ведущий отделяющийся поддон
Классы МПК: | F42B14/06 подкалиберные снаряды с поддонами; поддоны для них |
Автор(ы): | Петров Иван Иванович, Тимофеев Евгений Ильич, Бабич Валерий Петрович, Воронин Николай Аркадьевич |
Патентообладатель(и): | Петров Иван Иванович, Тимофеев Евгений Ильич, Бабич Валерий Петрович, Воронин Николай Аркадьевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-05-05 публикация патента:
20.07.1996 |
Использование: высокоскоростное метание стержней. Сущность изобретения: поддон выполнен из частично склеенных между собой секторных фрагментов, изготовленных из полимерного композиционного материала слоистой структуры, содержащего высокопрочные высокомодульные волокна. Слои в каждом фрагменте расположены параллельно его боковым плоскостям и сходятся в плоскости симметрии фрагмента под углом, равным его центральному углу. Непроклеи между секторными фрагментами составляют 0,15 - 0,20 от площади склеиваемой поверхности. Количество секторных фрагментов в поддоне не менее трех. 3 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Ведущий отделяющийся поддон, состоящий из секторов и содержащий полимерный композиционй материал слоистой структуры, отличающийся тем, что он выполнен в виде частично склеенных между собой секторных фрагментов, количество которых в поддоне не менее трех, изготовленных из двуармированного слоистого полимерного композиционного материала с продольно и поперечно ориентированными высокопрочными и высокомодульными волокнами, причем слои в каждом секторном фрагменте расположены параллельно его боковым плоскостям и сходятся в плоскости симметрии секторного фрагмента под углом, равным его центральному углу, а частичные непроклеи между секторными фрагментами расположены в средней части их контактной поверхности, начинаются от воздухозаборной выемки поддона, распространяются вдоль его оси до кольцевого обтюрирующего выступа и имеют площадь, составляющую 15-20% площади склеиваемой поверхности секторных фрагментов.Описание изобретения к патенту
Данное изобретение относится к технике высокоскоростного метания стержня, касается отделяющегося от него устройства (далее поддона), обеспечивающего ведение стержня в направляющей пусковой трубе метательной установки, и предназначено для использования с целью достижения предельно высоких скоростей метания в машиностроительной, горнодобывающей, космической и ракетно-артиллерийской технике, при разработке и испытаниях ударостойких материалов и конструкций. Разработке отделяющихся поддонов, облегченных за счет использования в их конструкции элементов из пластмасс и (или) полимерных композиционных материалов (ПКМ), уделяется внимание с середины 70-х годов. В 1973 годы в США запатентован поддон, состоящий из пластмассового кожуха, соединенного с метаемым стержнем при помощи металлической оболочки [1] В 1984 годы в ЕПВ заявлена конструкция "сегментированного поддона, в которой из пластмассы выполнены ребра, расположенные в ее головной части [2] В ФРГ в 1986 годы заявлена конструкция поддона, содержащая корпус из ПКМ, пластмассовую перемычку воздухоэаборника и металлические элементы для сочленения поддона с метаемым стержнем [3] В том же 1986 годы в США выдан патент на поддон, цилиндрическая часть корпуса и обтюрирующий поясок в котором выполнены из пластмассы [4] В 1987 годы в США запатентован поддон, полностью выполненный из пластмассы с пределом прочности на сжатие 100 МПа и на сдвиг 80 МПа [5]Основной недостаток поддонов [1.5] заключается в их низкой удельной конструктивной прочности (отношение несущей способности поддона к его массе) вследствие значительного объема, занимаемого в конструкции металлическими элементами [1.4] либо из-за низкой прочности используемой пластмассы [5]
Сравнительно большей удельной конструктивной прочностью обладает поддон [6] заявленный в ФРГ в 1988 году. Он содержит высокопрочный стекловолокнистый элемент на полимерном связующем в виде набора радиальных слоев из волокон, уложенных в осевом направлении с предварительным натяжением в металлическом основании, сопрягаемом с метаемым стержнем. Эта конструкция поддона принята в качестве прототипа. Ее основными недостатками являются: наличие металлических элементов, утяжеляющих поддон, сложность, нетехнологичность изготовления и неконтролируемость фактической прочности стекловолокнистых элементов в готовом поддоне, что вносит неопределенность в оценку его несущей способности и надежности, значительная масса отделяющихся секторов поддона, что при их большой скорости представляет существенную опасность для окружающей техники и обслуживающего персонала, находящихся в зоне разлета секторов. Сущность изобретения заключается в повышении эффективности системы метаемый стержень-поддон за счет увеличения удельной конструктивной прочности поддона, реализуемой путем тем снижения его массы при той же несущей способности, либо путем повышения прочности при неизменной массе, что в обоих случаях способствует достижению повышенных скоростей метания стержня, а также за счет обеспечения контролируемой надежности и улучшения технологичности. Этот технический результат достигается тем, что заявляемый поддон, в отличие от прототипа, полностью выполнен из