Торовый опорный шпангоут из композиционного материала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 415) Е 04 С 2/24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПОДЕ А 3 Б(72) А.К.Добровольский, В.М.Кузнецов, В,В,Игнатьев и А.Н,Силаев (71) Научно-исследовательский институт проблем машиностроения при МВТУ им. Н.Э.Баумана(54)(57) ТОРОВЫЙ ОПОРНЫЙ ШПАНГОУТ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, имеющий прямоугольное поперечное сечение и образованный чередующимися слоями непрерывных армирующих волокон кольцевой намотки, содержащий 801161677 оправку-каркас из двух концентрично расположенных колец, зазор между которьии заполнен легким и жестким материалом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощениятехнологии изготовления, обеспечения контролируемой сборки с оболочкой по наружной и внутренней поверхностям, снижения сборочных и эксплуатационных нагрузок в силовых слОях шпангоута, он выполнен разъемнымиз одного или нескольких элементов,а:концентрические. кольца оправкикаркаса выполнены в виде бесконечной ленты, имеющей по краям петлис заформованными в них штифтами узла разъема, причем заполнительоправки-каркаса расположен междуветвями одной ленты или между двумя лентами с расположенными без зазора ветвями, 1161677Изобретение относится к переработке композиционных материалов вконструкциях, получаемых методомнамотки, и может быть использованов различных отраслях народного хозяйства при производстве шпангоутов, опорных поясов, ложементов,трехслойных оболочек и т.п.Цель Изобретения - упрощениетехнологии изготовления шпангоута, 1 Ообеспечение контролируемой сборкишпангоута с оболочкОй по наружнойи внутренней поверхностям, снижениесборочных и эксплуатационных нагрузок в силовых слоях шпангоута. 15На фиг. 1 изображен разъемныйшпангоут с заполнителем между двумя лентами, ветви которых не имеюгзазора на фиг, 2 - шпангоут с заполнителем, расположенным между ветвями одной ленты фиг, 3 - регулируемый узел разъема шпангоута, нафиг, 4,5 и 6 - последовательностьопераций по изготовлении шпангоутас заполнителем между двумя лентами. рТоровый разъемный шпангоут из композиционного материала (КИ) выполнен разъемным и включает оправкукаркас, состоящую из одного или более элементов (на фиг. 1 и 2 иэдвух), каждый из которых имеет внутреннюю 1 и внешнюю 2 дуги концентрических колец, которые выполнены ввиде бесконечной ленты.Легкий и жесткой материал 3 запол 35няет пространство между двумя, пентами с расположенными без зазора ветвями (фиг. 1) или между ветвями одной ленты (фиг. 2), Элементы каркаса обмотаны слоями КМ 4 с поперечнымрасположением волокон,Дуги концентрических колец оправки каркаса, выполненные из бесконечной ленты с продольной ориентациейволокон КМ, имеют по концам петлис заформованными в них закладнымиэлементами 5 со штифтами 6 узларазъема.Отдельные сегменты соединенымежду собой в зонах стыка накладка- уми 7,Регулируемый узел разъема можетиметь устройство (фиг. 3). Он содержит штифт 6, заформованный в петлевое отверстие соединения, силовую упластину 7, цилиндрическую накладку 8, передающую штифту 6 нагрузкусжатия, винт 9, регулирующий с помощью сухаря 10 величину зазора между торцами разъема. В этом соединении изгибающие моменты, нагрузки растяжения, сжатия и сдвига воспринимаются элементами 6,7, 8 и 10, а винты 9 выполняют регулировочную функцию, В остальных узлах разъема сегменты могут быть соединены накладками в виде пластин с отверстиями в них под штифты.Последовательность операций поизготовлению оправки-каркаса разъемного шпангоута следующая.На цилиндрическую оправку 11(см. фиг. 4) устанавливают ограничительные кольца 12 с расстоянием между ними, равным ширине оправки- каркаса, причем диаметр цилиндрической оправки может быть определен из формулыд,= - .