СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ ПАНЕЛЕЙ Российский патент 2014 года по МПК F16S1/00 B32B1/00 

Способ изготовления многослойных конструкционных панелей

Изобретение относится к способам изготовления многослойных панелей и может быть использовано при изготовлении конструкций в машиностроении, ядерной энергетике, авиакосмической отрасли, например в производстве беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Известен способ изготовления конструкционных панелей, включающий формирование системы спиральных и кольцевых ребер силового набора намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, на эластичную матрицу, размещенную на оправке, последующее формирование обшивочного слоя намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, поверх силового набора, отверждение связующего и снятие панели с оправки (Основы авиа- и ракетостроения: учеб. пособие для вузов / А.С.Чумадин, В.И.Ершов, К.А.Макаров и др. - М.: Инфра-М. 2008. - 992 с.: ил., стр.567). Отличительной особенностью процесса является то, что пазы под ребра каркаса в эластичных вставках (матрицах) изготовлены по высоте, меньшей, нежели толщина вставки, т.е. толщина эластичной вставки должна быть больше, чем высота паза для ребра.

Однако этим способом можно изготовить только однослойную панель с сетчатым каркасом ребер, поскольку наращиванию числа слоев панели препятствует потребность обязательного извлечения эластичных матриц после завершения процесса.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления многослойных конструкционных панелей, включающий формирование системы ребер силового набора намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, на матрицу, размещенную на оправке, последующее формирование обшивочного слоя намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, поверх силового набора, формирование на поверхности обшивочного слоя новой матрицы с последующим повторением операций формирования ребер жесткости и обшивочного слоя, при этом по завершению названных операций осуществляют отверждение связующего и снятие панели с оправки (см. патент РФ №2463166, МПК В32В 1/00, F16S 1/00, 2012 г.).

Однако указанный способ несколько трудоемок, поскольку для извлечения растворимого материала брикетов из полостей панели сначала требуется формирование системы перфораций, а затем (уже после удаления растворимого материала) необходимо имеющиеся перфорации заглушить.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является упрощение процесса получения многослойной панели.

Технический результат, который может быть получен в результате решаемой задачи, выражается в упрощении процесса получения нескольких слоев при изготовлении тонкостенных многослойных оребренных панелей. Кроме того, значительно облегчает вес панелей, поскольку газ (гелий), остающийся в капсулах, создает аэростатическую подъемную силу, компенсирующую часть массы конструкции.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления многослойных конструкционных панелей, включающий формирование системы ребер силового набора намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, на матрицу, размещенную на оправке, последующее формирование обшивочного слоя намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, поверх силового набора, формирование на поверхности обшивочного слоя новой матрицы, с последующим повторением операций формирования ребер жесткости и обшивочного слоя, при этом по завершению названных операций осуществляют отверждение связующего и снятие панели с оправки, отличается тем, что на оправке формируют первый обшивочный слой, на котором формируют структурированную сборную комплектную матрицу из фигурных гибких газонаполненных капсул, размещая их с зазорами, при этом ребра жесткости формируют намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, в названных зазорах между капсулами на всю высоту зазора, после чего на образовавшейся поверхности в описанном порядке формируют следующий обшивочный слой, с последующим повторением на его поверхности процедур формирования системы ребер силового набора и соответствующих обшивочных слоев.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

Отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «…на оправке формируют первый обшивочный слой, на котором формируют структурированную сборную комплектную матрицу из фигурных гибких… капсул…» предназначен для формирования силового набора панели и обеспечивает формирование ребер силового набора в пространстве (в зазоре) между обшивочными слоями.

Признак, указывающий, что фигурные капсулы наполнены газом, позволяет ей сохранять форму при креплении на оправке и при формировании пазов между самими капсулами, а также расстояние по высоте капсул, позволяющее контролировать получение требуемых параметров высоты ребер силового набора и толщины обводообразующей обшивки.

