Слоистая обшивка

Изобретение относится к машиностроению и касается создания конструкций из композитных материалов высокоточных изделий космического и наземного назначения, например конических головных обтекателей ракет-носителей, переходных отсеков, кольцевых платформ. Слоистая обшивка выполнена из слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим. Каждый слой ее представляет собой развертку или часть развертки конуса в виде сектора кольца или кругового сектора с центральным углом β. В качестве однонаправленный волокнистого материала использован однонаправленный волокнистый материал, пропитанный полимерным связующим. Центральный угол β сектора кольца или кругового сектора составляет 12÷360 градусов. Каждый из слоев обшивки состоит из уложенных встык друг к другу секторов с одинаковым центральным углом γ, составляющим 1÷30 градусов. В каждом секторе одного слоя волокна однонаправленного волокнистого материала расположены под одинаковым для этого слоя углом ϕ к центральной оси сектора, равным 0÷±90 градусов. Стыки секторов каждого последующего слоя смещены относительно стыков секторов предыдущего слоя на угол δ, составляющий часть центрального угла сектора γ. Технический результат реализации изобретения заключается в создании обшивки со стабильными физико-механическими свойствами. 3 ил.

 

Изобретение относится к конструкциям из композиционных материалов и может быть использовано при производстве высокоточных изделий космического и наземного назначения, например, конических частей головных обтекателей ракет-носителей, переходных отсеков, кольцевых платформ.

К слоистым обшивкам трехслойных оболочек головных обтекателей ракет-носителей предъявляются повышенные требования по стабильности физико-механических свойств и минимальному разбросу физико-механических свойств обшивок в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки.

Известна конструкция обшивки обтекателя, изготовленная в виде плоской развертки конуса, состоящая из нескольких слоев однонаправленного полимерного композиционного материала. Также известна конструкция обтекателя, изготовленная на конической оправке путем последовательной укладки слоев однонаправленного полимерного композиционного материала в виде разверток конуса (Применение конструкционных пластмасс в производстве летательных аппаратов; под редакцией Абибова А.Л., М., Машиностроение, 1971, с.69, с.76). Недостатком указанных конструкций является разброс физико-механических свойств обшивки обтекателя в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки вследствие различного направления армирующих волокон в слоях.

Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является конструкция обшивки конического обтекателя представляющая собой развертку конуса в виде сектора кольца с центральным углом β около 30°, изготовленная из слоев полимерного композиционного материала. Волокна каждого слоя направлены под определенным углом ϕn к центральной оси сектора, где n - номер слоя в обшивке. При этом, если угол укладки волокон n-го слоя на одном крае сектора составляет ϕn, то на другом крае сектора он составит ϕn+β, или при базировании от центральной оси сектора ϕn: на одном крае сектора угол укладки волокон слоя составит ϕn-β/2, на другом ϕn+β/2, т.е. направление укладки слоев в каждом секторе изменяется на угол β. Например, если на центральной оси сектора угол укладки волокон ϕn n-го слоя составляет +30°, то на одном крае сектора он будет равен 0°, на другом крае 60° (Применение конструкционных пластмасс в производстве летательных аппаратов; под редакцией Абибова А.Л., М., Машиностроение, 1971, с.75).

Эта конструкция не обеспечивает требования по выполнению задаваемых физико-механических свойств в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки из-за отклонений направления армирования в слоях.

Задачей является получение слоистой обшивки с заданными физико-механическими свойствами и с минимальным разбросом физико-механических свойств в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки.

Для решения задачи в слоистой обшивке, выполненной из n слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, каждый слой которой представляет собой развертку или часть развертки конуса в виде сектора кольца или кругового сектора с центральным углом β, согласно предлагаемому изобретению в качестве волокнистого материала использован однонаправленный волокнистый материал, пропитанный полимерным связующим, центральный угол сектора кольца или кругового сектора β составляет 12÷360°, каждый из слоев обшивки состоит из уложенных встык друг к другу секторов с одинаковым центральным углом γ=1÷30°, причем в каждом секторе одного слоя волокна однонаправленного волокнистого материала расположены под одинаковым для этого слоя углом ϕn=0÷±90° к центральной оси сектора, а стыки секторов каждого последующего слоя смещены относительно стыков секторов предыдущего слоя на угол δ, составляющий часть центрального угла сектора γ.

Центральный угол развертки конуса β определяется геометрией изделия. Углы ϕn рассчитываются исходя из требуемых физико-механических характеристик обшивки. Центральный угол сектора γ и соответственно количество секторов m определяются исходя из требований к разбросу физико-механических свойств обшивки в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки.

