СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТСЕКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ВИДЕ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРЫ И ОТСЕК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ВИДЕ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2016 года по МПК B64C1/00 B64G1/22 B64F5/00 B32B3/12 B32B1/08 

Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы при создании конструкций для летательных аппаратов, в частности для разработки и производства отсеков космических аппаратов.

Известны отсек летательного аппарата в виде оболочки вращения и способ его изготовления по патенту US 4284679 А, от 18.08.1981 МПК⁷ В32В 1/00.

Известны отсек летательного аппарата в виде сетчатой оболочки вращения и способ его изготовления по патенту WO 93/07412 А1 15.04.1993 МПК⁷ В32В 1/08.

Известна оболочка летательного аппарата из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2153419 от 10.03.99, МПК⁷ В32В 1/08.

Известен способ изготовления элементов летательного аппарата из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2153983 от 30.04.98, МПК⁷ В42С 53/56, при котором на оправку укладывают разделительный слой, наматывают спиральные и кольцевые слои силовых элементов, обжимающую облицовку из термоусаживающего материала, термообрабатывают, снимают с оправки и удаляют облицовку и разделительный слой.

Известна оболочка летательного аппарата ячеистой структуры из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2210726 от 22.11.2001, МПК⁷ F42В 15/00, которая выполнена из множества перекрещивающихся спиральных, обоих направлений, и кольцевых ребер жесткости из, например, однонаправленных углеродных жгутов, пропитанных полимерным связующим.

В известных оболочках резьбовые отверстия для крепления кронштейнов оборудования (трубопроводов, кабель-каналов и т.д.) оформляют в слоистом пластике, которым заполнена ячейка. Заполняют ячейку в процессе намотки оболочки путем послойной укладки предварительно пропитанных салфеток, размерами, превышающими площадь ячейки, что повышает массу и стоимость оболочек, а также снижает технологичность.

Также известны оболочка летательного аппарата из полимерных композиционных материалов и способ ее изготовления по патенту RU №2153419 от 19.07.99, МПК⁷ В32В 3/12.

Известные способы и устройства, как наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату, выбраны в качестве прототипов.

Недостатки известных прототипов для способа заключаются в следующем:

- в низкой технологичности изделия и оболочки из-за наличия операций по заполнению ячеек слоистым материалом (послойной укладки салфеток) и выполнения резьбовых отверстий, а также в высокой массе изделия и его высокой стоимости;

- в низком качестве изделия из-за перекосов при установке вставки, а также из-за низкой надежности ее крепления;

- в низком качестве изделия из-за низкой надежности клеевых соединений;

- в низкой технологичности и низком качестве изделия из-за неполного отслоения резиноподобного материала от ребра, с его разрушением и высоким усилием забивания и вдавливания, а также из-за низкой надежности клеевых соединений при малой площади склеивания;

- в низкой технологичности и низком качестве изделия при установке вставок на кольцевые ребра;

- в низкой технологичности и низком качестве изделия при установке вставок на спиральные и кольцевые ребра;

Недостатки известных прототипов для устройства заключаются в следующем:

- в низкой технологичности конструкции из-за заполнения ячеек слоистым материалом и выполнения в нем резьбовых отверстий, а также в высокой массе изделия и его высокой стоимости и, кроме того, в низкой надежности работы устройства из-за низкой надежности крепления фланца вставки;

- в низкой надежности работы устройства из-за низкой надежности крепления полок вставки, а также в низкой технологичности из-за высоких усилий забивания и вдавливания полок;

- в низкой надежности работы устройства из-за низкой надежности крепления элементов;

- в низкой технологичности и низком качестве изделия из-за неполного отслоения резиноподобного материала от ребра, с его разрушением и высоким усилием забивания и вдавливания, а также из-за низкой надежности клеевых соединений при низкой площади склеивания;

- в низкой надежности изделия при установке вставок на кольцевые ребра.

