СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЫ ИЗ СЛОИСТОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С ВИНТОВЫМ ПРЯМОУГОЛЬНЫМ ПАЗОМ И ТРУБА ИЗ СЛОИСТОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С ВИНТОВЫМ ПРЯМОУГОЛЬНЫМ ПАЗОМ Российский патент 1998 года по МПК B29C53/82 B29C53/72 B29C53/60 F41F3/42 

Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы как цилиндрические направляющие для сигнальных или метеорологических ракет точного действия, стабилизируемых вращением.

Известно устройство, в котором реализован способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала с по меньшей мере одним винтовым прямоугольным пазом с боковой несущей поверхностью, при котором на цилиндрическую оправку устанавливают винтовую пластину прямоугольного сечения, укладывают предварительно сформированные вкладыши и наматывают слои, формируя многослойную силовую оболочку с внутренним слоем (см. SU, авт. св. N 324167, кл. B 29 C 53/82, B 29 C 33/42, 1972).

Недостатком известного способа является невозможность изготовления с его помощью труб с высокой прочностью и продольной жесткостью стенок их пазов, особенно несущей боковой стенки, которая при эксплуатационных нагрузках оказывается в наиболее жестких условиях нагружения. Вследствие недостаточно прочной связи между вкладышем и силовой оболочкой, отсутствия опоры для вкладыша изнутри трубы, он при нагружении первым теряет устойчивость, отслаивается, крошится и вызывает разрушение всей трубы.

Известное техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявленному способу и выбрано в качестве наиболее близкого аналога.

Известно устройство для изготовления трубы из слоистого композиционного материала, в котором описана конструкция полученной на этом устройстве трубы с по меньшей мере одним винтовым прямоугольным пазом (см. авт. св. N 324167). Известная труба имеет на внутренней поверхности ее многослойной с внутренним слоем силовой оболочки винтовой прямоугольный паз и вкладыши, установленные относительно указанного паза и скрепленные с силовой оболочкой.

Недостатком известной трубы является ее ненадежность из-за пониженных жесткости и прочности, обусловленная возможностью местной потери устойчивости несущей боковой стенки винтового прямоугольного паза. При эксплуатационных нагрузках в этой зоне возникают значительные напряжения изгиба и среза материала паза. Для обеспечения надежной работы в условиях сложнонапряженного состояния при одновременном нагружении на сжатие, кручение и изгиб такие трубы требуют дополнительного упрочнения боковых стенок.

Известное техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявленной конструкции трубы и выбрано в качестве наиболее близкого аналога.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка такой трубы с одним или более винтовым прямоугольным пазом из слоистого композиционного материала, а также такого способа ее изготовления, которые обеспечили бы надежную работу трубы при воздействии на нее эксплуатационных нагрузок.

Поставленная задача решается за счет использования в конструкции трубы замкового соединения "силовая оболочка-вкладыш" и особого исполнения самого вкладыша, а в способе изготовления - новой последовательности операций с учетом конструктивных изменений.

Для решения поставленной задачи в способе изготовления трубы из слоистого композиционного материала с по меньшей мере одним винтовым прямоугольным пазом с боковой несущей поверхностью, при котором на цилиндрическую оправку устанавливают винтовую пластину прямоугольного сечения, укладывают предварительно сформованные вкладыши и наматывают слои материала, формируя многослойную силовую оболочку с внутренним слоем, согласно изобретению, после установки винтовой пластины наматывают с натяжением, достаточным для устранения провисания, на оправку внутренний слой, образуя винтовой прямоугольный гофр, а предварительно сформованные вкладыши выполняют в виде реек треугольного сечения и укладывают их вплотную, прижимая к уступам гофра и к примыкающей к ним цилиндрической поверхности внутреннего слоя, и затем наматывают остальные слои силовой оболочки, причем рейки прижимают к внутреннему слою силовой оболочки либо кольцевыми витками слоя, следующего за внутренним слоем силовой оболочки, и тогда сначала прижимают рейку со стороны боковой несущей поверхности винтового прямоугольного паза, либо посредством разрезных пружинных колец, при этом внутренний слой силовой оболочки наматывают с нахлестом в зоне установки рейки, а предварительно сформованные рейки термообрабатывают для обеспечения требуемого их сечения и пластических свойств в продольном направлении.

