СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2010 года по МПК B32B1/08 B32B3/12 B64C1/00 B64G1/22 

Описание патента на изобретение RU2392122C1

Изобретение относится к сетчатым оболочечным конструкциям из композиционных материалов и может быть использовано в изделиях авиационной и ракетно-космической техники.

При эксплуатации сетчатых оболочечных конструкции из композиционных материалов в изделиях авиационной и ракетно-космической техники они подвергаются комплексным воздействиям распределенных переменных по длине осевой и перерезывающих сил, изгибающих моментов, а также сосредоточенных нагрузок со стороны элементов крепления приборов и оборудования. Действие этих нагрузок приводит к возникновению отличающихся в разных частях оболочки напряжений в ребрах сетчатой структуры. Существует проблема снижения массы сетчатой структуры оболочечных конструкций при воздействии подобных нагрузок.

Известен адаптер в виде сетчатой оболочки вращения конической формы из композиционных материалов (патент RU №2189907, зарегистрированный 27.09.2002), образованный множеством спиральных и кольцевых ребер из слоев перекрещивающихся лент с соответственно ориентированными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим с меридиональными широкими полосовыми тонкослойными элементами, равномерно распределенными по трем или четырем локальным зонам по ее окружности, размещенными между слоями указанных лент спиральных и кольцевых ребер друг над другом и с перекрытием ячеек между ребрами и скрепленными полимерным связующим. Основными недостатками этой сетчатой конструкции являются постоянная жесткость вдоль образующей оболочки в зонах полосовых элементов в связи с постоянной площадью поперечного сечения каждого полосового элемента вдоль меридиана между торцами и равномерное распределение их по трем или четырем локальным зонам по периметру, не позволяющее реализовать оптимальное распределение прочности и жесткости материала ребер и полос при переменных усилиях в различных частях сетчатой оболочки.

Наиболее близкой к изобретению является несущая труба-оболочка из композиционных материалов (патент RU №2083371, зарегистрированный 10.07.1997). В этой трубе-оболочке силовой каркас ячеистой структуры образован повторяющимися по толщине стенки трубы слоями систем перекрещивающихся спиральных, продольных и кольцевых лент из однонаправленных нитей, образующих ребра жесткости между узлами перекрестий с дополнительными наклонными ребрами из кольцевых слоев, расположенными между кольцевыми ребрами со смещением относительно друг друга. Между соседними кольцевыми ребрами располагается одно дополнительное наклонное ребро из кольцевых лент, хотя для обеспечения прочности и жесткости в ряде практических случаев целесообразно иметь между различными кольцевыми ребрами различное число дополнительных ребер в соответствии с переменным характером действующих усилий. Кроме того, преобладающие усилия в рассматриваемых конструкциях ориентированы вдоль продольной оси и наиболее эффективно воспринимаются продольными, а не наклонными ребрами. Еще одним недостатком рассматриваемой конструкции является неоптимальная жесткость дополнительных ребер, формируемых кольцевыми лентами.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка сетчатой оболочки вращения из композиционных материалов с меньшей массой в условиях действия эксплуатационных неравномерно распределенных нагрузок, чем у ближайшего аналога.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, заключается в обеспечении необходимой прочности, устойчивости, жесткости и надежности в условиях действия осевых, перерезывающих сил, изгибающих моментов и сосредоточенных нагрузок за счет более равномерной загрузки спиральных, кольцевых, продольных и дополнительных ребер сетчатой структуры в различных зонах оболочки.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного результата в известной сетчатой оболочке вращения из композиционных материалов, образованной из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, продольных и кольцевых лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые, продольные и дополнительные ребра, согласно изобретению дополнительные ребра ориентированы в продольном направлении, при этом они короче длины образующей оболочки и неравномерно распределены по длине и периметру.

Дополнительные ребра в оболочке могут быть образованы слоями продольных лент из однонаправленных нитей и (или) ткани, скрепленных полимерным связующим, образующих ребра с шириной, в общем случае отличающейся от ширины спиральных, продольных и кольцевых ребер.

Целесообразно в ромбах кольцевого пояса из спиральных ребер, каждая сторона которых пересечена не менее чем одним продольным или дополнительным ребром, кольцевые ребра исключить.

