Противоударная пластина для защиты транспортируемого объекта Российский патент 2022 года по МПК B32B3/28 B64C7/00 

Изобретение относится к противоударным устройствам, предусмотренным для использования на транспортных средствах, прежде всего - на летательных аппаратах.

При наземной транспортировке грузов нередко требуется защита грузов от ударных нагрузок, вызванных неровностью дороги. Авиационные правила регламентируют стойкость топливных баков к восприятию перегрузок при жесткой посадке летательного аппарата. Так, для винтокрылого летательного аппарата требуется показать испытаниями, что его сброс с высоты 15 метров на жесткое основание (бетон) не приведет к течи топлива. Приведенные задачи требуют устройств, снижающих наиболее значительные вертикальные перегрузки и обеспечивающих восприятие сдвиговых нагрузок по двум другим осям.

Одним из вариантов решения этой задачи может быть деформируемая конструкция, расположенная между грузом и полом транспортного средства, деформация которой приводит к снижению перегрузки на грузе, например топливном баке, за счет рассеивания энергии удара. В частности, здесь могут применяться объемные, тонкостенные конструкции со складчатой или волнообразной структурой, в том числе, из композитных материалов

Известно устройство по способу изготовления складчатого заполнителя из композитов для многослойных панелей, содержащее формообразующую оснастку плоского листа - заготовки, состоящего из тканого армирующего материала, пропитанного полимерным связующим составом, заготовку-полуфабрикат в виде совокупности жестких участков, имеющих форму граней заполнителя и отделенных друг от друга полосами вдоль линий разметки складчатой структуры с рельефом заполнителя требуемой геометрии - RU 2371315 С1, 2009 г.

Недостаток известной панели состоит в минимальной площади контакта складчатой структуры с обшивками - по граням, т.е. по линиям. Площадь склейки линии стремится к нулю. Это - непрочное и ненадежное соединение. Применение панелей с таким соединением будет ограничено несиловыми конструкциями: декоративными или акустическими панелями, разделительными элементами упаковки и т.п.

Наиболее близким из аналогов можно считать противоударную пластину, предусмотренную для расположения на структуре транспортного средства, прежде всего - летательного аппарата, включающую в себя ближний к транспортному средству первый слой из армированного волокном пластика, который имеет волнообразный рисунок из попеременных возвышений и углублений, при этом прочность при поперечном растяжении армированного волокном пластика составляет более 50 МПа и включает в себя расположенный на первом слое дальний от транспортного средства второй слой из армированного волокном пластика, при этом относительное удлинение при разрыве армирующих волокон составляет более 3% - RU 2578633 С2, 2016 г.

Недостаток прототипа состоит в том, что ударогасящий волнообразный слой (структура) имеет однонаправленное расположение рядов возвышенностей и впадин. В этом направлении идут все стенки волнообразной структуры и, соответственно, будет обеспечено восприятие сдвиговой нагрузки, действующей параллельно стенкам - высокие жесткость и прочность пластины на сдвиг. Однако в поперечном направлении тонкостенная волнообразная структура будет иметь минимальные жесткость и прочность по причине легкой потери устойчивости тонкими стенками. Конструкция прототипа эффективно противостоит сдвиговым нагрузкам только одного направления - вдоль стенок и рядов волноообразной структуры. То есть, устройство не универсально для восприятия нагрузок произвольного направления.

В связи с указанным недостатком, техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении защитных противоударных свойств устройства при воздействии на защищаемый объект реальных, произвольных по направлению нагрузок, увеличении надежности конструкции и безопасности транспортного средства в целом.

Эта задача решена в противоударной пластине для защиты транспортируемого объекта, содержащей основную волнообразную структуру с рядами возвышенностей и впадин, и обшивку, соединённую с полками впадин волнообразной структуры, полки возвышенностей которой повторяют форму днища защищаемого объекта, одна или более, аналогичные основной, волнообразные структуры, ряды возвышенностей и впадин которых расположены под углом 80-100 град. по отношению к рядам первичной структуры, возвышенности рядов волнообразных структур по внешнему периметру пластины образуют упоры от смещения днища защищаемого объекта, при этом днище защищаемого объекта соединено с полками возвышенностей волнообразных структур и, вместе с обшивкой, образует защитный контейнер.