В трубе из слоистого композиционного материала с по меньшей мере одним винтовым прямоугольным пазом, содержащей многослойную силовую оболочку с внутренним слоем, установленные и скрепленные с ней вкладыши и выполненный на ее внутренней поверхности винтовой прямоугольный паз, согласно изобретению, внутренний слой силовой оболочки снабжен винтовым прямоугольным гофром с расположенным в нем винтовым прямоугольным пазом, а вкладыши выполнены в виде двух реек треугольного сечения, установленных на внутреннем слое по обе стороны от винтового прямоугольного гофра, скрепленных с ним и силовой оболочкой, при этом рейки выполнены из секций, состыкованных косыми стыками, внутренний слой силовой оболочки выполнен под рейкой с нахлестом, причем труба снабжена разрезными пружинными кольцами, установленными внутри силовой оболочки с возможностью размещения в их разрезе реек.

Отличительными особенностями способа изготовления трубы из слоистого композиционного материала с одним или более винтовым прямоугольным пазом являются следующие признаки:
намотка после установки винтовой пластины на оправку внутреннего слоя с образованием винтового прямоугольного гофра,
намотка указанного слоя с натяжением, достаточным для устранения провисания,
выполнение предварительно сформованных вкладышей в виде реек треугольного сечения,
укладка реек вплотную с прижимом к уступам гофра и к примыкающей к ним цилиндрической поверхности внутреннего слоя,
намотка остальных слоев силовой оболочки, а также
прижимание реек кольцевыми витками слоя, следующего за внутренним слоем силовой оболочки,
начиная с рейки, расположенной со стороны боковой несущей поверхности, прижимание реек посредством разрезных пружинных колец,
намотка внутреннего слоя силовой оболочки с образованием нахлеста в зоне установки рейки,
термообработка предварительно сформированных реек для обеспечения требуемого их сечения и пластических свойств в продольном направлении.

Отличительными особенностями трубы предложенной конструкции являются следующие признаки:
снабжение внутреннего слоя силовой оболочки винтовым прямоугольным гофром с расположенным в нем винтовым прямоугольным пазом,
выполнение вкладышей в виде двух реек треугольного сечения,
установка указанных реек на внутреннем слое по обе стороны от винтового прямоугольного гофра,
скрепление реек с упомянутым гофром и с силовой оболочкой,
выполнение реек из секций,
состыкованных косыми стыками,
выполнение внутреннего слоя силовой оболочки под рейкой с нахлестом,
снабжение трубы разрезными пружинными кольцами,
установка указанных колец внутри силовой оболочки с возможностью размещения в их разрезе реек.

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид (в аксонометрии) оправки с винтовой пластиной и намотанной силовой оболочкой; на фиг. 2 - технологическая схема способа изготовления предложенной конструкции трубы с винтовым пазом; на фиг. 3 - общий вид готовой трубы (в аксонометрии).

Способ изготовления трубы с винтовым прямоугольным пазом из слоистого композиционного материала заключается в следующем.

На цилиндрическую оправку 1 устанавливают винтовую пластину 2 прямоугольного сечения, затем наматывают внутренний слой 3 силовой оболочки 4, образуя винтовой прямоугольный гофр 5 с уступами 6 (фиг. 2). Намотку внутреннего слоя 3 производят либо тканью с нахлестом, либо спиральной намоткой ленты с натяжением, достаточным для устранения провисания маетериала намотки. Далее вплотную к уступам 6 гофра 5 и к примыкающей к ним цилиндрической поверхности 7 внутреннего слоя 3 с обеих сторон гофра 5 устанавливают предварительно сформованные и частично термообработанные до достижения пластических свойств в продольном направлении рейки 8, имеющие треугольное сечение. Затем производят намотку следующего слоя 9 кольцевыми витками, прижимая ими рейки 8. Рейки 8 могут быть составными; в этом случае их стыковку производят "на скос". Рейки могут быть прижаты разрезными пружинными кольцами 10, которые устанавливают на внутренний слой 3 и, разжимая их, вставляют рейки 8. В результате установки реек 8 материал внутреннего слоя 3 натягивается, а гофр 5 принимает точную форму винтового паза. После этого наматывают до конца силовую оболочку 4, термообрабатывают, извлекают оправку 1 с винтовой пластиной 2. Нахлест 11 внутреннего слоя 3 силовой оболочки 4 выполняют в зоне установки в последующем рейки 8 (поз. 11 фиг. 2д).

Так как при намотке кольцевого слоя 9 рейки 8 прижимают неодинаково, то направление намотки 12 выбирают таким, что сначала прижимают рейку 8 со стороны боковой несущей поверхности 13 винтового паза, которая при работе трубы более нагружена. В этом случае сила натяжения 14 при намотке кольцевого слоя 9 дает составляющую 15, которая дополнительно прижимает рейку 8 и упрочняет таким образом боковую несущую поверхность паза (поз. 1 фиг. 2в).

