Конструкция размеростабильной платформы из слоистого полимерного композиционного материала
Владельцы патента RU 2674205:
Общество с ограниченной ответственностью "Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро "Пластик" (RU)
Настоящее изобретение относится к размеростабильным несущим конструкциям платформ из слоистых полимерных композиционных материалов и может применяться в высокоточных космических системах, например, в качестве приборных платформ космических аппаратов. Размеростабильная платформа представляет собой трехслойную конструкцию, состоящую из интегральной рамы с приклеенными к ней обшивками, причем в ячейки рамы перед сборкой платформы предварительно устанавливается решетчатый заполнитель. Рама состоит из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера, образующего вместе с ребрами монолитный силовой каркас, выполненный из слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, и имеет заформованные в силовой каркас металлические закладные элементы. Решетчатый заполнитель и обшивки платформы выполнены из листового углепластика. Изделие предлагаемой конструкции отличается повышенной жесткостью платформы, стабильностью и точностью позиционирования узлов крепления, а также прочностью заделки узлов крепления. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Изобретение относится к размеростабильным несущим конструкциям из слоистых полимерных композиционных материалов и может применяться в высокоточной космической и наземной технике, например, в качестве опорных платформ телескопов, оптических приборов, антенных устройств, измерительных систем.
Основными качественными и функциональными характеристиками платформы для базирования высокоточных изделий является постоянство геометрических параметров изделия, стабильность взаимного расположения посадочных мест платформы при воздействии эксплуатационных нагрузок.
Уровень техники
Известна интегральная рамная конструкция из слоистого полимерного композиционного материала, состоящая из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера, образующего вместе с ребрами монолитный силовой каркас, выполненный из слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим (заявка на изобретение №2016152445 от 28.12.2016 г.). Все элементы конструкции собираются на специальной технологической оснастке в неотвержденном состоянии и формуются одновременно, образовывая монолитную цельноформованную конструкцию, причем при сборке в элементы конструкции устанавливаются закладные металлические элементы. Такая конструкция характеризуется высокой прочностью заделки заформовываемых в изделие закладных элементов, высокой стабильностью их расположения в процессе эксплуатации изделия при воздействии силовых и температурных нагрузок. Недостатком данной конструкции является относительно невысокая цилиндрическая жесткость.
Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является платформа в виде плоской кольцевой или круговой центрально-симметричной панели содержащая обшивки из слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, сотовый заполнитель между обшивками и узлы крепления в виде отверстий в конструкции, расположенные с равным угловым шагом (патент RU 2312771 С1 от 17.02.2006 г.). Сотовый заполнитель, разделяющий несущие пластины и распределяющий нагрузку между ними, работает на сдвиг и повышает изгибную жесткость системы. Установка металлических вставок в трехслойные сотовые панели производится при помощи клеевого соединения, например в соответствии с патентом RU 2286290 С1 от 16.03.2005 г. в сотовой панели выполняют отверстия определенной глубины под установку вставок, имеющих резьбовые отверстия для ввинчивания винтов крепления приборов к поверхностям панели, и вклеивают вставки в указанные отверстия с использованием пенокомпаунда.
Недостатками данной конструкции являются:
- отсутствие возможности установки узлов крепления по периферии платформы;
- невысокая прочность заделки вклеиваемых в конструкцию платформы металлических крепежных элементов.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является:
- создание конструкции платформы повышенной жесткости;
- получение возможности заформовки в элементы конструкции платформы металлических деталей, формирующих посадочные поверхности на рабочих поверхностях платформы;
- получение возможности механического закрепления металлических элементов по торцам платформы.
Вышеперечисленные задачи достигаются тем, что в платформе трехслойной конструкции, состоящей из заполнителя с приклеенными к нему обшивками, в качестве заполнителя используется интегральная рамная конструкция, из слоистого полимерного композиционного материала, состоящая из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера, образующего вместе с ребрами монолитный силовой каркас в качестве заполнителя платформы, при этом ячейки рамной конструкции дополнительно заполняются решетчатым заполнителем, выполненным из того же материала. В ребра рамной конструкции предварительно заформовываются металлические закладные элементы. Собранный таким образом пакет закрывается по верхней и нижней поверхностям обшивками изготовленными из того же материала, что и интегральная рамная конструкция, крепление обшивок производится методом клеевого соединения. По торцам пакета возможна установка металлических крепежных элементов закрепляемых механически.
Главными особенностями трехслойной конструкции является то, что она имеет момент инерции поперечного сечения значительно больший, чем однослойная той же массы, вследствие чего увеличивается поперечная жесткость и повышается критическое напряжение общей потери устойчивости. При работе на поперечный изгиб трехслойная конструкция выгодна благодаря более высокому моменту сопротивления по сравнению с однослойной.
