Результат интеллектуальной деятельности: Узел соединения деталей, изготовленных из материалов с различными коэффициентами теплового расширения

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к неразъемным соединениям узлов, деталей летательных аппаратов. Может быть использовано для стыковки обтекателя с металлическим шпангоутом, стыковки отсеков и каких-либо узлов, изготовленных из материалов с различными коэффициентами теплового расширения (далее КТР).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является узел соединения керамической оболочки со шпангоутом круглого поперечного сечения, см. учебное пособие «Проектирование головных обтекателей ракет из керамических и композиционных материалов» М.Ю. Русин, издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2005, глава 3.3.2, стр. 55, рис. 3.11.

Общими существенными признаками прототипа - узла соединения керамической оболочки со шпангоутом, совпадающими с существенными признаками предлагаемого устройства являются следующие: стык содержит соединяемые детали с различными КТР, включающий оболочку, стыковой шпангоут с элементами крепления к стыкуемой части, переходной шпангоут, расположенный под оболочкой и стыковым шпангоутом, и соединенный с ними, при этом переходный шпангоут с оболочкой выполнены из материалов с близкими коэффициентами теплового расширения, их соединение выполнено неразъемным, а соединение переходного шпангоута со стыковым шпангоутом выполнено при помощи штифтов, установленных в отверстия, выполненные в стыковом шпангоуте по прессовой посадке, и в отверстия, выполненные в переходном шпангоуте с обеспечением зазоров для перемещения штифтов в направлении осей и в радиальных направлениях. Узел может быть использован при некруглом поперечном сечении элементов узла, имеющим продольную плоскость симметрии.

Недостатком известного стыка-прототипа является то, что при некруглом поперечном сечении элементов узла, имеющим продольную плоскость симметрии, уменьшается его рабочий диапазон температур, потому, что в широком диапазоне рабочих температур к изменению длины и диаметра штифтов добавляется их смещение в боковом направлении относительно продольной плоскости симметрии.

Предлагаемое изобретение позволяет стыковать элементы, соединение которых в поперечном сечении образует замкнутый контур произвольной формы, в широком диапазоне температур, который ограничивается только рабочими температурами материалов его элементов.

Для достижения названного технического результата в узле соединения деталей, изготовленных из материалов с различными коэффициентами теплового расширения, включающий оболочку, стыковой шпангоут с элементами крепления к стыкуемой части, переходной шпангоут, расположенный под оболочкой и стыковым шпангоутом, и соединенный с ними, при этом поперечное сечение элементов узла выполнено некруглым, имеющим продольную плоскость симметрии, переходной шпангоут с оболочкой выполнены из материалов с близкими коэффициентами теплового расширения, их соединение выполнено неразъемным, а соединение переходного шпангоута со стыковым шпангоутом выполнено при помощи штифтов, установленных в отверстия, выполненные в стыковом шпангоуте по прессовой посадке, и в отверстия, выполненные в переходном шпангоуте с обеспечением зазоров для перемещения штифтов в направлении осей и в радиальных направлениях, отверстия в переходном шпангоуте для штифтов, расположенных справа и слева от плоскости симметрии узла, выполнены овального поперечного сечения с расположением максимальной длины поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной к продольной плоскости симметрии узла.

Соединение переходного шпангоута со стыковым шпангоутом выполнено при помощи штифтов, запрессованных в стыковой шпангоут, при этом два штифта, находящиеся в плоскости симметрии узла, устанавливаются в переходном шпангоуте в отверстия с диаметром d, с минимальным радиальным зазором, с обеспечением свободы перемещения стыкового шпангоута в направлении оси штифта. Все остальные штифты устанавливаются в переходном шпангоуте в овальные отверстия, минимальная ширина которых равна диаметру d отверстий для центральных штифтов, а максимальная длина D выбирается для максимального перемещения конструкции в местах установки штифтов, обеспечивая тем самым свободу перемещения стыкового шпангоута в перпендикулярном направлении относительно оси штифтов. Для оптимизации изготовления переходного шпангоута допускается принять длину всех овальных отверстий одинаковой, и равной длине отверстия, в области которого будут реализовываться наибольшие перемещения конструкции. Герметизация соединения обеспечивается применением герметизирующего пояса, клея, а также уплотнительных колец или жгутов.

Отличительным признаком предлагаемого стыка является то, что отверстия в переходном шпангоуте для штифтов, расположенных справа и слева от плоскости симметрии узла, выполнены овального поперечного сечения с расположением максимальной длины поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной к продольной плоскости симметрии узла.

Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующее: рабочие температуры стыка ограничиваются только рабочими температурами материалов, из которых изготовлены его элементы. Также появляется возможность соединять узлы, которые в поперечном сечении образуют контур произвольной формы.

Данное техническое решение может найти применение в качестве узла стыковки обтекателя с металлическим шпангоутом, отсеков с различными агрегатами или между собой, которые в свою очередь имеют отличающиеся КТР.

Изобретение поясняется фиг. 1…4.

На фиг. 1 представлено соединение деталей, изготовленных из материалов с различным КТР в изометрии. Изображенное соединение состоит из стыкового шпангоута 1, переходного шпангоута 2, оболочки 3.

На фиг. 2 показана форма сечения соединения элементов, с осью, расположенной в продольной плоскости симметрии узла.

На фиг. 3, представлено сечение А-А фиг. 2 по продольной плоскости симметрии узла. На сечении А-А показаны стыковой шпангоут 1, переходной шпангоут 2, оболочку 3, уплотнение 4, зазор между оболочкой и стыковым шпангоутом 5, штифт 6.

На фиг. 4 изображено сеч. Б-Б фигуры 3, поясняющее соединение деталей с различным КТР при помощи штифтов 6-25, запрессованных в стыковой шпангоут 1. Штифты 6 и 16 находятся в плоскости симметрии узла и устанавливаются в переходной шпангоут 2, в отверстия с диаметром d, с минимальным радиальным зазором, с обеспечением свободы перемещения штифтов 6 и 16 вдоль оси. Штифты 7-15 и 17-25 устанавливаются в переходной шпангоут в овальные отверстия, минимальная ширина которых равна диаметру d отверстий для штифтов 6 и 16, а максимальная длина D выбирается для максимального увеличения конструкции в местах установки штифтов и находится в плоскости сечения Б-Б, которая перпендикулярна к продольной плоскости симметрии узла (сечение А-А). Для оптимизации изготовления переходного шпангоута 2 допускается принять длину всех овальных отверстий одинаковой, и равной длине отверстия, в области которого будут реализовываться наибольшие перемещения конструкции.

Соединение элементов, изображенное на фиг. 1…4 работает следующим образом:

Стыковой шпангоут 1 соединяется с переходным шпангоутом 2 посредством штифтов 6-25, запрессованных в стыковой шпангоут 1. Переходной шпангоут 2 и оболочка 3 имеют одинаковый или близкий КТР и скрепляются любым неразъемным соединением, обеспечивающим необходимую прочность и жесткость исходя из условий эксплуатации. Количество штифтов 6-25 является расчетным и выбирается исходя из необходимых прочностных характеристик стыка. Овальные отверстия в переходном шпангоуте обеспечивают свободу перемещения штифтов 7-15 и 17-25 при увеличении периметра стыкового шпангоута 1. Уплотнение 4 обеспечивает герметичность стыка по контуру.