ОПОРНЫЙ УЗЕЛ ТРЕХСЛОЙНОЙ ПАНЕЛИ Российский патент 2004 года по МПК B32B3/12 B32B3/06 

Изобретение относится к аэрокосмической технике, а именно к опорным узлам размещения спутникового оборудования на трехслойных панелях космических платформ, и может быть использовано для осуществления соединений трехслойных сотовых конструкций, выполненных из полимерного композиционного материала, между собой и с другими, например, каркасными элементами.

Известен опорный узел в трехслойной конструкции, выполненный с помощью двухсоставной втулки (Сотовые конструкции. Выбор параметров и проектирование/А.И.Ендогур, М.В.Вайнберг, К.М.Ерусалимский. М.: Машиностроение, 1986, 200с., с ил. - стр.121). Как верхняя, так и нижняя втулки опорного узла имеют фланец и стакан. При этом верхняя втулка имеет две опорные поверхности, одна из которых (фланцевая) опирается на наружную часть верхней обшивки трехслойной конструкции, а вторая (основание стакана) - на внутреннюю часть нижней обшивки трехслойной конструкции. Стакан нижней втулки по внешней поверхности обеспечивает соединение с внутренней поверхностью верхней втулки с помощью резьбы или клея.

Точность установки опорного узла в панели достигается плотным прилеганием фланца нижней втулки к поверхности обшивки и жесткими допусками на отверстие в нижней обшивке. При наличии местных неровностей или неровностей на криволинейных поверхностях соединяемых конструкций точность установки данного узла может быть осуществлена лишь с помощью доработки в сторону увеличения диаметра отверстий и при использовании вспомогательных приспособлений. Кроме того для формирования узла необходимо в процессе склеивания обеспечить давление фланцев к обшивкам трехслойной конструкции, что в свою очередь требует дополнительных приспособлений. К тому же при изготовлении втулок более 50% металла уходит в отходы.

Известен также крепежный элемент панели сотовой структуры (Япония, з. 3-79184, В 32 В 3/12, 3/06), состоящий из втулки с фланцем и ступенчатой цилиндрической частью и содержащий две опорные поверхности, которые должны опираться на соответствующие им поверхности силовых обшивок.

Данная конструкция требует точного прилегания по двум опорным поверхностям, что является технически трудновыполнимым, в особенности для клееных трехслойных панелей с композитными обшивками, и практически невыполнимым для криволинейных поверхностей.

Известен также опорный узел в виде втулки, установленной в трехслойную сотовую конструкцию, и закрепленный в ней с помощью вспенивающейся клеевой композиции (WABEN-EINSATZ/INSERT serie EF 1007) - прототип.

Данный узел состоит из втулки с фланцами на обоих торцах, установленной в отверстии, выполненном в верхней обшивке и сотовом заполнителе трехслойной панели, в которой предварительно механически обработан сотовый заполнитель таким образом, чтобы размер внутренней камеры для заливки вспенивающейся клеевой композиции был заведомо больше размера отверстия в верхней обшивке трехслойной панели. Фиксация втулки по наружной поверхности к сотовому заполнителю и к обшивкам осуществляется за счет заполнения внутренней камеры внутри сотового заполнителя вспенивающейся клеевой композицией, которая вводится через пазы верхнего фланца втулки и отверждается. В результате этого получается замковое соединение втулки с одновременным локальным усилением панели.

Данная конструкция требует использования сложных приспособлений для установки втулки и удержания ее в правильном положении в процессе отверждения вспенивающейся клеевой композиции.

Перпендикулярность оси втулки к трехслойной панели осуществляется только за счет использования дополнительного приспособления установочной оси.

Перед установкой втулки требуется дополнительная операция - механическая обработка сотового заполнителя трехслойной панели для образования внутренней камеры.

При изготовлении фланцевых втулок данной конструкции более 50% металла уходит в отходы.

Задачей изобретения является повышение технологичности и точности взаимного расположения элементов конструкции опорного узла трехслойной панели, а также обеспечение его прочности и расширение области его использования.

Опорный узел трехслойной панели, включающей сотовый заполнитель, расположенный между верхней и нижней обшивками из полимерного композиционного материала, содержит втулку, установленную в отверстии, выполненном в верхней обшивке и сотовом заполнителе, и соединенную с ними по боковой поверхности с помощью вспенивающейся клеевой композиции, согласно предлагаемому изобретению, отверстие выполнено в виде кольцевой проточки, образующей в панели центральный сотовый сердечник цилиндрической формы, втулка выполнена тонкостенной, а на ее внутренней поверхности имеется не менее двух кольцевых выступов клиновидного сечения.

При этом наружный диаметр тонкостенной втулки может быть на 0,3...0,9 мм меньше наружного диаметра кольцевой проточки.

