RU2265520C1 - Lamellar sheathing - Google Patents
Lamellar sheathing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265520C1 RU2265520C1 RU2004111315/11A RU2004111315A RU2265520C1 RU 2265520 C1 RU2265520 C1 RU 2265520C1 RU 2004111315/11 A RU2004111315/11 A RU 2004111315/11A RU 2004111315 A RU2004111315 A RU 2004111315A RU 2265520 C1 RU2265520 C1 RU 2265520C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sector
- layer
- angle
- sectors
- sheathing
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к конструкциям из композиционных материалов и может быть использовано при производстве высокоточных изделий космического и наземного назначения, например, конических частей головных обтекателей ракет-носителей, переходных отсеков, кольцевых платформ.The invention relates to structures made of composite materials and can be used in the manufacture of high-precision products for space and ground purposes, for example, the conical parts of the head fairings of launch vehicles, transition compartments, ring platforms.
К слоистым обшивкам трехслойных оболочек головных обтекателей ракет-носителей предъявляются повышенные требования по стабильности физико-механических свойств и минимальному разбросу физико-механических свойств обшивок в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки.The layered casing of the three-layer shells of the head fairings of launch vehicles is subject to increased requirements for the stability of physico-mechanical properties and the minimum scatter of the physico-mechanical properties of the casing in each of the arbitrarily selected directions at any point of the casing.
Известна конструкция обшивки обтекателя, изготовленная в виде плоской развертки конуса, состоящая из нескольких слоев однонаправленного полимерного композиционного материала. Также известна конструкция обтекателя, изготовленная на конической оправке путем последовательной укладки слоев однонаправленного полимерного композиционного материала в виде разверток конуса (Применение конструкционных пластмасс в производстве летательных аппаратов; под редакцией Абибова А.Л., М., Машиностроение, 1971, с.69, с.76). Недостатком указанных конструкций является разброс физико-механических свойств обшивки обтекателя в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки вследствие различного направления армирующих волокон в слоях.A known design of the skin of the fairing, made in the form of a flat scan of the cone, consisting of several layers of unidirectional polymer composite material. Also known is the design of a fairing made on a conical mandrel by successively laying layers of unidirectional polymer composite material in the form of cone reamers (The use of structural plastics in the manufacture of aircraft; edited by A. Abibova, M., Mechanical Engineering, 1971, p. 69, p. .76). The disadvantage of these designs is the dispersion of the physico-mechanical properties of the fairing skin in each of the arbitrarily selected directions at any point of the skin due to the different directions of the reinforcing fibers in the layers.
Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является конструкция обшивки конического обтекателя представляющая собой развертку конуса в виде сектора кольца с центральным углом β около 30°, изготовленная из слоев полимерного композиционного материала. Волокна каждого слоя направлены под определенным углом φn к центральной оси сектора, где n - номер слоя в обшивке. При этом, если угол укладки волокон n-го слоя на одном крае сектора составляет φn, то на другом крае сектора он составит φn+β, или при базировании от центральной оси сектора φn: на одном крае сектора угол укладки волокон слоя составит φn-β/2, на другом φn+β/2, т.е. направление укладки слоев в каждом секторе изменяется на угол β. Например, если на центральной оси сектора угол укладки волокон φn n-го слоя составляет +30°, то на одном крае сектора он будет равен 0°, на другом крае 60° (Применение конструкционных пластмасс в производстве летательных аппаратов; под редакцией Абибова А.Л., М., Машиностроение, 1971, с.75).The closest analogue, selected as a prototype, is the conical fairing sheathing construction, which is a scan of the cone in the form of a sector of the ring with a central angle β of about 30 °, made of layers of a polymer composite material. The fibers of each layer are directed at a certain angle φ n to the central axis of the sector, where n is the number of the layer in the skin. Thus, if the angle of the filament placement n -th layer on one edge of the sector φ n, then on the other edge will make it sector φ n + β, or basing on the central axis of the sector φ n: at one end of the sector angle of laying a layer of fibers be φ n -β / 2, on another φ n + β / 2, i.e. the direction of stacking of layers in each sector changes by an angle β. For example, if on the central axis of the sector the angle of laying of the fibers of the φ n n -th layer is + 30 °, then on one edge of the sector it will be 0 °, on the other edge 60 ° (Use of engineering plastics in the manufacture of aircraft; edited by Abibov A .L., M., Mechanical Engineering, 1971, p.75).
