СТОЙКА ИЗ ВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2023 года по МПК B29C70/86 

Перекрестная ссылка на родственную заявку

Эта заявка испрашивает приоритет по заявке Германии №10 2019001585.1, поданной 8 марта 2019 г. Указанная выше заявка во всей полноте включена в настоящую заявку посредством ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к стойке или стержню растяжения-сжатия, изготовленному из волокнистого композиционного материала.

Уровень техники

Применение сверхпрочных волокнистых композиционных материалов, например, с углеродными волокнами, стекловолокнами, арамидными волокнами, керамическими волокнами или базальтовыми волокнами, а также с матрицей, например, из термореактивного или термопластичного материала, эластомера, углерода, графита или керамики, требует применения соразмерной конструкции для передачи усилия, соответствующего используемому материалу. «Соответствующее используемому материалу» в контексте данной заявке означает, что анизотропия материала используется целенаправленно в отношении различных механических свойств в направлении волокна и поперечном ему направлении.

Шатуны, изготовленные из волокнистого композиционного материала, для передачи усилия служат, в частности, для направления и механического крепления, для поддержки, для скрепления или для соединения. Шатуны, изготовленные из волокнистого композиционного материала, известны уже много лет. Такие шатуны предпочтительно, но не исключительно, используют в аэрокосмической отрасли. Шатуны летательных аппаратов и космических аппаратов, таких как самолеты, винтокрылые летательные аппараты, аэростаты, беспилотные авиационные системы, ракеты и спутники, имеют нагрузку как силами сжатия, так и силами растяжения преимущественно в осевом направлении.

При использовании армированных волокнистых труб, часто возникает фундаментальная проблема приложения усилия к такой конструкции. Обычно для этой цели используют металлические резьбовые элементы, которые устанавливаются в трубах. Существует множество решений проблемного соединения металлических элементов и армированных волокном труб. Стойки такого типа с трубчатыми корпусами, изготовленные из волокнистого композиционного материала, отличаются, в частности, своей небольшой массой по сравнению с металлическими стойками.

Традиционно элементы приложения усилия на конце таких стоек должны выполняться из металла. В большинстве случаев используют элементы приложения усилия, которые изготовлены из алюминия. Обычно они соединяются в единое целое с помощью средств склеивания с трубчатым корпусом, изготовленным из волокнистого композиционного материала. Большая масса металлических элементов приложения усилия, плохая коррозионная устойчивость, трудоемкий контроль качества клеевого соединения и связанные с этим высокие производственные затраты являются недостатками. В редких случаях элементы приложения усилия также изготовлены из пластмассы, и в этом случае их низкая прочность и коэффициент термического расширения, который сильно отличается от армированной волокнистой трубы, имеют негативные эффекты.

В частности, в аэрокосмических приложениях, где такие стойки также называют подкосы, шатуны или стержни растяжения-сжатия, стойки служат, в частности, для направления и механического крепления или для поддержки («стойки» или «поперечины»), подвержены экстремальным перепадам температур и должны соответствовать самым высоким стандартам качества. Стойка также может быть известна как поперечина. Основным направлением приложения нагрузки в таких стойках является продольная ось стойки. Стойки этого типа обычно включают по существу трубчатый корпус, на каждом конце которого расположен элемент (элемент приложения усилия или вставка) для монтажа стойки.

Особенно высокие требования предъявляются к таким стойкам в отношении прочности используемых материалов, причем при небольшой массе, для воспроизводимости и гарантии качества, а также для коррозионной устойчивости. Кроме того, стойки должны быть чрезвычайно устойчивы к механическим, термическим и другим воздействиям окружающей среды. В зависимости от доступного установочного пространства в каждом случае, иногда требуется сконструировать такие стойки с наибольшим возможным наружным диаметром внутри цилиндрического установочного пространства.

Возрастающие требования к снижению массы и стоимости приближаются к пределам возможностей известных методов конструирования стоек с трубчатыми корпусами, изготовленными из волокнистых композиционных материалов.

В предшествующем уровне техники уже известны различные концепции решений для замкового соединения и/или приложения интегральной нагрузки к стойкам из волокнистого композиционного материала.

