Узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом

Авторы патента:

F42B10/46 - обтекаемые носовые конуса; ветровые щитки; обтекатели радиолокационной антенны

F16B17/00 - Соединение конструктивных элементов или деталей машин, у которых часть одного элемента входит в отверстие другого элемента (конструкция шкворней, штифтов или заклепок F16B 19/00; клепка F16B 19/04; средства против смещения штифтов, втулок и т.п. из их рабочего положения, разъемные крепления стержень-гнездо F16B 21/00)

F16B11/00 - Соединения конструктивных элементов склеиванием или прессованием, например холодной сваркой под давлением (неэлектрическая сварка вообще B23K; способы применения клеящих веществ независимо от конфигурации соединяемых поверхностей C09J 5/00)

Владельцы патента RU 2626795:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н. ЕЛЬЦИНА" (ФГАОУ ВПО "УРФУ") (RU)

Изобретение относится к конструкциям соосного соединения полых цилиндрических деталей из различных материалов. Узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом по форме полого цилиндра с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра керамической оболочки, которые соединены соосно внахлестку. Шпангоут выполнен составным из нескольких цилиндрических сегментов, соединенных между собой цилиндрическими сегментными нахлесточными вставками из металлического сплава с увеличенным термическим коэффициентом линейного расширения по сравнению с материалом шпангоута. Изобретение направлено на повышение прочности и жесткости конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соосного нахлесточного соединения полых цилиндрических деталей, а именно, металлических деталей с керамическими или композитными, работающих с неконтролируемым нагревом соединяемых деталей.

Известен узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом с помощью адгезионного клеевого слоя-герметика (Русин М.Ю. Проектирование головных обтекателей ракет из керамических и композиционных материалов. Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005. - 64 с. (с. 55-56, рис. 3.12)). Однако главным недостатком является то, что при неконтролируемом нагреве соединения за счет разности термических коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) металлического шпангоута и керамической оболочки возникают значительные температурные расширения металлического шпангоута и, как следствие, недопустимые радиальные напряжения в керамической оболочке, в связи с чем ограничивается температура эксплуатации соединения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является конструкция соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом, описанная в книге Русина М.Ю. Проектирование головных обтекателей ракет из керамических и композиционных материалов. Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 64 с. (с. 51-53, рис. 3.9.в), где соединение керамической оболочки и шпангоута осуществляется с помощью гофрированного соединительного элемента, позволяющего полностью компенсировать температурные деформации шпангоута и снизить уровень напряжений в керамической оболочке. Главными недостатками этого варианта соединения являются, во-первых, то, что гофрированный элемент снижает прочность и жесткость крепления керамической оболочки к шпангоуту, в связи с чем конструкция не будет выдерживать больших поперечных сил и изгибающих моментов; и, во-вторых, усложняется сборка конструкции.

Технический результат изобретения - уменьшение термических напряжений в керамической оболочке от температурного расширения металлического шпангоута с одновременным повышением жесткости крепления керамической оболочки к шпангоуту.

На чертеже показан общий вид узла соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом.

Шпангоут 1 выполнен в виде цилиндрической оболочки, составленной из нескольких цилиндрических сегментов, имеющих в окружном направлении на краях ступенчатую форму так, как показано на сечении А-А. Между соседними сегментами шпангоута в их ступенчатой части установлены цилиндрические сегменты-вставки 2, выполненные из материала с более высоким термическим коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) (например, из алюминиевого сплава). Эти сегменты-вставки 2 могут быть соединены с сегментами шпангоута 1 либо за счет сварных швов 3, либо с помощью заклепок. В окружном сечении по периметру между сегментами шпангоута 1 и сегментами 2 выполнены зазоры Z. Такой составной шпангоут может быть соединен с корпусом 6 с помощью байонетного соединения. Керамическая оболочка-обтекатель 4 насажена на составной шпангоут и закреплена на нем с помощью высокотемпературного клея-герметика 5.

Устройство работает следующим образом.

