основы проектирования и технология сверхлегких композитных баллонов высокого давления

E-Book Overview

Барнаул: НИЦ "Системы управления", 2014. — 166 с.
В монографии впервые систематизированы результаты проектирования и технологии изготовления сверхлегких баллонов высокого давления, подкрепленных композитными оболочками. Рассмотрены вопросы технологического обеспечения процесса намотки композиционного материала на герметизирующий лейнер, теоретические основы технологии намотки нитью конструкций, имеющих сложные поверхности вращения. Приведены геометрические, статические и динамические соотношения, а также принципы выбора основных параметров намотки. Рассмотрены особенности построения алгоритма движения исполнительных органов намоточных станков с различным количеством координат управления. Книга рассчитана на специалистов, занимающихся конструированием и производством изделий из полимерных композиционных материалов, аспирантов и студентов вузов, специализирующихся в области проектирования конструкций из композиционных материалов.

E-Book Content

ВВЕДЕНИЕ В авиакосмической, ракетной и других отраслях современной техники нашли широкое применение изделия, представляющие собой емкости (баллоны) высокого давления, к которым предъявляются очень высокие требования по прочности, герметичности, весовому совершенству. Одно из главных требований, определяющих эти конструкции, связано с минимизацией веса и обязательного безосколочного действия в случаях механического разрушения. В конструкциях летательных аппаратов такие изделия применяют в качестве баллонов сжатого газа, газовых аккумуляторов, топливных баков или прямо- и криволинейных трубопроводов и системах пневмоавтоматики, наддува, терморегулирования, управления и жизнеобеспечения. Баллоны давления нашли широкое применение в наземном транспорте, в частности, для газобаллонных автомобилей, а также в дыхательных аппаратах, переносимых на спине человека (для служб МЧС, подводного плавания и т. п.). На рисунке 1 представлены компьютерные решения оболочек различного типа, которые можно реализовать намоткой волокна. а б в Рисунок 1 – Компьютерное моделирование оболочек вращения различного типа: а – цилиндрический баллон с днищами; б – цилиндрическая оболочка; в – цилиндрическая оболочка-заготовка под ребристую конструкцию Среди наиболее важных требований, предъявляемых к конструкциям баллонов давления, можно назвать минимальную массу, высокую надежность, максимальный ресурс работы в условиях эксплуатации. Этих требований невозможно достичь без разработки современных прогрессивных технологий и применения высокопрочных материалов, в том числе композиционных. Изделия из композиционных материалов изготавливаются в основном методом намотки нитей или жгутов и лент из стеклянных, органических или углеродных волокнистых материалов. Получение конструкций методом намотки явилось подлинным прогрессом в технологии производства изделий из полимерных композиционных материалов. Это закономерно, поскольку он заключает в себе огромные возможности совершенствования, многие из которых уже реализованы сегодня. 3 Намотка – это технологический процесс, при котором непрерывный армирующий наполнитель в виде нитей, лент, жгутов и тканей пропитывается полимерным связующим, подается на оправку, имеющую конфигурацию внутренней поверхности изделия, и укладывается на её поверхность в заданном направлении. После получения необходимой схемы армирования, заданной структуры и толщины материала производится отверждение изделия и удаление оправки. В некоторых случаях оправка может быть элементом данной конструкции, например, герметизирующей оболочкой. Такой способ изготовления изделий из композиционных материалов имеет ряд преимуществ. Важнейшие из них связаны с наиболее полной реализацией в изделиях высокой прочности армирующих волокон на растяжение и возможностью обеспечения высокой степени автоматизации технологического процесса на станках с программным управ