Отличительными особенностями заявляемой сетчатой оболочки вращения из композиционных материалов являются следующие признаки:

- дополнительные ребра ориентированы в осевом направлении;

- дополнительные ребра короче длины образующей оболочки;

- дополнительные ребра в общем случае неравномерно распределены вдоль оси и по периметру;

- дополнительные ребра могут быть образованы слоями продольных лент из однонаправленных нитей и (или) ткани, скрепленных полимерным связующим, образующих ребра с шириной, в общем случае отличающейся от ширины спиральных, продольных и кольцевых ребер;

- в ромбах кольцевого пояса из спиральных ребер, каждая сторона которых пересечена не менее чем одним продольным или дополнительным ребром, кольцевые ребра могут отсутствовать.

В предлагаемой конструкции дополнительные ребра ориентированы в осевом направлении, совпадающем с направлением действия преобладающих усилий, что обеспечивает их максимальную эффективность в конструкции. Для образования спиральных ребер используются слои лент продольных ребер, так как они в ряде рассматриваемых конструкций имеют большую ширину и формируются из большего количества нитей с более высокой прочностью или модулем упругости, чем кольцевые ребра. Предлагаемая конструкция позволяет располагать дополнительные ребра в зонах более высоких осевых усилий в оболочке, регулируя распределение по периметру, количество и длину дополнительных ребер в зависимости от величины этих усилий. При действии на конструкцию изгибающих моментов и перерезывающих сил в строго ориентированной плоскости создаются повышенные усилия в зонах пересечения этой плоскости с поверхностью оболочки, поэтому в этом случае дополнительные ребра целесообразно располагать в зонах действия повышенных усилий неравномерно по периметру. Целесообразна концентрация осевых ребер в зонах действия на оболочку сосредоточенных нагрузок. В ромбах кольцевого пояса из спиральных ребер, каждый ромб в котором пересечен двумя продольными ребрами, спиральные и продольные ребра образуют кинематически неизменяемые геометрические фигуры - треугольники, что позволяет обеспечивать жесткость сетчатой структуры оболочки без кольцевых ребер.

Указанные признаки являются существенными, так как каждый из них направлен на достижение заявленного технического результата в соответствии с поставленной задачей. В технических решениях предшествующего уровня их использование не обнаружено.

Изобретение поясняется фиг.1 и 2. На фиг.1 в аксонометрической проекции представлен общий вид заявляемой сетчатой оболочки из композиционных материалов. На фиг.2 представлена развертка поверхности рассматриваемой сетчатой оболочки с неравномерно расположенными по периметру дополнительными ребрами с несколькими отсутствующими кольцевыми ребрами.

Сетчатая оболочка из композиционных материалов содержит спиральные 1, продольные 2, кольцевые 3 и дополнительные 4 ребра, а также дополнительные ребра 5 с шириной, отличающейся от ширины спиральных, продольных и кольцевых ребер. Места исключенных из конструкции кольцевых ребер 6 на фиг.2 приведены штриховыми линиями. На фиг.2 также приведены поперечные сечения рассматриваемых ребер.

Предлагаемая сетчатая оболочка из композиционных материалов изготавливается на стандартном оборудовании методом намотки по известным технологиям.

Количество дополнительных ребер, их высота, ширина, длина, зоны расположения и материал, а также целесообразность исключения кольцевых ребер в ромбах кольцевых поясов из спиральных ребер, каждый ромб в котором пересечен двумя продольными ребрами, зависят от конкретного задания и определяются специальным расчетом.

Предлагаемая сетчатая оболочка из композиционных материалов используется в качестве силового каркаса спутника для ракетоносителя «Протон».