-)2 Ьгде и - диаметр кольца оправки-каркаса шпангоута;д - количество сегментов оправки-каркаса6 - величина зазора между сегментами оправкиС необходимым технологическим натяжением в зазор между ограничительными кольцами наматывают слой продольных волокон 13 толщиной, равной половине толщины дуги оправки- каркаса. Затем намотанный слой в незаполимеризованном виде снимают с оправки (см, фиг, 5) и трансформируют в плоскую ленту, используя для этой цели, например, штифты 6. Ленте придают форму дуги при помощи цилиндрической оправки 14, диаметр которой равен д . Размещенные на оправке кольцевые стенки 15 обеспечивают получение дуги необходимой ширины, После закрепления ленты на оправке связующее в ней полимеризуют, прикладывая к концам ленты необходимое растягивающее усилие . (см, фиг, 6),Таким образом получают как внутреннюю, так и внешнюю дуги сегмвнта оправки-каркаса. Эти дуги с заформованными в них штифтами и закладными элементами устанавливают концентрично, промежуток между ними заполняют легким материалом типа йенопласта, а образованный трехслойцый крттцо,шцейлый брус дтем обмд - тындют поперечцымц с.лоции ГК 11, и - пользуя станки с лрограммцым упрднлецием тцид С 1 П 1-3 либо тороцдмоточцое оборудование.Оправку-каркас шпангоута фцг.2) получают, наматывая слой РКИ цд цилиндрическую оправку, диаметр которой равен где И - число сегментов тили число разъемов) ц шпангоутед - диаметр внутреннего кольтаоправки-каркаса 1д 2 - диаметр внешнего кольцаоправки-каркаса;Ь - ширина зазора между сегментами.Внешняя 1 и внутренняя 2 дуги сегментов изготавливаются одновременно на цилиндрической оправке диаметром д с расположенным между ветвями ленты заранее отформованным легким и жестким заполнителем 3 (см. фиг, 2), имеющим по концам закладные элементы 5 с отверстиями под штифты 6.Обмотанные сегменты шпангоутов подвергают полимеризации и соединяют затем между собой накладками с предусмотренными в них отверстиями под штифты. Одна пара накладок может быть регулировочной и иметь конструкцию (фиг. 3), позволяющую изменять расстояние между торцами соседних сегментов шпангоута, уменьшая или увеличивая зазор разъема.Сборка шпангоута с оболочкой осуществляется следующим образом. Зазор разъема регулируемого узла соединения шпангоута с помощью винтов 9 сводится к величине, позволяющей свободно совместить шпангоут с оболочкой по его внутренней или внешней посадочной поверхности. Затем зазор между посадочными поверхностями шпангоута и оболочки выбирается до его полного исчезновения, а достижение необхо 116162 1 лимого цдтцгд посдтки тзфзрс стлляется зд счет ддзтьцейцл. го уменьшения (или увеличения) здэорд разъема.Предлагаемая конструкция шттацгоутд обеспечивает получение следующих технических преимуществ тто сравнецию с. известными варидцтами.Наличие разъема ц кольцах оправки-каркаса шпангоута позволяет 1 О измерять и регулировать один нэ вджнейших технологических параметров величину натяжения слоев материача колец в процессе иэ ттолимеризаттии, д это дает возможность активно вли ять на структуру материала и егокачество и тем самым повысить прочность изделия,Разъем в шпангоуте, выполненныйконструктивно с сохрднением целост 20 ности армирующих волокон в его силовых слоях, позволяет добитьсявысоких удельных прочностных характеристик изделия.За счет наличия в конструкции25 шпангоута разъема с узлом соединения, позволяющим регулировать величину зазора разъема как в сторонууменьшения, так и в сторону увеличения, появляется возможность производить сборку шпангоута с дболочкой как по его внутренней, так ипо внешней посадочным поверхностям,значительно упрощая процесс сборкипри его высоком качестве.35Поскольку сборка шпангоута соболочкой производится со взаимнойкомпенсацией погрешностей их посадочных поверхностей, снижаются требования к точности изготовления4 О этих посадочных поверхностей, чтов свою очередь приводит к значительному снижению стоимости всего иэделия в целом.Членение шпангоутов на отдельныесегменты позволяет использоватьпри их производстве оборудованиеи оснастку уменьшенных размеров,значительно упростить конструкциюприменяемых торонамоточных станковлибо вообще отказаться от них, чтоупрощает процесс намотки шпангоута,1161677Заказ 3947/37696 Подписное Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектная, 4