В WO 2009/003,207 А1 описано устройство соединения для поглощения и/или передачи усилий растяжения и/или скручивания. Элемент приложения усилия окружен, по меньшей мере на участках, элементом оболочки, где этот элемент состоит по существу из волокнистого композиционного материала. По меньшей мере на одном участке элемента приложения усилия предусмотрены выступы на его внешней поверхности, обращенной к элементу оболочки, которые по меньшей мере частично проникают внутрь элемента оболочки.

Недостатком здесь является то, что соединение не может использоваться оптимально для передачи сжимающих усилий. Кроме того, внешнюю поверхность элемента приложения усилия используют для приклеивания этого элемента к элементу оболочки. В результате, требуется большая внешняя поверхность.

Из DE 10 2014 109,886 А1 известен соединительный участок на компоненте из длинноволокнистого композиционного материала для соединения этого компонента из волокнистого композиционного материала с соединительным разъемом, где соединительный участок имеет внутри по меньшей мере один изгибающий волокно элемент для создания стабильного соединения, имеющего небольшую массу. В этой конструкции длинные волокна проходят в виде петли вокруг изгибающего волокно элемента. Изгибающий волокно элемент служит в качестве крепежного выступа для приложения усилия с получением замкового соединения.

Недостатком здесь является трудоемкий производственный процесс, который необходим для создания петли вокруг изгибающего волокно элемента. Кроме того, без дополнительной обработки невозможно получить наибольший возможный наружный диаметр внутри цилиндрического установочного пространства по всей длине стойки.

В патентном документе DE 10 2013 008,810 В4 описана труба из волокнистого композиционного материала с вставным элементом для приложения усилия с получением замкового соединения. Вставной элемент окружен волокнистым композиционным материалом около контура на расстоянии от 0 мм до 0,5 мм, измеренном в радиальном направлении, начиная от внешнего контура вставного элемента, где волокна в области около контура ориентированы под углом от 0° до ±40°, измеренном относительно продольной оси трубы, а волокна в области около контура имеют модуль упругости в направлении волокон от 60 ГПа до 600 ГПа, при этом вставной элемент также окружен волокнистым композиционным материалом, находящимся на расстоянии от контура, где волокна в области, находящейся на расстоянии от контура, ориентированы под углом от ±41° до ±89°, измеренном относительно продольной оси трубы, а область, находящаяся на расстоянии от контура, начинается на расстоянии 0,5 мм, измеренном в радиальном направлении, начиная от внешнего контура вставного элемента, и волокна в области, находящейся на расстоянии от контура, имеют модуль упругости в направлении волокон от 200 ГПа до 700 ГПа, при этом волокна в области около контура имеют более низкий модуль упругости, чем волокна в области, находящейся на расстоянии от контура.

Недостатком этой концепции является увеличение диаметра трубы в области вставного элемента.

В DE 10 2013 018,970 В3 описана труба из волокнистого композиционного материала, которая выполнена полностью неметаллической и состоит из тонкостенной и имеющей небольшую массу полой сердцевины, где центральный участок полой сердцевины состоит из композиционного волокнистого материала, внутренний диаметр которого больше, чем элементов приложения усилия, так что труба из волокнистого композиционного материала сужается на концах в направлении центральной оси трубы, а участки приложения усилия окружены защитной оболочкой, изготовленной из композиционного волокнистого материала, с помощью замкового соединения для передачи усилия.

В этом решении недостатком является сужение корпуса трубы в области участка приложения усилия.

В опубликованной патентной заявке DE 10 2016 007,663 А1 описан трубчатый корпус из волокнистого композиционного материала, который снабжен переходным элементом. Его внутренняя часть снабжена внутренней резьбой, а сторона, обращенная к трубчатому корпусу из волокнистого композиционного материала, имеет отверстия, в которых размещены штифты, и между стороной переходного элемента, обращенной к трубчатому корпусу из волокнистого композиционного материала, и трубчатым корпусом из волокнистого композиционного материала расположен компенсирующий отклонения промежуточный слой, при этом участок штифтов проникает как через компенсирующий отклонения промежуточный слой, так и через трубчатый корпус из волокнистого композиционного материала по всей толщине стенки, а скрепляющий элемент, соединенный с трубчатым корпусом из волокнистого композиционного материала через переходный элемент, имеет плавную регулировку по длине с получением резьбы.