Эта конструкция не обеспечивает требования по выполнению задаваемых физико-механических свойств в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки из-за отклонений направления армирования в слоях.This design does not meet the requirements for fulfilling the specified physical and mechanical properties in each of the arbitrarily selected directions at any point of the skin due to deviations of the direction of reinforcement in the layers.
Задачей является получение слоистой обшивки с заданными физико-механическими свойствами и с минимальным разбросом физико-механических свойств в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки.The task is to obtain a layered casing with specified physical and mechanical properties and with a minimum scatter of physical and mechanical properties in each of the arbitrarily selected directions at any point of the casing.
Для решения задачи в слоистой обшивке, выполненной из n слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, каждый слой которой представляет собой развертку или часть развертки конуса в виде сектора кольца или кругового сектора с центральным углом β, согласно предлагаемому изобретению в качестве волокнистого материала использован однонаправленный волокнистый материал, пропитанный полимерным связующим, центральный угол сектора кольца или кругового сектора β составляет 12÷360°, каждый из слоев обшивки состоит из уложенных встык друг к другу секторов с одинаковым центральным углом γ=1÷30°, причем в каждом секторе одного слоя волокна однонаправленного волокнистого материала расположены под одинаковым для этого слоя углом φn=0÷±90° к центральной оси сектора, а стыки секторов каждого последующего слоя смещены относительно стыков секторов предыдущего слоя на угол δ, составляющий часть центрального угла сектора γ.To solve the problem in a laminated sheath made of n layers of fibrous material impregnated with a polymeric binder, each layer of which is a scan or part of a scan of a cone in the form of a ring sector or a circular sector with a central angle β, according to the invention, unidirectional fiber is used as a fibrous material material impregnated with a polymer binder, the central angle of the ring sector or circular sector β is 12 ÷ 360 °, each of the skin layers consists of laid in joint of sectors with the same central angle γ = 1 ÷ 30 °, and in each sector of one layer the fibers of unidirectional fibrous material are located at the same angle φ n = 0 ÷ ± 90 ° to the central axis of the sector for this layer, and the joints of the sectors of each the next layer is offset relative to the joints of the sectors of the previous layer by an angle δ, which is part of the central angle of the sector γ.
Центральный угол развертки конуса β определяется геометрией изделия. Углы φn рассчитываются исходя из требуемых физико-механических характеристик обшивки. Центральный угол сектора γ и соответственно количество секторов m определяются исходя из требований к разбросу физико-механических свойств обшивки в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки.The central sweep angle of the cone β is determined by the geometry of the product. The angles φ n are calculated based on the required physical and mechanical characteristics of the skin. The central angle of the sector γ and, accordingly, the number of sectors m are determined based on the requirements for the scatter of the physicomechanical properties of the skin in each of the arbitrarily selected directions at any point in the skin.
Угол смещения стыков секторов δ обеспечивает сдвижку стыков секторов каждого последующего слоя по отношению к предыдущему и определяется из условия технологичности изготовления изделия при возможном минимальном количестве расположений стыков секторов в отдельных слоях обшивки один над другим. При этом угол смещения стыков секторов δ может быть как одинаковым для всех слоев обшивки, так и различным в каждом слое - δn.The angle of displacement of the joints of the sectors δ provides a shift of the joints of the sectors of each subsequent layer relative to the previous one and is determined from the condition of manufacturability of the product with a possible minimum number of locations of the joints of the sectors in the individual layers of the skin one above the other. In this case, the angle of displacement of the joints of the sectors δ can be the same for all layers of the skin, or different in each layer - δ n .
Например, для обшивки в виде развертки конуса в виде сектора кольца с центральным углом β=60°, при количестве секторов m=5, центральный угол сектора γ=12°, при этом при ориентации волокон относительно центральной оси сектора отклонения углов ориентации волокон на краях секторов от заданных составит γ/2=6°.For example, for cladding in the form of a cone scan in the form of a ring sector with a central angle β = 60 °, with the number of sectors m = 5, the central angle of the sector γ = 12 °, while with the orientation of the fibers relative to the central axis of the sector, the deviations of the orientation angles of the fibers at the edges sectors from the given will be γ / 2 = 6 °.
