×
27.04.2019
219.017.3d57

Оболочка из композиционных материалов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях авиационной, ракетной и космической техники. Оболочка из композиционных материалов 1 содержит силовой каркас в виде реберно-ячеистой структуры 2 и наружную обечайку 3, с зонами усиления в виде торцевых шпангоутов 4 и окантовки отверстия (люка) 5. В ячейках реберно-ячеистой структуры 2, образованных ребрами 6, между ограничивающими ячейку слоями силовых элементов 7 расположены вставки 8. В зависимости от требований прочности вставки, в том числе и разного вида исполнения, могут быть распределены в заданном порядке по поверхности и/или толщине оболочки. Использование изобретения позволяет повысить прочность и жесткость оболочки с реберно-ячеистым каркасом в ее локальных зонах. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях авиационной, ракетной и космической техники.

Известны оболочки из композиционных материалов, содержащие реберно-ячеистый силовой каркас, состоящий из выполненных за одно целое спиральных и кольцевых ребер на основе пропитанных полимерным связующим однонаправленных нитей, и, при необходимости, наружные и/или внутренние обшивки (Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. - М.: Машиностроение, 1988. - 272 с.: ил.).

Использование реберно-ячеистой структуры позволяет существенно повысить прочностные и жесткостные характеристики оболочки из композиционных материалов при незначительном увеличении погонной массы.

Для соединения самих оболочек с ответными узлами конструкции или крепления к ним узлов и агрегатов или выполнения, при необходимости, на боковой поверхности люков или больших отверстий в них формируются располагающиеся в необходимых зонах специальные усиления, так как силовая структура оболочки представляет собой разреженную систему ребер. Конструктивная схема подобных усилений - это дополнительные силовые элементы, скрепляющие ребра между собой и образовывающие вместе с ними на необходимой площади оболочки сплошной, по возможности, монолит, через который передаются на ребра силового каркаса распределенные или локальные внешние нагрузки.

Одним из обычных мест расположения таких усилений являются торцевые зоны оболочки - зоны стыковочных шпангоутов, в которых усиливающие силовые элементы выполняются кольцевой намоткой слоев, пропитанных связующим однонаправленных жгутов или нитей в виде однонаправленной ленты и/или ленты оплетенной нитями (КППН) и/или тканого материала.

Одним из вариантов усиления локальных зон на поверхности оболочки является размещение между слоями реберно-ячеистой структуры силовых элементов в виде листовых материалов, например, тканей на основе высокопрочных и высокомодульных нитей.

Известна оболочка из композиционных материалов, содержащая силовой каркас из реберно-ячеистой структуры расположенный между двумя обечайками, в которой в локальной зоне для усиления границы отверстия расположен силовой вкладыш с каналами для ребер (патент RU 2560768 С1 МПК В32В 5/08 (2006.01), В32В 5/18 (2006.01), F16L 9/12 (2006.01), опубл. 20.08.2015).

Недостатком такой конструкции является необходимость отдельно изготавливать вкладыш со сложными криволинейными поверхностями.

Известна оболочка из композиционных материалов содержащая силовой каркас из реберно-ячеистой структуры, расположенный между двумя обечайками и выходящий на краевые шпангоуты (торцы оболочки), которые выполнены в виде групп сплошных кольцевых слоев перекрестно расположенных однонаправленных жгутов и/или нитей, чередующихся с группами слоев реберно-ячеистой структуры (патент RU 2531108 С1 МПК F16L 9/12 (2006.01)), опубл. 20.10.2014).

Недостатком конструкции по приведенному патенту являются ее пониженная прочность в зоне усиления, определяемая тем, что в ячейках реберной структуры, перекрытых силовыми кольцевыми слоями, образуются пустоты, в лучшем случае заполненные связующим, а в худшем воздушными пузырями. Практикой установлено, что материал ячеистой структуры при намотке кольцевых слоев сминается в зоне шпангоутов на 40-60% по сравнению со свободной поверхностью оболочки. Соответственно суммарная толщина пустот в сечении ячеек может составлять 60-40% от общей толщины реберно-ячеистой структуры вне усиления. Такая структура приводит к получению «рыхлого» материала с заниженными физико-механическими характеристиками, особенно в части контактной прочности - прочности на смятие. Недостаток прочности особенно сказывается при использовании локальных крепежных элементов, например, винтов или штифтов штифто-шпилечного соединения, у которых площадь контакта с композиционным материалом очень ограничена.

