УЗЕЛ СТЫКОВКИ СИЛОВОЙ КОНСТРУКЦИИ КОРПУСА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ)
ASSEMBLY FOR DOCKING OF SPACECRAFT LOAD CARRYING STRUCTURE (VERSIONS)

Изобретение относится к области организации защиты изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), применяемых в различных отраслях, например космической, в частности для локального усиления высоконагруженных мест крепления силовых сетчатых конструкций (ССК) космического аппарата (КА).
Силовая конструкция корпуса в современных КА представляет собой пространственную трубу цилиндрической формы, имеющую оригинальную сетчатую структуру. СКК изготавливается из полимерного композитного материала – углепластика, что обеспечивает минимальную массу конструкции при сохранении заданной несущей способности.
Известна проблема недостаточной прочности конструкций изготовленных из композиционных материалов в местах их контакта с элементами крепления (смятие, расслоение, разлом композитной структуры), в частности при стыковке шпангоута СКК КА с сопрягаемой конструкцией.
Из существующего уровня техники известен изготовленный из композитного материала фланец с механически обрабатываемой частью (патент RU 2481950), имеющий конструктивную часть, усиленную основной волокнистой структурой, и первую механически обрабатываемую часть, усиленную первой волокнистой структурой, которая отличается от основной волокнистой структуры, при этом матрицы конструктивной части и первой механически обрабатываемой части идентичны, а первая механически обрабатываемая часть располагается на части, по меньшей мере, основной поверхности конструктивной части и механически обрабатывается по первой механически обрабатываемой поверхности, при этом пересечение первой механически обрабатываемой поверхности с волокнами основной волокнистой структуры равно нулю.
Недостатками известной конструкции являются сложность изготовления и низкая технологичность.
Сложность изготовления характеризуется необходимостью предварительного формования кольцевых заготовок, устанавливаемых с противоположных сторон фланца, имеющих сложную геометрическую форму.
Низкая технологичность обусловлена применением композитного материала заготовок, использование которого целесообразно только для замкнутых кольцевых форм и не позволяет выполнить локальное усиление композитной структуры, например полчетверти кольца. Кроме того композитный материал не позволяет получить высокое качество поверхности фланца, так как обладает низкой устойчивостью к механическим воздействиям.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является узел закрепления оборудования к силовой сетчатой конструкции из ПКМ (патент RU 2535780), состоящий из накладки и контр накладки, скрепленных с элементом СКК, при этом накладки, соединенные между собой, выполнены с углом наклона направляющих граней, совпадающим с углом наклона ребер силовой конструкции, причем опорная накладка упирается в перекрестие силовой конструкции и служит для крепления крепежной накладки, которая, в свою очередь, создает плоскость и точку фиксации для установки оборудования. Данное техническое решение принято за прототип изобретения.
Недостатками известной конструкции являются:
- невозможность использования узла для горизонтальной стыковки с сопрягаемыми конструкциями без дополнительных переходных элементов, что усложняет конструкцию узла и увеличивает его массогабаритные характеристики;
- необходимость выполнения механической обработки узла, что снижает технологичность устройства;
- низкая надежность работы узла для нагруженных элементов, отсутствие обхвата ребра СКК.
Для заявленного устройства выявлены следующие общие существенные признаки: узел стыковки силовой конструкции корпуса, состоящий из накладки и контр накладки, скрепленных со шпангоутом СКК при помощи клея и соединенных между собой крепежными элементами.
Техническими проблемами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются повышение надежности работы узла стыковки, его технологичности и простоты, а также снижение массогабаритных характеристик.
Технические проблемы решаютсяза счёт применения узла стыковки СКК, состоящего из накладки и контр накладки, скрепленных со шпангоутом СКК при помощи клея и соединенных между собой крепежными элементами. Узел отличается от прототипа тем, что накладка и контр накладка представляют собой П-образный профиль, повторяющий наружный профиль шпангоута СКК, накладка имеет бобышку и устанавливается на шпангоут СКК со стороны стыковки с сопрягаемой конструкцией. При этом отверстия в накладке и контр накладке для их соединения друг с другом расположены за границами шпангоута СКК, между накладкой и контр накладкой установлен набор шайб для обеспечения гарантированного зазора требуемой величины. При этом по первому варианту в конструкции узла стыковки СКК накладка имеет бобышку на внутренней стороне П-образного профиля для точного позиционирования на шпангоуте СКК, шпильку для стыковки с сопрягаемой конструкцией. По второму варианту накладка имеет бобышку на внешней стороне П-образного профиля с резьбовым отверстием для стыковки с сопрягаемой конструкцией, а для точного позиционирования на шпангоуте СКК в контр накладке с внутренней стороны установлен винт с цилиндрической головкой.
Объединение нескольких технических решений в одну заявку связано с тем, что они связаны общей задачей, решаемой за счёт конструктивных особенностей устройств, которые являются равноценными для решения поставленной задачи, но не могут быть объединены обобщающим параметром.
Техническая сущность изобретения поясняется фигурами чертежей
, где представлены:
на фиг. 1 - узел стыковки СКК по первому варианту;
на фиг. 2 - узел стыковки СКК по второму варианту.
По первому варианту узел стыковки СКК состоит из накладки 1 и контр накладки 2, скрепленных со шпангоутом СКК 3 при помощи клея (на фиг. 1 не показано) и соединенных между собой крепежными элементами 4. Между накладкой 1 и контр накладкой 2 устанавливается набор шайб 5 для обеспечения гарантированного зазора требуемой величины 6. Накладка 1 имеет бобышку 7 для точного позиционирования на шпангоуте СКК 3 и шпильку 8 для стыковки с сопрягаемой конструкцией.
По второму варианту узел стыковки СКК состоит из накладки 1 и контр накладки 2, скрепленных со шпангоутом СКК 3 при помощи клея (на фиг. 2 не показано) и соединенных между собой крепежными элементами 4. Между накладкой 1 и контр накладкой 2 устанавливается набор шайб 5 для обеспечения гарантированного зазора требуемой величины 6. В контр накладку 2 устанавливается винт с цилиндрической головкой 9 для точного позиционирования на шпангоуте СКК 3. Накладка 1 имеет бобышку с резьбовым отверстием 10 для стыковки с сопрягаемой конструкцией.
Работа заявленного узла стыковки СКК по первому и второму варианту заключается в защите шпангоута СКК 3 из ПКМ от механических повреждений, за счет равномерного перераспределения локальной нагрузки от крепежных элементов 4 по поверхности шпангоута 3, контактирующей с узлом.
Для повышения надежности соединения, целесообразно использовать несколько узлов крепления. В таком случае резьбовые отверстия в бобышках хомутов, а также механическую обработку поверхностей контакта с металлической конструкцией, целесообразно выполнять после установки узлов крепления на шпангоут.
Техническим результатом заявленного изобретения являетсяобеспечение целостности шпангоута СКК, при действии на него нагрузок от крепежных элементов, обеспечивающих неподвижное высоконагруженное соединение СКК с сопрягаемой конструкцией, высокое качество поверхности контактирующей с сопрягаемой конструкцией, простота технологического процесса монтажа узла с возможностью демонтажа без повреждения шпангоута СКК, минимального прироста габаритов и массы СКК.