Силовой элемент сотовой панели

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в космической отрасли, в частности при изготовлении сотовых панелей космических аппаратов (КА), в которые устанавливаются закладные элементы – опорные узлы, предназначенные для крепления бортовой аппаратуры и элементов конструкции КА.
В конструкции КА используются сотовые панели, в состав которых входят силовые элементы, выполненные в виде вставок, установленных в сотовую панель. Как правило, эти силовые элементы имеют прямоугольное сечение и небольшие внутренние полости для облегчения. Небольшие габаритные размеры силовых элементов определяются условиями обеспечения интерфейсов для оборудования.
Учитывая требования, предъявляемые к сотовой панели по прочности, жесткости, стабильности геометрических параметров и взаимного расположения посадочных поверхностей под оборудование, необходимо разрабатывать удовлетворяющий им конструктивный силовой элемент, входящий в состав сотовой панели.
Известно множество силовых элементов (патенты JP2007245880A, JP201229712A, US7167631_B2), общим недостатком которых является ограничение их применения для передачи сосредоточенных нагрузок продольного направления, так как для этого потребуется увеличение габаритных размеров,  которое приведет к увеличению массы.
В качестве прототипа выбран силовой элемент сотовой панели (патент № 2742177), выполненный в виде балки прямоугольного сечения, установленный при помощи клеевой композиции в вырез в сотовом заполнителе между верхней и нижней обшивками сотовой панели.
Недостатком прототипа является то, что при увеличении нагрузки на силовой элемент возрастают его габаритные размеры, которые определяются величиной и местом приложения нагрузки, вследствие чего повышается трудоемкость его изготовления и масса.
В настоящее время остро стоит вопрос о снижении массы сотовых панелей без ухудшения их выходных геометрических и прочностных характеристик. Это может быть достигнуто за счет замены цельных силовых элементов на составные, состоящие из нескольких частей, которые соединяются между собой в процессе сборки с помощью неразъемного соединения.
Сотовый заполнитель, лежащий между двумя обшивками сотовой панели, не воспринимает изгибающие моменты, так как он обладает малой жесткостью по сравнению с обшивками. Поэтому силовые нагрузки, прикладываемые к отдельным участкам сотовой панели, передаются через силовые элементы, вклеенные в сотовый заполнитель.
Несущая способность сотовой панели зависит от прочностных показателей склеивания, которые зависят от качества склеиваемых поверхностей. Поэтому особые условия налагаются на точность изготовления деталей, а также на их взаимозаменяемость.
Для заявленного устройства выявлены следующие основные общие с прототипом существенные признаки: силовой элемент сотовой панели, выполненный в виде балки прямоугольного сечения; силовой элемент вклеен между верхней и нижней обшивками в вырез в сотовом заполнителе.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является совершенствование конструкции силового элемента сотовой панели в части обеспечения требуемой жесткости как самой сотовой панели, так и стыка сотовой панели с интерфейсными узлами, повышение точности его изготовления и его прочности при минимальной массе.
Данная проблема решается за счет того, что силовой элемент сотовой панели, выполненный в виде балки прямоугольного сечения, установленный при помощи клеевой композиции в вырез в сотовом заполнителе между верхней и нижней обшивками сотовой панели,осуществляют так, что балка выполнена в виде двух уголков, соединенных между собой и образующих замкнутый профиль коробчатого сечения. Внутрь балки поперек сечения установлены и приклеены прямоугольные силовые вставки. Силовые вставки также могут быть приклепаны к балке со стороны приклейки к сотовому заполнителю, а силовой элемент дополнительно обрабатывается по высоте перед установкой в сотовую панель.
Таким образом, силовой элемент, имеющий минимальную массу за счет своего коробчатого сечения, т.е. наличия полости внутри, работает на изгиб и на кручение, увеличивает жесткость конструкции сотовой панели в зоне восприятия сосредоточенной нагрузки.
Техническим результатом полезной модели является повышение жесткости конструкции; простота изготовления силового элемента и его комплектующих; минимизация массы силового элемента;
Техническая сущность и принцип действия заявленной полезной модели поясняются рисунками, на которых изображено
фиг.1 – сотовая панель с силовым элементом;
фиг.2 – силовой элемент коробчатого сечения.
На фиг. 1 показана сотовая панель 1 с установленным силовым элементом в виде балки, выполненной из двух уголков 2, 3, внутрь которых установлены силовые вставки 4. Силовые вставки 4, выполненные в виде замкнутой рамки, закрепляются на внутренней поверхности балки, например, клеевой композицией 5. Для дополнительной жесткости конструкции уголки 2, 3 и силовые вставки 4 дополнительно проклепываются заклепками 6.
На фиг. 2 показан пример силового элемента коробчатого сечения, состоящий из двух уголков 2, 3, силовых вставок 4, расположенных внутри уголков 2, 3 и заклепок 6, которыми для дополнительной прочности соединяются уголки 2, 3 и силовые вставки 4.
Описанный выше силовой элемент работает следующим образом:
До установки силового элемента в вырез в сотовом заполнителе изготавливают два одинаковых уголка 2, 3 и необходимое количество силовых вставок 4, число которых зависит от габаритных размеров уголков и шага, через который устанавливаются силовые вставки, величина которого рассчитывается исходя из обеспечения жесткости панели в месте приложения сосредоточенной нагрузки.
На внутреннюю часть уголка 2 устанавливают и приклеивают силовые вставки 4. Затем устанавливают второй уголок 3 таким образом, чтобы получить замкнутый контур в виде короба, прокладывая между уголком и силовыми вставками 4 клеевую композицию 5. После полимеризации клеевой композиции силовой узел устанавливается в вырез в сотовом заполнителе сотовой панели 1 следующим образом: на нижнюю обшивку сотовой панели при помощи клеевой композиции устанавливается сотовый заполнитель, в вырез в котором помещается силовой элемент. Между ними прокладывается клеевая композиция. Сверху при помощи клеевой композиции устанавливается верхняя обшивка.
Для увеличения прочности клеевого соединения силового элемента силовые вставки 4, установленные внутри уголков 2 и 3, могут дополнительно проклепываться заклепками 6 с уголками 2 и 3 со стороны сотового заполнителя.
Для повышения качества клеевого соединения между силовым элементом и обшивками и минимизации зазоров между силовым элементом и верхней и нижней обшивками сотовой панели 1, силовой элемент может быть изготовлен с технологическими припусками на обработку со стороны верхней и нижней обшивок сотовой панели, которые будут сняты с помощью механической обработки в необходимый размер перед его установкой.
Таким образом, силовой элемент, выполненный в виде балки прямоугольного сечения, состоящий из двух уголков, соединенных между собой в виде замкнутого профиля коробчатого сечения с установленными и приклеенными внутрь балки поперек сечения прямоугольными силовыми вставками, позволяет решить техническую проблему полезной модели по созданию силового элемента повышенной жесткости конструкции, как самой балки, так и сотовой панели, простотой изготовления силового элемента и его комплектующих, и минимизации массы силового элемента за счет коробчатого сечения балки с установленными прямоугольными силовыми вставками.