КОНСТРУКЦИЯ КАРКАСОВ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРКАСА Российский патент 2018 года по МПК B64G1/00 

Описание патента на изобретение RU2654882C1

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники, в частности к производству каркасных конструкций из композиционных материалов (КМ), и может быть использовано при разработке и изготовлении каркасных изделий, например элементов космических платформ или каркасов створок солнечных батарей (СБ).

Уровень техники

Известна конструкция каркасов створок солнечных батарей, представляющая из себя решетчатые панели, выполненные из углепластика, сформованные за 1 цикл с последующей механической обработкой [1]. К недостаткам данной конструкции можно отнести высокую удельную массу.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности является конструкция каркасов створок солнечных батарей, состоящая из трубчатых элементов, изготовленных из слоистого углепластика, собранных в каркасную конструкцию углепластиковыми узлами сочленения - фитингами (угольники, тройники). Причем все узлы сочленения формуются одновременно на трубчатых элементах термокомпрессионным методом [2]. Для размещения и крепления фотоэлектрических преобразователей на каркасе предварительно закрепляется сетеполотно [3], [4]. Применение углепластикового каркаса с сетеполотном позволяет снизить массу панели солнечной батареи.

Существенным недостатком данной конструкции является многоступенчатость технологии ее, изготовления, высокая трудоемкость и продолжительность изготовления изделия, что, в свою очередь, приводит к увеличению себестоимости.

Раскрытие изобретения

Задача предлагаемого изобретения: снижение массы, снижение трудоемкости изготовления, уменьшение длительности технологического цикла, уменьшение себестоимости изделий.

Указанная цель достигается тем, что каркас выполняется в виде интегральной рамной конструкции (фиг. 1) из слоистого полимерного композиционного материала, состоит из ребер двутаврового сечения (фиг. 1а) и обрамления в виде швеллера (фиг. 1б), образующего вместе с ребрами монолитный силовой каркас. Причем шаг расположения ребер изделия в каждом из направлений согласуется с размерами фотоэлектрических преобразователей, закрепляемых впоследствии на каркасе при помощи клеевого соединения. Все элементы изделия собираются на специальной технологической оснастке в неотвержденном состоянии и формуются одновременно, образовывая монолитную цельноформованную конструкцию. Формование изделия производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации. В вертикальных стенках ребер и обрамления выполняются вырезы в виде пазов для уменьшения массы изделия. Кроме того, наличие вырезов позволяет производить монтаж кабелей фотоэлектрических преобразователей внутри каркаса СБ. По контуру каркаса устанавливаются накладные металлические элементы для крепления панелей (фиг. 1в).

Накладные металлические детали в данном случае имеют более простую конструкцию по сравнению с накладными деталями каркаса из трубчатых элементов, что также ведет к снижению трудоемкости, продолжительности и себестоимости изготовления изделия.

Изготовление каркаса за один цикл формования без применения клеевых соединений позволяет получить равнопрочную конструкцию с хорошо контролируемыми технологическими параметрами в течение всего процесса изготовления, что положительно сказывается на геометрической точности изделий в условиях эксплуатации.

Пример изготовления.

Для изготовления изделия используют препрег углеткани Порше (арт. 36-06) на связующем ЭНФБ ТУ 1-595-36-2005, массовая доля которого в препреге составляет 40%.

Изготовление изделия осуществляют в специальной технологической оснастке (фиг. 2) в следующей последовательности.

1. Производят раскрой и укладку на поверхность формы 1, обработанную антиадгезивом, слоев препрега, формирующих нижние полки силовых ребер и окантовки 2.

2. Производят раскрой и укладку на терморасширяющихся формующих элементах 3 слоев препрега, образующих ребра и окантовку каркаса 4.

3. Производят установку на форму терморасширяющихся оправок с уложенными на них слоями препрега.

4. Производят раскрой и укладку на собранном на форме пакете слоев препрега, формирующих верхние полки силовых ребер и окантовки 5, а также вертикальной стенки окантовки 6.

5. Производят установку на форму ограничительных планок 7 и верхней плиты 8 с последующей стяжкой элементов формы при помощи крепежных элементов 9.

6. Производят формование каркаса в печи полимеризации при температуре (165-475)°С в течение 8 ч.

7. Производят разборку технологической оснастки, извлекают терморасширяющиеся оправки из полостей изделия.

8. Производят зачистку облоя по кромкам изделия.