- в низкой надежности изделия при установке вставок на спиральные и кольцевые ребра;

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание высокотехнологичной конструкции отсека летательного аппарата с повышенной надежностью работы.

Технический результат для способа, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:

- в повышении технологичности изделия и оболочки за счет исключения операций по заполнению ячеек слоистым материалом (послойной укладки салфеток) и выполнения резьбовых отверстий, а также в снижении массы изделия и его стоимости;

- в повышении качества изделия за счет исключения перекосов при установке вставки, а также за счет повышения надежности ее крепления;

- в повышении качества изделия за счет повышения надежности клеевых соединений;

- в повышении технологичности и качества изделия за счет обеспечения отслоения резиноподобного материала от ребра, при исключении его разрушения и облегчения тем самым усилия забивания и вдавливания, а также за счет повышения надежности клеевых соединений при увеличении площади склеивания;

- в повышении технологичности и качества изделия за счет охвата полками преимущественно кольцевых ребер (признаки использованы преимущественно для вставок с двумя полками);

- в повышении технологичности и качества изделия за счет упора фланцев в спиральные и кольцевое ребра зонами отступов (признаки использованы преимущественно для вставок с тремя полками).

Технический результат для устройства, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:

- в повышении технологичности за счет исключения из конструкции слоистого материала заполнения ячеек и выполнения резьбовых отверстий, а также в снижении массы изделия и его стоимости и, кроме того, в повышении надежности работы устройства за счет заделки и прижатия фланца вставки;

- в повышении надежности работы устройства за счет повышения надежности крепления полок вставки, а также в повышении технологичности за счет облегчения усилия забивания и вдавливания полок;

- в повышении надежности работы устройства за счет повышения надежности крепления элементов;

- в повышении технологичности за счет принудительного отслоения резиноподобного материала от ребра и облегчения усилия забивания и вдавливания полок;

- в повышении технологичности и надежности работы устройства (признаки использованы преимущественно для вставок с двумя полками);

- в повышении технологичности и надежности работы устройства (признаки использованы преимущественно для вставок с тремя полками).

Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что способ изготовления отсека летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, при котором на оправку укладывают разделительный слой из резиноподобного материала с кольцевыми и спиральными обоих направлений канавками, затем слоями из высокомодульных нитей с их пропиткой полимерным связующим вматывают в эти канавки кольцевые и спиральные ребра, с натяжением наматывают наружную оболочку, термообрабатывают, снимают с оправки и удаляют разделительный слой, при этом в соответствии с изобретением перед намоткой наружной оболочки в соответствующие ячейки устанавливают вставки, предварительно изготовленные в виде фигурного фланца с консольной резьбовой втулкой и консольными полками с заостренными краями, для чего в центре ячейки в резиноподобном материале выполняют выемку для размещения втулки, полки заостренными краями вбивают между ребром и резиноподобным материалом, затем вдавливают вставку до упора фланца в ребра усилием натяжения намотки наружной оболочки и одновременно обжимают резиноподобный материал, прижимая за счет его объемного деформирования полки к ребрам с обеспечением контактного давления для склеивания последних, причем заострение края полки выполняют односторонним, затачивая фаску со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка. Полки вбивают с наружной стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают по краям фланца вставки. Полки вбивают с внутренней стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра.

Для устройства поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что отсек летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, включающей перекрещивающиеся кольцевые и спиральные обоих направлений ребра из пропитанных полимерным связующим высокомодульных нитей и наружную оболочку, выполненную методом намотки из аналогичного материала, при этом в соответствии с изобретением отсек снабжен прижатыми своими фигурными фланцами к ребрам наружной оболочкой вставками с консольной резьбовой втулкой, расположенной в центре соответствующей ячейки, и консольными полками с заостренными краями, склеенными с соответствующими ребрами, причем заострение края полки выполнено односторонним затачиванием фаски со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка. Полки склеены с наружной поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены по краям фланца вставки. Полки склеены с внутренней поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра.

