СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОДКРЕПЛЕННОЙ ОБОЛОЧКИ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF PRODUCING REINFORCED SHELL FROM POLYMER COMPOSITES

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании конструкций, применяемых в космической и авиационной технике, работающих в условиях повышенных нагрузок.
Известен способ изготовления элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2312790 от 14.06.2006, МПК В64С 3/20 (2006), В32В 1/00 (2006), В32В 37/00 (2006).
Способ изготовления элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов заключается в том, что 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. Разделительный слой укладывают посекционно, изготавливая предварительно секции из антиадгезионного эластичного материала, выполняя в секциях щели. Секции укладывают с образованием из этих щелей по всему разделительному слою спиральных обоих направлений и кольцевых канавок. Ориентируют и закрепляют секции на оправке крепежно-установочными элементами. Заполняют канавки полимерным композиционным материалом, например жгутом из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных полимерным связующим.
Недостатком известного способа является отсутствие возможности реализации перекрестных схем армирования по толщинам конструкции при использовании метода намотки однонаправленным наполнителем, пропитанным полимерным связующим. Кроме того, секции разделительного слоя изготавливаются только из эластичного материала, и, как следствие, высокая стоимость средств технологического оснащения, возникновение необходимости создания более высокого внешнего давления для обеспечения требуемых геометрических размеров и формы конструкции, повышенная трудоемкость сборки средств технологического оснащения, так как для обеспечения необходимой точности расположения элементов конструкции требуются более сложные в конструктивном плане крепежно-установочные элементы.
Известный способ как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату выбран в качестве прототипа.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение реализации в конструкции подкрепленной оболочки из полимерных композиционных материалов различных схем армирования (в частности, перекрестной схемы армирования), повышение надежности конструкции, снижение стоимости средств технологического оснащения, а также трудоемкости их сборки.
Технический результат, который может быть достигнут при решении технической задачи, заключается в повышении надежности конструкции за счет применения различных схем армирования, а также в снижении стоимости средств технологического оснащения, трудоемкости сборки за счет включения металлических вкладышей в конструкцию секций из эластичного материала.
Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что способ изготовления подкрепленной оболочки из полимерных композиционных материалов, включающий применение оправки и секций разделительного слоя из эластичного материала, имеет следующие отличительные признаки:
- секции разделительного слоя, изготовленные из антиадгезионного эластичного материала, дополнены металлическими вкладышами - признак существенный, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата - на снижение стоимости средств технологического оснащения за счет уменьшения количества эластичного материала, на повышение точности установки секций на оправке за счет жесткости металлических вкладышей, на снижение трудоемкости сборки средств технологического оснащения за счет упрощения конструкции крепежно-установочных элементов, на уменьшение внешнего давления для обеспечения требуемых геометрических размеров и формы конструкции;
- секции устанавливают на оправку после укладки (вручную или с помощью автоматизированного укладчика) на них заготовок из препрега - признак существенный, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата - на повышение надежности работы конструкции за счет реализации любой схемы армирования (в том числе перекрестной схемы) по толщинам подкрепления и обшивки.
Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата. Использования единой совокупности существенных отличительных признаков в известном техническом решении не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата и характеризует предложенные технические решения существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогом. Данные технические решения являются результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению надежности работы подкрепленных оболочек вращения без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладают неочевидностью, что свидетельствует об их соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид в разрезе оправки с установленными на нее секциями, основными конструктивными элементами подкрепленной оболочки, цулагой, дренажным слоем и вакуумным мешком; на фиг.2 - поперечное сечение секции с уложенными на нее слоями подкрепления и обшивки.
Способ изготовления подкрепленной оболочки из полимерного композиционного материала, при котором на секции 1, в состав которых входят металлические вкладыши 2, в соответствии с требуемой схемой армирования укладывают (вручную или автоматизированным укладчиком) заготовки препрега 3, воспроизводящие подкрепление (ребра 4 и шпангоуты 5) оболочки. Собранные секции устанавливают на оправку 6. Установка секций на оправку сопровождается фиксацией секций при помощи отверстий 7 (показаны условно) в металлическом вкладыше. Поверх секций укладывают (вручную или автоматизированным укладчиком) слои обшивки 8 в соответствии с требуемой схемой армирования. На слои обшивки устанавливают стеклотекстолитовую оболочку 9 (цулагу), дренажный слой 10 и вакуумный мешок 11. Разборку средств технологического оснащения после режима термообработки осуществляют в обратной последовательности.
Таким образом, новое техническое решение при реализации в подкрепленной оболочке вращения из полимерных композиционных материалов является воспроизводимым промышленным путем с помощью известных технологий, дает новый технический результат, соответствует критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.
Источники информации
1. RU №2312790 от 14.06.2006, МПК В64С 3/20 (2006), В32В 1/00 (2006), В32В 37/00 (2006), «Способ изготовления элементов планера самолета из полимерных композиционных материалов, оправка для осуществления способа изготовления планера самолета и элементы планера самолета из полимерных материалов» (прототип).