Изготовленное изделие отличается от аналогов меньшей массой.

Изготавливаемые в настоящее время аналогичные каркасы солнечных батарей рамочного типа имеют массу 1 м2 конструкции порядка 1,1 кг/м2 [2]. Заявленная конструкция имеет значительно меньшую удельную массу - 0,8 кг/м2. Одностадийная технология изготовления каркаса обеспечивает снижение трудоемкости изготовления, уменьшение длительности технологического цикла, уменьшение себестоимости изделий.

Краткое описание чертежей:

на фиг. 1 представлена интегральная рамная конструкция из слоистого полимерного композиционного материала, состоящая из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера;

на фиг. 2 представлена специальная технологическая оснастка для изготовления интегральной рамной конструкции.

Сущность изобретения

Сущность изобретения заключается в том, что каркас выполняется в виде интегральной рамной конструкции из слоистого полимерного композиционного материала, состоит из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера, образующего вместе с ребрами монолитный силовой каркас. Все элементы изделия собираются на специальной технологической оснастке в неотвержденном состоянии и формуются одновременно, образовывая монолитную цельноформованную конструкцию. Формование изделия производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации. Изобретение обеспечивает снижение массы, снижение трудоемкости изготовления, уменьшение длительности технологического цикла, уменьшение себестоимости изделий.

Источники информации

1. Технология сборки и испытаний космических аппаратов: Учебник для высших технических учебных заведений / И.Т. Беляков, И.А. Зернов, Е.Г. Антонов и др.; Под общей редакцией И.Т. Белякова и И.А. Зернова. - М.: Машиностроение, 1990. - 352 с.: ил. - (с. 103).

2. Патент RU 2352024 от 29.03.2007 г. «Конструкция каркасов солнечных батарей и способ изготовления каркаса».

3. Патент RU 2190900 от 31.12 1999 г. «Панель солнечной батареи».

4. Патент RU 2220477 от 18.03.2002 г. «Панель солнечной батареи».

Похожие патенты RU2654882C1

название год авторы номер документа
ИНТЕГРАЛЬНАЯ РАМНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ИЗ СЛОИСТОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, СПОСОБ ЕЁ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ОСНАСТКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2016
  • Биткин Владимир Евгеньевич
  • Денисов Александр Владимирович
  • Назаров Евгений Валериевич
  • Гордеев Сергей Александрович
  • Агапов Владимир Владимирович
  • Денисова Марина Анатольевна
  • Каштанов Пётр Павлович
RU2664043C2
КОНСТРУКЦИЯ РАЗМЕРОСТАБИЛЬНОЙ ПЛАТФОРМЫ ИЗ СЛОИСТОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2018
  • Биткин Владимир Евгеньевич
  • Денисов Александр Владимирович
  • Агапов Владимир Владимирович
  • Чертов Виталий Геннадьевич
  • Жидкова Ольга Геннадьевна
  • Назаров Евгений Валериевич
  • Денисова Марина Анатольевна
RU2674205C1
КОНСТРУКЦИЯ КАРКАСОВ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРКАСА 2007
  • Урмансов Фатхрахман Файзрахманович
  • Щепалин Виктор Иванович
  • Воронин Аркадий Александрович
  • Денисов Александр Владимирович
RU2352024C2
ОБОЛОЧКА ОТСЕКА ГЕРМЕТИЧНОГО ФЮЗЕЛЯЖА МАГИСТРАЛЬНОГО САМОЛЕТА ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2011
  • Билаш Виталий Константинович
  • Корнеев Александр Николаевич
  • Павлов Владимир Александрович
  • Малышевский Александр Николаевич
  • Катуков Вячеслав Владимирович
RU2475412C1
РАЗМЕРОСТАБИЛЬНОЕ ИНТЕГРАЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ФОРМА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2001
  • Симонов В.Ф.
  • Урмансов Ф.Ф.
  • Молодцов Г.А.
  • Биткин В.Е.
  • Денисов А.В.
  • Владимирова М.А.
RU2230406C2
ИНТЕГРАЛЬНАЯ РАМНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ИЗ СЛОИСТОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2005
  • Климакова Любовь Анатольевна
  • Комиссар Олег Николаевич
  • Половый Александр Олегович
RU2296675C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВОЧНОЙ ОСНАСТКИ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2000
  • Выморков Н.В.
  • Меснянкин А.Ю.
  • Муратов В.М.
RU2188126C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАНЕЛИ С РЕБРАМИ ЖЕСТКОСТИ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2008
  • Куликов Алексей Михайлович
  • Нестеров Александр Иванович
  • Калашников Александр Константинович
  • Горячев Александр Александрович
  • Глинкин Михаил Владимирович
  • Скиба Олег Викторович
  • Литвинов Валерий Борисович
  • Бактенков Александр Васильевич
  • Карпейкин Игорь Сергеевич
  • Трофимова Мария Владимировна
RU2399491C2
КОНСТРУКЦИЯ РЕФЛЕКТОРА ЗЕРКАЛА АНТЕННОГО ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2016
  • Савин Сергей Анатольевич
  • Биткин Владимир Евгеньевич
  • Денисов Александр Владимирович
  • Каштанов Пётр Павлович
  • Гаврилова Елена Анатольевна
  • Савельева Елена Васильевна
  • Назаров Евгений Валериевич
  • Ермохин Михаил Александрович
  • Ерёмин Сергей Александрович
RU2640955C2
КАРКАС ПОВОРОТНОГО СОПЛА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ВЫКЛАДОЧНО-ПРЕССОВОЧНАЯ ОСНАСТКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2014
  • Норкин Николай Степанович
  • Пашутов Аркадий Витальевич
  • Кульков Александр Алексеевич
  • Мерзляков Вячеслав Викторович
  • Базарко Анатолий Николаевич
  • Барынин Вячеслав Александрович
  • Петрусёв Виктор Иванович
  • Евгеньев Алексей Михайлович
RU2551467C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 654 882 C1