Центральный сотовый сердечник по высоте может быть равным или меньшим строительной высоты трехслойной панели на величину, равную или большую толщины верхней части тонкостенной втулки.

Диаметр кольцевых выступов клиновидного сечения, выполненных на внутренней поверхности тонкостенной втулки, может быть на 0,1...0,4 мм меньше диаметра центрального сотового сердечника.

Диаметр верхнего кольцевого выступа клиновидного сечения, выполненного на внутренней поверхности тонкостенной втулки, может быть на 0,1...0,2 мм меньше диаметра нижнего кольцевого выступа клиновидного сечения.

На боковой поверхности тонкостенной втулки могут быть выполнены кольцевые пазы.

Кольцевые пазы, выполненные на боковой поверхности тонкостенной втулки, могут быть заполнены полимерным композиционным материалом.

В качестве полимерного композиционного материала может быть использован жгут из угольных или стеклянных волокон, пропитанных вспенивающейся клеевой композицией.

Вспенивающаяся клеевая композиция, соединяющая тонкостенную втулку с сотовым заполнителем и верхней обшивкой трехслойной панели, может быть армирована рубленным волокном.

В качестве рубленного волокна могут быть использованы угольные или стеклянные волокна.

Тонкостенная втулка может быть выполнена двухсоставной, в виде цилиндрического стакана и опорной площадки, образованной верхней частью втулки, соединенных между собой по резьбе с мелким шагом.

На боковой поверхности тонкостенной втулки, выступающей над верхней обшивкой трехслойной панели, может быть выполнен кольцевой паз прямоугольного сечения, в который можно установить усиливающий элемент, приклеенный к верхней обшивке трехслойной панели.

Кольцевые выступы клиновидного сечения, выполненные на внутренней поверхности втулки, могут иметь скошенную поверхность, обращенную в сторону центрального сотового сердечника.

Опорный узел трехслойной панели может быть выполнен на криволинейных трехслойных панелях.

Тонкостенная втулка может быть выполнена из металлических сплавов, например, на основе алюминия, или из композиционного материала, например, стеклотекстолита.

Установка тонкостенной втулки, имеющей на ее внутренней поверхности не менее двух кольцевых выступов клиновидного сечения, в отверстии, выполненном в виде кольцевой проточки, образующей в трехслойной панели центральный сотовый сердечник цилиндрической формы, позволяет осуществить фиксацию тонкостенной втулки с помощью кольцевых выступов клиновидного сечения за перерезанные стенки сотовой структуры центрального сотового сердечника, что в свою очередь позволяет в процессе вспенивания и отверждения вспенивающейся клеевой композиции надежно удерживать тонкостенную втулку в заданном положении без применения дополнительных приспособлений, а также обеспечить прочность, точность позиционирования и возможность установки втулки на криволинейных трехслойных конструкциях.

Выполнение наружного диаметра тонкостенной втулки на 0,3...0,9 мм меньше наружного диаметра кольцевой проточки обеспечивает зазор для выхода избытков вспенивающейся клеевой композиции при вспенивании, снижение сил выталкивания тонкостенной втулки из трехслойной панели и предотвращение разрушения стенок сотового заполнителя, прилегающего к боковой поверхности тонкостенной втулки.

Выполнение центрального сотового сердечника высотой, равной строительной высоте трехслойной панели, позволяет изготавливать опорный узел с выступающей над поверхностью трехслойной панели верхней частью тонкостенной втулки, образующей опорную площадку, когда допускается выступ тонкостенной втулки за габариты панели.

Выполнение центрального сотового сердечника высотой, меньшей строительной высоты трехслойной панели на величину, равную или большую толщины верхней части тонкостенной втулки, позволяет изготавливать опорный узел с опорной площадкой, образованной верхней частью тонкостенной втулки, впотай, когда выступ тонкостенной втулки за габариты трехслойной панели не допускается.

Выполнение диаметра кольцевых выступов клиновидного сечения на 0,1...0,4 мм меньше диаметра центрального сотового сердечника позволяет надежно зафиксировать тонкостенную втулку в трехслойной панели.

Выполнение диаметра верхнего кольцевого выступа клиновидного сечения на 0,1...0,2 мм меньше диаметра нижнего кольцевого выступа клиновидного сечения позволяет увеличить прочность зацепления тонкостенной втулки за перерезанные стенки ячеек сотовой структуры центрального сотового сердечника.

Наличие кольцевых пазов на боковой поверхности тонкостенной втулки позволяет увеличить площадь контакта вспенивающейся клеевой композиции с тонкостенной втулкой, что положительно влияет на прочность опорного узла трехслойной панели.

Заполнение кольцевых пазов, выполненных на боковой поверхности тонкостенной втулки, полимерным композиционным материалом, например, жгутом из угольных или стеклянных волокон, пропитанных вспенивающейся клеевой композицией, позволяет иметь локальные зоны армирования, служащие для упрочнения соединения тонкостенной втулки и трехслойной панели.