Угол смещения стыков секторов δ обеспечивает сдвижку стыков секторов каждого последующего слоя по отношению к предыдущему и определяется из условия технологичности изготовления изделия при возможном минимальном количестве расположений стыков секторов в отдельных слоях обшивки один над другим. При этом угол смещения стыков секторов δ может быть как одинаковым для всех слоев обшивки, так и различным в каждом слое - δn.

Например, для обшивки в виде развертки конуса в виде сектора кольца с центральным углом β=60°, при количестве секторов m=5, центральный угол сектора γ=12°, при этом при ориентации волокон относительно центральной оси сектора отклонения углов ориентации волокон на краях секторов от заданных составит γ/2=6°.

При более жестких требованиях к разбросу физико-механических свойств обшивки количество секторов увеличивается. И, если обшивка состоит из 4 слоев, для того чтобы стыки секторов в слоях не располагались один над другим, угол смещения секторов δ должен составлять 3°.

Уменьшение угла смещения секторов δ приводит к уменьшению количества возможных расположений стыков секторов в слоях обшивки друг над другом.

Ориентация направления волокон однонаправленного материала может производиться относительно одной из сторон сектора. При этом производится пересчет угла ориентации χnn-γ/2 или χnn+γ/2 в зависимости от выбранной для ориентации стороны сектора.

В качестве материала для слоистой обшивки может быть использованы углеродные, стеклянные, арамидные волокна или их комбинации в виде ленточного или жгутового однонаправленного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим.

Изготовление обшивки производится следующим образом: на однонаправленный волокнистый материал, пропитанный полимерным связующим, накладывается шаблон, имеющий форму сектора с центральным углом сектора γ. Производится ориентация направления волокон однонаправленного материала к центральной оси шаблона под заданным для первого слоя углом ϕ1. Вырезанные сектора слоя 1 укладываются встык один к другому на оснастку до заполнения развертки конуса. Для второго слоя производится ориентация направления волокон однонаправленного материала к центральной оси шаблона под заданным для второго слоя углом ϕ2.

Второй слой начинается с укладки на первый слой первого сектора второго слоя со смещением одной из сторон на угол δ, составляющий часть центрального угла сектора γ. К нему встык укладываются вырезанные сектора слоя 2 до заполнения развертки конуса. И так далее до укладки всех слоев обшивки. Выложенный таким образом пакет слоев формуется по заданному режиму. В результате получается слоистая обшивка с заданными физико-механическими свойствами и с минимальным разбросом физико-механических свойств в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки.

Слоистая обшивка также может изготавливаться в виде конуса или его части. При этом выкладка слоев обшивки и ее формование производится на конической оснастке с углом полураствора α=2÷90°.

Предлагаемые слоистые обшивки можно использовать в трехслойных оболочках, содержащих внутреннюю и наружную обшивки и соединенный с ними средний слой из любого другого материала, отличного от материала обшивок. При этом обшивки могут изготавливаться как отдельно, с последующей склейкой со средним слоем, так и с одновременной склейкой со средним слоем.

Функционирование слоистой обшивки заключается в одновременном подключении к работе всех слоев слоистой обшивки, что обеспечивает получение технического результата.

На фиг.1 представлен общий вид обшивки конического обтекателя и развертка обшивки.

На фиг.2 представлена трехслойная оболочка, представляющая собой половину развертки конуса и содержащая внутреннюю 1, наружную обшивки 2 и соединенный с ними средний слой 3 из алюминиевого сотового заполнителя и трехслойный полуконус со слоистыми обшивками и алюминиевым сотовым заполнителем.

На фиг.3 представлена секторная схема укладки слоев и смещение секторов в слоях слоистой обшивки с одинаковым для всех слоев обшивки углом смещения стыков секторов δ.

Изготавливались слоистые обшивки, представляющие собой развертки конуса в виде:

1) - сектора кольца с центральным углом β=12°;

- центральный угол сектора γ=1°;

- количество слоев 4;

- угол смещения последующего слоя δ=0,25°;

- углы укладки волокон в слоях: ϕ1=30°, ϕ2=-30°, ϕ3=-30°, ϕ4=30°;

2) - сектора кольца с центральным углом β=90°;

- центральный угол сектора γ=18°;

- количество слоев 5;

- угол смещения последующего слоя δ=4,5°;

- углы укладки волокон в слоях: ϕ1=60°, ϕ2=-60°, ϕ3=0°, ϕ4=-60°, ϕ5=60°;

3) - круг (центральный угол β=360°);

- центральный угол сектора γ=30°;

- количество слоев 7;

- угол смещения последующего слоя δ=5°;

- углы укладки волокон в слоях: ϕ1=20°, ϕ2=-20°, ϕ3=0°, ϕ4=90°, ϕ5=0°, ϕ6=-20°, ϕ7=20°.

Материал обшивок - КМУ-4Л на основе: наполнитель - лента углеродная ЛУ-П/0.1А ГОСТ 28006-88, связующее - ЭНФБ (раствор эпоксидных и фенолформальдегидных смол в спирто-ацетоновой смеси) ТУ 1-596-36-82.

Проводились испытания по ГОСТ 25.601-88 образцов, вырезанных из различных зон обшивок в радиальном и кольцевом направлениях на испытательной машине ZWIC 1464.

Отклонения физико-механических свойств от расчетных в радиальном и кольцевом направлениях для обшивок 1, 2, 3 составили:

1) Ex≈0,2%, Еу≈0,1%;

2) Еx≈3%, Еу≈1,4%;

3) Ех≈4,3%, Еу≈3,8%,

где Ex - модуль упругости материала в радиальном направлении,

Еу - модуль упругости материала в кольцевом направлении.

Реализация предложенного технического решения позволяет получить высокоточные изделия космического и наземного применения с повышенными требованиями по стабильности физико-механических свойств и минимальному разбросу физико-механических свойств.

Слоистая обшивка, выполненная из слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, каждый слой которой представляет собой развертку или часть развертки конуса в виде сектора кольца или кругового сектора с центральным углом β, отличающаяся тем, что в качестве волокнистого материала использован однонаправленный волокнистый материал, пропитанный полимерным связующим, центральный угол β сектора кольца или кругового сектора составляет 12÷360°, каждый из слоев обшивки состоит из уложенных встык друг к другу секторов с одинаковым центральным углом γ, составляющим 1÷30°, причем в каждом секторе одного слоя волокна однонаправленного волокнистого материала расположены под одинаковым для этого слоя углом ϕ к центральной оси сектора, равным 0÷±90°, а стыки секторов каждого последующего слоя смещены относительно стыков секторов предыдущего слоя на угол δ, составляющий часть центрального угла сектора γ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству трубопроводного транспорта и используется при сооружении пластмассовых трубопроводов. .

Труба // 2262027
Изобретение относится к строительству и используется при изготовлении пластмассовых труб. .

Изобретение относится к области труб из пластических масс. .
Изобретение относится к композиции на основе сшиваемого полиэтилена, способу изготовления трубы из указанной композиции и трубе. .

Изобретение относится к области производства полимерных труб, армированных усиливающим каркасом, которые могут быть использованы при сооружении трубопроводов для транспортирования газообразных и жидких сред, в том числе химически агрессивных, при высоких давлениях и перепадах температуры.

Изобретение относится к области производства полимерных труб, армированных упрочняющим каркасом, предназначенных для сооружения трубопроводов, транспортирующих жидкие, газообразные среды и пульпы, обладающие химически агрессивными характеристиками при высоких давлениях и колебаниях температур.

Изобретение относится к тонкостенному полому цилиндру, изготовленному из волокнита. .

Изобретение относится к трубам из пластических масс. .

Изобретение относится к трубам из пластических масс. .

Изобретение относится к оборудованию космических кораблей и орбитальных станций и может быть использовано для проведения экспериментов на их борту. .

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к герметичным разъемным соединениям отсеков корпуса. .

Изобретение относится к замкам развернутого положения поворотных конструкций спутника, например панелей солнечных батарей или антенн. .

Изобретение относится к космической технике и предназначено для обеспечения жизнедеятельности на космических орбитальных станциях (КОС) при длительных полетах. .

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано, в частности, при создании искусственных спутников планет. .

Изобретение относится к оборудованию космических аппаратов и может быть использовано для управления параметрами вращения ротатора с экспериментальными объектами и измерения масс этих объектов.

Изобретение относится к космической технике, а конкретнее к области проектирования и эксплуатации систем дозаправки жидких продуктов, используемых на длительно действующих космических орбитальных станциях.

Изобретение относится к космической технике и, в частности, к методам и средствам обеспечения привязки времени регистрации наблюдаемых явлений на борту космического аппарата (КА) к местному времени на Земле.

Изобретение относится к устройствам для крепления объектов, преимущественно космических аппаратов, на адаптерах при одновременном запуске нескольких полезных нагрузок одной ракетой-носителем и может быть использовано в ракетно-космической технике.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании телекоммуникационных спутников с жидкостными контурами (ЖК) охлаждения их приборов.

Изобретение относится к тонкостенному полому цилиндру, изготовленному из волокнита. .
Наверх