Торовый опорный шпангоут из композиционного материала

СОЮЗ СО 8 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК з(59 Е 04 С 224; Г 6 1. 9 12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 00 М СР Ж фиг.1 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1, Уилсон Ф. Оснащение самолетногои ракетного производства. М., Машиностроение, 1967, с. 350. 2. Авторское свидетельство СССР870633, кл. Е 04 С 2/24, 1979 (прототип). 1(54) (57) ТОРОВЫЛ ОПОРНЫЯ ШПАНГОУТ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, содержащий оправку-каркас из наружного и внутреннего концентрически расположенных цилиндрических колец, в зазор между которыми помещен легкий и жесткий заполнитель, и торовую оболочку, образованную поперечными слоями непрерывного армирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью улучшения механических характеристик и повышения точности изготовления, оправка-каркас выполнена с боковыми стенками из плоских колец, объединенными с наружным и внутренним цилиндрическими кольцами, причем кольца оправки-каркаса обрадованы из слоев напряженных продольных волокон, распределенных по периметру заполнителя. ФР1Изобретение относится к переработкекомпозиционных материалов в конструкции,получаемые методом намотки, и может бытьиспользовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве шпангоутов, опорных поясов, ложементов, трехслойных оболочек и т. п.Известны шпангоуты различной формы,выполненные из металлов или армированных пластмасс методами прессования 11.Однако шпангоуты, изготовленные изметалла, обладают большим весом, а прессованные из пластмассы имеют низкую прочность.Наиболее близким к изобретению является торовый опорный шпангоут из композиционного материала, содержащий оправку-каркас из наружного и внутреннегоконцентрически расположенных цилиндрических колец, зазор между которыми заполнен легким и жестким материалом, и торовую оболочку, образованную поперечными слоями непрерывного армирующего элемента 2,Полученные спиральной намоткой шпангоуты такой конструкции гораздо перспективнее, прочнее и легче, чем прессованныеиз пластмассы типа АГ - 4 С, но также нелишены некоторых недостатков, заключающихся, во-первых, в недостаточно высокойпрочности их боковых плоских стенок, вовторых, в невысокой точности их геометрических размеров, в-третьих, в необходимости применения для их изготовления сложных торонамоточных станков с программным управлением.При спиральной обмотке натянутыминитями прямоугольной в сечении торовойоправки-каркаса добиться получения высокой точности шпангоута, особенно по внутреннему цилиндрическому посадочному кольцу, невозможно из-за отхода нитей от поверхности оправки.Цель изобретения - улучшение механических характеристик и повышение точности изготовления.Цель достигается тем, что в торовомопорном шпангоуте из композиционного материала, включающем оправку-каркас изнаружного и внутреннего цилиндрическихколец, в зазор между которыми помещенлегкий и жесткий заполнитель, и торовуюоболочку, образованную поперечными слоями непрерывного армирующего элемента,оправка-каркас выполнена с боковыми стенками из плоских колец, объединенными снаружными и внутренними цилиндрическими кольцами, причем кольца оправки-каркаса образованы из слоев напряженных продольных волокон, распределенных по периметру заполнителя.На фиг. 1 изображен торовый опорныйшпангоут, разрез; на фиг. 2-5 - последовательность операций по изготовлению оправки-каркаса,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2Горовый опорный шпангоут из композиционного материала включает торовую оправку-каркас из наружного и внутреннего концентрически расположенных цилиндрических колец 1 и боковыми стенками 2 из плоских колец, в пространство между которыми помещен легкий и жесткий заполнитель 3, например пенопласт. Кольца образованы из слоев напряженных продольных волокон, расположенных по периметру заполнителя.Продольные волокна обмотаны поперечными слоями непрерывного армирующего элемента 4.Предлагаемая конструкция шпангоута обеспечивает возможность изготовления оправки-каркаса только из продольных нйтей на широко распространенных намоточных станках типа СНП - 2, СНП - 4 и т. п., предназначенных для намотки цилиндрических изделий. Для радиальной обмотки оправки-каркаса поперечными слоями рекомендуется применять недорогой серийный станок типа СНТ - 20 У, широко используемый в электротехнической промышленности для намотки соленоидов. Несложная доработка нитераскладчика и шпули, на которой размещается намоточный материал позволяет осуществлять плотную обмотку отвержденной оправки-каркаса поперечным слоем препрега,Последовательность операций по изготовлению оправки-каркаса иллюстируется фигурами 2 - 5. На цилиндрическую оправку 5 устанавливают технологические стенки 6, раздвинув их на расстояние, равное ширине оправки-каркаса. Оправку закрепляют в шпинделе намоточного станка типа СНПи приводят ее во вращение. С необходимым технологическим натяжением наматывают слой продольных волокон, толщина которого равна толщине внутреннего кольца изготавливаемого шпангоута. Затем на намотанный слой устанавливают и закрепляют заранее отформованные в пресс-форме полукольца из легкого и прочного заполнителя 3. Эти полукольца устанавливают посредине между технологическими стенками 6, оставляя с обеих сторон полуколец зазоры, равные по величине ширине боковых стенок оправки-каркаса, Далее с необходимым натяжением продолжают намотку однонаправленного материала в зазоры между технологическими стенками 6 и заполнителем 3, формуя боковые стенки 2 оправки-каркаса. Затем продолжают намотку верхнего слоя и заканчивают ее, когда толщина этого слоя станет равной толщине верхнего кольца 1 оправки-каркаса. После этого оправку с намотанным на нее продольным армирующим набором шпангоута помещают в печь и производят полимеризацию связующего. Далее снимают отвердевшую оправку-каркас с цилиндрической оправки и на станке типа СНТ - 20 У осуществляют еерадиальную обмотк поперечными слоями наполнителя до получения расчетной толщины. Перед проведением повторной термообработки обмотанную поперечным слоем оправку-каркас надевают на калибровочную цилиндрическую поверхность с целью более точного выдерживания посадочного диаметра внутреннего кольца шпангоута. Для шпангоутов, устанавливаемых по торцам трехслойной оболочки, перед каждой термообработкой вставляют технологические штыри 7 в местах будущих крепежных отверстий, а после окончания термообработки их вынимают.Работа шпангоута осуществляется следующим образом.Внутренние силовые факторы в окружном направлении, возникающие от приложения нагрузок к шпангоуту в его плоскости, воспринимаются продольными слоями композиционного материала, уложенными по периметру заполнителя. А совместная работа стенок и полок шпангоута обеспечивается заполнителем и поперечными слоями. Данная схема особенно эффективна в случае приложения распределенных нагрузок по внутреннему и внешнему кольцу шпангоута. Предлагаемая конструкция шпангоутаобеспечивает получение следующих технических преимуществ по сравнению с известными:10 за счет обеспечения возможности осуществления необходимого технолоГического натяжения повышается прочность его боковых стенок, а следовательно, и всей конструкции;за счет исключения спиральных слоевповышается точность изготовления намоткой шпангоутов прямоугольного сечения;обеспечивается возможность использования для тороидальной обмотки собранной оправки-каркаса поперечным слоем композиционного материала на выпускаемых серийно недорогих станках типа СНТ - 20 У.1081309 Фиг Редактор В. ИвановаЗаказ 1496/28ВНИИПИпо д113035, МоФилиал ППП Состанитель Е, ЧеТехред И. ВересТираж 698Государственноголам изобретенийква, Ж - 35, РаушПатент, г. Ужгоро риявскаяКорректорПодписноекомитета СССРоткрытийская наб д 4/д, ул. Проектна