УЗЕЛ УСИЛЕНИЯ ШПАНГОУТА СИЛОВОЙ СЕТЧАТОЙ КОНСТРУКЦИИ КОРПУСА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2020 года по МПК B64G1/22 F16S5/00 

Изобретение относится к области организации защиты изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), применяемых в различных отраслях, например космической, в частности, для локального усиления высоконагруженных мест крепления силовых сетчатых конструкций (ССК) космического аппарата (КА).

Детали и сборочные единицы часто соединяются между собой при помощи фланцев (шпангоутов). В спутникостроении задача обеспечения минимальной массы конструкции при сохранении заданной несущей способности решается путем применения композитных материалов. Шпангоут, выполненный из композитного материала, как правило, имеет сквозные отверстия для установки в них элементов крепления для соединения с сопрягаемой конструкцией. Известна проблема недостаточной прочности композитного шпангоута в местах контакта с элементами крепления (смятие, расслоение, разлом композитной структуры), в частности при стыковке частей космического аппарата, а именно ССК из ПКМ с сопрягаемой конструкцией.

Из существующего уровня техники известен изготовленный из композитного материала фланец с механически обрабатываемой частью (патент RU 2481950), имеющий конструктивную часть, усиленную основной волокнистой структурой, и первую механически обрабатываемую часть, усиленную первой волокнистой структурой, которая отличается от основной волокнистой структуры, при этом матрицы конструктивной части и первой механически обрабатываемой части идентичны; при этом первая, механически обрабатываемая часть располагается на части, по меньшей мере, основной поверхности конструктивной части и механически обрабатывается по первой механически обрабатываемой поверхности; при этом пересечение первой механически обрабатываемой поверхности с волокнами основной волокнистой структуры равно нулю.

Недостатками известной конструкции являются сложность изготовления и низкая технологичность. Сложность изготовления характеризуется необходимостью предварительного формования кольцевых заготовок, устанавливаемых с противоположных сторон фланца, имеющих сложную геометрическую форму. Низкая технологичность обусловлена применением композитного материала заготовок, использование которого целесообразно только для замкнутых кольцевых форм и не позволяет выполнить локальное усиление, например полчетверти кольца. Кроме того композитный материал не позволяет получить высокое качество поверхности фланца, так как характеризуется низкой устойчивостью к механическим воздействиям.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является узел закрепления оборудования к силовой сетчатой конструкции из ПКМ (патент RU 2535780), состоящий из накладки и контр накладки, скрепленных с элементом ССК, при этом накладки, соединенные между собой, выполнены с углом наклона направляющих граней, совпадающим с углом наклона ребер силовой конструкции, причем опорная накладка упирается в перекрестие силовой конструкции и служит для крепления крепежной накладки, которая, в свою очередь, создает плоскость и точку фиксации для установки оборудования. Данное техническое решение принято за прототип изобретения.

Недостатками известной конструкции являются:

- невозможность использования узла для горизонтальной стыковки с сопрягаемыми конструкциями без дополнительных переходных элементов, что усложняет конструкцию узла и увеличивает его массогабаритные характеристики;

- необходимость выполнения механической обработки узла, что снижает технологичность устройства;

- низкая надежность работы узла для нагруженных элементов, отсутствие обхвата ребра СКК.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие существенные признаки: узел стыковки силовой конструкции корпуса, состоящий из накладки и контр накладки, скрепленных со шпангоутом СКК при помощи клея и соединенных между собой крепежными элементами.

Техническими проблемами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются повышение надежности работы узла стыковки, его технологичности и простоты, а также снижение массогабаритных характеристик.

Технические проблемы решаются за счёт применения одного из трех вариантов узла усиления шпангоута ССК из ПКМ.

По первому варианту узел усиления шпангоута ССК из ПКМ состоит из накладки и контр накладки, скрепленных со шпангоутом ССК из ПКМ при помощи клея и соединенных между собой крепежными элементами, отличающийся тем, что накладка представляет собой П-образный профиль, повторяющий наружный профиль шпангоута ССК из ПКМ, устанавливается на шпангоут ССК из ПКМ со стороны стыковки с сопрягаемой конструкцией, а контр накладка представляет собой пластину, при необходимости разделенную на несколько частей, устанавливается на шпангоут ССК из ПКМ с противоположной от накладки стороны, при этом отверстия в накладке и контр накладке для их соединения друг с другом, расположены за границами шпангоута ССК из ПКМ, плоскость стыковки накладок с сопрягаемой конструкцией подвергается механической обработке, а в накладке, шпангоуте ССК из ПКМ и контр накладке выполняются сквозные отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией.

