-оболочка из композиционного материала
US8444900B2 (en) * 2008-08-15 2013-05-21 Sigma-Tek, Llc Method and system for forming composite geometric support structures
RU2531108C1 (ru) * 2013-07-18 2014-10-20 Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения Оболочка из композиционных материалов
RU176806U1 (ru) * 2017-10-02 2018-01-29 Публичное акционерное общество "Казанский вертолётный завод" (ПАО "Казанский вертолётный завод") Изогридная (сетчатая) хвостовая балка вертолета, изготовленная из композиционных материалов

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2106971C1 (ru) * 1994-09-30 1998-03-20 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" Несущая труба-оболочка в виде тела вращения из композиционных материалов, способ и оправка для ее изготовления
US8444900B2 (en) * 2008-08-15 2013-05-21 Sigma-Tek, Llc Method and system for forming composite geometric support structures
RU2434748C2 (ru) * 2009-12-22 2011-11-27 Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" Труба-оболочка из композиционного материала
RU2531108C1 (ru) * 2013-07-18 2014-10-20 Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения Оболочка из композиционных материалов
RU176806U1 (ru) * 2017-10-02 2018-01-29 Публичное акционерное общество "Казанский вертолётный завод" (ПАО "Казанский вертолётный завод") Изогридная (сетчатая) хвостовая балка вертолета, изготовленная из композиционных материалов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734147C1 (ru) * 2019-12-10 2020-10-13 Акционерное общество "Центр перспективных разработок" Панель крыла или оперения летательного аппарата из слоистых композиционных материалов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10598200B2 (en) Composite tubular structure
JP5462879B2 (ja) 複合タイロッドおよびその作製方法
JP6763032B2 (ja) 風力タービン用ロータ、風力タービン用ロータブレード、およびロータの組立て方法
DK2349703T3 (en) AN OPERATION AND PROCEDURE FOR MAKING A FINAL CONNECTION IN A UNIAXIAL COMPOSITION MATERIAL
RU2684699C1 (ru) Сетчатая оболочка из композиционных материалов
CN105952241B (zh) 一种用于复合材料电线杆快速安装拆卸的组合底座
JPH02147749A (ja) 繊維複合材から成る棒状引張材の固定装置
KR100878180B1 (ko) 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱 합성기둥
RU2103198C1 (ru) Несущая труба-оболочка, панель из композиционных материалов и узел соединения панелей
JP5671096B2 (ja) 接合構造
US20190085884A1 (en) Method for creating a high Tensile Strength Joint for Connecting Rods and Fittings
AT515528B1 (de) Verbindungselement
JP6032848B2 (ja) 接合構造
RU2514980C1 (ru) Армированная оболочка для внутреннего давления из слоистого композиционного материала
US20230204071A1 (en) Composite lug with enhanced performance
US10961711B2 (en) Reinforcement system and a method of reinforcing a structure with a tendon
US10132343B2 (en) High tensile strength joint for connecting rods and fittings
RU2531108C1 (ru) Оболочка из композиционных материалов
RU2533594C1 (ru) Корпус ракетного двигателя твердого топлива из композиционных материалов
BR102014010863B1 (pt) estrutura tubular para uso em ambientes de alta pressão e método de manufatura de uma estrutura tubular para uso em ambientes de alta pressão
DE102014208923B4 (de) Verfahren zur Verbindung eines Triebwerk-Gehäuseelements aus Faserverbundmaterial mit einem metallischen Anschlusselement
CN114319109B (zh) Frp构件的粘结型夹具及其安装方法
RU2309848C1 (ru) Композитный резьбовой соединительный элемент
DE102014208921B4 (de) Triebwerkaußenstruktur aus Faserverbundwerkstoff mit integralem metallischen Anschlusselement
JP2002235494A (ja) セグメント