Патент на изобретение №2380269

(54) МНОГОСЛОЙНАЯ ОБОЛОЧКА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании оболочечных конструкций из композиционных материалов, работающих на устойчивость при действии наружного давления и сжимающей силы. Многослойная оболочка содержит наружную цилиндрическую, внутреннюю обечайки из композиционных материалов, между которыми размещен легкий заполнитель. Внутренняя обечайка выполнена ограненной, а ее вершины скреплены с наружной обечайкой. Заполнитель выполнен в виде сегментов, размещенных между наружной обечайкой и гранями внутренней обечайки. Достигается улучшение сопротивления формоизменению и уменьшение массы. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании оболочечных конструкций из композиционных материалов (КМ), работающих на устойчивость при действии наружного давления и сжимающей силы.

Оболочки, например, межступенчатых отсеков баллистических ракет подводного старта подвергаются целому комплексу эксплуатационных нагрузок: растяжение, сдвиг, изгиб, кручение, сжатие (от наружного давления и осевой сжимающей силы).

Для повышения жесткости оболочки (при работе на сдвиг, кручение, сжатие) можно увеличить ее толщину, но это приводит к увеличению ее массы. Более эффективным решением является применение многослойных (чаще всего трехслойных) оболочек. Известна конструкция трехслойной оболочки из КМ, содержащая наружную и внутреннюю обечайки, между которыми помещен легкий заполнитель. Ее конструкция приведена в сборнике: Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе, под общ. ред. Л.Н.Лаврова. – М.: Машиностроение, 1993, стр.71, вариант «и».

Эта конструкция, повышая жесткость оболочки, не обеспечивает совместность работы наружной и внутренней обечаек, особенно при многократном нагружении усилиями на «растяжение-сжатие», которые могут приводить к отрыву обечаек от заполнителя, несовместному деформированию их и существенному снижению жесткости.

Технической задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический результат достигается тем, что в многослойной оболочке, работающей под действием внешней нагрузки, содержащей наружную цилиндрическую и внутреннюю обечайки из композиционных материалов, между которым размещен легкий заполнитель, внутренняя обечайка выполнена ограненной, вершины которой скреплены с наружной обечайкой, а заполнитель выполнен в виде сегментов, размещенных между наружной обечайкой и гранями внутренней обечайки.

Конструкция поясняется чертежом, где указаны:

1 – ограненная внутренняя обечайка,

2 – продольные сегменты,

3 – цилиндрическая наружная обечайка,

а – зона надежного скрепления внутренней и наружной обечаек (зона монолитной оболочки),

б – зона трехслойной оболочки – наружная цилиндрическая и внутренняя ограненная обечайки разъединены сегментным заполнителем.

Работает оболочка предлагаемой конструкции следующим образом. При нагружении оболочки сжимающей нагрузкой (при работе предыдущих ступеней) или внешним гидростатическим давлением (при подводном старте) обе обечайки (в отличие от трехслойной оболочки) нагружаются одинаково в связи с совместным изготовлением их в зоне «а». В то же время то что она в зоне «б» является трехслойной, приводит к повышенной конструкционной жесткости ее (сопротивлению формоизменению), вследствие чего оболочка выдерживает значительные внешние нагрузки. Соотношение и величина нагрузок определяет ширину зон «а» и «б». Даже при многократном действии нагрузок (растяжение-сжатие) монолитная зона «а» оболочки обеспечивает совместность деформирования наружной и внутренней обечаек, трехслойная зона «б» оболочки обеспечивает высокую жесткость ее. Таким образом, предлагаемая оболочка обладает всеми преимуществами однослойной оболочки (совместность работы) и трехслойной (высокое сопротивление формоизменению и малая масса) приводит к снижению ее массы по сравнению с однослойной оболочкой.

Формула изобретения

Многослойная оболочка из композиционных материалов, работающая под действием внешней нагрузки, содержащая наружную цилиндрическую, внутреннюю обечайки из композиционных материалов, между которыми размещен легкий заполнитель, отличающаяся тем, что внутренняя обечайка выполнена ограненной, вершины которой скреплены с наружной обечайкой, а заполнитель выполнен в виде сегментов, размещенных между наружной обечайкой и гранями внутренней обечайки.

РИСУНКИ