В частном исполнении противоударной пластины в рядах волнообразных структур размещен легкий заполнитель типа пенопласт.

Устройство противоударной пластины проиллюстрировано рисунками, где на фиг. 1 представлены две волнообразные структуры, взаимно расположенные под углом 90 град; на фиг. 2 - схема расположения трех структур, где две структуры ортогональны одной; на фиг. 3 - схема расположения трех структур, где две структуры ортогональны основной и врезаны в нее; на фиг. 4 показано выполнение полок возвышенностей волнообразной структуры по форме днища защищаемого объекта; на фиг. 5 - схема конструкции, в которой возвышенности рядов волнообразных структур по внешнему периметру пластины выполнены образующими упоры от смещения защищаемого объекта; на фиг. 6 - схема конструкции, в которой днище защищаемого объекта соединено с полками возвышенностей волнообразных структур и вместе с обшивкой образует защитный контейнер для транспортировки жидкостей.

Устройство противоударной пластины по фиг. 1-6 содержит волнообразные структуры 1, 2 с рядами возвышенностей 3 и впадин 4, соединенных стенками 5. Полки впадин 4 волнообразных структур 1, 2 соединены с обшивкой 6, а полки возвышенностей 3 структур 1, 2 образуют форму днища 7 защищаемого объекта - топливного бака 8. Ряды возвышенностей 3 и впадин 4 волнообразных структур 1, 2 на представленных иллюстрациях расположены ортогонально, т.е. под углом 90 град., что является оптимальным вариантом. По конструктивно-технологическим причинам возможно взаиморасположение этих элементов под углами в пределах 80-100 град.

Если граница расположения волнообразных структур 1, 2 по отношению друг к другу будет менее 80 град. или более 100 град., то восприятие произвольно направленных нагрузок будет не оптимальным, уменьшая при этом прочность конструкции.

Стенки 5 волнообразных структур 1, 2 являются основными конструктивными элементами противоударной пластины, воспринимающими сдвиговые нагрузки. Соответственно, толщина стенок 5 и их шаг, количество структур 1, 2 и их конструкционный материал выбираются под заданные расчетные нагрузки.

Повторяющимся формообразующим элементом волнообразных структур может быть прямоугольник, трапеция, скругленная форма или другая геометрическая фигура. На фиг.1 приведены структуры 1, 2 с формообразующим элементом прямоугольной формы с небольшим скруглением в углах.

В рядах волнообразных структур 1, 2 может быть размещен легкий заполнитель типа пенопласт (не показано). Заполнитель поддерживает стенки 5 рядов волнообразных структур 1, 2 от потери устойчивости при сжатии и при сдвиговых нагрузках. Количество заполнителя и его плотность позволяют настраивать характеристики противоударной пластины под расчетные нагрузки.

Создание противоударной пластины с несколькими ортогонально расположенными волнообразными структурами (фиг. 2, 3) может быть проиллюстрировано на примере защитного устройства для топливного бака винтокрылого летательного аппарата (фиг. 4, 5, 6).

Так, «Авиационные правила АП-29» устанавливают расчетные перегрузки на бак по трем ортогональным осям, связанным с летательным аппаратом: вертикальная - 20 ед., вперед - 16 ед., вбок - 8 ед. Эти нагрузки соответствуют жесткой посадке летательного аппарата, при которой не должно произойти течи топлива.

Таким образом, противоударная пластина должна воспринять и погасить энергию вертикальной перегрузки 20 ед. за счет деформации волнообразных структур, а также обеспечить восприятие сдвиговых нагрузок: вперед - 16 ед., вбок - 8 ед., то есть удержать бак от смещения. На восприятие этих двух ортогональных сил и направлены ортогонально расположенные волнообразные структуры.