При неконтролируемом нагреве происходит расширение, как керамической оболочки-обтекателя, так и шпангоута. Но так как ТКЛР материала сегментов шпангоута 1 выше, чем ТКЛР материала керамической оболочки-обтекателя 4, то сегменты шпангоута 1 будут иметь термические деформации (увеличение диаметра сегментов шпангоута 1) больше, чем термические деформации керамической оболочки. Цилиндрические сегменты-вставки 2, имеющие ТКЛР больше, чем ТКЛР сегментов шпангоута 1, при нагреве получат более значительные деформации, чем деформации сегментов шпангоута 1. За счет этого термического расширения сегмента-вставки 2 произойдет стягивание ступенчатых краев сегментов шпангоута с уменьшением зазоров Z с одновременным сохранением наружного диаметра составного шпангоута.

Длина дуги L_в цилиндрического сегмента-вставки 2 может быть определена по следующей формуле

где α_ш - ТКЛР материала шпангоута; α_к - ТКЛР материала керамической оболочки; α_в - ТКЛР материала цилиндрического сегмента-вставки; D_ш - наружный диаметр шпангоута; D_к - внутренний диаметр керамической оболочки; - разница начальной и конечной температуры шпангоута; - разница начальной и конечной температуры керамической оболочки. Так, например, при нагреве керамической оболочки с внутренним диаметром 510 мм от 20 до 420°С и соответствующем нагреве стального шпангоута с наружным диаметром 510 мм от 20 до 400°С потребуется алюминиевая вставка с длиной дуги, равной 79,8 мм, которая может быть разбита на несколько цилиндрических сегментов.

Предлагаемый узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом позволит существенно снизить уровень радиальных напряжений в керамической оболочке, предотвращая ее преждевременное разрушение, а также сохранить высокую устойчивость при боковых нагрузках.

Узел соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом, имеющим форму полого цилиндра с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра керамической оболочки, соединенные соосно внахлестку, отличающийся тем, что шпангоут выполнен составным из нескольких цилиндрических сегментов, соединенных между собой цилиндрическими сегментными нахлесточными вставками из металлического сплава с увеличенным термическим коэффициентом линейного расширения по сравнению с материалом шпангоута.

Похожие патенты:

Головной обтекатель ракеты // 2581636

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в головных обтекателях (ГО) ракет космического назначения (РКН). ГО для РКН представляет собой трехслойную конструкцию из полимерных композиционных материалов в виде двухстворчатой оболочки переменной кривизны, содержит внешний несущий слой из углепластика, внутренний несущий слой, металлический сотовый заполнитель в виде одинаковых по массе и размеру пластин с термитно-зажигающей смесью (ТЗС) с окислителем, которым является хлорат калия или перхлорат калия, порошкообразным металлом, которым является магний, или алюминий, или титан, или сплав, и связующим, которым является коллоксилин.

Способ снижения радиолокационной заметности летательного аппарата // 2565158

Изобретение относится к защитным устройствам летательного аппарата. Способ снижения радиолокационной заметности летательного аппарата заключается в размещении антенны головки самонаведения в герметичной полости радиопрозрачного обтекателя, заполнении полости плазмообразующей газовой смесью давлением 1-100 кПа и введении пучка электронов в плазмообразующую газовую смесь с образованием поглощающего плазменного объема.

Сбрасываемый головной обтекатель летательного аппарата (варианты) // 2492413

Изобретение относится к области авиации и ракетной техники, а именно головным обтекателям летательных аппаратов, например, управляемых ракет. .

Головной обтекатель ракеты // 2243490

Изобретение относится к области аэродинамики, а именно к разработке формы головного обтекателя ракеты. .

Головной обтекатель ракеты // 2243489

Изобретение относится к области аэродинамики, а именно к разработке формы головного обтекателя ракеты. .

Неразъемный узел соединения // 2231875

Изобретение относится к области машиностроения и авиационной промышленности, преимущественно к конструкциям головных керамических обтекателей для высокоскоростных летательных аппаратов.

Отделяемый носовой обтекатель управляемого снаряда // 2124175

Конструктивный узел и способ его сборки // 2607550

Изобретение относится к конструктивным узлам и способу их сборки, и направлено на повышение надежности соединения элементов между собой. Узел содержит первый элемент узла и второй элемент узла, соединенные друг с другом с помощью соединительного устройства, содержащего первый соединительный элемент и второй соединительный элемент, где первый соединительный элемент имеет первый сегмент, неподвижно размещенный в первом элементе узла, и второй сегмент, размещенный во втором элементе узла, а второй соединительный элемент имеет по меньшей мере один соединяющий сегмент, размещенный в упомянутом втором элементе узла.