Армирование вспенивающейся клеевой композиции рубленным угольным или стеклянным волокном позволяет упрочнить вспенивающуюся клеевую композицию и соответственно место соединения тонкостенной втулки с трехслойной панелью.

Выполнение тонкостенной втулки двухсоставной в виде цилиндрического стакана и опорной площадки, образованной верхней частью тонкостенной втулки, соединенных между собой по резьбе с мелким шагом, позволяет регулировать высоту верхней части тонкостенной втулки и изменять расположение уровня опорной площадки над верхней обшивкой трехслойной панели, что расширяет область использования опорного узла.

Выполнение кольцевого паза прямоугольного сечения на боковой поверхности верхней части тонкостенной втулки, выступающей над верхней обшивкой трехслойной панели, позволяет устанавливать в него усиливающий элемент, состоящий, например, из двух частей, которые приклеиваются к верхней обшивки для увеличения прочности опорного узла трехслойной панели.

Выполнение на внутренней поверхности тонкостенной втулки кольцевых выступов клиновидного сечения со скошенными поверхностями, обращенными в сторону центрального сотового сердечника, позволяет облегчить внедрение втулки в панель и надежно удерживать ее при отверждении вспенивающейся клеевой композиции.

Выполнение опорного узла на криволинейных трехслойных панелях позволяет расширить его область применения.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен вид опорного узла в сечении; на фиг.2 представлен опорный узел, содержащей кольцевые пазы на боковой поверхности тонкостенной втулки; на фиг.3 представлен опорный узел с кольцевым пазом прямоугольного сечения на боковой поверхности тонкостенной втулки, выступающей над верхней обшивкой трехслойной панели с усиливающим элементом; на фиг.4 показан опорный узел, выполненный впотай; на фиг.5 представлен опорный узел с двухсоставной втулкой; на фиг.6 представлен опорный узел на криволинейной трехслойной панели.

Опорный узел выполнен из тонкостенной втулки 1, установленной в кольцевую проточку 2, образующую в трехслойной панели 3 центральный сотовый сердечник 4, и фиксируемой при помощи кольцевых выступов клиновидного сечения 5 и 6, размещенных на внутренней поверхности тонкостенной втулки 1, к сотовой структуре центрального сотового сердечника 4 для центрирования и исключения перемещений тонкостенной втулки 1 при вспенивании и отверждении вспенивающейся клеевой композиции 7. Тонкостенная втулка 1 выполнена таким образом, что гарантированный зазор между ее наружным диаметром и наружным диаметром кольцевой проточки 2 обеспечивает выход избытков вспенивающейся клеевой композиции 7 в процессе отверждения. Кольцевые выступы клиновидного сечения 5 и 6 выполнены меньшими по диаметру, чем диаметр центрального сотового сердечника 4, для обеспечения зацепления за перерезанные стенки ячеек сотовой структуры центрального сотового сердечника 4, обеспечивая при этом надежную фиксацию тонкостенной втулки 1 в процессе отверждения вспенивающейся клеевой композиции 7. Для увеличения площади контакта вспенивающейся клеевой композиции 7 с тонкостенной втулкой 1 на ней выполнены кольцевые пазы 8, которые могут быть заполнены пропитанным вспенивающейся клеевой композицией 7 жгутовым материалом, например, из угольных или стеклянных волокон, а вспенивающаяся клеевая композиция 7 для увеличения прочности может быть армирована, например, рубленным волокном. Для увеличения прочности соединения тонкостенной втулки 1 с трехслойной панелью 3 на боковой поверхности верхней части тонкостенной втулки 1, выступающей над верхней обшивкой трехслойной панели 3 может быть выполнен кольцевой паз прямоугольного сечения 9 для установки в него усиливающего элемента 10, состоящего, например, из двух частей и приклеенного к обшивке. Для формирования опорного узла впотай верхняя часть центрального сотового сердечника 4 может быть выполнена высотой, меньшей, чем строительная высота трехслойной панели 3, например, за счет его подрезки. При необходимости регулирования высоты опорной площадки, образованной верхней частью тонкостенной втулки 1, для изменения расположения уровня опорной площадки над верхней обшивкой трехслойной панели 3, тонкостенная втулка 1 может быть выполнена двухсоставной в виде цилиндрического стакана и опорной площадки, образованной верхней частью тонкостенной втулки 1, соединенных между собой по резьбе с мелким шагом, и иметь регулируемую опорную площадку 11, способную благодаря резьбовому соединению изменять свое расположение над верхней обшивкой трехслойной панели 3. Трехслойная панель 3 может быть выполнена криволинейной.