Реферат патента 2018 года КОНСТРУКЦИЯ КАРКАСОВ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРКАСА

Изобретение относится к конструкциям изделий космической техники, в частности солнечных батарей и платформ. Каркас выполнен в виде интегральной рамной конструкции из слоистого полимерного углепластика. Каркас включает в себя ребра двутаврового сечения и обрамление в виде швеллера, образуя монолитную силовую структуру. Все элементы собираются на специальной технологической оснастке в неотверждённом состоянии и формуются одновременно. Цельноформованная конструкция каркаса производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации. Технический результат изобретения обеспечивает снижение массы и трудоемкости изготовления каркаса, уменьшение длительности технологического цикла. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 654 882 C1

1. Каркас панели солнечной батареи, изготовленный из слоистого композиционного материала, отличающийся тем, что выполняется в виде интегральной рамной конструкции, состоит из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера, образующего вместе с ребрами монолитный силовой каркас.

2. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что шаг расположения ребер изделия в каждом из направлений согласуется с размерами фотоэлектрических преобразователей, закрепляемых впоследствии на каркасе.

3. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что вертикальные стенки ребер и швеллера имеют вырезы.

4. Способ изготовления каркаса, отличающийся тем, что все элементы конструкции собираются на специальной технологической оснастке в неотверждённом состоянии и формуются одновременно, образуя монолитную цельноформованную конструкцию, при этом формование изделия производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2654882C1

КОНСТРУКЦИЯ КАРКАСОВ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРКАСА 2007
  • Урмансов Фатхрахман Файзрахманович
  • Щепалин Виктор Иванович
  • Воронин Аркадий Александрович
  • Денисов Александр Владимирович
RU2352024C2
0
SU159649A1
АДАПТЕР В ВИДЕ ПОДКРЕПЛЕННОЙ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ КОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2011
  • Биткин Владимир Евгеньевич
  • Биткина Ольга Владимировна
  • Денисов Александр Владимирович
  • Митюшкин Артур Михайлович
  • Еремин Сергей Александрович
  • Воронин Аркадий Александрович
  • Жидкова Ольга Геннадьевна
  • Сухих Ольга Николаевна
  • Солдатов Денис Александрович
  • Мелехина Наталья Михайловна
RU2483927C2
US 4394529 A, 19.07.1983
US 4415759 A, 15.11.1983
CN 106239984 A, 21.12.2016.

RU 2 654 882 C1

Авторы

Биткин Владимир Евгеньевич

Денисов Александр Владимирович

Назаров Евгений Валериевич

Гаврилова Елена Анатольевна

Родионов Александр Вениаминович

Денисова Марина Анатольевна

Каштанов Пётр Павлович

Даты

2018-05-23Публикация

2017-04-19Подача