Сдвиговые нагрузки от расчетных перегрузок воспринимают вертикальные стенки 5 волнообразных структур 1, 2. Поэтому количество стенок (рядов) и их толщина подбираются по нагрузке. В нашем случае, количество рядов (стенок) волнообразных структур вдоль перегрузки 16 ед. должно быть в два раза больше, чем у ортогонально расположенных структур при одинаковой толщине стенок. Или, при одинаковом количестве рядов, толщина стенок вдоль перегрузки 16 ед. должна быть в два раза больше. Возможно варьирование материалами волнообразных структур.

На фиг. 4, 5, 6 показано расположение противоударной пластины под защищаемым объектом - топливным баком 8, причем, волнообразная структура 2 расположена внутри структуры 1 и ортогональна ей как это изображено на фиг. 3.

Полки возвышенностей 3 рядов волнообразных структур 1, 2 имеют форму днища 7 бака 8 (фиг. 4), т.е. высота стенок 5 структур 1, 2 переменна, с поднутрением к центру.

Днищу бака 8 придана коническая форма для сбора остатков топлива с целью уменьшения несливаемого и невырабатываемого остатка. Такая форма способствует более устойчивому положению бака 8 на противоударной пластине и лучшему восприятию сдвиговых нагрузок с эффектом упора бака 8 в наклонные поверхности структур 1, 2.

Противоударная пластина может иметь развитую форму, выходящую за габариты днища 7 бака 8, создавая на структурах 1, 2 дополнительные упоры 9 от смещения бака 8. Такое исполнение служит для лучшего восприятия и передачи сдвиговой нагрузки. Для этого полки возвышенностей 3 рядов волнообразных структур 1, 2 по внешнему периметру конструкции выполнены образующими упоры 9 от смещения бака 8 (фиг.5).

Вариант исполнения противоударной пластины, вместе с баком создающие контейнер для транспортировки жидкостей, представлен на фиг.6. Контейнер содержит волнообразные структуры 1, 2, полки возвышенностей 3 которых соединены с днищем бака 8, а возвышенности 3 структур 1, 2 имеют дополнительные упоры 9 для стенок бака. Развитая обшивка 6 выполнена в виде короба.

Как следует из приведенного описания, противоударная пластина, предлагаемая для использования на транспортных средствах при перевозке жидкостей в контейнерах, характеризуется повышенной ударопрочностью при восприятии нагрузок произвольного направления, обеспечивая высокую надежность конструкции и безопасность транспортного средства в целом.

Изобретение относится к противоударным устройствам, предусмотренным для расположения на транспортных средствах, прежде всего - на летательных аппаратах и касается противоударной пластины для защиты транспортируемого объекта. Противоударная пластина содержит волнообразные структуры 1, 2 с рядами возвышенностей 3 и впадин 4, соединённых стенками 5. Полки впадин 4 волнообразных структур 1, 2 соединены с обшивкой 6, а полки возвышенностей 3 структур 1, 2 образуют форму днища 7 защищаемого объекта, например, ёмкости для жидкости. Ряды возвышенностей 3 и впадин 4 волнообразных структур 1, 2 располагают под углами в пределах 80-100 град. Изобретение обеспечивает повышение защитных противоударных свойств устройства при воздействии на транспортируемый объект произвольных по направлению нагрузок, увеличении надёжности такого устройства и безопасности транспортного средства в целом. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Противоударная пластина для защиты транспортируемого объекта, содержащая основную волнообразную структуру с рядами возвышенностей и впадин, и обшивку, соединенную с полками впадин волнообразной структуры, полки возвышенностей которой повторяют форму днища защищаемого объекта, отличающаяся тем, что введены дополнительные, одна или более, аналогичные основной волнообразные структуры, ряды возвышенностей и впадин которых расположены под углом 80-100 град. по отношению к рядам первичной структуры, возвышенности рядов волнообразных структур по внешнему периметру пластины образуют упоры от смещения днища защищаемого объекта, при этом днище защищаемого объекта соединено с полками возвышенностей волнообразных структур и, вместе с обшивкой, образует защитный контейнер.

2. Противоударная пластина по п. 1, отличающаяся тем, что в рядах волнообразных структур размещен легкий заполнитель типа пенопласт.