ЕМКОСТЬ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫМ УЗЛОМ СТЫКОВКИ Российский патент 2003 года по МПК F16J12/00 

Описание патента на изобретение RU2215215C2

Изобретение относится к конструкциям из композиционных материалов, работающим при внутреннем давлении в сочетании с интенсивными осевыми нагрузками, действующими на их узлы стыковки с ответными элементами изделий. Изобретение может быть использовано при создании корпусов твердотопливных двигателей, стартовых ускорителей ракет-носителей космического назначения.

Известна конструкция корпуса твердотопливного двигателя из композиционных материалов. Корпус содержит цилиндрическую оболочку с цельномотанными днищами (типа "кокон") и узел стыковки в виде цилиндра (второго "кокона"), примотанного к оболочке ("Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе"/ под ред. Л.Н. Лаврова, М.: Машиностроение, 1993", стр. 55, рис.2,2).

В качестве недостатка известной конструкции следует отметить необходимость выполнения большой толщины второго "кокона" в случае действия на нее высокоинтенсивных сжимающих нагрузок или изгибающего момента из-за существенно (до 8 раз) меньшей прочности композиционных материалов на сжатие по сравнению с прочностью на растяжение.

Технической задачей настоящего изобретения является снижение массы и повышение надежности конструкции.

Технический результат достигается тем, что у емкости высокого давления из композиционного материала, состоящей из цилиндрической оболочки с цельномотанными днищами и цилиндрического узла стыковки, примотанного к оболочке, в местах перехода цилиндрической части в днища выполнен уступ, на цилиндрической поверхности которого размещен компенсирующий резиновый слой, на который опирается узел стыковки, при этом узел стыковки армирован сегментными элементами переменной длины из композиционного материала, торцы которых упираются в коническую поверхность уступа. Для оптимизации работы конструкции при действии изгибающего момента на узел стыковки суммарная толщина сегментов в тангенциальном направлении выполняется переменной.

Изобретение поясняется следующим графическим материалом.

На фиг. 1 показан продольный разрез узла стыковки. Конструкция содержит спирально-кольцевой набор слоев силовой оболочки (первого "кокона") 1, эластичный клин 2, уступ, включающий цилиндрическое поднутрение 3 с компенсирующим слоем резины 4 и переходный конус 5, спиральные 6 и кольцевые 7 слои второго "кокона", сегментные элементы 8, опирающиеся при укладке на цилиндрическое "ложное дно" оснастки 9 и цилиндрическое поднутрение.

На фиг. 2 показано сечение А-А на фиг.1. На фиг.3 показано поперечное сечение симметрично армированного и на фиг.4 - поперечное сечение несимметрично армированного узла стыковки (сечение А-А на фиг.1). На фиг.5 показана иллюстрация закона изменения погонного осевого сжимающего усилия 10 во втором "коконе", поясняющего улучшение условий работы спиральных слоев второго "кокона" для случая сжатия.

При изготовлении узла стыковки, после намотки 1-го спирального слоя второго "кокона" производится укладка предварительно подготовленных сегментных элементов из композиционного материала. Этим обеспечивается прямолинейность образующей узла стыковки в зоне технологического эластичного клина при намотке кольцевых слоев узлов стыковки с достаточно большим натяжением, необходимым для получения плотной структуры композита.

Переходный конус является "упором" для сегментов, работающих на сжатие совместно со спиральными слоями второго "кокона". На растяжение работают, в основном, только слои второго "кокона", так как, как указано выше, прочность композита на растяжение существенно выше. На поверхности цилиндрического поднутрения и конического перехода соединение слоев второго "кокона" и оболочки первого "кокона" выполняется через слой резины, компенсирующий сдвиговые напряжения и уменьшающий вероятность отслоения "коконов".

Конструкция работает следующим образом.

При сжатии в зоне действия максимальных осевых погонных сжимающих усилий (фиг.5) сопротивление оказывает сечение максимальной жесткости. За счет компенсирующего слоя резины 4 (фиг. 1) в зоне цилиндрического поднутрения 3 происходит снижение интенсивности осевого сжимающего усилия во втором "коконе" на величину среднего сдвигового напряжения в компенсирующем слое, умноженного на длину цилиндрического поднутрения. На участке переходного конуса 5 происходит дальнейшее уменьшение осевого сжимающего усилия второго "кокона" за счет "распорного" эффекта и влияния жесткости кольцевых слоев второго "кокона". На участок цилиндрической поверхности второго "кокона" передается осевое сжимающее усилие, прочность и устойчивость от действия которого обеспечивают спиральные слои 6 второго "кокона".

При растяжении также частично компенсируется осевое усилие на поверхности цилиндрического поднутрения. Остальная часть нагрузки воспринимается спиральными слоями второго "кокона", обеспечивая достаточную прочность за счет большей, чем при сжатии, прочности композита.

