СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТСЕКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ВИДЕ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРЫ И ОТСЕК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ВИДЕ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРЫ
METHOD OF PRODUCING AIRCRAFT COMPARTMENT IN THE FORM OF SHELL OF CELLULAR STRUCTURE REVOLUTION AND AIRCRAFT COMPARTMENT IN THE FORM OF SHELL OF CELLULAR STRUCTURE REVOLUTION

Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы при создании конструкций для летательных аппаратов, в частности для разработки и производства отсеков космических аппаратов.
7
Известны отсек летательного аппарата в виде оболочки вращения и способ его изготовления по патенту US 4284679 А, от 18.08.1981 МПКВ32В 1/00.
7
Известны отсек летательного аппарата в виде сетчатой оболочки вращения и способ его изготовления по патенту WO 93/07412 А1 15.04.1993 МПКВ32В 1/08.
7
Известна оболочка летательного аппарата из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2153419 от 10.03.99, МПК В32В 1/08.
7
Известен способ изготовления элементов летательного аппарата из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2153983 от 30.04.98, МПК В42С 53/56, при котором на оправку укладывают разделительный слой, наматывают спиральные и кольцевые слои силовых элементов, обжимающую облицовку из термоусаживающего материала, термообрабатывают, снимают с оправки и удаляют облицовку и разделительный слой.
7
Известна оболочка летательного аппарата ячеистой структуры из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2210726 от 22.11.2001, МПК F42В 15/00, которая выполнена из множества перекрещивающихся спиральных, обоих направлений, и кольцевых ребер жесткости из, например, однонаправленных углеродных жгутов, пропитанных полимерным связующим.
В известных оболочках резьбовые отверстия для крепления кронштейнов оборудования (трубопроводов, кабель-каналов и т.д.) оформляют в слоистом пластике, которым заполнена ячейка. Заполняют ячейку в процессе намотки оболочки путем послойной укладки предварительно пропитанных салфеток, размерами, превышающими площадь ячейки, что повышает массу и стоимость оболочек, а также снижает технологичность.
7
Также известны оболочка летательного аппарата из полимерных композиционных материалов и способ ее изготовления по патенту RU №2153419 от 19.07.99, МПК В32В 3/12.
Известные способы и устройства, как наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату, выбраны в качестве прототипов.
Недостатки известных прототипов для способа заключаются в следующем:
- в низкой технологичности изделия и оболочки из-за наличия операций по заполнению ячеек слоистым материалом (послойной укладки салфеток) и выполнения резьбовых отверстий, а также в высокой массе изделия и его высокой стоимости;
- в низком качестве изделия из-за перекосов при установке вставки, а также из-за низкой надежности ее крепления;
- в низком качестве изделия из-за низкой надежности клеевых соединений;
- в низкой технологичности и низком качестве изделия из-за неполного отслоения резиноподобного материала от ребра, с его разрушением и высоким усилием забивания и вдавливания, а также из-за низкой надежности клеевых соединений при малой площади склеивания;
- в низкой технологичности и низком качестве изделия при установке вставок на кольцевые ребра;
- в низкой технологичности и низком качестве изделия при установке вставок на спиральные и кольцевые ребра;
Недостатки известных прототипов для устройства заключаются в следующем:
- в низкой технологичности конструкции из-за заполнения ячеек слоистым материалом и выполнения в нем резьбовых отверстий, а также в высокой массе изделия и его высокой стоимости и, кроме того, в низкой надежности работы устройства из-за низкой надежности крепления фланца вставки;
- в низкой надежности работы устройства из-за низкой надежности крепления полок вставки, а также в низкой технологичности из-за высоких усилий забивания и вдавливания полок;
- в низкой надежности работы устройства из-за низкой надежности крепления элементов;
- в низкой технологичности и низком качестве изделия из-за неполного отслоения резиноподобного материала от ребра, с его разрушением и высоким усилием забивания и вдавливания, а также из-за низкой надежности клеевых соединений при низкой площади склеивания;
- в низкой надежности изделия при установке вставок на кольцевые ребра.
- в низкой надежности изделия при установке вставок на спиральные и кольцевые ребра;
Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание высокотехнологичной конструкции отсека летательного аппарата с повышенной надежностью работы.