Конструктивное решение опорного узла технологично, так как все операции (сверление кольцевой проточки, нанесение клеевой композиции и ее отверждение) происходят без использования дополнительных приспособлений, обеспечивая при этом необходимую точность взаимного расположения элементов конструкции опорного узла трехслойной панели,

К внешней поверхности втулки не предъявляются повышенные требования к чистоте обработке или к точности исполнения внешнего диаметра.

По сравнению с прототипом опорный узел обеспечивает снижение трудоемкости за счет снижения требований к точности изготовления втулки и уменьшения операций по обработке отверстия в трехслойной панели. Данное решение позволяет снизить матсриалоемкость опорного узла за счет исключения дополнительных приспособлений для его сборки и уменьшить отходы материала втулки за счет выполнения ее тонкостенной и бесфланцевой.

Конструкция опорного узла позволяет его использовать в трехслойной панели таким образом, что его опорная площадка выступает над верхней обшивкой трехслойной панели или расположена впотай, а также устанавливать опорный узел на криволинейных поверхностях, что расширяет область его использования.

Изобретение относится к аэрокосмической технике, а именно к опорным узлам размещения спутникового оборудования на трехслойных панелях космических платформ, и может быть использовано для осуществления соединений трехслойных сотовых конструкций между собой и с другими, например, каркасными элементами. Опорный узел трехслойной панели выполнен в виде тонкостенной втулки, установленной в кольцевую проточку. Проточка формирует в трехслойной панели центральный сотовый сердечник цилиндрической формы. Тонкостенная втулка фиксируется при помощи кольцевых выступов клиновидного сечения, размещенных на ее внутренней поверхности, к структуре центрального сотового сердечника для центрирования и исключения перемещений тонкостенной втулки при вспенивании и отверждении вспенивающейся клеевой композиции. Тонкостенная втулка выполнена таким образом, что гарантированный зазор между ее наружным диаметром и наружным диаметром кольцевой проточки обеспечивает выход избытков клеевой композиции в процессе отверждения. Кольцевые выступы клиновидного сечения выполнены меньшими по диаметру, чем диаметр центрального сотового сердечника. Изобретение позволяет обеспечить высокую точность установки опорного узла на этапе вклеивания втулки без применения вспомогательных приспособлений, а также снизить трудоемкость, материалоемкость и расширить область использования предлагаемой конструкции. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Опорный узел трехслойной панели, включающей сотовый заполнитель, расположенный между верхней и нижней обшивками из полимерного композиционного материала, содержит втулку, установленную в отверстии, выполненном в верхней обшивке и сотовом заполнителе, и соединенную с ними по боковой поверхности с помощью вспенивающейся клеевой композиции, отличающийся тем, что отверстие под втулку выполнено в виде кольцевой проточки, образующей в трехслойной панели центральный сотовый сердечник, втулка выполнена тонкостенной, а на ее внутренней поверхности имеется не менее двух кольцевых выступов клиновидного сечения.2. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр тонкостенной втулки на 0,3-0,9 мм меньше наружного диаметра кольцевой проточки.3. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что высота центрального сотового сердечника равна или меньше строительной высоты трехслойной панели на величину, равную или большую толщины верхней части тонкостенной втулки.4. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что диаметр выступов клиновидного сечения на 0,1-0,3 мм меньше диаметра центрального сотового сердечника.5. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что диаметр верхнего кольцевого выступа клиновидного сечения на 0,1-0,2 мм меньше диаметра нижнего выступа клиновидного сечения.6. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что на боковой поверхности тонкостенной втулки выполнены кольцевые пазы.7. Опорный узел трехслойной панели по п.6, отличающийся тем, что кольцевые пазы, выполненные на боковой поверхности тонкостенной втулки, заполнены полимерным композиционным материалом.8. Опорный узел трехслойной панели по п.7, отличающийся тем, что в качестве полимерного композиционного материала использован жгут из угольных или стеклянных волокон, пропитанных вспенивающейся клеевой композицией.9. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что вспенивающаяся клеевая композиция армирована рубленым волокном.10. Опорный узел трехслойной панели по п.9, отличающийся тем, что в качестве рубленых волокон использованы угольные или стеклянные волокна.11. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что тонкостенная втулка выполнена двухсоставной в виде цилиндрического стакана и опорной площадки, образованной верхней частью тонкостенной втулки, соединенных между собой по резьбе с мелким шагом.12. Опорный узел трехслойной панели по п.3, отличающийся тем, что на боковой поверхности тонкостенной втулки, выступающей над верхней обшивкой трехслойной панели, выполнен кольцевой паз прямоугольного сечения, в который установлен усиливающий элемент, приклеенный к верхней обшивке трехслойной панели.13. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что кольцевые выступы клиновидного сечения имеют скошенную поверхность, обращенную в сторону центрального сотового сердечника.14. Опорный узел трехслойной панели по п.1, отличающийся тем, что трехслойная панель выполнена криволинейной.