Способ изготовления термостойкого радиопрозрачного силового композитного корпуса Российский патент 2023 года по МПК F17C1/16 

Изобретение относится к авиационной и ракетной технике и может быть использовано для изготовления радиопрозрачных силовых композитных корпусов высокоскоростных изделий ракетной и космической техники.

Известные способы изготовления радиопрозрачных силовых композитных корпусов имеют следующие недостатки.

В патенте RU №2112652 «Многослойный корпус» (МПК B29D 9/00, F16L 9/12, В32В 5/28, опубл. 10.06.1998) предлагается способ изготовления изделий (в том числе корпусов), армированных композитными волокнами: многослойный корпус содержит несколько слоев из смеси связующего и волокнистого наполнителя, взятых в различных соотношениях. Внутренний слой содержит углеродную ткань, а наружный - стекловолокнистый наполнитель и промежуточный слой. Внутренний слой образован намоткой слоев углеткани, пропитанной фенолформальдегидным связующим, промежуточный выполнен из термопластичного полимера, а наружный слой содержит стекловолокно, пропитанное эпоксидной смолой дианового типа, причем корпус дополнительно снабжен защитными слоями из термопластичных полимеров, слоями терморегуляции и тепло- и электроизоляции.

Недостатком данного способа является применение углепластика в силовой конструкции, что, ввиду его высокой электропроводности, препятствует передаче и приему сигнала на электротехническое оборудование, находящееся внутри корпуса в процессе эксплуатации, кроме того, работоспособность изготовленной силовой конструкции сохраняется при температурах не выше 110°С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ из патента RU №2586227 «Силовая оболочка радиопрозрачного корпуса высокого давления из стеклобазальтопластика для устройств электромагнитного каротажа скважин» (МПК F17C 1/16, опубл. 10.06.2016 Бюл. №16), принимаем его в качестве прототипа.

Описывается способ изготовления силовой оболочки радиопрозрачного композитного корпуса высокого давления из стеклобазальтопластика для электронной аппаратуры и ее защиты от влияния агрессивных факторов среды, циклических динамических осевых нагрузок, изгибающих моментов и высокого внешнего давления. Силовая оболочка изготавливается косослойно-продольно-поперечной намоткой стеклобазальтоволокна на оправку, при этом поперечная укладка, т.е. по кольцу по отношению к оси оправки, выполнена базальтовым волокном, пропитанным компаундом на основе эпоксидной смолы, а продольная укладка, т.е. параллельно оси оправки, выполнена стеклонитью, которая оплетает базальтовое волокно. В результате получается радиопрозрачный корпус с силовой оболочкой из стеклобазальтопластика, обеспечивающей высокие упругопрочностные свойства и стабильность диэлектрических свойств в ходе исследований.

Однако, известный способ из прототипа позволяет обеспечить стабильность диэлектрических характеристик только при температурах до 120°С, кроме того, недостатком данного способа является значительная структурная неоднородность поверхности, вследствие чего при воздействии набегающего потока с высоким скоростным напором и высокой температурой, характерным для высокоскоростных изделий, в результате термической эрозии будет происходить неравномерный унос материала с поверхности и неравномерное по поверхности изменение радиотехнических характеристик материала, что недопустимо для приемо-передающего радиотехнического оборудования летательного аппарата.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании герметичного радиопрозрачного силового композитного корпуса, защищенного от высокоскоростного теплового потока и обеспечивающего стабильные диэлектрические характеристики в диапазоне температур от 20 до 800°С, что достигается совокупным применением внутреннего силового корпуса с наружной термоэрозионностойкой радиопрозрачной оболочкой на основе кремнийорганического связующего.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем.

1. Изготовление методом RTM-технологии силового корпуса с ребром жесткости для обеспечения необходимых физико-механических характеристик, а также для установки крепежных элементов и шпангоута для стыковки с другими корпусами из композита, представляющего собой реактопласт на основе эпоксидного связующего и упрочняющего наполнителя из кремнеземной ткани объемного плетения.

2. Изготовление наружной оболочки методом RTM-технологии из стеклопластика на основе термостойкого кремнийорганического связующего, обеспечивающего защиту от высокоскоростного теплового потока и стабильность диэлектрических характеристик обтекателя с диэлектрической проницаемостью не более 2,96 и тангенсом угла диэлектрических потерь не более 3,32×10^-3 в диапазоне температур от 20 до 800°С.

3. Склеивание оболочки и силового корпуса термостойким эпоксидным клеем для обеспечения монолитности и герметичности обтекателя, что повышает устойчивость к воздействию высокоскоростного теплового потока (при скоростном напоре до 10⁵ кг×м^-2 и температуре на наружной поверхности до 2000°С).

Заявляемое изобретение «Способ изготовления термостойкого радиопрозрачного силового композитного корпуса» поясняется чертежом на фиг. 1, где 1 - это наружная оболочка из стеклопластика на основе термостойкого кремнийорганического связующего, 2 - соединение на основе эпоксидного термостойкого клея, 3 - силовой корпус из стеклопластика на основе эпоксидного связующего с интегрированным ребром жесткости 4.