Отличительными признаками для способа являются следующие признаки:

- перед намоткой наружной оболочки в соответствующие ячейки устанавливают вставки - признак существенный, предусматривает наличие новой операции, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности оболочки за счет исключения операций по заполнению ячеек слоистым материалом (послойной укладки салфеток) и выполнения резьбовых отверстий, кроме того технический результат заключается в снижении массы изделия, а также его стоимости;

- предварительно изготовленные в виде фигурного фланца с консольной резьбовой втулкой и консольными полками с заостренными краями - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности изделия;

- для чего в центре ячейки в резиноподобном материале выполняют выемку для размещения втулки - признак существенный, предусматривает наличие новой операции, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности оболочки;

- полки заостренными краями вбивают между ребром и резиноподобным материалом - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия;

- затем вдавливают вставку до упора фланца в ребра усилием натяжения намотки наружной оболочки - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет исключения перекосов при установке вставки, а также за счет повышения надежности ее крепления;

- одновременно обжимают резиноподобный материал, прижимая за счет его объемного деформирования полки к ребрам с обеспечением контактного давления для склеивания последних - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет повышения надежности клеевых соединений;

- заострение края полки выполняют односторонним, затачивая фаску со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет обеспечения отслоения резиноподобного материала от ребра, при исключении его разрушения и облегчения тем самым усилия забивания и вдавливания, а также за счет повышения надежности клеевых соединений при увеличении площади склеивания;

- полки вбивают с наружной стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают по краям фланца вставки - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет охвата полками преимущественно кольцевых ребер (признаки использованы преимущественно для вставок с двумя полками);

- полки вбивают с внутренней стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет упора фланцев в спиральные и кольцевое ребра зонами отступов (признаки использованы преимущественно для вставок с тремя полками).

Отличительными признаками для устройства являются следующие признаки:

- отсек снабжен прижатыми своими фигурными фланцами к ребрам наружной оболочкой вставками с консольной резьбовой втулкой, расположенной в центре соответствующей ячейки - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новую взаимосвязь и новую форму элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности за счет исключения из конструкции слоистого материала заполнения ячеек и выполнения резьбовых отверстий, кроме того технический результат заключается в снижении массы изделия и его стоимости, а также в повышении надежности работы устройства за счет заделки и прижатия фланца;

- консольными полками с заостренными краями - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов и новую форму элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы устройства за счет повышения надежности крепления полок вставки, а также на повышение технологичности за счет облегчения усилия забивания и вдавливания полок;

- склеенными с соответствующими ребрами - признаки существенные, предусматривают новую взаимосвязь элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы устройства за счет повышения надежности крепления элементов;

- заострение края полки выполнено односторонним затачиванием фаски со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка - признаки существенные, предусматривают новую форму элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности за счет принудительно отслоения резиноподобного материала от ребра и облегчения усилия забивания и вдавливания полок;

- полки склеены с наружной поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены по краям фланца вставки - признаки существенные, предусматривают новое взаимное расположение и новую взаимосвязь элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и надежности работы устройства (признаки использованы преимущественно для вставок с двумя полками);

- полки склеены с внутренней поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новое взаимное расположение и их новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и надежности работы устройства (признаки использованы преимущественно для вставок с тремя полками).

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технических результатов. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технических результатов и характеризует предложенные технические решения существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данные технические решения являются результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению технологичности конструкции отсеков летательных аппаратов с повышением надежности их работы без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладают неочевидностью, что свидетельствует об их соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид способа изготовления отсека летательного аппарата; на фиг. 2 - общий вид отсека летательного аппарата; на фиг. 3 - сечение способа установки вставки с двумя полками; на фиг. 4 - сечение способа установки вставки с тремя полками; на фиг. 5 - выноска способа установки вставки с двумя полками; на фиг. 6 - сечение оболочки по вставке с двумя полками; на фиг. 7 - сечение оболочки по вставке с тремя полками; на фиг. 8 - выноска сечения по вставке с двумя полками.