При более жестких требованиях к разбросу физико-механических свойств обшивки количество секторов увеличивается. И, если обшивка состоит из 4 слоев, для того чтобы стыки секторов в слоях не располагались один над другим, угол смещения секторов δ должен составлять 3°.With more stringent requirements for the scatter of the physico-mechanical properties of the skin, the number of sectors increases. And, if the sheathing consists of 4 layers, so that the joints of the sectors in the layers are not located one above the other, the angle of displacement of the sectors δ should be 3 °.
Уменьшение угла смещения секторов δ приводит к уменьшению количества возможных расположений стыков секторов в слоях обшивки друг над другом.A decrease in the angle of displacement of the sectors δ leads to a decrease in the number of possible locations of the joints of the sectors in the skin layers one above the other.
Ориентация направления волокон однонаправленного материала может производиться относительно одной из сторон сектора. При этом производится пересчет угла ориентации χn=φn-γ/2 или χn=φn+γ/2 в зависимости от выбранной для ориентации стороны сектора.Orientation of the direction of the fibers of the unidirectional material can be made relative to one of the sides of the sector. In this case, the orientation angle is recalculated χ n = φ n -γ / 2 or χ n = φ n + γ / 2, depending on the side of the sector chosen for orientation.
В качестве материала для слоистой обшивки может быть использованы углеродные, стеклянные, арамидные волокна или их комбинации в виде ленточного или жгутового однонаправленного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим.As a material for laminated sheathing, carbon, glass, aramid fibers or combinations thereof in the form of a tape or tow unidirectional fibrous material impregnated with a polymeric binder can be used.
Изготовление обшивки производится следующим образом: на однонаправленный волокнистый материал, пропитанный полимерным связующим, накладывается шаблон, имеющий форму сектора с центральным углом сектора γ. Производится ориентация направления волокон однонаправленного материала к центральной оси шаблона под заданным для первого слоя углом φ1. Вырезанные сектора слоя 1 укладываются встык один к другому на оснастку до заполнения развертки конуса. Для второго слоя производится ориентация направления волокон однонаправленного материала к центральной оси шаблона под заданным для второго слоя углом φ2.The manufacture of the casing is as follows: on a unidirectional fibrous material impregnated with a polymer binder, a template is applied that has the shape of a sector with a central angle of sector γ. The direction of the fibers of the unidirectional material is oriented to the central axis of the template at an angle φ 1 specified for the first layer. The cut sectors of
Второй слой начинается с укладки на первый слой первого сектора второго слоя со смещением одной из сторон на угол δ, составляющий часть центрального угла сектора γ. К нему встык укладываются вырезанные сектора слоя 2 до заполнения развертки конуса. И так далее до укладки всех слоев обшивки. Выложенный таким образом пакет слоев формуется по заданному режиму. В результате получается слоистая обшивка с заданными физико-механическими свойствами и с минимальным разбросом физико-механических свойств в каждом из произвольно выбранных направлений в любой точке обшивки.The second layer begins with laying on the first layer of the first sector of the second layer with an offset of one of the sides by an angle δ, which is part of the central angle of the sector γ. Cut-out sectors of
Слоистая обшивка также может изготавливаться в виде конуса или его части. При этом выкладка слоев обшивки и ее формование производится на конической оснастке с углом полураствора α=2÷90°.Laminate sheathing can also be made in the form of a cone or part thereof. In this case, the layering of the skin layers and its molding is carried out on a conical tooling with a half-solution angle α = 2 ÷ 90 °.
Предлагаемые слоистые обшивки можно использовать в трехслойных оболочках, содержащих внутреннюю и наружную обшивки и соединенный с ними средний слой из любого другого материала, отличного от материала обшивок. При этом обшивки могут изготавливаться как отдельно, с последующей склейкой со средним слоем, так и с одновременной склейкой со средним слоем.The proposed layered cladding can be used in three-layer shells containing inner and outer cladding and the middle layer connected to them from any other material other than the cladding material. At the same time, the casing can be made separately, with subsequent gluing with the middle layer, and with simultaneous gluing with the middle layer.
Функционирование слоистой обшивки заключается в одновременном подключении к работе всех слоев слоистой обшивки, что обеспечивает получение технического результата.The functioning of the laminated sheathing consists in simultaneously connecting to the work of all layers of the laminated sheathing, which provides a technical result.