Известен адаптер в виде сетчатой оболочки вращения конической формы из композиционных материалов, содержащий верхнюю и нижнюю кольцевые полки (шпангоуты) с множеством пересекающихся спиральных, в обоих направлений, и кольцевых ребер из однонаправленных полимерных волокон и силовые элементы из слоистого пластика, скрепленные послойно с ребрами, расположенные в локальных зонах с перекрытием ячеек между ребрами, в которой в зоне расположения силовых элементов сосредоточено 40-60% спиральных ребер (патент RU 2350818 С2 МПК F16L 9/12 (2006.01), В23В 3/12 (2006.01), опубл. 27.03.2009).

В данной конструкции сохраняется «рыхлость» материала в зоне усиления, хоть и в уменьшенном размере, но еще добавляется неосесимметричность внутренних усилий и жесткости оболочки, из-за неосесимметричного расположения ребер по окружности оболочки. Кроме того, такое решение трудно использовать при наличии нескольких зон усиления, произвольно расположенных по поверхности оболочки.

Оболочка из композиционных материалов по патенту RU 2531108 является наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Технической проблема, на решение которой направлено изобретение, является разработка сравнительно простой и наиболее технологичной в изготовлении конструкции оболочки из композиционных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками и с повышенной прочностью в локальных зонах.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в расширении области применимости оболочек из композиционных материалов за счет повышения прочности, жесткости и надежности конструкции в заданных локальных зонах, повышении эксплуатационной и экономической эффективности конструкций оболочки за счет возможности получения конструкций меньшей массы и стоимости с возможностью усиления оболочки с реберно-ячеистой структурой в любых произвольно расположенных по поверхности зонах с заданным законом изменения прочности и жесткости, повышении прочности и надежности скрепления реберно-ячеистой структуры с зонами усиления, например, торцевыми шпангоутами.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что в оболочке из композиционных материалов, содержащей соответствующий ее профилю силовой каркас в виде реберно-ячеистой структуры, образованной слоями систем перекрывающихся высокомодульных нитей, пропитанных полимерным связующим, и силовые элементы, в виде слоев на основе пропитанных полимерным связующим однонаправленных жгутов и/или нитей, скрепленные послойно с ребрами и расположенные в локальных зонах с перекрытием ячеек между ребрами, согласно изобретению в зоне силовых элементов в ячейках реберно-ячеистой структуры, в границах их внутренних поверхностей, расположены, между ограничивающими ячейку слоями силовых элементов, вставки, спрофилированные по поверхностям последних и распределенные в заданном порядке по толщине оболочки и/или площади силовых элементов, причем в частных случаях выполнения изобретения, вставки выполнены в виде многослойных предварительно изготовленных методом прессования пластинок из композиционного материала на основе однонаправленных нитей, вставки выполнены в виде, как минимум, одного слоя из пропитанного полимерным связующим тканого материала на основе высокомодульных нитей, слои тканого материала, как минимум, в одной вставке (в одной ячейке) развернуты относительно друг друга на определенный угол между нитями утка или основы, вставки выполнены в виде металлических пластин, вставки выполнены из пропитанного связующим тканого материала объемного плетения, вставки выполнены чередованием по толщине слоев металлической фольги и пропитанного связующим тканого материала на основе высокомодульных нитей, вставки выполнены в виде хаотично ориентированных в пространстве пропитанных связующим нитей, вставки по толщине оболочки и/или площади силовых элементов выполнены на основе разных материалов и/или разной структуры.

