ТЯГА УПРАВЛЕНИЯ ТОЛКАЮЩЕ-ТЯНУЩЕГО ТИПА ИЗ ПЛАСТИКА, АРМИРОВАННОГО УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ
CONTROL RODS OF PUSH-PULL TYPE OUT OF CARBON FIBRES REINFORCED PLASTIC

Настоящее изобретение относится к тяге управления толкающе-тянущего типа, обеспечивающей управление и механическую опору и применяемой в самолетостроении. Такие тяги также можно использовать в машиностроении и автомобилестроении.
Как правило, указанные тяги управления толкающе-тянущего типа, по существу, содержат трубчатый корпус, на каждом конце которого предусмотрен переходник, предназначенный для монтажа указанной тяги. Такие тяги управления толкающе-тянущего типа обеспечивают передачу как растягивающих, так и сжимающих усилий. Обычно трубчатый корпус таких тяг изготавливают из металлических материалов, например из нержавеющей стали, алюминия или титана. Однако корпусы, изготовленные из указанных материалов, обладают недостатком, особенно существенным для самолетостроения, который заключается в том, что они имеют слишком большой вес. Указанный недостаток сводит на нет преимущество таких металлических трубчатых корпусов, состоящее в их устойчивости к внешним повреждениям. В результате, для изготовления тяг управления толкающе-тянущего типа (особенно применяемых в самолетостроении) стали использовать более легкие материалы, например, пластики, армированные углеродными волокнами (т.е. углепластики). Тяги управления толкающе-тянущего типа, изготовленные из углепластиков, хорошо известны. Однако известные тяги содержат исключительно однослойные трубчатые корпусы, непосредственно соединенные с переходником по прямой линии. Такая конструкция тяги лишь частично удовлетворяет требованиям, предъявляемым в авиационной промышленности. В частности, согласно весьма жестким директивам по проведению испытаний, принятым в авиационной промышленности, тяги управления толкающе-тянущего типа должны обеспечивать выполнение заданных функций даже при внешних повреждениях и в требуемой мере передавать как растягивающие, так и сжимающие усилия. Однако известные однослойные трубчатые корпусы из углепластика могут соответствовать указанным требованиям лишь при выполнении их с увеличенными размерами. Это, в свою очередь, приводит к упомянутому выше недостатку - увеличению веса конструкции.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить тяги управления толкающе-тянущего типа из такого композитного материала и такой конструкции, которые бы позволили решить проблему значительного веса и отличались при этом устойчивостью к внешним повреждениям (ударам). Кроме того, предлагаемые тяги даже после внешнего повреждения (удара) должны сохранять по существу неизменную жесткость и прочность и обеспечивать передачу усилий как в направлении растяжения, так и в направлении сжатия. В настоящем изобретении указанная задача решена следующим образом.
При испытаниях нагрузочной способности выяснилось, что в случае ударного повреждения трубчатого корпуса, изготовленного из углепластика, способность тяги выдерживать растягивающие нагрузки практически не меняется, при этом ее способность выдерживать сжимающие нагрузки, напротив, ухудшается существенно. Таким образом, для тех частей трубчатого корпуса, которые подвергаются сжимающей нагрузке, следует обеспечить особую защиту от ударных воздействий. При этом неожиданным оказалось, что для решения указанной задачи весьма эффективна следующая многослойная структура, отличающаяся от структуры известных однослойных трубчатых корпусов тяг управления толкающе-тянущего типа из углепластика.
На фиг.1 схематично показан трубчатый корпус из углепластика.
На фиг.2 показано, что трубчатый корпус предлагаемой тяги управления толкающе-тянущего типа содержит две трубки, изготовленные из углепластика, а именно внешнюю трубку 1 и внутреннюю трубку 2, соединенные с металлической насадкой переходника 4 (предпочтительно с вильчатым наконечником, резьбовой втулкой или другим характерным для таких переходников концевым элементом).
На фиг.3 подробно показана многослойная структура предлагаемой тяги.
Указанные внешний трубчатый корпус 1 и внутренний трубчатый корпус 2 из углепластика соединены с металлическим концом переходника 4 путем геометрического замыкания так, что внешний трубчатый корпус 1 находится поверх металлической насадки переходника в виде сходящей на конус трубки. При этом внутренний трубчатый корпус 2 расположен под металлическим концом переходника. Указанный внешний трубчатый корпус 1 предназначен для передачи растягивающих усилий, а указанный внутренний трубчатый корпус 2 служит для передачи сжимающих усилий. Подобная раздельная передача растягивающих и сжимающих усилий обеспечивается благодаря наличию конической поверхности между трубчатым корпусом 1 и металлическим концом переходника. Конические поверхности между металлическим концом переходника 4 и внешним трубчатым корпусом 1 воспринимают силы, возникающие при растяжении, в то время как внутренний трубчатый корпус 2 воспринимает силы сжатия. Однако, как показывает опыт, повреждение трубчатого корпуса из углепластика оказывает большее влияние на способность тяги передавать или воспринимать сжимающие усилия, чем на ее способность передавать или воспринимать растягивающие усилия. В результате, необходимо обеспечить особую защиту для тех частей тяги управления толкающе-тянущего типа, которые подвергаются воздействию сжимающих усилий, то есть для внутреннего трубчатого корпуса 2 из углепластика. Указанная защита обеспечивается благодаря тому, что внешний и внутренний трубчатые корпусы 1 и 2, изготовленные из углепластика, отделены друг от друга тонким слоем 3 эластомера. Таким образом, удается обеспечить защиту внутреннего трубчатого корпуса 2 от повреждений, возникающих из-за внешних воздействий (ударов).
Если металлические концы переходника изготовлены из алюминия, то для предотвращения коррозии указанные концы необходимо изолировать относительно трубчатых корпусов из углепластика, используя слой стекловолокна.
В качестве материала для трубчатого корпуса использован композит, состоящий из углепластика и эластомера. В данном случае для тех частей внутреннего трубчатого корпуса 2, которые подвергаются сжимающим нагрузкам, можно использовать трубки, изготовленные методом мокрой намотки или намотки препрегов (предварительно пропитанных волокон), методом пультрузии, методом инжекции смолы в закрытую форму (RTM) с применением реактопластов или термопластов. Из-за конструктивных особенностей внешний трубчатый корпус 1 из углепластика, подвергающийся воздействию растягивающих нагрузок, можно изготовить только методом мокрой намотки или намотки препрегов. В качестве эластомера предпочтительно использован силиконовый каучук.
Согласно настоящему изобретению тяги управления толкающе-тянущего типа из углепластика предпочтительно изготавливают в процессе следующих технологических операций и в следующей последовательности.
Сначала изготавливают внутренний трубчатый корпус 2 методом мокрой намотки или намотки препрегов (предварительно пропитанных волокон), методом пультрузии или методом инжекции смолы в закрытую форму (RTM) с применением реактопластов или термопластов. Затем на трубчатый корпус 2 вулканизируют слой 3 эластомера. Далее устанавливают и выравнивают металлический конец переходника 4. После этого методом мокрой намотки или намотки препрегов изготавливают внешний трубчатый корпус 1, прикрепляя и наматывая его на металлический конец переходника.
НОМЕРА ПОЗИЦИЙ
1 - внешний трубчатый корпус
2 - внутренний трубчатый корпус
3 - слой эластомера
4 - переходник.