ОПОРНЫЙ УЗЕЛ СОТОВОЙ ПАНЕЛИ И СПОСОБ СБОРКИ ОПОРНОГО УЗЛА
SUPPORT UNIT OF THE HONEYCOMB PANEL AND THE METHOD FOR ASSEMBLING THE SUPPORT UNIT

Изобретение относится к космической технике, в частности для создания сотовых панелей, предназначенных для изготовления корпусов негерметичных космических аппаратов (КА).
Известен опорный узел трехслойной панели, описанный в патенте РФ №2291782 С1 от 01.08.2005, который содержит втулку с фланцами на обоих торцах, установленную в отверстиях, выполненных в верхней обшивке трехслойной панели и сотовом заполнителе, расположенном между верхней и нижней обшивками трехслойной панели, и соединенную с сотовым заполнителем по боковой поверхности с помощью вспенивающейся клеевой композиции, имеющей вокруг осевого отверстия кольцевой выступ прямоугольного сечения, высотой, не превышающей толщин верхней и нижней обшивок трехслойной панели, при этом нижняя обшивка выполнена с отверстием, соосным с отверстием верхней обшивки, и указанные отверстия в обеих обшивках имеют диаметр, обеспечивающий фиксацию в них кольцевых выступов фланцев втулки, а втулка торцевыми поверхностями фланцев плотно прилегает к внутренним поверхностям верхней и нижней обшивок трехслойной панели и соединена с ними с помощью клеевой композиции.
Недостатком данного опорного узла является трудоемкость, поскольку для обеспечения точности позиционирования втулки необходимо выполнять отверстия в обшивках с точностью 0,05 до склеивания сотовой панели в составе обшивок, наличие канавок для закрепления к обшивкам повышает время изготовления деталей для сборочных единиц, а использование улов фиксированной высоты не позволяет унифицировать номенклатуру закладных элементов для панелей различной толщины и усложняет технологический цикл изготовления сотовой панели.
Известен опорный узел трехслойной панели (патент RU №2242369 C1), содержащей сотовый заполнитель, расположенный между верхней и нижней обшивками из полимерного композиционного материала, который содержит втулку, установленную в отверстии, выполненном в верхней обшивке и сотовом заполнителе, и соединенную с ними по боковой поверхности с помощью вспенивающейся клеевой композиции. Отверстие под втулку выполнено в виде кольцевой проточки, образующей в трехслойной панели центральный сотовый сердечник, втулка выполнена тонкостенной, а на ее внутренней поверхности имеется не менее двух кольцевых выступов клиновидного сечения. При этом тонкостенная втулка выполнена двухсоставной в виде цилиндрического стакана и опорной площадки, образованной верхней частью тонкостенной втулки, соединенных между собой по резьбе с мелким шагом.
Недостатками известного опорного узла являются: отсутствие гибкости в обеспечение единой плоскостности выступающих элементов большого количества двухсоставных втулок - необходимо применение специнструмента для выставки каждого элемента; в узле отcутствуют элементы для точного позиционирования относительно отверстий в сотовой панели; для каждого типоразмера (толщины сотопанели) необходимо применение своей, уникальной составной части узла (стакана); отсутсвует фиксация регулируемой опорной площадки относительно сотовой панели, что может првиести к развинчиванию узла в процессе эксплуатации; наличие выступающих элементов, которые перерезают стенки сотового заполнителя разупрочняют конструкцию в местах деформации сотового заполнителя.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) устройства выбран опорный узел сотовой панели, описанный в патенте RU №193643 U1, который включает сотовый заполнитель, расположенный между верхней и нижней обшивками и соединенный с ними посредством клея. Узел содержит втулки, расположенные коаксиально в сквозном отверстии сотовой панели и сопряженные между собой резьбовым соединением. При этом втулки выполнены с фланцами и зафиксированы между собой и приборной панелью при помощи клея.
Недостатками прототипа являются: низкая технологичность, заключающаяся в отсутствии возможности механической обработки узлов для получения необходимой точности по плоскостности; отсутствие элементов для позиционирования втулок относительно отверстий в сотовой панели, что сказывается на качестве выпускаемой продукции; выполненное отверстие в узле не позволяет унифицировать элементы, что приводит к увеличению номенклатуры и времени изготовления сборочных единиц.
Известен способ установки втулок в сотовую панель, представленный в статье А.И. Ендогура и др. Сотовые конструкции. Выбор параметров и проектирование. М.: Машиностроение. 1986 г. с. 121, согласно которому в отверстие сотовой панели устанавливают втулку для крепления интерфейсных элементов, которая с помощью электросварки присоединяется к упрочненному сотовому заполнителю.