Формованный фиксатор в корпусе // 2596110

Предложен фиксатор. Он содержит пластиковый внешний корпус, имеющий прикрепленные к противоположным боковым стенкам нижнюю стенку с отверстием и верхнюю стенку с приемным отверстием для крепежного элемента, а также внутренний фланец, край которого соединен с одной из стенок внешнего корпуса, причем внутренний фланец имеет отверстие, расположенное коаксиально с отверстием, выполненным в нижней стенке.

Способ фиксации штифта в корпусе // 2594457

Изобретение относится к способам фиксации штифтов в корпусе и может использоваться в конструкциях коробок приводных агрегатов и редукторов, используемых в составе газотурбинного двигателя.

Крепежный узел // 2586460

Настоящее изобретение относится к крепежному узлу, в частности, для применений в летательных аппаратах. Крепежный узел содержит трубчатый первый элемент и второй элемент, вводимый соосно в первый, крепежные средства, а также уплотнение.

Способ акустической обработки бандажа и колесного центра при сборке колесной пары // 2565446

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Способ включает расточку бандажа, нагрев бандажа и установку бандажа на колесный центр.

Быстроразъемное соединение отсеков корпуса летательного аппарата // 2564598

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, в частности к конструкциям герметичных разъемных соединений отсеков корпуса летательных аппаратов и, в особенности, к конструкциям герметичного соединения обтекателя с отсеком корпуса летательного аппарата.

Конструкция непроницаемой стенки // 2563563

Изобретение относится к набору деталей для сборки при изготовлении конструкции непроницаемой стенки. Набор содержит непроницаемый металлический лист (1) с рядом первых параллельных гофров (5) и рядом вторых параллельных гофров (6), пересекающихся на участке пересечения (3), удлиненный элемент жесткости (15), располагаемый в названных гофрах (6, 5) для увеличения сопротивления листа давлению, и анкерную деталь (30) с соединительным элементом, закрепляемым на наружной поверхности листа на участке пересечения гофров, на котором должен удерживаться элемент жесткости, и фиксатор (44), взаимодействующий с продольным концом элемента жесткости для удержания этого элемента жесткости внутри гофра.

Стык консоли крыла с центропланом самолета // 2556268

Группа изобретений относится к области авиастроения. В первом варианте стык консоли крыла с центропланом самолета, в котором консоль крыла выполнена с верхними и нижними панелями.

Плавучая платформа // 2518779

Изобретение относится к плавучим средствам, а именно к понтонам, плавучим докам, плотам. Плавучая платформа содержит соединенные, по крайней мере, одним фиксирующим элементом, по крайней мере, два плавучих элемента, каждый из которых состоит из двух боковых граней с, по крайней мере, одним вертикальным выступом на каждой; из них с, по крайней мере, одной вертикальной впадиной на каждой, соответствующей вертикальному выступу; Вертикальный выступ выполнен с зауженной частью, переходящей в расширенную к периферии часть с образованием опорной площадки.

Устройство фиксации на цилиндрической поверхности // 2479759

Изобретение относится к машиностроению и касается усовершенствования упорных устройств, предотвращающих осевое перемещение при креплении деталей на валах, осях и других деталях с цилиндрической поверхностью.

Склеивание композитных материалов // 2618055

Изобретение относится к полимерной химии и может быть использовано при производстве высокопрочных композитных конструкционных материалов для деталей самолетов и автомобилей.

Элемент жесткости для облицовочной панели // 2593183

Изобретение относится к конструкции облицовочной панели преимущественно рельсового транспорта. Элемент (1) жесткости для облицовочной панели (2) выполнен в виде вытянутой листовой гнутой детали с по существу U-образным поперечным сечением и имеет вдоль своего среднего продольного участка (7) заливочные отверстия (8) для клеящего вещества.

Металлическая панель в сборе и способ ее изготовления // 2586369

Изобретение относится к способу сборки металлических деталей в автомобилестроении. Используют первую и вторую металлические детали, по меньшей мере одна из которых включает металлическую панель, и самоклеящуюся полосу.

Способ установки анкерного крепления // 2580494

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при монтаже навесных конструкций в базовых пористых материалах и направлено на повышение площади контакта строительного связующего раствора с пористым базовым материалом.