Точно так же можно выполнить трубу с двумя и более винтовыми прямоугольными пазами, установив на оправке соответствующее количество винтовых пластин.

Труба из слоистого композиционного материала предложенной конструкции содержит силовую оболочку 4 (фиг. 1-3) с внутренним слоем 3, имеющим прямоугольный гофр 5, образующий ее винтовой прямоугольный паз, две треугольные рейки 8, прижатые к уступам 6 гофра 5 и к цилиндрической поверхности 7 внутреннего слоя 3, примыкающей к уступам 6, с помощью, например, разрезных колец 10, размещенных внутри силовой оболочки 4.

Рейки 8, кольца 10 и силовая оболочка 4 выполнены, например, из стеклопластика. Они могут быть выполнены из любого другого композиционного материала на основе волокнистого армирующего наполнителя и полимерного связующего.

Труба работает следующим образом.

При контакте штифта ракеты с несущей боковой поверхностью паза внутренний слой силовой оболочки испытывает упругие деформации, которые передает на рейки и силовую оболочку без разрушения. Ракета при прохождении по трубе получает импульс вращения с обеспечением требуемой точности наведения.

Надежная работа трубы обеспечивается за счет более высокой по сравнению с прототипом прочности и жесткости боковых стенок ее винтового паза, особенно несущей.

Способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала с винтовым прямоугольным пазом и труба предназначены для сигнальных или метеорологических ракет точного действия, стабилизируемых вращением. В способе на цилиндрическую оправку устанавливают винтовую пластину прямоугольного сечения, наматывают затем внутренний слой, образуя винтовой прямоугольный гофр, укладывают предварительно сформованные вкладыши в виде реек треугольного сечения вплотную к уступам гофра и к цилиндрической поверхности внутреннего слоя и затем наматывают остальные слои силовой оболочки, формируя многослойную силовую оболочку. В трубе внутренний слой силовой оболочки снабжен винтовым прямоугольным гофром с расположенным на нем винтовым прямоугольным пазом и установленными по обе стороны от винтового прямоугольного гофра и скрепленными с ними и с силовой оболочкой двумя рейками треугольного сечения. Способ позволяет получить прочную трубу с высокой жесткостью стенок ее винтового паза. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ изготовления трубы из слоистого композиционного материала с по меньшей мере одним винтовым прямоугольным пазом с боковой несущей поверхностью, при котором на цилиндрическую оправку устанавливают винтовую пластину прямоугольного сечения, укладывают предварительно сформованные вкладыши и наматывают слои материала, формируя многослойную силовую оболочку с внутренним слоем, отличающийся тем, что после установки винтовой пластины наматывают с натяжением, достаточным для устранения провисания, на оправку внутренний слой, образуя винтовой прямоугольный гофр, а предварительно сформованные вкладыши выполняют в виде реек треугольного сечения и укладывают их вплотную, прижимая к уступам гофра и к примыкающей к ним цилиндрической поверхности внутреннего слоя, и затем наматывают остальные слои силовой оболочки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рейки прижимают к внутреннему слою силовой оболочки кольцевыми витками последующего за внутренним слоем силовой оболочки, причем сначала прижимают рейку со стороны боковой несущей поверхности винтового прямоугольного паза. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что рейки прижимают к внутреннему слою силовой оболочки посредством разрезных пружинных колец. 4. Способ по пп.1 и 2 или 1 и 3, отличающийся тем, что внутренний слой силовой оболочки наматывают с нахлестом в зоне установки рейки. 5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что предварительно сформованные рейки термообрабатывают для обеспечения требуемого их сечения и пластических свойств в продольном направлении. 6. Труба из слоистого композиционного материала с по меньшей мере одним винтовым прямоугольным пазом, содержащая многослойную силовую оболочку с внутренним слоем, установленные и скрепленные с ней вкладыши и выполненный на ее внутренней поверхности винтовой прямоугольный паз, отличающаяся тем, что внутренний слой силовой оболочки снабжен винтовым прямоугольным гофром с расположенным в нем винтовым прямоугольным пазом, а вкладыши выполнены в виде двух реек треугольного сечения, установленнных на внутреннем слое по обе стороны от винтового прямоугольного гофра, скрепленных с ним и с силовой оболочкой. 7. Труба по п.6, отличающаяся тем, что рейки выполнены из секций, состыкованных косыми стыками. 8. Труба по пп. 6 и 7, отличающаяся тем, что она снабжена разрезными пружинными кольцами, установленными внутри силовой оболочки с возможностью размещения в их разрезе реек. 9. Труба по пп. 6 и 7, отличающаяся тем, что внутренний слой силовой оболочки выполнен под рейкой с нахлестом.