МНОГОСЛОЙНАЯ ШАРОВАЯ ОБОЛОЧКА
SANDWICH BALL SHELL

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных его отраслях, таких как космическое, авиационное и химическое машиностроение.
Многослойные шаровые оболочки применяют в тех случаях, когда требуется обеспечить повышенную жесткость и минимальную массу конструкции. Это топливные баки летательных аппаратов, емкости и резервуары для хранения химических веществ и т.д.
Среди многослойных силовых конструкций особое место занимают трехслойные оболочки. Конструкция трехслойной шаровой оболочки приведена в книге Н.А. Алтуфьева и др. «Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов». М.: Машиностроение, 1984, и принята за прототип. Данная трехслойная оболочка образована двумя пространственно разнесенными, концентрически расположенными внешней и внутренней шаровыми оболочками, пространство между которыми заполнено наполнителем. В качестве наполнителя используют пенопласт, сотовый наполнитель из металлической фольги, гофры и т.п. Чаще всего наполнитель к поверхностям внешней и внутренней оболочек приклеивают.
Указанное техническое решение имеет следующие недостатки:
- слабым местом этой многослойной конструкции, которое в первую очередь проявляется в процессе деформации многослойной оболочки, является граница между материалом наполнителя и внешней и внутренней оболочками;
- другим недостатком конструкции является то, что связь пространственно разнесенных внешней и внутренней шаровых оболочек осуществляется через наполнитель, поэтому при нагружении эти части единой конструкции деформируются асинхронно.
Эти недостатки многослойной конструкции отмечаются в книге Э.И. Григолюка и Г.М. Куликова «Многослойные армированные оболочки. Расчет пневматических шин». М.: Машиностроение, 1988.
Задачей предлагаемого изобретения является создание многослойной шаровой оболочки, которая не должна иметь вышеотмеченных недостатков, при этом должна сохранить достоинства многослойных оболочек: высокую жесткость и прочность при минимальной массе конструкции.
Это достигается тем, что входящие в состав многослойной шаровой оболочки пространственно разнесенные, концентрически расположенные внешняя и внутренняя шаровые оболочки соединены между собой с помощью трех соединенных между собой шаровых оболочек, которые расположены в полости между внешней и внутренней шаровыми оболочками так, что средняя шаровая оболочка охватывает внутреннюю шаровую оболочку таким образом, что делящий шаровую оболочку по толщине пополам срединный сферический слой средней шаровой оболочки касается срединных сферических слоев внешней и внутренней шаровых оболочек в диаметрально противоположных точках; вторая шаровая оболочка размещена так, что ее срединный сферический слой касается срединных сферических слоев внутренней и средней шаровых оболочек в точке их касания; третья шаровая оболочка размещена так, что ее срединный сферический слой касается срединных сферических слоев внешней и средней шаровых оболочек в точке их касания. Оптимизация технических параметров многослойной шаровой оболочки достигается тем, что радиус срединного сферического слоя второй шаровой оболочки имеет величину, равную среднему геометрическому величин радиусов срединных сферических слоев внутренней и средней шаровых оболочек; радиус срединного сферического слоя третьей шаровой оболочки имеет величину, равную среднему геометрическому величин радиусов срединных сферических слоев внешней и средней шаровых оболочек.
Увеличение прочностных характеристик многослойной шаровой оболочки достигается тем, что полости, заключенные между внешней и третьей, третьей и средней, средней и второй, второй и внутренней шаровыми оболочками, заполнены наполнителем.
Сущность устройства поясняется чертежами.
На фиг.1 показано сечение многослойной шаровой оболочки.
На фиг.2 показано трехмерное изображение рассеченной пополам многослойной шаровой оболочки.
Конструкция включает в себя пять связанных между собой шаровых оболочек, при этом каждая из пяти оболочек состоит из двух частей. Две пространственно разнесенные, концентрически расположенные шаровые оболочки - внешняя шаровая оболочка 1 и внутренняя шаровая оболочка 2 - имеют общий центр в точке О. В полости между шаровыми оболочками 1 и 2 размещены три соединенные между собой шаровые оболочки. Средняя шаровая оболочка 3 соединяет внешнюю шаровую оболочку 1 и внутреннюю шаровую оболочку 2 между собой таким образом, что срединный сферический слой оболочки 3 касается срединных сферических слоев оболочек 1 и 2 в двух диаметрально противоположных точках. В полости между внутренней шаровой оболочкой 2 и средней шаровой оболочкой 3 размещена шаровая оболочка 4 таким образом, что ее срединный сферический слой касается срединных сферических слоев шаровых оболочек 2 и 3 в точке их касания. В полости между внешней шаровой оболочкой 1 и средней шаровой оболочкой 3 размещена шаровая оболочка 5 таким образом, что ее срединный сферический слой касается срединных сферических слоев шаровых оболочек 1 и 3 в точке их касания.
Предлагаемое устройство представляет собой реализацию вполне конкретного математического принципа, поэтому оно обладает уникальными механическими свойствами, при этом очень технологично. Высокая технологичность позволяет свести к минимуму затраты на реализацию предлагаемого технического решения. Его реализация позволяет значительно расширить сферу применения многослойных оболочек.
Источники информации
1. Н.А. Алтуфьев и др. «Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов». М.: Машиностроение, 1984.
2 Э.И. Григолюк и Г.М. Куликов «Многослойные армированные оболочки. Расчет пневматических шин». М.: Машиностроение, 1988.