Отличительными от прототипа признаками заявленной оболочки являются следующие:

а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:

- в зоне силовых элементов в ячейках реберно-ячеистой структуры, в границах их внутренних поверхностей, расположены, между ограничивающими ячейку слоями силовых элементов, вставки,

- спрофилированные по поверхностям последних и распределенные в заданном порядке по толщине оболочки и/или площади силовых элементов,

б) признаки, характеризующие изобретение в частных случаях:

- вставки выполнены в виде многослойных предварительно изготовленных методом прессования пластинок из композиционного материала на основе однонаправленных нитей,

- вставки выполнены в виде, как минимум, одного слоя из пропитанного полимерным связующим тканого материала на основе высокомодульных нитей,

- слои тканого материала как минимум в одной вставке (в одной ячейке) развернуты относительно друг друга на определенный угол между нитями утка или основы,

- вставки выполнены в виде металлических пластин,

- вставки выполнены из пропитанного связующим тканого материала объемного плетения,

- вставки выполнены чередованием по толщине слоев металлической фольги и пропитанного связующим тканого материала на основе высокомодульных нитей,

- вставки выполнены в виде хаотично ориентированных в пространстве пропитанных связующим нитей,

- вставки по толщине оболочки и/или площади силовых элементов выполнены на основе разных материалов и/или разной структуры.

Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков не известна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».

Оболочка, в отличие от оболочки по прототипу, обладает высокой прочностью и жесткостью, так как использование вставок позволяет получать в любых заданных зонах плотный монолитный композиционный материал. Например, в зоне торцевого шпангоута использовать вставки можно по всей площади и толщине шпангоута, а можно только в местах расположения крепежных элементов. При этом, так как внутренние усилия по мере удаления от точки приложения внешней силы распределяются по всей конструкции и их погонная величина резко снижается, вставки можно использовать с уменьшающейся суммарной толщиной от ячейки к ячейке по мере удаления от точки действия силы.

В случае с отверстиями и люками на поверхности оболочки нет необходимости выкладывать (усиливать) всю, вырезаемую затем, поверхность люка и расположения слоев силовых элементов, достаточно усилить только окантовочную зону.

В общем случае использование предлагаемых вставок позволяет выкладывать их как мозаику по поверхности оболочки с реберно-ячеистой структурой в местах креплений, вырезов, опор и т.д. При этом усиление можно располагать по любым направлениям и площадям в соответствии с распределением полей напряженно-деформированного состояния. Возможность усиления конструкции оболочки в ограниченных необходимых зонах позволяет минимизировать ее массу с повышением экономической эффективности.

Вставки, располагаясь в ячейках, создают монолитный материал, который повышает прочность скрепления слоев силовых элементов с ребрами силового каркаса и позволяет обеспечивать надежное перераспределение внешних нагрузок на несущую реберно-ячеистую структуру. При этом оболочка достаточно технологична.

В частном случае исполнения, для расширения прочностных, жесткостных, технологических и эксплуатационных характеристик оболочки, вставки могут быть выполнены с использованием металлических пластин или фольги и композиционных материалов на основе однонаправленных, в том числе и переплетенных в ткань, армирующих нитей различной прочности, жесткости, плотности и структуры.

Например, использование металлических пластин или металлической фольги позволяет повысить контактную прочность (прочность на смятие) по сечению контакта металлического крепежного штифта с материалом оболочки. И такое усиление можно использовать только в размерах одной ячейки, дальше внутреннее усилие распределяется по конструкции и резко снижается и в соседних ячейках, при необходимости, можно использовать вставки из композиционного материала с постепенным уменьшением их суммарной толщины в ячейках.

Развернутые относительно друг друга тканые слои позволяют изменять прочностные и жесткостные характеристики вставки в заданных направлениях.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его, примера реализации и прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 представлена заявленная оболочка, на фиг. 2 - расположение вставок в зоне шпангоута, на фиг. 3 - расположение вставок по толщине оболочки в зоне шпангоута.

Оболочка из композиционных материалов 1, содержит силовой каркас в виде реберно-ячеистой структуры 2 и наружную обечайку 3, с зонами усиления в виде торцевых шпангоутов 4 и окантовки отверстия (люка) 5.