Размещение газонаполненных капсул с зазорами, формирует матрицу с пазами, предназначенными для формирования силового набора панели.

Признаки, указывающие, что «ребра жесткости формируют намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, в названных зазорах между капсулами на всю высоту зазора», обеспечивают формирование ячеек в объеме панели и жесткую связь обшивочных слоев, разделенных зазором.

Признаки «… на образовавшейся поверхности в описанном порядке формируют следующий обшивочный слой, с последующим повторением на его поверхности процедур формирования системы ребер силового набора и соответствующих обшивочных слоев…» обеспечивают возможность формирования многослойной панели (включающей 3 и более обшивочных слоев).

На фиг.1 схематически показана конструкция для осуществления способа, где 1 - оправка, 2 - гибкая фигурная газонаполненная капсула, 3 - зазоры между фигурными газонаполненными капсулами, а на фиг.2 показана многослойная сетчатая конструкция.

Способ осуществляют следующим образом.

Для формирования первого обшивочного слоя на поверхность вращающейся оправки 1 предварительно выкладывают гибкий волоконный материал, пропитанный связующим. Затем на нем формируют структурированную сборную комплектную матрицу из фигурных гибких капсул 2 с зазорами 3, предназначенными для формирования силового набора панели. В качестве капсул 2 используют фигурные элементы, (которые предварительно, до крепления на оправке, наполняют газом, например гелием), способные сохранять заданную форму в течение технологического процесса. Формируют ребра силового набора сетчатой структуры намоткой в пазы наборной матрицы, т.е. в зазоры 3 между газонаполненными капсулами 2, гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, после чего поверх набора наматывают последующий обшивочный слой. Дальнейшее формирование очередных слоев осуществляется в аналогичном порядке. Отверждение связующего осуществляют после завершения формирования многослойной структуры. (Отверждение связующего - это стандартный процесс полимеризации, который зависит от вида применяемых веществ).

Предложенным способом возможно изготовление любого потребного количества слоев обшивки.

Способ предназначен для изготовления силовых панелей. Способ включает формирование по обводу конструкции системы пересекающихся спиральных и кольцевых ребер силового набора намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, на матричную систему, размещенную на оправке, последующее формирование обводообразующего обшивочного слоя намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, поверх сформированного силового набора, отверждение связующего и снятие панели с оправки. На оправке сначала наматывают первый (внутренний) обшивочный слой, затем на нем формируют структурированную систему в виде наборной матрицы из комплекта прикрепленных фигурных гибких газонаполненных капсул, причем пазы между прикрепленными газонаполненными капсулами предназначены для последующего формирования силового набора панели. Формируют ребра силового набора сетчатой структуры намоткой в пазы наборной матрицы, т.е. в зазоры между газонаполненными капсулами, гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, после чего поверх набора наматывают последующий обшивочный слой. Дальнейшее формирование очередных слоев осуществляется в аналогичном порядке. Изобретение упрощает процесс получения нескольких слоев при изготовлении тонкостенных многослойных оребренных панелей. 2 ил.

Способ изготовления многослойных конструкционных панелей, включающий формирование системы ребер силового набора намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, на матрицу, размещенную на оправке, последующее формирование обшивочного слоя намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, поверх силового набора, формирование на поверхности обшивочного слоя новой матрицы, с последующим повторением операций формирования ребер жесткости и обшивочного слоя, при этом по завершению названных операций осуществляют отверждение связующего и снятие панели с оправки, отличающийся тем, что на оправке формируют первый обшивочный слой, на котором формируют структурированную сборную комплектную матрицу из фигурных гибких газонаполненных капсул, размещая их с зазорами, при этом ребра жесткости формируют намоткой гибкого волоконного материала, пропитанного связующим, в названных зазорах между капсулами на всю высоту зазора, после чего на образовавшейся поверхности в описанном порядке формируют следующий обшивочный слой с последующим повторением на его поверхности процедур формирования системы ребер силового набора и соответствующих обшивочных слоев.