На фиг.1 представлен общий вид обшивки конического обтекателя и развертка обшивки.Figure 1 presents a General view of the sheathing of a conical fairing and a scan of the sheathing.
На фиг.2 представлена трехслойная оболочка, представляющая собой половину развертки конуса и содержащая внутреннюю 1, наружную обшивки 2 и соединенный с ними средний слой 3 из алюминиевого сотового заполнителя и трехслойный полуконус со слоистыми обшивками и алюминиевым сотовым заполнителем.Figure 2 presents a three-layer shell, which is a half-scan of the cone and containing the inner 1,
На фиг.3 представлена секторная схема укладки слоев и смещение секторов в слоях слоистой обшивки с одинаковым для всех слоев обшивки углом смещения стыков секторов δ.Figure 3 presents the sector diagram of the laying of layers and the displacement of sectors in the layers of the layered skin with the same angle of displacement of the joints of the sectors δ for all layers of the skin.
Изготавливались слоистые обшивки, представляющие собой развертки конуса в виде:Laminated sheaths were made, which were reamers of the cone in the form of:
1) - сектора кольца с центральным углом β=12°;1) - sectors of the ring with a central angle β = 12 °;
- центральный угол сектора γ=1°;- the central angle of the sector γ = 1 °;
- количество слоев 4;- the number of layers 4;
- угол смещения последующего слоя δ=0,25°;- the angle of displacement of the subsequent layer δ = 0.25 °;
- углы укладки волокон в слоях: φ1=30°, φ2=-30°, φ3=-30°, φ4=30°;- fiber laying angles in the layers: φ 1 = 30 °, φ 2 = -30 °, φ 3 = -30 °, φ 4 = 30 °;
2) - сектора кольца с центральным углом β=90°;2) - sectors of the ring with a central angle β = 90 °;
- центральный угол сектора γ=18°;- the central angle of the sector γ = 18 °;
- количество слоев 5;- the number of layers 5;
- угол смещения последующего слоя δ=4,5°;- the angle of displacement of the subsequent layer δ = 4.5 °;
- углы укладки волокон в слоях: φ1=60°, φ2=-60°, φ3=0°, φ4=-60°, φ5=60°;- fiber laying angles in the layers: φ 1 = 60 °, φ 2 = -60 °, φ 3 = 0 °, φ 4 = -60 °, φ 5 = 60 °;
3) - круг (центральный угол β=360°);3) - circle (central angle β = 360 °);
- центральный угол сектора γ=30°;- the central angle of the sector γ = 30 °;
- количество слоев 7;- the number of layers 7;
- угол смещения последующего слоя δ=5°;- the angle of displacement of the subsequent layer δ = 5 °;
- углы укладки волокон в слоях: φ1=20°, φ2=-20°, φ3=0°, φ4=90°, φ5=0°, φ6=-20°, φ7=20°.- fiber laying angles in the layers: φ 1 = 20 °, φ 2 = -20 °, φ 3 = 0 °, φ 4 = 90 °, φ 5 = 0 °, φ 6 = -20 °, φ 7 = 20 ° .
Материал обшивок - КМУ-4Л на основе: наполнитель - лента углеродная ЛУ-П/0.1А ГОСТ 28006-88, связующее - ЭНФБ (раствор эпоксидных и фенолформальдегидных смол в спирто-ацетоновой смеси) ТУ 1-596-36-82.Sheathing material - KMU-4L based on: filler - carbon tape LU-P / 0.1A GOST 28006-88, binder - ENPB (solution of epoxy and phenol-formaldehyde resins in an alcohol-acetone mixture) TU 1-596-36-82.
Проводились испытания по ГОСТ 25.601-88 образцов, вырезанных из различных зон обшивок в радиальном и кольцевом направлениях на испытательной машине ZWIC 1464.Tests were carried out in accordance with GOST 25.601-88 samples cut from different zones of skin in the radial and annular directions on a testing machine ZWIC 1464.