В ячейках реберно-ячеистой структуры 2, образованных ребрами 6 последней, между ограничивающими ячейку слоями силовых элементов 7 расположены вставки 8.

В зависимости от требований прочности вставки, в том числе и разного вида исполнения, могут быть распределены в заданном порядке по поверхности и/или толщине оболочки. Разное распределение по толщине показано на фиг. 3.

Экспериментальная проверка предложенной конструкции, изготовленной с использованием промышленного оборудования серийного предприятия, подтвердила высокую прочность и надежность предложенной конструкции.


Оболочка из композиционных материалов
Оболочка из композиционных материалов
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 21.
29.12.2017
№217.015.f4bb

Оболочка из композиционного материала и способ изготовления оболочки из композиционного материала

Группа изобретений относится к области машиностроения и может быть использована в конструкциях газовых, нефтяных и всех подобных трубопроводов с использованием труб из композиционных материалов, в частности стеклопластиковых, а также в системах вооружений, например транспортно-пусковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637596
Дата охранного документа: 05.12.2017
13.02.2018
№218.016.26b6

Способ теплового неразрушающего контроля стабильности качества изделий из полимерных композиционных материалов в процессе их серийного производства

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки стабильности технологии изготовления сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Способ включает регистрацию температурного поля изделий, выявление аномалий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644031
Дата охранного документа: 07.02.2018
04.04.2018
№218.016.2ecf

Гидросистема для нагружения конструкций при прочностных испытаниях

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к стендам для нагружения конструкций при прочностных испытаниях. В гидросистеме для нагружения конструкции при прочностных испытаниях, содержащей нерегулируемый насос с приводным электродвигателем с частотным регулированием,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644443
Дата охранного документа: 12.02.2018
10.05.2018
№218.016.3b37

Фланец поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано при создании конструкций ракетных двигателей различного назначения. Фланец поворотного сопла содержит конический корпус с утопленной в двигатель частью с опорной поверхностью на эластичный шарнир в условиях применения с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647269
Дата охранного документа: 15.03.2018
10.05.2018
№218.016.3b3a

Эластичная гусеница транспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Эластичная гусеница транспортного средства содержит гибкую секционно-составную ленту с эластичным основанием и закладными концами с закрепленными на ней жесткими траками с элементами зацепления с ведущим колесом, направляющими гребнями,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647410
Дата охранного документа: 15.03.2018
10.05.2018
№218.016.3e78

Способ контроля качества многослойных композитных броневых преград из ткани и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области измерительной техники, а именно к способу контроля качества композитных броневых преград из ткани и устройству для его осуществления. Способ включает установку композитной броневой преграды перед пластиной из пластичного материала, направление с заданной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648552
Дата охранного документа: 26.03.2018
10.05.2018
№218.016.41b6

Корпус глубоководного аппарата из композиционных материалов

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям глубоководных аппаратов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при действии внешнего давления, например вакуумных камер. Предложен корпус глубоководного аппарата из композиционных материалов, состоящий из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649117
Дата охранного документа: 29.03.2018
10.05.2018
№218.016.4812

Способ определения глубины залегания дефектов в изделиях из композиционных материалов

Использование: для автоматизированного контроля многослойных конструкций больших габаритов, изготовленных методом намотки. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют определение ориентации дефектов на различных слоях изделия, создание атласа ориентации дефектов, регистрацию дефекта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650711
Дата охранного документа: 17.04.2018
10.05.2018
№218.016.49f9

Способ изготовления вкладыша подшипника скольжения

Изобретение относится к узлам трения гидромашин, гребных валов и прочим, работающим при высоких нагрузках. Предложен способ изготовления вкладыша подшипника скольжения, выполненного из армированного волокном эпоксидного пластика с заформованной в него системой цилиндрических элементов из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651546
Дата охранного документа: 20.04.2018
29.05.2018
№218.016.5595

Способ автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий и устройство для его осуществления

Использование: для автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий. Сущность изобретения заключается в том, что сканируют поверхность контролируемого объекта по крайней мере одним информационным датчиком физического поля, измеряют величины сигналов излучения физического поля с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654298
Дата охранного документа: 17.05.2018
Показаны записи 1-10 из 101.
27.01.2013
№216.012.1f8b