Технический результат для способа, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:
- в повышении технологичности изделия и оболочки за счет исключения операций по заполнению ячеек слоистым материалом (послойной укладки салфеток) и выполнения резьбовых отверстий, а также в снижении массы изделия и его стоимости;
- в повышении качества изделия за счет исключения перекосов при установке вставки, а также за счет повышения надежности ее крепления;
- в повышении качества изделия за счет повышения надежности клеевых соединений;
- в повышении технологичности и качества изделия за счет обеспечения отслоения резиноподобного материала от ребра, при исключении его разрушения и облегчения тем самым усилия забивания и вдавливания, а также за счет повышения надежности клеевых соединений при увеличении площади склеивания;
- в повышении технологичности и качества изделия за счет охвата полками преимущественно кольцевых ребер (признаки использованы преимущественно для вставок с двумя полками);
- в повышении технологичности и качества изделия за счет упора фланцев в спиральные и кольцевое ребра зонами отступов (признаки использованы преимущественно для вставок с тремя полками).
Технический результат для устройства, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:
- в повышении технологичности за счет исключения из конструкции слоистого материала заполнения ячеек и выполнения резьбовых отверстий, а также в снижении массы изделия и его стоимости и, кроме того, в повышении надежности работы устройства за счет заделки и прижатия фланца вставки;
- в повышении надежности работы устройства за счет повышения надежности крепления полок вставки, а также в повышении технологичности за счет облегчения усилия забивания и вдавливания полок;
- в повышении надежности работы устройства за счет повышения надежности крепления элементов;
- в повышении технологичности за счет принудительного отслоения резиноподобного материала от ребра и облегчения усилия забивания и вдавливания полок;
- в повышении технологичности и надежности работы устройства (признаки использованы преимущественно для вставок с двумя полками);
- в повышении технологичности и надежности работы устройства (признаки использованы преимущественно для вставок с тремя полками).
Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что способ изготовления отсека летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, при котором на оправку укладывают разделительный слой из резиноподобного материала с кольцевыми и спиральными обоих направлений канавками, затем слоями из высокомодульных нитей с их пропиткой полимерным связующим вматывают в эти канавки кольцевые и спиральные ребра, с натяжением наматывают наружную оболочку, термообрабатывают, снимают с оправки и удаляют разделительный слой, при этом в соответствии с изобретением перед намоткой наружной оболочки в соответствующие ячейки устанавливают вставки, предварительно изготовленные в виде фигурного фланца с консольной резьбовой втулкой и консольными полками с заостренными краями, для чего в центре ячейки в резиноподобном материале выполняют выемку для размещения втулки, полки заостренными краями вбивают между ребром и резиноподобным материалом, затем вдавливают вставку до упора фланца в ребра усилием натяжения намотки наружной оболочки и одновременно обжимают резиноподобный материал, прижимая за счет его объемного деформирования полки к ребрам с обеспечением контактного давления для склеивания последних, причем заострение края полки выполняют односторонним, затачивая фаску со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка. Полки вбивают с наружной стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают по краям фланца вставки. Полки вбивают с внутренней стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра.
Для устройства поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что отсек летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, включающей перекрещивающиеся кольцевые и спиральные обоих направлений ребра из пропитанных полимерным связующим высокомодульных нитей и наружную оболочку, выполненную методом намотки из аналогичного материала, при этом в соответствии с изобретением отсек снабжен прижатыми своими фигурными фланцами к ребрам наружной оболочкой вставками с консольной резьбовой втулкой, расположенной в центре соответствующей ячейки, и консольными полками с заостренными краями, склеенными с соответствующими ребрами, причем заострение края полки выполнено односторонним затачиванием фаски со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка. Полки склеены с наружной поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены по краям фланца вставки. Полки склеены с внутренней поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра.
Отличительными признаками для способа являются следующие признаки:
- перед намоткой наружной оболочки в соответствующие ячейки устанавливают вставки - признак существенный, предусматривает наличие новой операции, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности оболочки за счет исключения операций по заполнению ячеек слоистым материалом (послойной укладки салфеток) и выполнения резьбовых отверстий, кроме того технический результат заключается в снижении массы изделия, а также его стоимости;
- предварительно изготовленные в виде фигурного фланца с консольной резьбовой втулкой и консольными полками с заостренными краями - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности изделия;
- для чего в центре ячейки в резиноподобном материале выполняют выемку для размещения втулки - признак существенный, предусматривает наличие новой операции, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности оболочки;
- полки заостренными краями вбивают между ребром и резиноподобным материалом - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия;
- затем вдавливают вставку до упора фланца в ребра усилием натяжения намотки наружной оболочки - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет исключения перекосов при установке вставки, а также за счет повышения надежности ее крепления;
- одновременно обжимают резиноподобный материал, прижимая за счет его объемного деформирования полки к ребрам с обеспечением контактного давления для склеивания последних - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет повышения надежности клеевых соединений;
- заострение края полки выполняют односторонним, затачивая фаску со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет обеспечения отслоения резиноподобного материала от ребра, при исключении его разрушения и облегчения тем самым усилия забивания и вдавливания, а также за счет повышения надежности клеевых соединений при увеличении площади склеивания;
- полки вбивают с наружной стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают по краям фланца вставки - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет охвата полками преимущественно кольцевых ребер (признаки использованы преимущественно для вставок с двумя полками);
- полки вбивают с внутренней стороны ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки располагают с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое выполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и качества изделия за счет упора фланцев в спиральные и кольцевое ребра зонами отступов (признаки использованы преимущественно для вставок с тремя полками).
Отличительными признаками для устройства являются следующие признаки:
- отсек снабжен прижатыми своими фигурными фланцами к ребрам наружной оболочкой вставками с консольной резьбовой втулкой, расположенной в центре соответствующей ячейки - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новую взаимосвязь и новую форму элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности за счет исключения из конструкции слоистого материала заполнения ячеек и выполнения резьбовых отверстий, кроме того технический результат заключается в снижении массы изделия и его стоимости, а также в повышении надежности работы устройства за счет заделки и прижатия фланца;
- консольными полками с заостренными краями - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов и новую форму элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы устройства за счет повышения надежности крепления полок вставки, а также на повышение технологичности за счет облегчения усилия забивания и вдавливания полок;
- склеенными с соответствующими ребрами - признаки существенные, предусматривают новую взаимосвязь элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы устройства за счет повышения надежности крепления элементов;
- заострение края полки выполнено односторонним затачиванием фаски со стороны, противоположной ребру, с которым склеена эта полка - признаки существенные, предусматривают новую форму элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности за счет принудительно отслоения резиноподобного материала от ребра и облегчения усилия забивания и вдавливания полок;
- полки склеены с наружной поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены по краям фланца вставки - признаки существенные, предусматривают новое взаимное расположение и новую взаимосвязь элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и надежности работы устройства (признаки использованы преимущественно для вставок с двумя полками);
- полки склеены с внутренней поверхностью ребер ячейки, где расположена резьбовая втулка вставки, при этом полки расположены с отступом от края фланца, превышающим толщину соответствующего ребра - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новое взаимное расположение и их новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности и надежности работы устройства (признаки использованы преимущественно для вставок с тремя полками).
Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технических результатов. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технических результатов и характеризует предложенные технические решения существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данные технические решения являются результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению технологичности конструкции отсеков летательных аппаратов с повышением надежности их работы без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладают неочевидностью, что свидетельствует об их соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид способа изготовления отсека летательного аппарата; на фиг. 2 - общий вид отсека летательного аппарата; на фиг. 3 - сечение способа установки вставки с двумя полками; на фиг. 4 - сечение способа установки вставки с тремя полками; на фиг. 5 - выноска способа установки вставки с двумя полками; на фиг. 6 - сечение оболочки по вставке с двумя полками; на фиг. 7 - сечение оболочки по вставке с тремя полками; на фиг. 8 - выноска сечения по вставке с двумя полками.
Способ изготовления отсека 1 летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, при котором на оправку 2 укладывают разделительный слой 3 из резиноподобного материала 4 с кольцевыми 5 и спиральными 6 обоих направлений канавками, затем слоями из высокомодульных нитей с их пропиткой полимерным связующим вматывают в эти канавки кольцевые 7 и спиральные 8 ребра, с натяжением наматывают наружную оболочку 9, термообрабатывают, снимают с оправки 2 и удаляют разделительный слой 3. Перед намоткой наружной оболочки 9 в соответствующие ячейки 10 устанавливают вставки 11, предварительно изготовленные в виде фигурного фланца 12 с консольной резьбовой втулкой 13 и консольными полками 14 с заостренными краями 15, для чего в центре ячейки 10 в резиноподобном материале 4 выполняют выемку 16 для размещения втулки 13, полки 14 заостренными краями 15 вбивают между ребром 7 или 8 и резиноподобным материалом 4, затем вдавливают вставку 11 до упора фланца 12 в ребра 7 или 8 усилием натяжения намотки наружной оболочки 9 и одновременно обжимают резиноподобный материал 4, прижимая за счет его объемного деформирования полки 14 к ребрам 7 или 8 с обеспечением контактного давления для склеивания 17 последних, причем заострение края 15 полки 14 выполняют односторонним, затачивая фаску 18 со стороны, противоположной ребру 7 или 8, с которым склеена эта полка 14. Полки 14 вбивают с наружной стороны ребер 7 ячейки 10, где расположена резьбовая втулка 13 вставки 11, при этом полки 14 располагают по краям фланца 12 вставки 11. Полки 14 вбивают с внутренней стороны ребер 7 или 8 ячейки, где расположена резьбовая втулка 13 вставки 11, при этом полки 14 располагают с отступом 19 от края 20 фланца, превышающим толщину 21 соответствующего ребра 7 или 8.
Отсек 1 летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, включающей перекрещивающиеся кольцевые 7 и спиральные 8 обоих направлений ребра из пропитанных полимерным связующим высокомодульных нитей и наружную оболочку 9, выполненную методом намотки из аналогичного материала. Отсек 1 снабжен прижатыми своими фигурными фланцами 12 к ребрам 7 или 8 наружной оболочкой 9 вставками 11 с консольной резьбовой втулкой 13, расположенной в центре соответствующей ячейки 10, и консольными полками 14 с заостренными краями 15, склеенными 17 с соответствующими ребрами 7 или 8, причем заострение края 15 полки 14 выполнено односторонним затачиванием фаски 18 со стороны, противоположной ребру 7 или 8, с которым склеена 17 эта полка 14. Полки 14 склеены 17 с наружной поверхностью ребер 7 ячейки, где расположена резьбовая втулка 13 вставки 11, при этом полки 14 расположены по краям фланца 12 вставки 11. Полки 14 склеены 17 с внутренней поверхностью ребер 7 или 8 ячейки, где расположена резьбовая втулка 13 вставки 11, при этом полки 14 расположены с отступом 19 от края 20 фланца 12, превышающим толщину 21 соответствующего ребра 7 или 8.
Пример конкретного исполнения способа и отсека 1 заключается в том, что при установке вставки 11 забивают полки 14. Для этого вставку 11 располагают над соответствующей ячейкой 10 так, чтобы заостренные края 15 контактировали точно с линией разграничения между резиноподобным материалом 4 и материалом ребер 7 (для двухполочной вставки) или ребер 7 или 8 (для трех- и более-полочной вставки). Используя податливость и эластичность резиноподобного материала, а также некоторую податливость неотвержденного окончательно материала ребер, вбивают полки в границу материалов с расслоением их в зоне полки. Полки 14 и ребра 7 или 8 склеиваются 17 связующим материала ребер. На поверхность полки 14, контактирующую с ребром 7 или 8, также может быть предварительно нанесен клей 17. В готовом отсеке 1 с помощью крепежных элементов 22 закрепляются кронштейны 23 трубопроводов 24 или кабель каналов, или другого оборудования.
Работает отсек 1 следующим образом. Во время транспортирования отсека, а также полета летательного аппарата на кронштейны 23 трубопроводов 24, кабель-каналов и другого оборудования действуют инерционные силы. Благодаря надежности крепежных элементов 22, надежности крепления вставок 11 (с заделкой их под оболочкой 9) с резьбовыми втулками обеспечена надежность работы летательного аппарата в заданных условиях эксплуатации.
Таким образом, использование изобретений позволит создать высокотехнологичную конструкцию оболочки летательного аппарата с повышенной надежностью работы, что и подтверждает их использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний образцов и фрагментов конструкций, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим, новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.