Недостатком известного способа является существенное повышение времени выполнения технологических операций, за счет длительности процесса установки; увеличение массовых характеристик, за счет использования упрочненного сотового заполнителя в местах установки втулок; местное разупрочнение сборочной единицы, при использовании электросварки, что неприемлемо при использовании клееного сотового заполнителя.
Известен способ сборки трехслойной панели с опорными узлами, описанный в патенте РФ №2360799 С2 от 09.08.2007, который содержит фиксацию сотового заполнителя опорными узлами, нанесение на внутренних сторонах верхней и нижней обшивок и боковых поверхностях опорных узлов клеевой композиции для соединения с сотовым заполнителем, фиксацию опорных узлов в панели с помощью технологических штырей, длина которых равна или меньше толщины панели, установленных во внутренние отверстия опорных узлов и отверстия в обшивках.
Недостатком способа является трудоемкость, заключающаяся в использовании клеевой композиции для закрепления втулки до полимеризации сотовой панели, использование технологических штырей для фиксации опорных узлов не позволяющих обеспечить высокую точность позиционирования узлов в сотовой панели, а также механическая обработка обшивок сотовой панели до полимеризации - разупрочняющей конструкцию в целом.
Известен опорный узел трехслойной панели и способ сборки трехслойной панели с опорными узлами, описанные в патенте РФ №2544690 С1 от 20.03.2015. Способ сборки включает установку нижней обшивки, нижнего клеевого слоя, сотового заполнителя с отверстиями под усиливающие элементы опорных узлов, усиливающих элементов опорных узлов в отверстия сотового заполнителя, верхнего клеевого слоя и верхней обшивки; усиливающий элемент, выполненный в виде закрученной по спирали пластины в стянутом состоянии, устанавливают в отверстия, выполненные в сотовом заполнителе под усиливающие элементы, снимают стяжку и заполняют образовавшуюся полость вспенивающейся и/или заливочной клеевой композицией.
К недостаткам известного устройства и способа относятся трудоемкость, заключающаяся в изготовлении и использовании усиливающего элемента в виде закрученной по спирали пластины из пружинного материала, выполнении перфорации, использовании в способе сборки снимаемой нити; увеличение массы изделия, за счет использования пружинного материала и неограниченной полости для заливки вспенивающейся композиции, кроме того, усиливающий элемент имеет фиксированную высоту, что не позволит использовать его в сотовых панелях различной толщины и обеспечить требуемую плоскостность.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) способа сборки опорного узла сотовой панели взят способ изготовления трехслойной панели по заявке RU №2005107379, в котором описаны этапы сборки сотовой панели, содержащей опорные узлы, включающие выполнение в сотовой панели отверстий определенной глубины под установку вставок, вклеивание втулок в отверстия, испытания панели на прочность и герметичность.
Недостатками прототипа являются: трудоемкость, заключающаяся в контроле определенной глубины каждого отверстия; применение в составе сборки вставок с выполненными резьбовыми отверстиями, что не может обеспечить высокую точность по плоскостности сборочной единицы; отсутствие последовательности обработки и установки вставок.
Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: опорный узел сотовой панели, включающий сотовую панель, состоящую из сотового заполнителя, расположенного между верхней и нижней обшивками и соединенного с ними посредством клеевой композиции; втулки, расположенные коаксиально в сквозном отверстии сотовой панели и сопряженные между собой резьбовым соединением, при этом втулки выполнены с фланцами и зафиксированы между собой и панелью с помощью клеевой композиции.
Для заявленного способа выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: способ сборки опорного узла, содержащего втулки, сотовый заполнитель, расположенный между верхней и нижней обшивками, в составе сотовой панели, включающий соединение сотового заполнителя с обшивками посредством клеевой композиции, выполнение в сотовой панели отверстия определенной глубины, вклеивание втулок в указанное отверстие.
Технической проблемой изобретения является: снижение трудоемкости изготовления опорного узла и сборки сотовой панели с опорными узлами, повышение точности взаимного положения элементов узла относительно сотовой панели, расширение области использования узла.
Техническим результатом изобретения является: снижение номенклатуры выпускаемых узлов, снижению времени по комплектации составными деталями сотовой панели, повышение точности изготовления элементов конструкции, исключение дополнительной оснастки.
Техническая проблема решается:
1) опорным узлом сотовой панели, включающим сотовую панель, состоящую из сотового заполнителя, расположенного между верхней и нижней обшивками и соединенного с ними посредством клеевой композиции; втулки, расположенные коаксиально в сквозном отверстии сотовой панели и сопряженные между собой резьбовым соединением, при этом втулки выполнены с фланцами и зафиксированы между собой и панелью с помощью клеевой композиции, отличается от прототипа тем, что обе цилиндрические втулки, свинченные друг с другом по резьбе, с наружной стороны своей цилиндрической поверхности имеют направляющие бурты, которые выступают за тело своей втулки и сопрягаются с соответствующими верхней и нижней обшивками, образуя полость между внешней цилиндрической поверхностью втулок и поверхностью сотового заполнителя. При этом втулка, находящаяся в верхней части узла, содержит на своей торцевой поверхности цилиндрическую бобышку.
