Труба-оболочка из композиционных материалов
Изобретение относится к конструкциям оболочек и может быть использовано в трубах-оболочках из композиционных материалов, в частности в отсеках, соединительных корпусах летательных аппаратов В трубе-оболочке из композиционных материалов, содержащей соответствующий ее профилю силовой каркас арочной реберно-ячеистой структуры с концевыми шпангоутами, с легким заполнителем между ребрами, образованный слоями систем перекрещивающихся высокомодульных нитей спирального и кольцевого направления, скрепленными отвержденным полимерным связующим, легкий заполнитель выполнен из вспененного полиэтилена, омоноличенного со сторон ребер силового каркаса сплошными пленками полиэтилена с плотностью 0,6-0,8 г/см3 , при его удельной плотности 0,1-0,15 г/см3, снабженного сетчатой подложкой из стекло- или базальтоткани, скрепленной с ним клеевым составом на основе химически сшивающегося полиолефина, расположенной по внутренней поверхности силового каркаса арочной реберно-ячеистой структуры и скрепленной с ним полимерным связующим. Техническим результатом изобретения является весовое совершенство, повышенная прочность и надежность конструкции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к оболочечным конструкциям и может быть использовано в трубах-оболочках из композиционных материалов, в частности в отсеках, соединительных корпусах летательных аппаратов.
К трубам-оболочкам из композиционных материалов предъявляются повышенные требования по обеспечению ими высокой жесткости, прочности и надежности при минимальных весовых показателях.
Известна труба-оболочка из композиционных материалов, содержащая соответствующий ее профилю силовой каркас реберно-ячеистой структуры с концевыми шпангоутами, с легким заполнителем между ребрами, образованный слоями систем перекрещивающихся высокомодульных нитей спирального и кольцевого направления, скрепленными отвержденным полимерным связующим (патент RU №2107215, МПК6 F 16 L 9/12, 1997).
Известна труба-оболочка из композиционных материалов с легким заполнителем в ячейках (патент RU №2096678, МПК6 F 16 L 9/12, 1995).
Известна аналогичная оболочка из композиционных материалов (патент US №4278485, НКИ 156-173, 1989).
К недостаткам известных труб-оболочек следует отнести наличие пористой структуры легкого заполнителя со стороны ребер, значительные геометрические отклонения профиля ребер от заданных, непроклеи и слабая прочностная связь указанных элементов, снижающих прочность и надежность конструкции, завышенные весовые параметры, неэффективное использование материалов при изготовлении. При выполнении пазов в легком заполнителе вскрываются поры.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является труба-оболочка по патенту RU №2107215.
Основной задачей является создание труб-оболочек с силовым каркасом реберно-ячеистой конструкции и легким заполнителем в его ячейках, в которых бы геометрические параметры многочисленных ребер соответствовали бы заданным.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение прочности, надежности и весового совершенства конструкции, повышение технологичности при изготовлении.
Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения свойств легкого заполнителя, повышения монолитности, введения плотной структуры со стороны ребер каркаса, введения армирующей подложки по поверхности наименьшего радиуса, использования новой концепции распределения напряжений.
Для этого в трубе-оболочке из композиционных материалов, содержащей соответствующий ее профилю силовой каркас арочной реберно-ячеистой структуры с концевыми шпангоутами, с легким заполнителем между ребрами, образованным слоями систем перекрещивающихся высокомодульных нитей спирального и кольцевого направления, скрепленных отвержденным полимерным связующим, легкий заполнитель выполнен из вспененного полиэтилена, омоноличенного со стороны ребер силового каркаса сплошными пленками полиэтилена с плотностью 0,6-0,8 г/см3 при его удельной плотности 0,1-0,15 г/см3, снабженного сетчатой подложкой из стекло- или базальтоткани, скрепленной с ним клеевым составом на основе химически сшивающегося полиэтилена, расположенной по внутренней поверхности силового каркаса арочной реберно-ячеистой структуры и скрепленной с ним полимерным связующим. Сетчатая подложка может быть выполнена в виде одинарного слоя стекло- или базальтоткани, а в качестве клеевого состава для скрепления подложки с легким заполнителем использован химически сшивающийся полиолефин. Полимерное связующее в качестве основы может содержать эпоксидную смолу.
Отличительными особенностями трубы-оболочки из композиционных материалов являются признаки:
- выполнение легкого заполнителя из вспененного полиэтилена,
- омоноличивание легкого заполнителя со сторон ребер силового каркаса сплошными пленками полиэтилена с плотностью 0,6-0,8 г/см3 при его удельной плотности 0,1-0,15 г/см3,
- снабжение легкого заполнителя сетчатой подложкой из стекло- или базальтоткани, расположенной по внутренней поверхности силового каркаса арочной реберно-ячеистой структуры,
- скрепление подложки полимерным связующим, например, содержащим эпоксидную смолу, а со стороны заполнителя химически сшивающимся полиолефином,
- выполнение подложки в виде одинарного слоя стекло- или базальтоткани.