Похожие патенты RU2392122C1

название год авторы номер документа
НЕСУЩАЯ ТРУБА-ОБОЛОЧКА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1996
  • Бунаков Владимир Александрович[Ru]
  • Васильев Валерий Витальевич[Ru]
  • Разин Александр Федорович[Ru]
  • Уфимцев Анатолий Иванович[Ru]
RU2103200C1
СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА В ВИДЕ ТЕЛА ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2008
  • Барынин Вячеслав Александрович
  • Миткевич Александр Болеславович
  • Захаревич Леонид Павлович
  • Разин Александр Федорович
  • Васильев Валерий Витальевич
  • Осин Владимир Александрович
RU2384460C2
АДАПТЕР В ВИДЕ СЕТЧАТОЙ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2000
  • Андронов А.И.
  • Васильев В.В.
  • Разин А.Ф.
  • Киселев А.И.
  • Барынин В.А.
  • Недайвода А.К.
  • Петроковский С.А.
  • Грудзин А.Л.
  • Бахвалов Ю.О.
  • Молочев В.П.
RU2189907C2
КОРПУС ДЛЯ ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2010
  • Васильев Валерий Витальевич
  • Разин Александр Федорович
  • Никитюк Виктор Александрович
RU2441798C1
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
АДАПТЕР В ВИДЕ СЕТЧАТОЙ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ КОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2007
  • Разин Александр Федорович
  • Васильев Валерий Витальевич
  • Молочев Валерий Петрович
  • Петроковский Сергей Александрович
  • Андронов Александр Иванович
  • Майоров Борис Гаврилович
  • Барынин Вячеслав Александрович
  • Бахвалов Юрий Олегович
  • Мамонов Владимир Михайлович
  • Полиновский Владислав Петрович
RU2350818C2
ПАНЕЛЬ ИЗ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2012
  • Васильев Валерий Витальевич
  • Разин Александр Федорович
  • Никитюк Виктор Александрович
RU2518519C2
СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА В ВИДЕ ТЕЛА ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1999
  • Андронов А.И.
  • Сергеев Ю.П.
  • Разин А.Ф.
  • Васильев В.В.
RU2149761C1
СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2010
  • Васильев Валерий Витальевич
  • Разин Александр Федорович
  • Никитюк Виктор Александрович
  • Палкин Александр Николаевич
  • Бабичев Антон Александрович
RU2442690C1
АДАПТЕР В ВИДЕ СЕТЧАТОЙ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1999
  • Андронов А.И.
  • Васильев В.В.
  • Разин А.Ф.
  • Недайвода А.К.
  • Петроковский С.А.
  • Грудзин А.Л.
  • Молочев В.П.
RU2148496C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 392 122 C1

Реферат патента 2010 года СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к сетчатым оболочечным конструкциям из композиционных материалов и может быть использовано в изделиях авиационной и ракетно-космической техники. Сетчатая оболочка образована из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, продольных и кольцевых лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые, продольные и дополнительные ребра. Дополнительные ребра ориентированы в продольном направлении. Дополнительные ребра короче длины образующей и неравномерно распределены по длине и периметру. Достигается снижение массы сетчатой оболочки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 392 122 C1

1. Сетчатая оболочка вращения из композиционных материалов, образованная из повторяющихся по толщине стенки оболочки слоев систем перекрещивающихся спиральных, продольных и кольцевых лент из однонаправленных нитей, скрепленных полимерным связующим, образующих спиральные, кольцевые, продольные и дополнительные ребра, отличающаяся тем, что дополнительные ребра ориентированы в продольном направлении, при этом они короче длины образующей и неравномерно распределены по длине и периметру.

2. Оболочка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные ребра образованы слоями продольных лент из однонаправленных нитей и (или) ткани, скрепленных полимерным связующим, образующих ребра с шириной, в общем случае, отличающейся от ширины спиральных, продольных и кольцевых ребер.

3. Оболочка по п.1, отличающаяся тем, что в ромбах кольцевого пояса из спиральных ребер, каждая сторона которых пересечена не менее чем одним продольным или дополнительным ребром, кольцевые ребра отсутствуют.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2392122C1

НЕСУЩАЯ ТРУБА-ОБОЛОЧКА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, СПОСОБ И ОПРАВКА ДЛЯ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1994
  • Медведев Эдуард Борисович[Ru]
  • Давыдов Александр Иванович[Ru]
  • Майоров Борис Гаврилович[Ru]
  • Артюхов Михаил Сергеевич[Ru]
  • Смыслов Владимир Иванович[Ru]
RU2084343C1
СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА ВРАЩЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 1999
  • Васильев В.В.
  • Разин А.Ф.
  • Артюхов М.С.
RU2153419C1
US 5200251 А, 06.04.1993
WO 9307412 A1, 15.04.1993.

RU 2 392 122 C1

Авторы

Андронов Александр Иванович

Федоров Вячеслав Вячеславович

Никитюк Виктор Александрович

Разин Александр Федорович

Васильев Валерий Витальевич

Халиманович Владимир Иванович

Даты

2010-06-20Публикация

2008-11-05Подача