2) способом сборки опорного узла по п. 1, содержащего втулки, сотовый заполнитель, расположенный между верхней и нижней обшивками, в составе сотовой панели, включающим соединение сотового заполнителя с обшивками посредством клеевой композиции, выполнение в сотовой панели отверстия определенной глубины, вклеивание втулок в указанное отверстие, отличающимся от прототипа тем, что две цилиндрические втулки устанавливают в упомянутое отверстие после полимеризации клеевой композиции, связывающей сотовый заполнитель и обшивки, при этом на внутреннюю поверхность фланцев втулок наносят клеевую композицию, свинчивают втулки друг с другом по резьбе до соприкосновения фланцев с обшивками, заполняют клеевой композицией полость, образованную между внешней цилиндрической поверхностью втулок, поверхностью сотового заполнителя и двумя цилиндрическими направляющими буртами, выступающими за тело своей втулки и сопрягающимися с соответствующими верхней и нижней обшивками; затем производят полимеризацию упомянутых клеевых композиций, на заключительном этапе проводят механическую обработку верхней плоскости бобышки, находящейся на торцевой поверхности втулки верхней части опорного узла, и выполняют отверстие в бобышке необходимого типоразмера.
Техническая сущность и принцип действий предложенного устройства поясняется чертежами, на которых:
- на Фиг. 1 изображено сечение опорного узла сотовой панели до механической обработки бобышки;
- на Фиг. 2 изображено сечение опорного узла сотовой панели после механической обработки бобышки.
Опорный узел сотовой панели состоит из двух цилиндрических втулок 1, 2, расположенных коаксиально в сквозном отверстии 15 сотовой панели, содержащие внутреннюю 6 и внешнюю 7 резьбы для обеспечения свинчиваемости, и сотовой панели, состоящей из верхней 3 и нижней 4 обшивок и сотового заполнителя 5. Сотовый заполнитель 5 расположен между верхней 3 и нижней 4 обшивками и соединен с ними посредством клеевой композиции. При этом обе втулки 1, 2 содержат фланцы 9, которые зафиксированы своими внутренними поверхностями на соответствующих обшивках 3, 4 при помощи эпоксидной клеевой композиции. Для точного позиционирования в отверстии 15 сотовой панели обе цилиндрические втулки 1, 2 с наружной стороны своей цилиндрической поверхности имеют направляющие бурты 10, которые выступают за тело своей втулки и сопрягаются с соответствующими верхней 3 и нижней 4 обшивками, образуя полость между внешней цилиндрической поверхностью втулок 1, 2 и поверхностью (отверстия 15) сотового заполнителя. При этом верхняя втулка 1 имеет на торцевой поверхности цилиндрическую бобышку 12 и отверстия 11 для заливки и заполнения упомянутой полости вспенивающейся клеевой композицией 14.
Сущность способа сборки упомянутого опорного узла заключается в следующем:
После полимеризации клеевой композиции, соединяющей сотовый заполнитель 5 с обшивками 3, 4, выполняется сквозное отверстие 15 определенной глубины в обшивках 3, 4 и сотовом заполнителе 5 для установки цилиндрических втулок 1, 2. На внутреннюю поверхность фланцев 9 наносят эпоксидную клеевую композицию и свинчивают втулки 1, 2 до соприкосновения фланцев 9 с соответствующими обшивками 3, 4. Через отверстия 11 вносят вспенивающуюся клеевую композицию 14, заполняя полость, образованную между внешней цилиндрической поверхностью втулок 1, 2, поверхностью сотового заполнителя (отверстия 15) и двумя цилиндрическими направляющими буртами 10, выступающими за тело своей втулки и сопрягающимися с соответствующими верхней 3 и нижней 4 обшивками. По завершению полимеризации эпоксидной и вспенивающейся клеевых композиций производится механическая обработка верхней плоскости бобышки 12, находящейся на торцевой поверхности втулки 1, до обеспечения плоскости 17 и выполняется в бобышке 12 отверстие 16 необходимого типоразмера. Тем самым достигается точность выполнения требований по плоскостности и взаимного расположения отверстий в сотовой панели.
Таким образом, опорный узел сотовой панели, состоящий из двух втулок с внутренней и внешней резьбой, свинчиваемых и устанавливаемых после механической обработки сотовой панели с приклеиванием фланцев к обшивке, впоследствии обрабатываемых для достижения необходимой точности по плоскостности и взаимного расположения отверстий в сотовой панели, позволяет достигнуть решения поставленной задачи изобретения - унификации и снижению времени по комплектации составными деталями сотовой панели, исключения дополнительной оснастки.