Для обеспечения необходимых физико-механических характеристик, а также для установки крепежных элементов и шпангоута для стыковки с другими корпусами предлагается изготавливать силовой корпус из композита ТЗМКТ-8, представляющий собой реактопласт на основе эпоксидного связующего ЭДТ-10 и упрочняющего наполнителя из кремнеземной ткани объемного плетения.

Для обеспечения защиты от высокоскоростного теплового потока и стабильности диэлектрических характеристик корпуса в диапазоне температур от 20 до 800°С предлагается изготавливать наружную оболочку методом RTM-технологии из стеклопластика СК-101 на основе термостойкого кремнийорганического связующего.

Для обеспечения монолитности и герметичности обтекателя предлагается склеивать оболочку и силовой корпус термостойким эпоксидным клеем ВК-9.

Заявляемый «Способ изготовления термостойкого радиопрозрачного силового композитного корпуса» осуществляют следующим образом. Размещают заготовку стеклонаполнителя в пазе пуансона пресс-формы, предназначенного для формования интегрированного ребра жесткости (4), затем размещают заготовку чехла из кремнеземной ткани объемного плетения на пуансоне пресс-формы с перекрытием заготовки интегрированного ребра жесткости и пропитывают эпоксидным связующим ЭДТ-10 при помощи RTM-технологии. Затем производят отверждение связующего при температуре от 155 до 165°С в течение не менее 4 часов, получая монолитный силовой корпус с интегрированным ребром жесткости (3) из материала ТЗМКТ-8. Одновременно заготовку из кварцевой ткани объемного плетения пропитывают связующим на основе кремнийорганической смолы К-101, после пропитки производят отверждение связующего при температуре от 190 до 210°С в течение не менее 7 часов, получая оболочку из материала СК-101 (1). Далее на предварительно подготовленную наружную поверхность силового корпуса из композита ТЗМКТ-8 наносится вручную тонким слоем эпоксидный клей ВК-9 (2) и надевается оболочка из стеклопластика СК-101. Для создания монолитной и герметичной конструкции (соединение корпуса с оболочкой) создают давление склеивания от 60 до 70 кг и производят термообработку при температуре от 60 до 70°С в течение не менее 60 мин. В дальнейшем производят механическую обработку до получения размеров, указанных в конструкторской документации.

Таким образом, заявляемый «Способ изготовления термостойкого радиопрозрачного силового композитного корпуса» обладает следующими преимуществами: получение силового корпуса с ребром жесткости и наружной оболочкой, обеспечивающей защиту от высокоскоростного теплового потока и стабильность диэлектрических характеристик за счет стабильности диэлектрических характеристик наружной оболочки на основе термостойкого кремнийорганического связующего, с точными геометрическими размерами и высоким качеством поверхностей сопряжения в одном технологическом цикле.

Изобретение относится к авиационной и ракетной технике и может быть использовано для изготовления радиопрозрачных силовых композитных корпусов высокоскоростных изделий ракетной и космической техники. Способ изготовления термостойкого радиопрозрачного силового композитного корпуса заключается в следующем: силовой корпус вместе с ребром жесткости формуют при помощи RTM-технологии из композита, представляющего собой реактопласт на основе эпоксидного связующего и упрочняющего наполнителя из кремнеземной ткани объемного плетения, отдельно формуют при помощи RTM-технологии наружную оболочку из стеклопластика на основе термостойкого кремнийорганического связующего, которую соединяют с силовым корпусом посредством термостойкого эпоксидного клея с образованием монолитного и герметичного силового корпуса, сохраняющего стабильные диэлектрические характеристики с диэлектрической проницаемостью не более 2,96 и тангенсом угла диэлектрических потерь не более 3,32×10^-3 при температуре теплового воздействия до 800°С и устойчивого к воздействию высокоскоростного теплового потока при скоростном напоре до 10⁵ кг×м^-2 и температуре на наружной поверхности до 2000°С. Изобретение обеспечивает создание герметичного радиопрозрачного силового композитного корпуса, защищенного от высокотемпературного теплового потока и обеспечивающего стабильные диэлектрические характеристики. 1 ил.

Способ изготовления термостойкого радиопрозрачного силового композитного корпуса, отличающийся тем, что силовой корпус вместе с ребром жесткости формуют при помощи RTM-технологии из композита, представляющего собой реактопласт на основе эпоксидного связующего и упрочняющего наполнителя из кремнеземной ткани объемного плетения, отдельно формуют при помощи RTM-технологии наружную оболочку из стеклопластика на основе термостойкого кремнийорганического связующего, которую соединяют с силовым корпусом посредством термостойкого эпоксидного клея с образованием монолитного и герметичного силового корпуса, сохраняющего стабильные диэлектрические характеристики с диэлектрической проницаемостью не более 2,96 и тангенсом угла диэлектрических потерь не более 3,32×10^-3 при температуре теплового воздействия до 800°С и устойчивого к воздействию высокоскоростного теплового потока при скоростном напоре до 10⁵ кг×м^-2 и температуре на наружной поверхности до 2000°С.