По второму варианту узел усиления шпангоута ССК из ПКМ состоит из накладки и контр накладки, скрепленных со шпангоутом ССК из ПКМ при помощи клея и соединенных между собой крепежными элементами, отличающийся тем, что накладка представляет собой П-образный профиль, повторяющий наружный профиль шпангоута ССК из ПКМ, устанавливается на шпангоут ССК из ПКМ со стороны стыковки с сопрягаемой конструкцией, а контр накладка представляет собой пластину, при необходимости разделенную на несколько частей, устанавливается на шпангоут ССК из ПКМ с противоположной от накладки стороны, кроме того имеется дополнительная накладка с площадкой и бобышками с отверстиями для стыковки с сопрягаемой конструкцией, устанавливается на шпангоут ССК из ПКМ с противоположной от накладки стороны, между накладкой и контр накладкой, дополнительной накладкой устанавливается набор шайб для обеспечения гарантированного зазора требуемой величины, при этом отверстия в накладке, контр накладке и дополнительной накладке для их соединения друг с другом, расположены за границами шпангоута ССК из ПКМ, плоскость стыковки накладок с сопрягаемой конструкцией подвергается механической обработке, а в накладке, шпангоуте ССК из ПКМ и контр накладке выполняются сквозные отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией.

По третьему варианту узел усиления шпангоута ССК из ПКМ состоит из накладки, скрепленной со шпангоутом ССК из ПКМ при помощи клея, отличающийся тем, что контр накладка отсутствует, а накладка представляет собой П-образный профиль, повторяющий наружный профиль шпангоута ССК из ПКМ, устанавливается на шпангоут ССК из ПКМ со стороны противоположной стороне стыковки с сопрягаемой конструкцией, при этом в накладке и шпангоуте ССК из ПКМ выполняется сквозное отверстие для стыковки с сопрягаемой конструкцией.

Техническая сущность изобретения поясняется фигурами чертежей, где представлены:

на фиг. 1 - узел усиления шпангоута ССК из ПКМ по первому варианту;

на фиг. 2 - узел усиления шпангоута ССК из ПКМ по второму варианту;

на фиг. 3 - узел усиления шпангоута ССК из ПКМ по третьему варианту.

По первому варианту узел усиления шпангоута ССК из ПКМ состоит из накладки 1 и контр накладок 2 скрепленных со шпангоутом ССК из ПКМ 3 при помощи клея(на фиг. 1 не показано) и соединенных между собой крепежными элементами 4. После установки всех узлов усиления на шпангоут ССК из ПКМ 3, плоскость 5 накладок 1 подвергается механической обработке, а в накладках 1, контр накладках 2 и шпангоуте ССК из ПКМ 3 выполняются сквозные отверстия 6 для стыковки с сопрягаемой конструкцией.

По второму варианту узел усиления шпангоута ССК из ПКМ состоит из накладки 1, контр накладок 2 и дополнительной накладки 3. скрепленных со шпангоутом ССК из ПКМ 4 при помощи клея (на фиг. 2 не показано) и соединенных между собой крепежными элементами 5. Между накладкой 1 и контр накладкой 2, дополнительной накладкой 3 устанавливается набор шайб 6 для обеспечения гарантированного зазора требуемой величины 7.Дополнительная накладка 3 имеет площадку 8 и бобышки с отверстиями 9для стыковки с сопрягаемой конструкцией. После установки всех узлов усиления на шпангоут ССК из ПКМ 4, плоскость 10 накладок 1 подвергается механической обработке.

По третьему варианту узел усиления шпангоута ССК из ПКМ состоит из накладки 1 скрепленной со шпангоутом ССК из ПКМ 2 при помощи клея (на фиг. 3 не показано). После установки всех узлов усиления на шпангоут ССК из ПКМ 2, в накладках 1 и шпангоуте ССК из ПКМ 2 выполняются сквозные отверстия 3 для стыковки с сопрягаемой конструкцией.

Работа заявленного узла усиления шпангоута ССК из ПКМ по первому, второму и третьему варианту заключается в защите шпангоута СКК из ПКМ от механических повреждений, за счет равномерного перераспределения локальной нагрузки от крепежного элемента по поверхности шпангоута из ПКМ контактирующей с узлом.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение целостности шпангоута СКК, при действии на него нагрузок от крепежных элементов, обеспечивающих неподвижное высоконагруженное соединение СКК с сопрягаемой конструкцией, высокое качество поверхности контактирующей с сопрягаемой конструкцией, простота технологического процесса монтажа узла с возможностью демонтажа без повреждения шпангоута СКК, минимального прироста габаритов и массы СКК.