Указанные отличительные признаки трубы-оболочки из композиционных материалов являются существенными, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Наличие в легком заполнителе в поверхностных слоях со стороны ребер сплошных пленок большей плотности и армирующей подложки из тканого наполнителя позволяет с большей нагрузочной способностью подключать к работе реберно-ячеистой структуры в напряженно-деформированном состоянии легкий заполнитель, что позволяет создавать трубы-оболочки меньшей массы и повысить их весовое совершенство
Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружены, что характеризует предложенное техническое решение соответствием критерию "Новизна".
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу создания труб-оболочек более совершенной конструкции и достичь нового технического результата, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом научно-исследовательских и экспериментальных исследований, творческого вклада без использования стандартов или рекомендаций в данной области техники, является оригинальным и неочевидным для специалистов, создано с использованием новой концепции распределения напряжений по всему объему заполнителя, соответствует критерию "Изобретательский уровень".
Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием.
На фиг.1 представлен общий вид трубы-оболочки из композиционных материалов; на фиг.2 - поперечное сечение трубы-оболочки в аксиально-радиальном направлении.
Более подробное описание сущности изобретения с показом позиций на чертежах состоит в следующем.
Труба-оболочка из композиционных материалов (фиг.1) содержит соответствующий ее профилю силовой каркас 1 арочной реберно-ячеистой структуры с концевыми шпангоутами 2, 3, с легким заполнителем 4 между ребрами 5-7, образованный слоями систем перекрещивающихся нитей 8-10 спирального и кольцевого направления, скрепленными отвержденным полимерным связующим. Легкий заполнитель 4 выполнен из вспененного полиэтилена, омоноличенного со сторон ребер 5-7 силового каркаса 1 сплошными пленками 11 полиэтилена с плотностью 0,6-0,8 г/см3 при его удельной плотности 0,1-0,15 г/см3, снабженный сетчатой подложкой 12 из стекло- или базальтоткани, скрепленной с ним клеевым составом на основе химически сшивающегося полиолефина, расположенной по внутренней поверхности 13 силового каркаса 1 арочной реберно-ячеистой структуры и скрепленной с ним полимерным связующим. Сетчатая подложка 12 может быть выполнена в виде одинарного слоя стекло- или базальтоткани. В качестве клеевого состава для скрепления подложки 12 с легким заполнителем 4 может быть использован химически сшивающийся полиолефин, а полимерное связующее для скрепления подложки 12 с каркасом 1 в качестве основы может содержать эпоксидную смолу.
Функционирование трубы-оболочки из композиционных материалов заключается в восприятии ее силовым каркасом 1 арочной реберно-ячеистой структуры сжимающих, растягивающих, изгибающих нагрузок или их комбинации через воздействующие на него концевые шпангоуты 2, 3 и нахождении его ребер 5-7, легкого заполнителя 4 и подложки 12 в напряженно-деформированном состоянии. Передача нагрузки и деформаций в легкий заполнитель 4 происходит от ребер 5-7 через сплошные пленки 11 вспененного полиэтилена повышенной плотности и подложки 12 через клеевые прослойки.
Трубы-оболочки из композиционных материалов, изготовленные с использованием нового технического решения, обладали повышенным качеством, наиболее эффективным расположением армирующих нитей в ребрах. При испытаниях трубы-оболочки показали положительные результаты.
Таким образом, новое техническое решение при реализации в трубах-оболочках из композиционных материалов воспроизводимо промышленным способом, подтверждено новым техническим результатом, выраженным повышенной прочностью, надежностью и весовым совершенством, соответствует и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.
Объем изобретения следует понимать шире, чем то конкретное выполнение. приведенное в описании, формуле и чертежах. Форма выполнения изобретения представляет собой только возможные предпочтительные варианты его осуществления. Могут быть различные комбинации в отношении размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема технического решения, изложенного в пунктах формулы, с проявлением этих и других свойств, изложенных в описании.
Формула изобретения
1. Труба-оболочка из композиционных материалов, содержащая соответствующий ее профилю силовой каркас арочной реберно-ячеистой структуры с концевыми шпангоутами, с легким заполнителем между ребрами, образованный слоями систем перекрещивающихся высокомодульных нитей спирального и кольцевого направления, скрепленными отвержденным полимерным связующим, отличающаяся тем, что легкий заполнитель выполнен из вспененного полиэтилена, омоноличенного со сторон ребер силового каркаса сплошными пленками полиэтилена с плотностью 0,6-0,8 г/см3 , при его удельной плотности 0,1-0,15 г/см3, снабженного сетчатой подложкой из стекло- или базальтоткани, скрепленной с ним клеевым составом на основе химически сшивающегося полиолефина, расположенной по внутренней поверхности силового каркаса арочной реберно-ячеистой структуры и скрепленной с ним полимерным связующим.
2. Труба-оболочка по п.1, отличающаяся тем, что сетчатая подложка выполнена в виде одинарного слоя стекло- или базальтоткани, а в качестве клеевого состава для скрепления подложки с легким заполнителем использован химически сшивающийся полиолефин.
3. Труба-оболочка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что полимерное связующее в качестве основы ее содержит эпоксидную смолу.