Отклонения физико-механических свойств от расчетных в радиальном и кольцевом направлениях для обшивок 1, 2, 3 составили:Deviations of physical and mechanical properties from those calculated in the radial and annular directions for
1) Ex≈0,2%, Еу≈0,1%;1) E x ≈0.2%, E y ≈0.1%;
2) Еx≈3%, Еу≈1,4%;2) E x ≈3%, E y ≈1.4%;
3) Ех≈4,3%, Еу≈3,8%,3) Е х ≈4.3%, Е у ≈3.8%,
где Ex - модуль упругости материала в радиальном направлении,where E x is the modulus of elasticity of the material in the radial direction,
Еу - модуль упругости материала в кольцевом направлении.E y - the modulus of elasticity of the material in the annular direction.
Реализация предложенного технического решения позволяет получить высокоточные изделия космического и наземного применения с повышенными требованиями по стабильности физико-механических свойств и минимальному разбросу физико-механических свойств.The implementation of the proposed technical solution allows to obtain high-precision products for space and ground applications with increased requirements for the stability of physical and mechanical properties and the minimum variation in physical and mechanical properties.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004111315/11A RU2265520C1 (en) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | Lamellar sheathing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004111315/11A RU2265520C1 (en) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | Lamellar sheathing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004111315A RU2004111315A (en) | 2005-10-20 |
| RU2265520C1 true RU2265520C1 (en) | 2005-12-10 |
Family
ID=35862708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004111315/11A RU2265520C1 (en) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | Lamellar sheathing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2265520C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451696C2 (en) * | 2010-09-06 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Catalyst, method of recycling polymer wastes using said catalyst and method of producing engine fuel and oil |
| RU2620430C1 (en) * | 2015-12-10 | 2017-05-25 | Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Power grid from polymer composite material |
| RU191651U1 (en) * | 2019-04-12 | 2019-08-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Multilayer cladding |
| RU2728049C1 (en) * | 2019-09-13 | 2020-07-28 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Thermal protective coating of high-speed aircraft body |
-
2004
- 2004-04-13 RU RU2004111315/11A patent/RU2265520C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451696C2 (en) * | 2010-09-06 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Catalyst, method of recycling polymer wastes using said catalyst and method of producing engine fuel and oil |
| RU2620430C1 (en) * | 2015-12-10 | 2017-05-25 | Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Power grid from polymer composite material |
| RU191651U1 (en) * | 2019-04-12 | 2019-08-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Multilayer cladding |
| RU2728049C1 (en) * | 2019-09-13 | 2020-07-28 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Thermal protective coating of high-speed aircraft body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004111315A (en) | 2005-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2099194C1 (en) | Carrying pipe-shell in the form of body of revolution made of composite materials, method and mandrel for its manufacture | |
| US4284679A (en) | Filled resin coated tape | |
| US4366658A (en) | Annular three-dimensional structure | |
| US8431214B2 (en) | Composite structure having reinforced core and method of making same | |
| US4811540A (en) | Fiber reinforced shell structure of synthetic material | |
| US4756943A (en) | Sandwich structural part | |
| GB1572644A (en) | Connecting rods | |
| US4401495A (en) | Method of winding composite panels | |
| US5348052A (en) | Multi-layered translated rib-stiffened composite hollow cylinder assembly | |
| RU2265520C1 (en) | Lamellar sheathing | |
| US11718063B2 (en) | Splice joint in laminate composite structure | |
| EP3075524B1 (en) | Pressure bulkhead and method for producing a pressure bulkhead | |
| RU2103198C1 (en) | Load-bearing pipe-envelope, panel made from composite materials and unit for connecting panels | |
| CN113950410B (en) | Composite structure with limited length of tape and methods of making and using same | |
| RU2116934C1 (en) | Rib made from composite materials (versions) and device for manufacture of its flat fin-cellular structure | |
| US4459171A (en) | Mandrel for forming a composite panel of varied thickness | |
| EP0082021B1 (en) | Attachment of rings to articles | |
| US20230228299A1 (en) | Composite flexible coupling | |
| RU2189907C2 (en) | Adapter in form of gauze shell of revolution made of composite materials | |
| JPH05106629A (en) | Load transmitting shaft made of fiber reinforced plastics | |
| RU2197670C1 (en) | Laminated pipe | |
| US6077580A (en) | Composite shell shaped as a body of revolution and a method of forming the same | |
| RU2270393C1 (en) | Tube-envelope made from composite material | |
| RU2305216C1 (en) | Laminated section | |
| RU2288842C2 (en) | Method of manufacture of the volumetric structure made out of the composite materials and the volumetric structure produced by this method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120926 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |