опорный узел трехслойной панели

Формула изобретения

1. Опорный узел трехслойной панели, содержащий втулку с фланцами на обоих торцах, установленную в отверстиях, выполненных в верхней обшивке трехслойной панели и сотовом заполнителе, расположенном между верхней и нижней обшивками трехслойной панели, и соединенную с сотовым заполнителем по боковой поверхности с помощью вспенивающейся клеевой композиции, отличающийся тем, что указанная втулка на каждом из фланцев вокруг осевого отверстия имеет кольцевой выступ прямоугольного сечения, высота каждого из выступов не превышает толщин верхней и нижней обшивок трехслойной панели, нижняя обшивка выполнена с отверстием, соосным с отверстием верхней обшивки, и указанные отверстия в обеих обшивках имеют диаметр, обеспечивающий фиксацию в них кольцевых выступов фланцев втулки, при этом втулка торцевыми поверхностями фланцев плотно прилегает к внутренним поверхностям верхней и нижней обшивок трехслойной панели и соединена с ними с помощью клеевой композиции.

2. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр кольцевых выступов прямоугольного сечения на фланцах втулки меньше наружного диаметра отверстий, выполненных в верхней и нижней обшивках трехслойной панели, не более чем на 0,1 мм.

3. Опорный узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что соединение торцевых поверхностей фланцев втулки с внутренними поверхностями верхней и нижней обшивок трехслойной панели выполнено с помощью пленочной клеевой композиции.

4. Опорный узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что на торцевой поверхности каждого из фланцев втулки выполнен по меньшей мере один кольцевой паз глубиной не более половины толщины фланца.

5. Опорный узел по п.4, отличающийся тем, что соединение торцевых поверхностей фланцев втулки с внутренними поверхностями верхней и нижней обшивок трехслойной панели выполнено с помощью пленочной клеевой композиции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аэрокосмической технике, а именно к опорным узлам для размещения спутникового оборудования на трехслойных панелях космических платформ, и может быть использовано для осуществления соединения трехслойных сотовых конструкций между собой и с другими, например, каркасными элементами.

Известен опорный узел трехслойной панели, описанный в [1]. Этот узел состоит из втулки, установленной между верхней и нижней обшивками трехслойной панели с сотовым заполнителем так, чтобы торцы втулки плотно прилегали к внутренней поверхности обшивок. На поверхности обшивок и в центральной части втулки имеются отверстия, совпадающие по диаметру. В сотовом заполнителе за счет предварительной механической обработки выполнена камера, совпадающая по размеру с внешним размером втулки.

Данная конструкция требует дополнительных приспособлений для центровки втулки по отношению к отверстиям в обшивках.

Известен также опорный узел WABEN-EINSATZ/INSERT serie EF 1007, описанный в патенте [2] при характеристике уровня техники. Этот опорный узел содержит втулку с фланцами на обоих торцах. Втулка установлена через отверстие, выполненное в верхней обшивке и сотовом заполнителе трехслойной панели. Последний предварительно механически обработан таким образом, чтобы в нем была образована внутренняя камера для заливки вспенивающейся клеевой композиции и размер этой камеры был больше размера отверстия в верхней обшивке трехслойной панели. Фиксация втулки по наружной поверхности к сотовому заполнителю и к обшивкам трехслойной панели осуществляется в результате отверждения вспенивающейся клеевой композиции, которая вводится во внутреннюю камеру сотового заполнителя через пазы верхнего фланца втулки.

Конструкция данного опорного узла требует использования дополнительных приспособлений для обеспечения перпендикулярности оси втулки к обшивкам трехслойной панели и удерживания втулки в процессе отверждения вспенивающейся клеевой композиции. При этом операция установки втулки заподлицо с верхней обшивкой с достаточной точностью является трудоемкой и требует высокой квалификации персонала. Кроме того, излишки вспенивающейся клеевой композиции после отверждения выходят на поверхность панели через зазоры между втулкой и верхней обшивкой, а также через пазы верхнего фланца. В результате требуется дополнительная механическая обработка для удаления этих излишков, что может привести к повреждению трехслойной панели.

Опорный узел трехслойной панели, известный из [2], наиболее близок к опорному узлу по предлагаемому изобретению.

Предлагаемое изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в повышении технологичности и точности взаимного расположения элементов конструкции опорного узла трехслойной панели, а также в обеспечении его прочности и расширении области его использования. Более полно технический результат, достигаемый в различных частных случаях выполнения и использования предлагаемого опорного узла, охарактеризован ниже при раскрытии сущности изобретения.

Для достижения указанного технического результата предлагаемый опорный узел трехслойной панели, как названный выше наиболее близкий к нему, содержит втулку с фланцами на обоих торцах. Втулка установлена в отверстия, выполненные в верхней обшивке и сотовом заполнителе трехслойной панели, и соединена с сотовым заполнителем трехслойной панели по боковой поверхности с помощью вспенивающейся клеевой композиции.

В отличие от наиболее близкого известного, в опорном узле по предлагаемому изобретению указанная втулка на каждом из фланцев вокруг осевого отверстия имеет кольцевой выступ прямоугольного сечения, высота которого не превышает толщин верхней и нижней обшивок. Нижняя обшивка выполнена с отверстием, соосным с отверстием верхней обшивки. При этом указанные отверстия в обеих обшивках имеют диаметр, обеспечивающий фиксацию в них кольцевых выступов фланцев втулки. Последняя торцевыми поверхностями фланцев плотно прилегает к внутренним поверхностям обшивок и соединена с ними с помощью клеевой композиции.

Наружный диаметр кольцевых выступов фланцев втулки может быть меньше диаметра отверстий, выполненных в обшивках трехслойной панели, не более чем на 0,1 мм.

На торцевой поверхности каждого из фланцев втулки дополнительно может быть выполнен, по крайней мере, один кольцевой паз глубиной не более половины толщины фланца.

При помощи кольцевых выступов на фланцах втулка однозначно фиксируется в отверстиях обшивок трехслойной панели. При этом не требуются дополнительные приспособления для удерживания втулки в требуемом положении в процессе отверждения вспенивающейся клеевой композиции. Так как высота каждого из выступов на фланцах втулки равна или меньше толщины обшивки, отпадает необходимость в механической доработке поверхности трехслойной панели и обеспечиваются заданные требования по местным неровностям панели (отсутствие выступания втулок над обшивками). Это повышает технологичность конструкции.

Соблюдение условия, согласно которому наружный диаметр кольцевых выступов фланцев втулки должен быть меньше диаметра отверстий, выполненных в обшивках, не более чем на 0,1 мм, позволяет производить установку (позиционирование) втулок с точностью не хуже 0,05 мм, что зачастую бывает необходимо при установке спутникового оборудования на трехслойных панелях космических платформ.

Кроме того, конструкция предлагаемого опорного узла трехслойной панели делает возможным предварительное (до установки в трехслойную панель) выполнение посадочных отверстий (резьбовых и нерезьбовых) во втулках. Выполнение посадочных отверстий во втулках совмещается с изготовлением самих втулок и может проводиться на обычных токарных станках. Это позволяет исключить механические операции на изготовленной панели, для выполнения которых необходимо высокоточное оборудование. Кроме того, исключение таких операций позволяет заранее наносить защитные покрытия на втулки без риска повредить такие покрытия в посадочных отверстиях втулок. Покрытия (химическое оксидирование, анодное оксидирование и т.п.) втулок, как и других металлических элементов конструкции трехслойной панели, необходимы для защиты от коррозии и влияния неблагоприятных факторов. Если бы механические операции на изготовленной панели (выполнение посадочных отверстий во втулках, доработка поверхности выступающих частей втулок, сверление обшивок под установку втулок и т.п.) не были исключены, то защитные покрытия могли бы быть повреждены. Потребовалось бы либо крайне затруднительное их восстановление, либо еще более затруднительное ручное нанесение покрытий на втулки в уже изготовленных панелях, а нанесение некоторых видов покрытий (например, в случае анодного оксидирования - нанесение гальванических покрытий) на втулки в изготовленных панелях оказалось бы вообще технически невозможным.

Наличие на торцевой поверхности фланцев кольцевых пазов глубиной не более половины толщины фланца позволяет обеспечить сбор излишков клея в процессе его растекания при формовании и предотвратить вытекание клея на наружную часть обшивок.

По сравнению с наиболее близким известным, в предлагаемом опорном узле торцевые поверхности обоих фланцев втулки плотно прилегают к внутренним поверхностям обшивок и соединяются с ними за счет клеевой композиции, наносимой на внутреннюю поверхность обшивок. При этом несущая способность данного опорного узла существенно выше, чем в конструкциях известных узлов, благодаря прочности соединения поверхностей фланцев с обеими обшивками. Это позволяет расширить область использования предлагаемого опорного узла.

Соединение втулки с сотовым заполнителем осуществляется за счет заполнения внутренней камеры вспенивающейся клеевой композицией, что одновременно позволяет произвести локальное усиление опорного узла.

Предлагаемый опорный узел иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 изображен вид опорного узла с кольцевыми выступами, выполненными на фланцах втулки.

На фиг.2 представлен опорный узел, содержащий кольцевые пазы на фланцах втулки.

Опорный узел (фиг.1) содержит втулку 1 с фланцами 2. Втулка 1 имеет в центре по обоим торцам кольцевые выступы 3 вокруг осевого отверстия 13 втулки. При помощи этих выступов она устанавливается в соосные отверстия 11, 12 в обшивках 4 и 5. Отверстия выполняют с диаметром, обеспечивающим фиксацию в них кольцевых выступов фланцев втулки с требуемой точностью. В частности, если наружный диаметр кольцевых выступов 3 фланцев втулки меньше диаметра отверстий 11, 12 в обшивках не более чем на 0,1 мм, то обеспечивается точность установки втулок не хуже 0,05 мм. Соосность и идентичность указанных отверстий и необходимая точность их диаметра легко достигаются при предварительном выполнении всех нужных отверстий одновременно в обеих прижатых друг к другу обшивках. Между обшивками 4 и 5 расположен сотовый заполнитель 6, соединенный с обшивками 4 и 5 при помощи клеевой композиции 7. Предпочтительным является использование пленочной клеевой композиции.

Для установки втулки в сотовом заполнителе 6 выбирается камера, свободное пространство которой в дальнейшем будет заполнено вспенивающейся клеевой композицией 8. Последняя в исходном состоянии представляет собой либо густую клееобразную массу, наносимую на втулку между ее фланцами, либо толстую пленку (как правило, от 1 до 5 мм), которая обматывается вокруг втулки.

В частном случае выполнения опорного узла, показанном на фиг.2, на торцевых поверхностях фланцев 2 втулки 1, прилегающих к обшивкам 4 и 5, выполнены кольцевые пазы в виде проточек 9. Пазы предназначены для сбора излишков клеевой композиции 7, которая соединяет втулку 1 и обшивки 4 и 5, и для предотвращения выхода клеевой композиции 7 на поверхность обшивок 4 и 5. Остальные не упомянутые обозначения на фиг.2 имеют такой же смысл, как и на фиг.1.

Втулка, обшивки и сотовый заполнитель могут быть выполнены из любых материалов, используемых в аэрокосмической технике, в зависимости от заданных условий работы опорного узла.

Осевое отверстие 13 втулки 1 может быть использовано в качестве одного из посадочных (резьбовых или нерезьбовых) отверстий при установке на трехслойной панели того или иного спутникового оборудования.

Как видно из изложенного, предлагаемый опорный узел по сравнению с известным из [2] не требует никаких дополнительных приспособлений для удерживания втулки в требуемом положении в процессе отверждения вспенивающейся клеевой композиции. Отпадает необходимость в механической доработке поверхности трехслойной панели и обеспечиваются заданные требования по местным неровностям панели (отсутствие выступания втулок над обшивками). Конструкция предлагаемого опорного узла позволяет производить позиционирование втулок с точностью не хуже 0,05 мм, что соответствует требованиям, предъявляемым при установке спутникового оборудования на трехслойных панелях космических платформ. Кроме того, становится возможным предварительное (до установки в трехслойную панель) выполнение посадочных отверстий (резьбовых и нерезьбовых) во втулках, при этом исключаются механические операции на изготовленной панели. Все это повышает технологичность и точность взаимного расположения элементов. По сравнению, упомянутым известным, в предлагаемом опорном узле внешние поверхности обоих фланцев втулки плотно прилегают к внутренним поверхностям обшивок и соединяются с ними за счет пленочной клеевой композиции, нанесенной на внутреннюю поверхность обшивок. Несущая способность данного опорного узла существенно выше, чем в конструкциях известных узлов за счет обеспечения прочности соединения поверхностей фланцев с обеими обшивками и соединения втулки с сотовым заполнителем при помощи вспенивающейся клеевой композиции. Это позволяет произвести дополнительное локальное усиление опорного узла, что увеличивает прочность и расширяет область его использования. В частности, становится возможным использование в качестве силовых, высоконагруженных узлов трехслойных конструкций.

Источники информации

1. А.И.Ендогур, М.В.Вайнберг и др. Сотовые конструкции. Выбор параметров и проектирование. - М.: Машиностроение, 1986, с.121.

2. Патент Российской Федерации №2242369, опубл. 20.12.2004.