Торовый опорный шпангоут из композиционного материала

 

ТОРОВЫЙ ОПОРНЫЙ ШПАНГОУТ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, имеющий прямоугольное поперечное сечение и образованньй чередующимися слоями непрерывных армирующих волокон кольцевой намотки, содержащий оправку-каркас из двух концентрично расположенных колец, зазор между которьал заполнен легким и жестким материалом, отличающийс я тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, обеспечения контролируемой сборки с оболочкой по наружной и внутрейней поверхностям , снижения сборочных и эксплуатационных нагрузок в силовых слоях шпангоута, он вьтолнен разъемным из одного или нескольких элементов, а ;концентрические кольца оправкикаркаса вьшолнены в виде бесконечной ленты, имеющей по краям петли с заформованными в них штифтами уз (О ла разъема, причем заполнитель оправки-каркаса расположен между ветвями одной ленты или между двумя лентами с расположенными зазора ветвями.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) Е 04 С 2/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПОДЕ А 3 Б (21) 3677284/23-33, 3677282/29-33 (22) 14.12.83 (46) 15.06.85. Бюл. Ф 22 (72) А.К.Добровольский, В.M.Êóçíåöîâ, В.В,Игнатьев и А.Н.Силаев (71) Научно-исследовательский институт проблем машиностроения при

МВТУ им. Н.Э.Баумана (53) 621.643,4(088.8) (56) Ф.Уилсон. Оснащение самолетного и ракетного производства. M.

Машиностроение, 1967, с ° 350.

Авторское свидетельство СССР

У 870633, кл. E 04 С 2/24, 1979 (прототип) ° (54)(57) ТОРОВЫЙ ОПОРНЫЙ ШПАНГОУТ

ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, имеющий прямоугольное поперечное сечение и образованный чередующимися слоями непрерывных армирующих волокон кольцевой намотки, содержащий

„„Я0„„1161677 оправку-каркас из двух концентрично расположенных колец, зазор между которьлки заполнен легким и жестким материалом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, обеспечения контролируемой сборки с оболочкой по наружной и внутренней поверхностям, снижения сборочных и эксплуатационных нагрузок в силовых слОях шпангоута, он выполнен разъемным из одного или нескольких элементов, а:концентрические. кольца оправкикаркаса выполнены в виде бесконечной ленты, имеющей по краям петли с заформованными в них штифтами узла разъема, причем заполнитель оправки-каркаса расположен между ветвями одной ленты или между двумя лентами с расположенными без зазора ветвями.

1161677

Изобретение относится к переработке композиционных материалов в конструкциях, получаемых методом намотки, и может быть использовано в различных отраслях народного хо- 5 зяйства при производстве шпангоутов, опорных поясов, ложементов, трехслойных оболочек и т.п.

Цель Изобретения — упрощение технологии изготовления шпангоута, обеспечение контролируемой сборки шпангоута с оболочкОй по наружной и внутренней поверхностям, снижение сборочных и эксплуатационных нагрузок в силовых слоях шпангоута. 15

На фиг. 1 изображен разъемный шпангоут с заполнителем между двумя лентами, ветви которых не имеюг зазора на фиг, 2 — шпангоут с заполнителем, расположенным между вет- 29 вями одной ленты фиг. 3 — регулируемый узел разъема шпангоута, на фиг, 4,5 и 6 — последовательность операций по изготовлении шпангоута с заполнителем между двумя лентами. р

Торовый разъемный шпангоут из композиционного материала (KN) выполнен разъемным и включает оправкукаркас, состоящую из одного или более элементов (на фиг. 1 и 2 иэ двух), каждый из которых имеет внутреннюю 1 и внешнюю 2 дуги концентрических колец, которые выполнены в виде бесконечной ленты.

Легкий и жесткой материал 3 запол3S няет пространство между двумя лентами с расположенными без зазора ветвями (фиг. 1) или между ветвями одной ленты (фиг. 2). Элементы каркаса обмотаны слоями КМ 4 с поперечным расположением волокон.

Дуги концентрических колец оправки каркаса, выполненные из бесконечной ленты с продольной ориентацией волокон KN имеют по концам петли с заформованными в них закладными элементами 5 со штифтами 6 узла разъема.

Отдельные сегменты соединены между собой в зонах стыка накладка- у ми 7.

Регулируемый узел разъема может иметь устройство (фиг. 3). Он содержит штифт 6, заформованный в петлевое отверстие соединения, силовую у пластину 7, цилиндрическую накладку 8, передающую штифту 6 нагрузку сжатия, винт 9, регулирующий с помощью сухаря 10 величину зазора между торцами разъема. В этом соединении изгибающие моменты, нагрузки растяжения, сжатия и сдвига воспринимаются элементами 6,7, 8 и 10, а винты 9 выполняют регулировочную функцию. В остальных узлах разъема сегменты могут быть соединены накладками в виде пластин с отверстиями в них под штифты.

Последовательность операций по изготовлению оправки-каркаса разъемного шпангоута следующая.

На цилиндрическую оправку 11 а (см. фиг. 4) устанавливают ограничительные кольца 12 с расстоянием между ними, равным ширине оправкикаркаса, причем диаметр цилиндрической оправки может быть определен из формулы где d — диаметр кольца оправки-каркаса шпангоут໠— количество сегментов оправки-каркаса — величина зазора между сегментами оправки.

С необходимым технологическим натяжением в зазор между ограничительными кольцами наматывают слой продольных волокон 13 толщиной, равной половине толщины дуги оправкикаркаса. Затем намотанный слой в незаполимеризованном виде снимают с оправки (см, фиг. 5) и трансформируют в плоскую ленту, используя для этой цели, например, штифты 6.

Ленте придают форму дуги при помощи цилиндрической оправки 14, диаметр которой равен d . Размещенные на оправке кольцевые стенки 15 обеспечивают получение дуги необходимой ширины, После закрепления ленты на оправке связующее в ней полимеризуют, прикладывая к концам ленты необходимое растягивающее усилие (см. фиг. 6), Таким образом получают как внутреннюю, так и внешнюю дуги сегмвнта оправки-каркаса. Эти дуги с заформованными в них штифтами и закладными элементами устанавливают концентрично, промежуток между ними заполняют легким материалом типа йенопласта, а образованный трехслойный кри««««. «инейль«й брус -«атем обм»тынают поперечными слоями ГК11, и«вЂ” пользуя станки с программным управлением типа СНП-3 либо торопим<это««ное оборудование .

Оправку-каркас шпангоута (фпг.2) получают, наматывая слой ВК11 на цилиндрическую оправку, диаметр которой равен где «з — число сегментов (или число разъемов) н шпангоуте д — диаметр внутреннего кольца оправки-каркаса1

С 2 — диаметр внешнего кольца оправки-каркаса; — ширина зазора между сегментами.

Внешняя 1 и внутренняя 2 дуги сегментов изготавливаются одновременно на цилиндрической оправке диаметром. d с расположенным между ветвями ленты заранее отформованным легким и жестким заполнителем 3 (см . фиг. 2), имеющим по концам закладные элементы 5 с отверстиями под штифты 6.

Обмотанные сегменты шпангоутов подвергают полимеризации и соединяют затем между собой накладками с предусмотренными в них отверстиями под штифты. Одна пара накладок может быть регулировочной и иметь конструкцию (фиг. 3), позволяющую изменять расстояние между торцами соседних сегментов шпангоута, уменьшая или увеличивая зазор разъема.

Сборка шпангоута с оболочкой осуществляется следующим образом.

Зазор разъема регулируемого узла соединения шпангоута с помощью винтов 9 сводится к величине, позволяющей свободно совместить шпангоут» с оболочкой по его внутренней или внешней посадочной поверхности. Затем зазор между посадочными поверхностями шпангоута и оболочки выбирается до его полного исчезновения, а достижение необхо116162 ) лимон« е«с! т я г» носа«тки ««, « «с с тлляется за счет да«тьлейи«его уменьшения (или увеличения) зазора разъема.

Предлагаемая кон« трукция шпангоута обеспечивает полученш следующих технических преимуществ по сравнению с. известными вариантами.

Наличие разъема н кольцах оправки-каркаса шпангоута позволяет

10 измерять и регулировать один нэ важнейших технологических параметров величину натяжения слоев материала колец в процессе иэ полимеризации, а это дает возможность активно вли15 ять на структуру материала и его качество и тем самым повысить прочность изделия.

Разъем в шпангоуте, выполненный конструктивно с сохранением целостности армирующих волокон в его силовых слоях, позволяет добиться высоких удельных прочностных характеристик изделия.

3а счет наличия в конструкции шпангоута разъема с узлом соединения, позволяющим регулировать величину зазора разъема как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, появляется возможность llpoизводить сборку шпангоута с сЮолочкой как по его внутренней, так и по внешней посадочным поверхностям, значительно упрощая процесс сборки при его высоком качестве.

Поскольку сборка шпангоута с с«болочкой производится со взаимной компенсацией погрешностей их посадочных поверхностей, снижаются требования к точности изготовления

40 этих посадочных поверхностей, что в свою очередь приводит к значительному снижению стоимости всего иэделия в целом.

Членение шпангоутов на отдельные сегменты позволяет использовать при их производстве оборудование и оснастку уменьшенных размеров, значительно упростить конструкцию применяемых торонамоточных станков либо вообще отказаться от них, что упрощает процесс намотки шпангоута.

1161677

У О

iver, уу ю io

ig

4-4

ut.

1161677

Ai

Заказ 3947/37

696 Подписное филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4