Изобретение относится к области организации защиты изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), применяемых в различных отраслях, в частности, для локального усиления высоконагруженных мест крепления силовых сетчатых конструкций (ССК) космического аппарата (КА). Применяется один из трёх вариантов узла усиления шпангоута ССК из ПКМ. По первому варианту узел усиления шпангоута состоит из накладки и контрнакладки, скрепленные со шпангоутом клеем и крепежными элементами. Накладка П-образного профиля, повторяющая наружный профиль шпангоута, устанавливается на шпангоут со стороны стыковки с сопрягаемой конструкцией. Контрнакладка представляет собой пластину, устанавливается на шпангоут с противоположной от накладки стороны. Отверстия в накладке и контрнакладке для соединения друг с другом расположены за границами шпангоута. Плоскость стыковки накладки с сопрягаемой конструкцией подвергается механической обработке. В накладке, шпангоуте, контрнакладке выполняются сквозные отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией. Во втором варианте имеется дополнительная накладка с элементами для стыковки с сопрягаемой конструкцией, устанавливается на шпангоут с противоположной от накладки стороны, в ней выполняются сквозные отверстия. Между накладкой и контрнакладкой устанавливается набор шайб, места их соединения подвергаются механической обработке. По третьему варианту узел усиления шпангоута конструкционно повторяет первый вариант, отсутствует контрнакладка. В накладке и шпангоуте выполняется сквозное отверстие. Изобретение обеспечивает целостность шпангоута при действии на него нагрузок от крепежных элементов, простоту технологического процесса монтажа узла с возможностью демонтажа без повреждения шпангоута, минимального прироста габаритов и массы СКК. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел усиления шпангоута силовой сетчатой конструкции (ССК) из полимерных композиционных материалов (ПКМ), состоящий из накладки и контр накладки, скрепленных со шпангоутом ССК из ПКМ при помощи клея и соединенных между собой крепежными элементами, отличающийся тем, что накладка представляет собой
П-образный профиль, повторяющий наружный профиль шпангоута ССК из ПКМ, установленный на шпангоут ССК из ПКМ со стороны стыковки с сопрягаемой конструкцией, а контр накладка представляет собой пластину, закрепленную на шпангоут ССК из ПКМ с противоположной от накладки стороны, при этом отверстия в накладке и контр накладке, для их соединения друг с другом, расположены за границами шпангоута ССК из ПКМ, а в накладке, шпангоуте ССК из ПКМ и контр накладке выполнены сквозные отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией.

2. Узел усиления шпангоута ССК из ПКМ, состоящий из накладки и контр накладки, скрепленных со шпангоутом ССК из ПКМ при помощи клея и соединенных между собой крепежными элементами, отличающийся тем, что накладка представляет собой П-образный профиль, повторяющий наружный профиль шпангоута ССК из ПКМ, установленный на шпангоут ССК из ПКМ со стороны стыковки с сопрягаемой конструкцией, а контр накладка представляет собой пластину, закрепленную на шпангоут ССК из ПКМ с противоположной от накладки стороны, также имеется дополнительная накладка с площадкой и бобышками с отверстиями для стыковки с сопрягаемой конструкцией, установленная на шпангоут ССК из ПКМ с противоположной от накладки стороны, между накладкой и контр накладкой, дополнительной накладкой установлен набор шайб для обеспечения гарантированного зазора требуемой величины, при этом отверстия в накладке, контр накладке и дополнительной накладке, для их соединения друг с другом, расположены за границами шпангоута ССК из ПКМ, а в накладке, шпангоуте ССК из ПКМ и контр накладке выполнены сквозные отверстия для стыковки с сопрягаемой конструкцией.

3. Узел усиления шпангоута ССК из ПКМ, состоящий из накладки, скрепленной со шпангоутом ССК из ПКМ при помощи клея, отличающийся тем, что накладка представляет собой П-образный профиль, повторяющий наружный профиль шпангоута ССК из ПКМ, установленный на шпангоут ССК из ПКМ со стороны, противоположной стороне стыковки с сопрягаемой конструкцией, при этом в накладке и шпангоуте ССК из ПКМ выполнено сквозное отверстие для стыковки с сопрягаемой конструкцией.