Здесь является недостатком дополнительное применение штифтов и связанный с этим трудоемкий процесс производства для получения приложения нагрузки с получением замкового соединения.

В DE 10 2017 003,024 А1 описана уж предварительно изготовленная труба из волокнистого полимерного композиционного материала для передачи усилий растяжения и сжатия, в частности, где труба снабжена концевым элементом трубы, а внутренний элемент имеет выпуклый выступ на его внешней поверхности, и труба из волокнистого полимерного композиционного материала имеет углубление на своей внутренней поверхности, при этом угол между продольной осью трубы и внешним контуром внутреннего элемента, измеренный в градусах, составляет минимум 1° и максимум 65°, так что, по меньшей мере при растягивающей нагрузке, возникает фрикционное соединение с созданием нормальной силы на контактирующих друг с другом поверхностях.

Приложение усилия, представленное в этом патенте, требует дополнительной обработки трубы из волокнистого композиционного материала. Кроме того, труба не имеет наибольшего возможного наружного диаметра внутри цилиндрического установочного пространства по всей длине стойки.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к стойке из волокнистого композиционного материала, которая имеет вставку, соединенную с полой структурой из волокнистого композиционного материала, такой как полая структура из волокнистого полимерного композиционного материала. В некоторых воплощениях полая структура из волокнистого композиционного материала изготовлена по меньшей мере из материала матрицы и волокон, а вставка имеет по меньшей мере одну выемку. Полая структура из волокнистого композиционного материала входит в зацепление с этой выемкой. В других воплощениях внешняя область полой структуры из волокнистого композиционного материала также имеет по меньшей мере одну выемку, и эта выемка по меньшей мере частично заполнена оболочкой из волокнистого композиционного материала, такой как оболочка из волокнистого полимерного композиционного материала. В дополнительных воплощениях внутренняя область полой структуры из волокнистого композиционного материала имеет по меньшей мере в одной подобласти присоединенную к ней сердцевину.

В некоторых воплощениях полая структура из волокнистого композиционного материала содержит волокнистый полимерный композиционный материал. В других воплощениях оболочка из волокнистого композиционного материала содержит волокнистый полимерный композиционный материал. В еще других воплощениях настоящего изобретения сердцевина содержит волокнистый полимерный композиционный материал.

Дополнительно, в некоторых воплощениях настоящего изобретения вставка снабжена внутренней резьбой. В других воплощениях внутренняя резьба является круглой, трапецеидальной, упорной или треугольной резьбой.

В некоторых воплощениях наибольший возможный наружный диаметр оболочки из волокнистого композиционного материала находится в пределах наибольшего возможного наружного диаметра стойки из волокнистого композиционного материала.

В некоторых воплощениях полая структура из волокнистого композиционного материала содержит более 45 объемных процентов волокнистого компонента, где волокнистый компонент содержит преимущественно непрерывные волокна.

В некоторых воплощениях стойка из волокнистого композиционного материала содержит волокнистый композиционный материал, содержащий стекловолокна, и/или керамические волокна, и/или углеродные волокна, и/или базальтовые волокна, и/или полимерные волокна в сочетании с термопластичным и/или термореактивным материалом.

В других воплощениях вставка дополнительно соединена с полой структурой из волокнистого композиционного материала посредством клеевого соединения.

В других воплощениях вставка содержит металлические материалы, и/или керамические материалы, и/или армированные короткими волокнами полимеры, и/или неармированные полимеры.

В некоторых воплощениях ориентация волокон полой структуры из волокнистого композиционного материала составляет от 0° до 45° относительно центральной оси стойки из волокнистого композиционного материала.

В других воплощениях ориентация волокон сердцевины составляет от 0° до 90° относительно центральной оси стойки из волокнистого композиционного материала.

В некоторых воплощениях сердцевина изготовлена из полимера и/или полимерной пены.

В других воплощениях оболочка из волокнистого композиционного материала имеет ориентацию волокон от 70° до 90° относительно центральной оси стойки из волокнистого композиционного материала.