Эпоксидное связующее для композиционных материалов

Изобретение относится к эпоксидным связующим для изделий из композиционных материалов, изготовляемых преимущественно методом "мокрой" (нитяной, жгутовой) намотки. Эпоксидное связующее для композиционных материалов содержит триглицидиловое производное пара-аминофенола, разбавитель -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473576
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.02.2013
№216.012.27ba

Пусковая труба ракетной пусковой установки

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления контейнеров и пусковых труб для запуска ракет. Пусковая труба ракетной пусковой установки содержит силовую оболочку, стакан из эластомера с наружным диском, обжатым хомутом с канавкой. Хомут содержит две...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475690
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.06.2013
№216.012.5029

Ступень ракеты-носителя

Изобретение относится к области ракетостроения. Ступень ракеты-носителя содержит центральный маршевый двигатель и несколько твердотопливных двигателей, установленных вокруг центрального маршевого двигателя. Каждый твердотопливный двигатель выполнен с конической образующей твердотопливного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486114
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.11.2013
№216.012.85ff

Влагозащитный контейнер из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к оболочкам из полимерных композиционных материалов для хранения боеприпасов. Контейнер включает в себя цилиндрический корпус и торцовые крышки, которые выполнены из внутренней и наружной тонкостенных стеклопластиковых оболочек, изготовленных способом тканевой намотки, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499981
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.01.2014
№216.012.9c36

Способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов и корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов

При изготовлении корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов наматывают силовую оболочку в виде кокона спирально-кольцевой намоткой из жгутов арамидных волокон, а перед задним удаляемым днищем на цилиндрической части нарезают резьбу для соединения с сопловым блоком...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505696
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.02.2014
№216.012.9f4c

Неразъемное соединение

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях трубопроводов с использованием труб из композиционных материалов, в частности, стеклопластиковых. Неразъемное соединение содержит трубу из композиционных материалов и металлическую стыковочную деталь,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506488
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.02.2014
№216.012.9fa3

Способ теплового контроля надежности конструкций из полимерных композиционных материалов по анализу внутренних напряжений и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежностей конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ включает силовое воздействие на поверхность конструкции и регистрацию обусловленных им изменений. До приложения нагрузок измеряют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506575
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.03.2014
№216.012.ab9e

Способ изготовления секций несущей решетки реверсера тяги самолета из полимерных композиционных материалов, оправка для осуществления способа изготовления секций несущей решетки реверсера тяги самолета из полимерных композиционных материалов, форма для заливки антиадгезионного эластичного материала разделительного слоя оправки для осуществления способа изготовления секций несущей решетки реверсера тяги самолета из полимерных композиционных материалов и секция несущей решетки реверсера тяги самолета из полимерных композиционных материалов

Группа изобретений относится к области авиационного машиностроения и могут быть использованы для разработки и производства элементов газотурбинного двигателя самолета. Технической задачей, на решение которой направлены изобретения, является создание высокотехнологичной конструкции секций...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509649
Дата охранного документа: 20.03.2014
10.05.2014
№216.012.c04f

Армированная оболочка для внутреннего давления из слоистого композиционного материала

Оболочка может быть использована в конструкциях аккумуляторов и всех подобных емкостей. Оболочка выполнена в виде двух секций 1 и 2 с цилиндрическими участками 3 и 4 и торцевыми выпуклыми днищами 5 и 6 с образованием на цилиндрической части каждой кольцевого торца 13, 14, у которых с наружной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514980
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.06.2014
№216.012.ceb7

Влагозащищенный контейнер из полимерных композиционных материалов

Изобретение относятся к оболочкам из слоистых полимерных композиционных материалов (КМ) герметичного исполнения, предназначенных для хранения артиллерийских выстрелов, ракет и других боеприпасов. Влагозащищенный контейнер из полимерных КМ содержит цилиндрический корпус, стенка которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518690
Дата охранного документа: 10.06.2014
+ добавить свой РИД