неметаллических, частично склеенных между собой секторных фрагментов (далее фрагментов), изготовленных из ПКМ слоистой структуры на основе ткани и (или) ленты из высокопрочных и высокомодульных продольно и поперечно ориентированных волокон. В каждом фрагменте, количество которых в поддоне не менее трех, слои ПКМ расположены параллельно ограничивающим фрагмент боковым плоскостям, образуя в плоскости его симметрии угол, равный центральному углу фрагмента. Непроклеи между фрагментами расположены в средней части их контактной поверхности, начинаются от воздухозаборной выемки в передней части поддона, распространяются вдоль его оси до кольцевого обтюрирующего выступа и имеют площадь, равную 15.20% от площади боковой поверхности фрагмента. Фрагменты поддона изготовлены путем прессования заготовок тканевых или ленточных препрегов ПКМ из стеклянных, органических и (или) углеродных или иных высокопрочных и высокомодульных волокон или их комбинаций на полимерном связующем, например из числа приведенных в нижеследующей таблице. Совокупность изложенных существенных признаков заявляемой конструкции поддона находится в следующей причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом. Повышенная удельная конструктивная прочность и эквивалентное ей снижение массы поддона реализуются благодаря тому, что все силовые функции в осевом и радиальном направлениях, а также на сдвиг в зоне резьбового соединения поддона с метаемым стержнем выполняет ПКМ слоистой структуры из высокопрочных и высокомодульных волокон. Полагая, что в прототипе несущий элемент изготовлен из алюминиевого сплава с плотностью 2850 кг/м3, а упрочняющий из стеклопластика с плотностью 1850 кг/м3 и, что их объемные доли равны, среднюю приведенную плотность материала в конструкции поддона можем принять равной 2350 кг/м3 (0,5 x 2850 + 0,5 x 1850 2350). При равной несущей способности конструкций прототипа и предложенного варианта, изготовленного, например, из ПКМ на основе ткани Т-42-78 (см. табл. ) с плотностью 1520 кг/м3 и прочностью по направлениям армирования и на сдвиг при высоких давлениях не ниже, чем у алюминиевого сплава, получим 50% -ное увеличение удельной конструктивной прочности для заявляемого поддона или почти 35% -ное снижение его массы по сравнению с прототипоы. Контролируемая надежность заявляемого поддона достигается за счет того, что в отличие от прототипа он выполнен из предварительно отпрессованных заготовок слоистого ПКМ, прошедших 100%-ный контроль на соответствие заданным физико-механическим свойствам. В свою очередь, контролируемость качества материала позволяет не только оценивать, но и управлять надежностью поддона, повышая ее до разумного предела путем использования заготовок с минимальным разбросом свойств, характеризуемым коэффициентом вариации. Так, коэффициент вариации несущей способности для прототипа, из-за ручной укладки стекловолокнистого элемента, может составлять не менее 12% тогда как для заявляемого варианта, вследствие 100%-ного контроля, он не превышает 10% Если принять за базовую надежность прототипа
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064016/945.gif)
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064003/8773.gif)
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064016/945.gif)
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064003/8773.gif)
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064016/945.gif)
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064004/8805.gif)
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064016/945.gif)
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064004/8805.gif)
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064016/945.gif)
![ведущий отделяющийся поддон, патент № 2064157](/images/patents/408/2064016/945.gif)
Прочность ПКМ на срез поперек волокон в зона резьбового соединения поддона с метаемым стержнем существенно зависит от давления обжатия, причем увеличение давления с 1 до 400 МПа повышает сдвиговую прочность с 30.50 МПа до 300.500 МПа, т.е. по-крайней мере, в 10 раз. Контактное давление в резьбовом соединении поддона из ПКМ с металлическим метаемым стержнем на 25.35% превышает уровень давления в пусковой трубе, что обеспечивает надежное совместное движение сборки в пусковой трубе. Работоспособность заявляемой конструкции поддона из слоистого ПКМ проверена прямым экспериментом. Для этой цели были изготовлены поддоны из стеклоорганопластика Т-42-78 (см. табл) в виде 12-ти склеенных между собой секторных фрагментов и испытаны при давлении в пусковой трубе 470 МПа. При функционировании сборки аномалий не наблюдалось. Отделение поддона от метаемого стержня произошло после вылета сборки из пусковой трубы на расстоянии 8 м с разделением на заданные фрагменты. Источники информации
1. Патент США N 386603, МКИ F 42 B 13/16, опубл. 28.01.75. 2. ЕПВ (ЕР), заявка N 0123299, МКИ F42 B 13/16, опубл. 31.10.84. 3. ФРГ (ДЕ), заявка N 3051030, МКИ F 42 B 13/16, опубл. 28.05.86. 4. Патент США N 4590862, МКИ F 42 B 13/16, опубл. 27.06.86. 5. Патент США N 4653404, МКИ F 42 B 13/16, опубл. 31.03.87. 6. ФРГ (ДЕ), заявка N 3625730, МКИ F 42 B 13/16, опубл. 18.02.88.
Класс F42B14/06 подкалиберные снаряды с поддонами; поддоны для них