В конкретном воплощении вставка соединена с полой структурой посредством приложения усилия с получением замкового соединения путем пригонки выемки вставки к выемке полой структуры из волокнистого композиционного материала на внутреннем диаметре полой структуры из волокнистого композиционного материала.

В некоторых воплощениях любой компонент из полой структуры из волокнистого композиционного материала, сердцевины или оболочки из волокнистого композиционного материала содержит непрерывные стекловолокна, углеродные волокна, базальтовые волокна, керамические волокна и/или полимерные волокна в сочетании с матрицей из эпоксидной смолы, фенольной смолы, полиэфирной смолы и/или смолы на основе винилового полиэфира, или на основе термопласта, такого как РР, PA, ABS, PEI, PPS или PEEK.

В конкретном воплощении стойка из волокнистого композиционного материала имеет форму стержня.

В других воплощениях стойка из волокнистого композиционного материала имеет наибольший возможный наружный диаметр по длине стойки, размер которого составляет 85-99% диаметра установочного пространства стойки. В некоторых воплощениях наибольший возможный наружный диаметр проходит по длине области приложения усилия и центральной области стойки из волокнистого композиционного материала. В других воплощениях наибольший возможный наружный диаметр проходит по всей длине стойки из волокнистого композиционного материала.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан профиль поперечного сечения стойки (101) из волокнистого композиционного материала по настоящему изобретению, содержащей сердцевину (103). Сердцевина (103) в этом воплощении может поддерживать полую структуру (102) из волокнистого композиционного материала в процессе изготовления полой структуры.

На фиг. 2 показан профиль поперечного сечения стойки (201) из волокнистого композиционного материала по настоящему изобретению, содержащей сердцевину (203). Сердцевина (203) в этом воплощении может поддерживать полую структуру (202) из волокнистого композиционного материала в процессе изготовления полой структуры.

Подробное описание изобретения

Термины «содержащий» и «содержит» в данном описании могут обозначать «включающий» и «включает» или могут иметь значение, обычно даваемое термину «содержащий» или «содержит» в Патентном законодательстве США. Термины «состоящий по существу из» или «состоит по существу из», когда их используют в формуле изобретения, имеют значения, описанные в Патентном законодательстве США. Другие аспекты настоящего изобретения описаны в последующем описании настоящей заявки или очевидным образом (и в пределах объема изобретения) следуют из него.

При использовании армированных волокном труб часто возникает фундаментальная проблема приложения усилий к этой конструкции. В зависимости от доступного в каждом случае установочного пространства, иногда требуется сконструировать такие стойки с наибольшим возможным наружным диаметром внутри, например, цилиндрического установочного пространства. Соответственно, наибольший возможный наружный диаметр стойки это такой диаметр, который ограничен только, например, цилиндрическим установочным пространством, что позволяет разместить стойку внутри цилиндрического пространства.

В настоящем изобретении предложена структура из волокнистого композиционного материала с наибольшим возможным наружным диаметром по длине, как, например, по всей длине, структуры из волокнистого композиционного материала внутри цилиндрического установочного пространства. В некоторых воплощениях наибольший возможный наружный диаметр структуры из волокнистого композиционного материала внутри цилиндрического установочного пространства выполнен по области приложения усилия или по длине вставки, а также по центральной области или области, содержащей сердцевину, структуры из волокнистого композиционного материала, с помощью чего можно преодолеть указанные недостатки предшествующего уровня техники. Например, имея наибольший возможный наружный диаметр по всей длине структуры из волокнистого композиционного материала, такого как стойка из волокнистого композиционного материала, достигается более высокая устойчивость в отношении продольного изгиба. Кроме того, за счет, например, отсутствия пост-обработки стойки и ее внешнего диаметра достигается снижение производственных затрат.

В некоторых воплощениях наружный диаметр стойки по настоящему изобретению может составлять от 10 мм до 80 мм. В данном воплощении, например, если диаметр установочного пространства составляет 70 мм, наибольший наружный диаметр стойки может составлять примерно 65 мм. Однако в данной области техники принято считать, что такие точные цифры могут меняться в зависимости, в частности, от прогиба во время сжимающей нагрузки и/или от длины стержня. Например, когда диаметр установочного пространства может составлять 70 мм, наибольший наружный диаметр стойки может составлять от 67 мм до 63 мм. Или диаметр установочного пространства может составлять 50 мм, а наибольший наружный диаметр стойки может составлять от 48 мм до 43 мм, поскольку наибольший возможный наружный диаметр зависит от, например, прогиба и/или длины стержня. Иначе говоря, и в качестве неограничивающего примера, наибольший наружный диаметр стойки по настоящему изобретению может составлять приблизительно 85-99,9% от размера диаметра установочного пространства.

В некоторых воплощениях наибольший наружный диаметр стойки по настоящему изобретению составляет 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% или 99,9% от размера диаметра установочного пространства стойки, а также промежуточные значения, такие как 85,5% и 90,5%. В некоторых воплощениях наибольший наружный диаметр составляет 90-99,9%, 90-99%, 90-98%, 90-97%, 90-96%, 90-95%, 90-94%, 90-93%, 90-92%, 90-91% или 90-90,5% от размера диаметра установочного пространства стойки, а также промежуточные значения, такие как 90-96,5% или 91-99,9%. Таким образом, стойка по настоящему изобретению имеет наибольший возможный наружный диаметр, сохраняя при этом способность размещаться внутри, например, цилиндрического установочного пространства.

Как указано на фиг. 1, цель настоящего изобретения достигается с помощью вставки (104), соединенной с полой структурой (102) из волокнистого композиционного материала, где полая структура (102) входит в зацепление с выемкой (107) вставки (104), при этом внешняя область полой структуры (102) из волокнистого композиционного материала также имеет выемку (108), и эта выемка заполняется оболочкой (105) из волокнистого композиционного материала.

Как указано на фиг. 2, цель настоящего изобретения достигается с помощью вставки (204), соединенной с полой структурой (202) из волокнистого композиционного материала, где полая структура (202) входит в зацепление с выемкой (207) вставки (204), при этом внешняя область полой структуры (202) из волокнистого композиционного материала также имеет выемку (208), и эта выемка заполняется оболочкой (205) из волокнистого композиционного материала.

Такие стойки из волокнистого композиционного материала можно использовать в летательных аппаратах или космических аппаратах, и в этом случае они преимущественно несут нагрузку в осевом направлении как от сил сжатия, так и сил растяжения.

Настоящее изобретение также относится к обеспечению приложения нагрузки с получением замкового соединения для структур из волокнистого композиционного материала в форме стержня. В некоторых воплощениях, как указано на фиг. 1, вставка (104) соединена с полой структурой (102) посредством приложения нагрузки с получением замкового соединения путем пригонки выемки (107) вставки (104) к выемке (109) полой структуры (102). Аналогично, на фиг. 2, вставка (204) соединена с полой структурой (202) посредством приложения нагрузки с получением замкового соединения путем пригонки выемки (207) вставки (204) к выемке (209) полой структуры (202).

В воплощениях по изобретению наибольший наружный диаметр вставки меньше, чем наибольший наружный диаметр полой структуры из волокнистого композиционного материала. В одном воплощении волокна полой структуры из волокнистого композиционного материала стойки по настоящему изобретению ориентированы под углом от 0° до 45° к центральной оси стойки. В результате применения оболочки из волокнистого композиционного материала в области выемки вставки и выемки полой структуры, или множества выемок вставки и полой структуры, волокна полой структуры из волокнистого композиционного материала расположены вдоль выемки(выемок) вставки и вдоль выемки(выемок) полой структуры точно подогнанным образом. В некоторых воплощениях ориентация волокон оболочки из волокнистого композиционного материала составляет от 70° до 90° к центральной оси стойки из волокнистого композиционного материала. Центральную ось также можно называть линией сцепки. В воплощениях по изобретению диаметр оболочки из волокнистого композиционного материала находится в пределах наибольшего внешнего диаметра стойки.

Расположение волокон вдоль выемки вставки или полой структуры может зависеть от, например, матрицы оболочки и/или полой структуры из композиционного матриала. В некоторых воплощениях матрица оболочки и/или полой структуры из композиционного материала представляет собой термореактивный пластик или термопластик. В некоторых воплощениях оболочка представляет собой оболочку из волокнистого полимерного композиционного материала, которая вынуждает волокна полой структуры из композиционного материала располагаться вдоль выемки (выемок) вставки и вдоль выемки (выемок) полой структуры точно подогнанным образом за счет приложения сильного растяжения к волокнам оболочки в процессе производства стойки.

Кроме того, в некоторых воплощениях выемка(и) вставки и выемка(и) полой структуры являются по существу непрерывными около диаметра стойки. В других воплощениях выемка(и) вставки и выемка(и) полой структуры расположены параллельно или по существу параллельно друг к другу. В еще других воплощениях выемка(и) вставки и выемка(и) полой структуры обеспечивают замковое соединение стойки за счет точной пригонки друг к другу. В других воплощениях выемка(и) вставки прилегает к выемке (выемкам) полой структуры на внутреннем диаметре полой структуры.

В некоторых воплощениях вставка может быть дополнительно соединена с полой структурой из волокнистого композиционного материала посредством клеевого соединения.

В других воплощениях шатун по настоящему изобретению относится, для примера, но не исключительно, к элементу приложения усилия для армированного волокнами трубчатого компонента, в котором получают стойку с наибольшим возможным наружным диаметром внутри цилиндрического установочного пространства. Вставка может, например, иметь внутреннюю резьбу для ввинчивания элементов приложения усилия. Примеры подходящих элементов приложения усилия включают шаровую опору, вильчатый наконечник и стандартную штоковую плоскость цилиндра. Кроме того, все известные типы внутренней резьбы можно использовать в качестве внутренней резьбы, включая особые формы резьбы, которые также можно использовать. Например, круглая резьба, трапецеидальная резьба, упорная резьба и треугольная резьба являются известными типами внутренней резьбы, которые можно использовать.

Кроме того, используемый в данной заявке термин «сердцевина» относится к сердцевине, изготовленной из материалов, включая, но не ограничиваясь указанными, полимерные композиционные материалы и/или пеноматерналы. В воплощениях настоящего изобретения сердцевина представляет собой часть стойки после изготовления, например, сердцевину не удаляют из стойки после изготовления. В некоторых воплощениях сердцевина представляет собой наименьший внутренний диаметр стойки. Обычно сердцевину используют для обеспечения основы, на которую наносят обмотку из композиционного материала, например, полой структуры из композиционного материала. Сердцевина задает внутренний диаметр полой структуры из намотанного композиционного материала. По существу, в некоторых воплощениях сердцевина выступает в роли оправки, например, при изготовлении стойки из композиционного материала по настоящему изобретению. В зависимости от формы изготовленной полой структуры из композиционного материала, полая структура из композиционного материала может или нет соскальзывать с сердцевины. В качестве примера настоящего изобретения и особенно в тех воплощениях, где полая структура из композиционного материала не может соскальзывать с сердцевины, используют сердцевину из вспененного материала или сердцевину из композиционного материала, которая имеет небольшую массу, но при этом обеспечивает достаточную поддержку для операции наматывания.

В некоторых воплощениях полую структуру из композиционного материала по настоящему изобретению можно изготовить путем размещения сердцевины и вставки на оправке для обматывания. Сердцевину и вставку размещают в положении для изготовления целевой полой структуры из композиционного материала. После этого осуществляют наматывание путем обмотки полой структуры из композиционного материала поверх сердцевины и вставки. Соответственно изготавливают полую структуру из композиционного материала. Затем наматывают одну или более оболочек. Что касается, например, резьбы, резьба может быть нарезана после процесса наматывания, но может быть также нарезана внутри вставки перед процессом наматывания.

Кроме того, в некоторых воплощениях область между сердцевиной и вставкой может быть такой, где сердцевина установлена на муфте или части муфты вставки. В других воплощениях задняя торцевая поверхность вставки и передняя торцевая поверхность сердцевины прилегают друг к другу, например, торец к торцу. Кроме того, в воплощениях изобретения, область или пространство внутри вставки и/или сердцевины является полым, то есть это пустое пространство или пустота. В некоторых воплощениях изобретения часть или вся область или пространство внутри вставки заполняется при введении элемента приложения усилия.