Способ изготовления отсека 1 летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, при котором на оправку 2 укладывают разделительный слой 3 из резиноподобного материала 4 с кольцевыми 5 и спиральными 6 обоих направлений канавками, затем слоями из высокомодульных нитей с их пропиткой полимерным связующим вматывают в эти канавки кольцевые 7 и спиральные 8 ребра, с натяжением наматывают наружную оболочку 9, термообрабатывают, снимают с оправки 2 и удаляют разделительный слой 3. Перед намоткой наружной оболочки 9 в соответствующие ячейки 10 устанавливают вставки 11, предварительно изготовленные в виде фигурного фланца 12 с консольной резьбовой втулкой 13 и консольными полками 14 с заостренными краями 15, для чего в центре ячейки 10 в резиноподобном материале 4 выполняют выемку 16 для размещения втулки 13, полки 14 заостренными краями 15 вбивают между ребром 7 или 8 и резиноподобным материалом 4, затем вдавливают вставку 11 до упора фланца 12 в ребра 7 или 8 усилием натяжения намотки наружной оболочки 9 и одновременно обжимают резиноподобный материал 4, прижимая за счет его объемного деформирования полки 14 к ребрам 7 или 8 с обеспечением контактного давления для склеивания 17 последних, причем заострение края 15 полки 14 выполняют односторонним, затачивая фаску 18 со стороны, противоположной ребру 7 или 8, с которым склеена эта полка 14. Полки 14 вбивают с наружной стороны ребер 7 ячейки 10, где расположена резьбовая втулка 13 вставки 11, при этом полки 14 располагают по краям фланца 12 вставки 11. Полки 14 вбивают с внутренней стороны ребер 7 или 8 ячейки, где расположена резьбовая втулка 13 вставки 11, при этом полки 14 располагают с отступом 19 от края 20 фланца, превышающим толщину 21 соответствующего ребра 7 или 8.

Отсек 1 летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, включающей перекрещивающиеся кольцевые 7 и спиральные 8 обоих направлений ребра из пропитанных полимерным связующим высокомодульных нитей и наружную оболочку 9, выполненную методом намотки из аналогичного материала. Отсек 1 снабжен прижатыми своими фигурными фланцами 12 к ребрам 7 или 8 наружной оболочкой 9 вставками 11 с консольной резьбовой втулкой 13, расположенной в центре соответствующей ячейки 10, и консольными полками 14 с заостренными краями 15, склеенными 17 с соответствующими ребрами 7 или 8, причем заострение края 15 полки 14 выполнено односторонним затачиванием фаски 18 со стороны, противоположной ребру 7 или 8, с которым склеена 17 эта полка 14. Полки 14 склеены 17 с наружной поверхностью ребер 7 ячейки, где расположена резьбовая втулка 13 вставки 11, при этом полки 14 расположены по краям фланца 12 вставки 11. Полки 14 склеены 17 с внутренней поверхностью ребер 7 или 8 ячейки, где расположена резьбовая втулка 13 вставки 11, при этом полки 14 расположены с отступом 19 от края 20 фланца 12, превышающим толщину 21 соответствующего ребра 7 или 8.

Пример конкретного исполнения способа и отсека 1 заключается в том, что при установке вставки 11 забивают полки 14. Для этого вставку 11 располагают над соответствующей ячейкой 10 так, чтобы заостренные края 15 контактировали точно с линией разграничения между резиноподобным материалом 4 и материалом ребер 7 (для двухполочной вставки) или ребер 7 или 8 (для трех- и более-полочной вставки). Используя податливость и эластичность резиноподобного материала, а также некоторую податливость неотвержденного окончательно материала ребер, вбивают полки в границу материалов с расслоением их в зоне полки. Полки 14 и ребра 7 или 8 склеиваются 17 связующим материала ребер. На поверхность полки 14, контактирующую с ребром 7 или 8, также может быть предварительно нанесен клей 17. В готовом отсеке 1 с помощью крепежных элементов 22 закрепляются кронштейны 23 трубопроводов 24 или кабель каналов, или другого оборудования.

Работает отсек 1 следующим образом. Во время транспортирования отсека, а также полета летательного аппарата на кронштейны 23 трубопроводов 24, кабель-каналов и другого оборудования действуют инерционные силы. Благодаря надежности крепежных элементов 22, надежности крепления вставок 11 (с заделкой их под оболочкой 9) с резьбовыми втулками обеспечена надежность работы летательного аппарата в заданных условиях эксплуатации.

Таким образом, использование изобретений позволит создать высокотехнологичную конструкцию оболочки летательного аппарата с повышенной надежностью работы, что и подтверждает их использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний образцов и фрагментов конструкций, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим, новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.

Изобретение относится к авиации и касается изготовления конструкций отсеков летательных аппаратов (ЛА). При изготовлении отсека в виде оболочки вращения ячеистой структуры на оправку укладывают разделительный слой из резиноподобного материала с кольцевыми и спиральными канавками, затем слоями из высокомодульных нитей вматывают в эти канавки кольцевые и спиральные ребра, с натяжением наматывают наружную оболочку, термообрабатывают, снимают с оправки и удаляют разделительный слой. Причем перед намоткой наружной оболочки в соответствующие ячейки устанавливают вставки, предварительно изготовленные в виде фигурного фланца с консольной резьбовой втулкой и консольными полками с заостренными краями. При этом в центре ячейки в резиноподобном материале выполняют выемку для размещения втулки, а полки заостренными краями вбивают между ребром и резиноподобным материалом. Затем вдавливают вставку до упора фланца в ребра усилием натяжения намотки наружной оболочки и одновременно обжимают резиноподобный материал, прижимая за счет его объемного деформирования полки к ребрам с обеспечением контактного давления для склеивания. Достигается создание высокотехнологичной конструкции отсека ЛА с повышенной надежностью работы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ изготовления отсека летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, при котором на оправку укладывают разделительный слой из резиноподобного материала с кольцевыми и спиральными обоих направлений канавками, затем слоями из высокомодульных нитей с их пропиткой полимерным связующим вматывают в эти канавки кольцевые и спиральные ребра, с натяжением наматывают наружную оболочку, термообрабатывают, снимают с оправки и удаляют разделительный слой, отличающийся тем, что перед намоткой наружной оболочки в соответствующие ячейки устанавливают вставки, предварительно изготовленные в виде фигурного фланца с консольной резьбовой втулкой и консольными полками с заостренными краями, для чего в центре ячейки в резиноподобном материале выполняют выемку для размещения втулки, полки заостренными краями вбивают между ребром и резиноподобным материалом, затем вдавливают вставку до упора фланца в ребра усилием натяжения намотки наружной оболочки и одновременно обжимают резиноподобный материал, прижимая за счет его объемного деформирования полки к ребрам с обеспечением контактного давления для склеивания последних, причем заострение края полки выполняют односторонним, затачивая фаску со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полки вбивают с наружной стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают по краям фланца вставки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полки вбивают с внутренней стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра.

4. Отсек летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, включающей перекрещивающиеся кольцевые и спиральные обоих направлений ребра из пропитанных полимерным связующим высокомодульных нитей и наружную оболочку, выполненную методом намотки из аналогичного материала, отличающийся тем, что отсек снабжен прижатыми своими фигурными фланцами к ребрам наружной оболочкой вставками с консольной резьбовой втулкой, расположенной в центре соответствующей ячейки, и консольными полками с заостренными краями, склеенными с соответствующими ребрами, причем заострение края полки выполнено односторонним затачиванием фаски со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка.

5. Отсек по п.4, отличающийся тем, что полки склеены с наружной поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены по краям фланца вставки.

6. Отсек по п.4, отличающийся тем, что полки склеены с внутренней поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра.