ЦЕЛЬНОТКАНАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ ОБОЛОЧКА С РЕБРАМИ ЖЕСТКОСТИ И СПОСОБ ЕЁ ФОРМИРОВАНИЯ
ONE-PIECE MULTILAYER SHELL WITH STIFFENERS AND METHOD OF ITS FORMATION

Изобретение относится к области текстильной промышленности и касается формирования каркасов объемной структуры в форме оболочек с ребрами жесткости, формируемых методом круглого ткачества, применяемых также в качестве наполнителей композиционных материалов для изделий аэрокосмической техники, судостроения и химико-металлургической промышленности, в частности, изделий в виде сосудов, работающих под давлением.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является тканая оболочка объемной структуры из нитей основы, уточных нитей и нитей перевязки, наработанная на круглоткацкой машине. Указанного исполнения оболочка усматривается из [1 - пат. РФ №2201893, 2003 г., 2 - пат. РФ №2201894, 2003 г., 3 - пат. РФ №2130093, 1999 г.]
Недостатком ее является сравнительно низкое весовое совершенство самой по себе тканой оболочки из-за недостаточной ее жесткости (в результате чего она теряет геометрические размеры), а также низкое весовое совершенство изготавливаемых на ее основе изделий из композиционных материалов (КМ) в условиях воздействия на них внутреннего давления.
Еще одним недостатком тканой оболочки указанного конструктивного исполнения и изготавливаемых на ее основе изделий из композиционных материалов, является недостаточно широкая область применения.
Задачей изобретения является повышение весового совершенства и расширение области применения самой по себе тканой оболочки, а также изготавливаемых на ее основе изделий из композиционных материалов.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ формирования цельнотканой многослойной тканой оболочки на формообразующей оправке [пат. РФ №2130093, 1999].
Указанный способ не предусматривает формирование тканых оболочек с кольцевым ребром (ребрами) жесткости на их наружной поверхности, нарабатываемых заодно целое с ними, следствием чего является сравнительно невысокое весовое совершенство и недостаточно широкая область применения их самих по себе, а также изготавливаемых на их основе изделий из КМ.
Задачей изобретения является разработка способа формирования цельнотканых многослойных оболочек, обеспечивающего более высокое весовое совершенство и расширение области применения самих по себе, а также изготавливаемых на их основе изделий из композиционных материалов.
Поставленная задача решается за счет того, что цельнотканая многослойная оболочка из нитей основы и уточных нитей, наработанная на круглоткацкой машине, в соответствии с заявленным техническим решением снабжена расположенными на ее наружной поверхности одним или несколькими кольцевыми ребрами жесткости, выполненными заодно целое с ней.
Снабжение цельнотканой многослойной оболочки расположенными на ее наружной поверхности одним или несколькими кольцевыми ребрами жесткости, в совокупности с признаками ограничительной части формулы изобретения, придает ей достаточно высокую жесткость без существенного увеличения ее толщины, в результате чего она сохраняет свои геометрические размеры, находясь в свободном (без формозадающей оправки) состоянии. Выполнение ребер жесткости заодно целое с оболочкой придает ей дополнительную жесткость.
Изготовление на основе заявляемой оболочки изделий из композиционных материалов позволяет, не увеличивая их толщину, повысить их прочность.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность, не увеличивая вес тканой оболочки, обеспечить сохранение ее геометрических размеров в свободном состоянии, а также обеспечить высокую прочность и жесткость изготавливаемых на основе тканой оболочки изделий из композиционных материалов без увеличения их веса. Кроме того, это позволяет расширить номенклатуру изготавливаемых тканых оболочек и изготавливаемых на их основе изделий из КМ.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: повышается весовое совершенство и расширяется область применения самой по себе тканой оболочки, а также изготавливаемых на ее основе изделий из композиционных материалов.
Поставленная задача решается также за счет того, что в способе формирования цельнотканой многослойной оболочки, заключающемся в наработке ее на установленной в круглоткацкую машину формообразующей оправке, в соответствии с заявляемым техническим решением после наработки части высоты тканой оболочки формируют на ней кольцевое ребро жесткости, для чего при наработке оболочки в зоне его расположения производят выводы систем нитей основы по толщине ребра, переплетением которых с кольцевыми витками утка нарабатывают в горизонтальной плоскости многослойное кольцевое ребро заданной толщины и высоты, а после наработки ребра выведенные нити основы вновь вводят в структуру оболочки для продолжения ее наработки по высоте или наработки из них следующего ребра.
То, что после наработки части высоты тканой оболочки формируют на ней кольцевое ребро жесткости, после чего продолжают наработку оболочки за зоной расположения ребра, является условием формирования ребра заодно целое с оболочкой. То, что для этого вначале из оболочки в зоне расположения ребра выводят системы нитей основы, соответствующие толщине ребра, создает предпосылки для выполнения кольцевого ребра объемной структуры, а также расположения его перпендикулярно оси оболочки, что придает ей наибольшую жесткость в кольцевом направлении.
То, что ребро жесткости нарабатывают до заданной толщины и высоты переплетением выведенных из оболочки нитей основы с нитями утка, обеспечивает выполнение ребра заодно целое с оболочкой и создает предпосылки для продолжения наработки оставшейся части оболочки. Продолжение наработки оболочки за зоной расположения ребра позволяет завершить наработку оболочки в целом.
То, что выведенные для формирования ребра системы нитей основы вновь вводят в структуру оболочки, позволяет не допустить увеличения трудоемкости ее наработки, как это бы произошло в случае необходимости задействования других нитей основы.
Повторное введение в структуру оболочки выведенных до этого систем нитей основы для наработки очередного кольцевого ребра жесткости с повторением вышеприведенной последовательности выполняемых операций обеспечивает возможность формирования оболочки с несколькими кольцевыми ребрами жесткости.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения возникает новое свойство: способность осуществить наработку цельнотканой многослойной оболочки заодно целое с одним или несколькими кольцевыми ребрами жесткости с расположением их перпендикулярно оси оболочки, обеспечивающими сохранение геометрических размеров тканой оболочки самой по себе (в свободном состоянии), так и изготовленных на ее основе изделий из композиционных материалов, без увеличения их толщины, а также увеличение их прочности без увеличения веса.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: обеспечивается повышение весового совершенства самой по себе тканой оболочки, а также изготавливаемых на ее основе изделий из композиционных материалов. Кроме того, благодаря новому способу формирования оболочки расширяется область ее применения, а так же область применения изготавливаемых на ее основе изделий из КМ.
Заявляемые изобретения настолько связаны между собой, что образуют единый изобретательский замысел, а именно: изобретено новое конструктивное исполнение цельнотканой многослойной оболочки и новый способ ее формирования. Это свидетельствует о соблюдении единства изобретения.
Заявленные изобретения поясняются чертежами и примерами конкретного выполнения.
На фиг. 1 приведен рисунок, схематично изображающий конструкцию цельнотканой многослойной оболочки, снабженной расположенным на ее наружной поверхности одним кольцевым ребром жесткости, выполненным заодно целое с ней, где поз. 1 соответствует собственно цельнотканая многослойная оболочка, поз. 2 - кольцевое ребро жесткости, поз. 3 - нити утка, формирующие тканую оболочку и ее ребро жесткости, поз. 4 - выводы систем нитей основы, участвующих в формировании кольцевого ребра жесткости.
Пример формирования цельнотканой многослойной оболочки с кольцевым ребром жесткости.
Формирование изделия по п. 1 формулы изобретения, осуществили способом по п. 2 формулы изобретения, применяя способ, описанный в патенте RU №2130093, 1999 г. Для этого на торец колонны механизма перемещения оправки, расположенной в центральной части круглоткацкой машины, установили и зафиксировали формообразующую оправку. На верхнем фланце формообразующей оправки закрепили «гребенки» (приспособления фиксирующие концы нитей основы), используемые при формировании цельнотканого многослойного полотна. В механизмы устройства зевообразования круглоткацкой машины установили программы, содержащие в себе информацию о рисунке ткани. Произвели формообразование непосредственно тканой многослойной оболочки, в том числе, в зоне предполагаемого к формированию кольцевого ребра жесткости. Для этого из структуры тканой оболочки вывели соответствующие системы нитей основы и продолжили наработку тканой оболочки на 10÷20 мм ниже предполагаемой зоны расположения кольцевого ребра жесткости. Далее, в механизмах устройства зевообразования круглоткацкой машины заменили программы, содержащие в себе информацию о рисунке ткани кольцевого ребра жесткости. Челнок вывели на уровень первого уточного витка в ребре жесткости и установили требуемое натяжение уточных нитей. Затем ввели параметры соответствующей цикловой диаграммы работы механизмов круглоткацкой машины и провели наработку ребра жесткости заданных размеров. По окончанию наработки кольцевого ребра жесткости тканой оболочки все параметры, программу и механизмы круглоткацкой машины вернули в первоначальное состояние, которое было в процессе окончания наработки оболочки за зоной расположения ребра, и продолжили наработку оболочки. Для продолжения наработки оболочки по ее высоте или формирования на ней очередного ребра, выведенные ранее для формирования ребра нити основы, вновь ввели в структуру оболочки.