Непрерывные стекловолокна, углеродные волокна, базальтовые волокна, керамические волокна и/или полимерные волокна в сочетании с матрицей из эпоксидной смолы, фенольной смолы, полиэфирной смолы и/или смолы на основе винилового полиэфира, или термопласта, такого как РР (полипропилен), РА (полиамид или нейлоновый полимер), ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол), PEI (простой полиэфиримид), PPS (полифениленсульфид) или PEEK (полиэфирэфиркетон), можно использовать, например, для полой структуры из волокнистого полимерного композиционного материала, сердцевины из волокнистого полимерного композиционного материала и/или оболочки из волокнистого полимерного композиционного материала.

Металлические материалы, такие как, например, алюминий, титан или сталь, и/или керамические материалы, и/или армированные короткими волокнами пластики, и/или неармированные пластики, можно использовать в качестве материала для вставки.

Изобретение подробно поясняется далее на основе приведенных в качестве примера воплощений.

На фиг. 1 показано поперечное сечение (вид сбоку) секции стойки (101) из волокнистого композиционного материала, изготовленной из полой структуры (102) из композиционного материала, например, полой структуры из волокнистого полимерного композиционного материала, с выемкой (109) на внутреннем диаметре полой структуры (102) и выемкой (108) на внешнем диаметре полой структуры (102); сердцевины (103), изготовленной, например, из волокнистого полимерного композиционного материала; вставки (104) с внутренней резьбой (106) и выемкой (107); и оболочки (105), например, оболочки из волокнистого полимерного композиционного материала. Вставка (104) имеет край (111), на который устанавливают сердцевину (103); сердцевину (103) устанавливают в область муфты или внешнего периметра вставки (104). И сердцевина (103), и вставка (104) прилегают к внутренней поверхности полой структуры (102) из композиционного материала. Центральная ось (110) стойки (101) тоже показана. Ориентация волокон сердцевины (103) может составлять от 0° до 90° к центральной оси (110) стойки (101) из волокнистого композиционного материала. Сердцевина (103) может также предпочтительно, но не исключительно, передавать нагрузки сжатия и/или нагрузки растяжения.

На фиг. 2 показан профиль поперечного сечения (вид сбоку) секции стойки (201) из волокнистого композиционного материала, содержащей полую структуру (202) из композиционного материала, например, полую структуру из волокнистого полимерного композиционного материала, с выемкой (209) на внутреннем диаметре полой структуры (202) и выемкой (208) на внешнем диаметре полой структуры (202); сердцевину (203); вставку (204) с внутренней резьбой (206) и выемкой (207); и оболочку (205), например, оболочку из волокнистого полимерного композиционного материала. Любой тип полимера возможен в качестве материала сердцевины (203). Например, сердцевина (203) в данном воплощении может быть изготовлена из полимерного материала или вспененного полимерного материала. Вставка (204) имеет край (211). Сердцевина (203) прилегает к краю (211) вставки так, что сердцевина (203) и вставка (204) расположены торец к торцу. И сердцевина (203), и вставка (204) прилегают к внутренней поверхности полой структуры (202) из композиционного материала. Центральная ось (210) стойки (201) тоже показана.

Модификации вышеизложенного будут очевидны для специалистов в данной области техники, но не выводят такое измененное изобретение за пределы объема настоящего изобретения. Приведенную ниже формулу изобретения следует толковать так, чтобы охватить такие ситуации.

Изобретение относится к стойке, такой как стойки из волокнистого композиционного материала, используемые в летательных аппаратах и космических аппаратах, которые имеют наибольший возможный наружный диаметр внутри цилиндрического установочного пространства стойки. Стойка содержит вставку, соединенную с полой структурой из волокнистого композиционного материала, такой как полая структура из волокнистого полимерного композиционного материала. Полая структура находится в зацеплении с выемкой вставки. Внешняя область полой структуры из волокнистого композиционного материала также имеет выемку, и эта выемка заполнена оболочкой из волокнистого композиционного материала, такой как оболочка из волокнистого полимерного композиционного материала. Внутренняя область полой структуры из волокнистого композиционного материала имеет по меньшей мере в одной подобласти присоединенную к ней сердцевину. Изобретение обеспечивает повышение механических свойств изделий. 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стойка из волокнистого композиционного материала, содержащая:

(i) вставку, соединенную с полой структурой из волокнистого композиционного материала, где полая структура из волокнистого композиционного материала изготовлена из по меньшей мере материала матрицы и волокон, при этом вставка имеет по меньшей мере одну выемку, и полая структура из волокнистого композиционного материала входит в зацепление с этой выемкой,

(ii) внешнюю область полой структуры из волокнистого композиционного материала, которая также имеет по меньшей мере одну выемку, и эта выемка по меньшей мере частично заполнена оболочкой из волокнистого композиционного материала, и

(iii) внутреннюю область полой структуры из волокнистого композиционного материала, которая имеет по меньшей мере в одной подобласти присоединенную к ней сердцевину, при этом сердцевина задает внутренний диаметр полой структуры из волокнистого композиционного материала.

2. Стойка из волокнистого композиционного материала по п. 1, в которой полая структура из волокнистого композиционного материала содержит волокнистый полимерный композиционный материал.

3. Стойка из волокнистого композиционного материала по п. 1 или 2, в которой оболочка из волокнистого композиционного материала содержит волокнистый полимерный композиционный материал.

4. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-3, в которой сердцевина содержит волокнистый полимерный композиционный материал.

5. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-4, в которой ориентация волокон полой структуры из волокнистого композиционного материала составляет от 0° до 45° к центральной оси стойки из волокнистого композиционного материала.

6. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-5, в которой вставка содержит внутреннюю резьбу.

7. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-6, в которой наибольший наружный диаметр оболочки из волокнистого композиционного материала находится в пределах наибольшего внешнего диаметра стойки из волокнистого композиционного материала.

8. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-7, в которой полая структура из волокнистого композиционного материала содержит более 45 об.% волокнистого компонента, при этом волокнистый компонент преимущественно содержит непрерывные волокна.

9. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-8, содержащая волокнистый композиционный материал, содержащий стекловолокна, и/или керамические волокна, и/или углеродные волокна, и/или базальтовые волокна, и/или полимерные волокна в сочетании с термопластичным и/или термореактивным материалом.

10. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 6-9, в которой внутренняя резьба выбрана из группы, состоящей из: круглой резьбы, трапецеидальной резьбы, упорной резьбы и треугольной резьбы.

11. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-10, в которой вставка дополнительно соединена с полой структурой из волокнистого композиционного материала с помощью клеевого соединения.

12. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-11, в которой вставка содержит металлические материалы, и/или керамические материалы, и/или армированные короткими волокнами пластики, и/или неармированные пластики.

13. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 4-12, в которой ориентация волокон сердцевины составляет от 0° до 90° к центральной оси стойки из волокнистого композиционного материала.

14. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-13, в которой сердцевина изготовлена из полимера или полимерной пены.

15. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-14, в которой оболочка из волокнистого композиционного материала имеет ориентацию волокон от 70° до 90° к центральной оси стойки из волокнистого композиционного материала.

16. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-15, в которой вставка соединена с полой структурой из волокнистого композиционного материала посредством приложения нагрузки с получением замкового соединения путем пригонки по меньшей одной выемки вставки к выемке полой структуры из волокнистого композиционного материала на внутреннем диаметре полой структуры из волокнистого композиционного материала.

17. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-16, в которой любой компонент из полой структуры из волокнистого композиционного материала, сердцевины или оболочки из волокнистого композиционного материала содержит непрерывные стекловолокна, углеродные волокна, базальтовые волокна, керамические волокна и/или полимерные волокна в сочетании с матрицей из эпоксидной смолы, фенольной смолы, полиэфирной смолы и/или смолы на основе винилового полиэфира, или на основе термопласта, включающего РР, PA, ABS, PEI, PPS или РЕЕК.

18. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-17, которая выполнена в форме стержня.

19. Стойка из волокнистого композиционного материала по любому из пп. 1-18, которая имеет наибольший наружный диаметр по длине стойки из волокнистого композиционного материала, составляющий 85-99% размера диаметра установочного пространства стойки.

20. Стойка из волокнистого композиционного материала по п. 19, в которой наибольший наружный диаметр проходит по длине вставки и центральной области стойки из волокнистого композиционного материала.

21. Стойка из волокнистого композиционного материала по п. 20, в которой наибольший наружный диаметр проходит по всей длине стойки из волокнистого композиционного материала.