Указанное техническое решение неизвестно из патентной и технической литературы.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в снижении массы конструкции из композиционного материала за счет более рационального расположения армирующего материала и в повышении надежности работы за счет обеспечения более точной геометрической формы в зоне компенсирующего клина.

Похожие патенты RU2215215C2

название год авторы номер документа
КОРПУС РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2007
  • Соколовский Михаил Иванович
  • Каримов Владислав Закирович
  • Верещагин Рудольф Иванович
  • Нельзин Юрий Борисович
RU2358140C1
КОРПУС ТВЕРДОТОПЛИВНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2012
  • Каримов Владислав Закирович
  • Нельзин Юрий Борисович
  • Карманов Николай Никандрович
  • Верещагин Рудольф Иванович
  • Нестеров Борис Анатольевич
RU2496020C1
КОРПУС ТВЕРДОТОПЛИВНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2009
  • Соколовский Михаил Иванович
  • Каримов Владислав Закирович
  • Нельзин Юрий Борисович
RU2403423C1
БАЛЛОН ДАВЛЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2001
  • Соколовский М.И.
  • Каримов В.З.
  • Нельзин Ю.Б.
RU2187747C1
КОРПУС РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 2005
  • Соколовский Михаил Иванович
  • Каримов Вячеслав Закирович
  • Нельзин Юрий Борисович
  • Карманов Николай Никандрович
  • Кузьмин Александр Николаевич
  • Степанов Василий Николаевич
RU2282045C1
КОРПУС ТВЕРДОТОПЛИВНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2007
  • Иоффе Ефим Исаакович
  • Налобин Михаил Алексеевич
  • Лузенин Антон Юрьевич
  • Жукова Юлия Сергеевна
  • Каримов Владислав Закирович
RU2339830C1
БАЛЛОН ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2014
  • Куртеев Владимир Аркадьевич
  • Кузьмин Александр Николаевич
RU2570263C1
БАЛЛОН ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2014
  • Куртеев Владимир Аркадьевич
RU2570260C2
КОРПУС ТВЕРДОТОПЛИВНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2008
  • Соколовский Михаил Иванович
  • Каримов Владислав Закирович
  • Нельзин Юрий Борисович
  • Карманов Николай Никандрович
  • Шайдурова Галина Ивановна
RU2372510C1
БАЛЛОН ДАВЛЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2004
  • Соколовский Михаил Иванович
  • Каримов Владислав Закирович
  • Нельзин Юрий Борисович
RU2269044C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 215 215 C2

Реферат патента 2003 года ЕМКОСТЬ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫМ УЗЛОМ СТЫКОВКИ

Емкость предназначена для корпусов твердотопливных двигателей. Емкость состоит из цилиндрической оболочки с цельномотанными днищами и цилиндрического узла стыковки, примотанного к оболочке, в местах перехода цилиндрической части в днища выполнен уступ, на цилиндрической поверхности которого размещен компенсирующий резиновый слой, на который опирается узел стыковки, при этом узел стыковки армирован сегментными элементами переменной длины из композиционного материала, торцы которых упираются в коническую поверхность уступа, кроме того, суммарная толщина сегментов в тангенциальном направлении выполнена переменной. Технический результат - повышение надежности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 215 215 C2

1. Емкость высокого давления из композиционного материала, состоящая из цилиндрической оболочки с цельномотанными днищами и цилиндрического узла стыковки, примотанного к оболочке, отличающаяся тем, что в местах перехода цилиндрической части в днища выполнен уступ, на цилиндрической поверхности которого размещен компенсирующий резиновый слой, на который опирается узел стыковки, при этом узел стыковки армирован сегментными элементами переменной длины из композиционного материала, торцы которых упираются в коническую поверхность уступа. 2. Емкость по п. 1, отличающаяся тем, что суммарная толщина сегментов в тангенциальном направлении выполнена переменной.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2215215C2

Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе
/Под ред
ЛАВРОВА Л.Н
- М.: Машиностроение, 1993, с.55, рис.2.2
ТОПЛИВНЫЙ БАК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 1999
  • Васильев В.В.
  • Разин А.Ф.
  • Недайвода А.К.
  • Петроковский С.А.
  • Бахвалов Ю.О.
  • Молочев В.П.
  • Оленин И.Г.
RU2157322C1
АРМИРОВАННАЯ ТРУБА-ОБОЛОЧКА ДЛЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 1995
  • Майоров Б.Г.
  • Романов А.Ф.
  • Алеев В.А.
  • Медведев А.А.
  • Артюхов М.С.
RU2113648C1
US 3969812 A, 20.07.1976
Переключатель тока с запоминанием сигнала управления 1982
  • Вохмянин Владислав Григорьевич
SU1056466A1

RU 2 215 215 C2

Авторы

Степанов В.Н.

Огнев С.В.

Налобин М.А.

Даты

2003-10-27Публикация

2001-09-10Подача