Технический результат достигается тем, что заявленная конструкция размеростабильной несущей платформы из слоистого полимерного композиционного материала имеет следующие отличительные признаки:
- в качестве заполнителя используется интегральная рамная конструкция из слоистого полимерного композиционного материала, состоящая из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера;
- ячейки рамной конструкции, являющейся заполнителем, в свою очередь заполнены решетчатым заполнителем изготовленным из того же материала;
- в интегральную рамную конструкцию предварительно заформовываются металлические закладные элементы, формирующие посадочные места.
- на торцевых поверхностях рамной конструкции платформы устанавливаются металлические крепежные элементы.
- перед сборкой конструкции в торцевых поверхностях рамной конструкции и решетчатого заполнителя выполняются дренажные отверстия (перфорация) для выравнивая давления между внутренними полостями платформы и окружающей средой при эксплуатации конструкции, а так же для удаления газообразных продуктов, выделяемых при склеивании (сборке) платформы.
Описание технологии изготовления платформы, значение отдельных параметров будут приведены ниже. Здесь отметим, что заявленный способ изготовления платформы отличается технологической простотой, позволяет получать изделия значительных габаритов за один цикл. Техническим результатом является увеличение поперечной жесткости, момента сопротивления изгибу по сравнению с однослойной конструкцией.
Сущность изобретения
На рисунке фиг. 1 представлена размеростабильная платформа из слоистого полимерного композиционного материала.
Представленная на фиг. 1 размеростабильная платформа состоит из заполнителя, в качестве которого используется интегральная рамная конструкция из слоистого полимерного композиционного материала, состоящая из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера 1, имеющая предварительно заформованные закладные металлические элементы 2, с заполненными решетчатым заполнителем 3 ячейками и закрытая по нижней и верхней плоскостям обшивками 4, крепление которых производится методом клеевого соединения.
На фиг. 2 представлен разрез по А-А со схематичным изображением интегральной рамной конструкции 1, решетчатых заполнителей 3, с выполненной перфорацией, а также верхней и нижней обшивками 4.
На фиг. 3 представлен разрез по Б-Б со схематичным изображением закладных металлических элементов 2 и установленных по торцам металлических крепежных элементов.
Рассмотрим технологию изготовления изделия.
Технологический процесс изготовления размеростабильной платформы из слоистого полимерного композиционного материала включает в себя следующие основные операции:
- приготовление связующего;
- пропитка наполнителя связующим;
- раскрой заготовок препрега;
- подготовка оснастки (очистка, обезжиривание, нанесение антиадгезионной смазки);
- изготовление верхней и нижней обшивок;
- изготовление решетчатого заполнителя;
- изготовление интегральной рамной конструкции (каркаса) с предварительно заформованными закладными металлическими элементами;
- выполнение дренажных отверстий (перфорации) в каркасе и решетчатом заполнителе;
- сборка (склейка) платформы (обшивок, клеевой пленки, решетчатого заполнителя и каркаса);
- склейка (режим отверждения клея) платформы;
- установка на торцах металлических крепежных элементов, механическая обработка платформы, закладных и крепежных металлических элементов;
- термостабилизация платформы;
При изготовлении обшивок раскроенные заготовки препрега послойно собираются на форме в пакет и формуются в автоклаве. После формования проводится обрезка обшивок в размер.
Технология изготовления решетчатого заполнителя аналогична технологии изготовления обшивок. После формования проводится нарезка решетчатого заполнителя на заготовки с последующей клеевой сборкой с определенным шагом ячейки.
Изготовление каркаса (рамы) размеростабильной платформы производится термокомпрессионным методом. Формование пакета композита во взаимно-перпендикулярных плоскостях осуществляется упругой деформацией терморасширяющихся эластичных формующих элементов (оправок), помещенных во внутренних полостях изделия.
После отверждения в печи полимеризации клеевого слоя собранной платформы для снятия внутренних напряжений и стабилизации коэффициента линейного теплового расширения проводится термостабилизация изделия в той же последовательности и по тем же режимам, что и каркаса платформы.
С целью удаления остатков летучих и конденсирующих веществ из композита проводится дегазация изделия.
1. Конструкция размеростабильной платформы из слоистого полимерного композиционного материала, выполненная в виде трехслойной конструкции, отличающаяся тем, что в качестве заполнителя используется интегральная рамная конструкция из слоистого полимерного композиционного материала, состоящая из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера.
2. Конструкция размеростабильной платформы по п. 1, отличающаяся тем, что ячейки рамной конструкции, являющейся заполнителем, в свою очередь заполнены решетчатым заполнителем, изготовленным из того же материала.
3. Конструкция размеростабильной платформы по п. 1, отличающаяся тем, что закладные металлические элементы, формирующие посадочные места изделия, предварительно заформовываются в рамный заполнитель.
4. Конструкция размеростабильной платформы по п. 1, отличающаяся тем, что по торцам рамной конструкции устанавливаются металлические крепежные элементы.
