способ изготовления трехслойной панели
Классы МПК: | B64G1/50 для регулирования температуры |
Автор(ы): | Козлов Альберт Гаврилович (RU), Бартенев Владимир Афанасьевич (RU), Кесельман Геннадий Давыдович (RU), Шелудько Вячеслав Григорьевич (RU), Халиманович Владимир Иванович (RU), Акчурин Владимир Петрович (RU), Акчурин Георгий Владимирович (RU), Анкудинов Александр Владимирович (RU), Близневский Александр Сергеевич (RU), Данилов Евгений Николаевич (RU), Дмитриев Геннадий Валерьевич (RU), Доставалов Александр Валентинович (RU), Загар Олег Вячеславович (RU), Зимин Иван Ильич (RU), Корчагин Евгений Николаевич (RU), Михнев Михаил Михайлович (RU), Томчук Альберт Владимирович (RU), Туркенич Роман Петрович (RU), Шилкин Олег Валентинович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики имени академика М.Ф. Решетнева" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-03-16 публикация патента:
27.10.2006 |
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при изготовлении термостатируемых панелей. Способ изготовления трехслойной панели с встроенным в нее жидкостным коллектором включает изготовление коллектора требуемой конфигурации и испытания на прочность, герметичность и контроль гидравлического сопротивления его жидкостного тракта, затем соединение поверхности полки коллектора с поверхностью обшивки теплопроводящим клеем и соединение элементов панели - обшивок с коллекторами с сотовым заполнителем и деталями насыщения - склеиванием, помещением ее в термопечь с созданием в ней соответствующих условий по давлению и температуре. После этого в сотовой панели выполняют отверстия определенной глубины под установку вставок, имеющих резьбовые отверстия для ввинчивания винтов крепления приборов к поверхностям панели, и вклеивают вставки в указанные отверстия. Затем проводят испытания панели на воздействие механических нагрузок, обезгаживание, термоциклирование, заключительные испытания на прочность и на герметичность жидкостного тракта и контроль геометрических параметров панели. Согласно изобретению после выполнения отверстий под установку вставок жидкостный тракт панели дополнительно испытывают на прочность и на герметичность и судят о качестве жидкостного тракта после выполнения вышеуказанных отверстий. В результате становится возможно гарантировать качественное изготовление панели. 3 ил.
Формула изобретения
Способ изготовления трехслойной панели с встроенным в нее жидкостным коллектором, включающий изготовление коллектора требуемой конфигурации и испытания на прочность, герметичность и контроль гидравлического сопротивления его жидкостного тракта, затем соединение поверхности полки коллектора с поверхностью обшивки теплопроводящим клеем и соединение элементов панели - обшивок с коллекторами с сотовым заполнителем и деталями насыщения - склеиванием, помещением ее в термопечь с созданием в ней соответствующих условий по давлению и температуре, после чего выполнение в сотовой панели отверстий определенной глубины под установку вставок, имеющих резьбовые отверстия для ввинчивания винтов крепления приборов к поверхностям панели, вклеивание вставок в указанные отверстия, испытания панели на воздействие механических нагрузок, обезгаживание, термоциклирование, заключительные испытания на прочность и на герметичность жидкостного тракта и контроль геометрических параметров панели, отличающийся тем, что после выполнения отверстий под установку вставок жидкостный тракт панели дополнительно испытывают на прочность и на герметичность и судят о качестве жидкостного тракта после выполнения вышеуказанных отверстий.
Описание изобретения к патенту
Изобретение, созданное авторами в порядке выполнения служебного задания, относится к космической технике и может быть использовано при изготовлении термостатируемых панелей, на поверхностях которых устанавливаются тепловыделяющие при работе приборы космического аппарата (КА), например, связного (телекоммуникационного) спутника.
Известны способы изготовления трехслойных панелей - трехслойных сотовых конструкций, изложенные на стр.4, 12 книги: Ендогур А.И., Вайнберг М.В., Иерусалимский К.М. Сотовые конструкции. Выбор параметров и проектирования. - М.: Машиностроение, 1986 и на стр.12, 24, 25, 33, 34, 172, 173 монографии: Иванов А.А., Кашин С.М., Семенов В.И. Новое поколение сотовых заполнителей для авиационно-космической техники. - М.: Энергоатомиздат, 2000; известны также конструкции термостатируемых трехслойных сотовых панелей с встроенными в них жидкостными коллекторами (см. патенты Российской Федерации №№2227108, 2237600, 2209750), на поверхностях обшивок которых напротив полкам коллекторов устанавливаются (прикрепляются с помощью винтов) приборы связного спутника, и избыточное тепло, выделяющееся при работе указанных приборов, отводится циркулирующим через жидкостные тракты указанных коллекторов охлаждающим теплоносителем системы терморегулирования (СТР) КА.
Реализованный на нашем предприятии в производстве способ изготовления трехслойной сотовой панели с встроенным в нее жидкостным коллектором, выполненный на базе вышеуказанных известных технических решений, включает в себя следующую последовательность операций (см. фиг.3):
1) изготавливают из профильных трубопроводов (имеющих полку) жидкостный коллектор требуемой конфигурации и испытывают его жидкостный тракт на прочность, герметичность и контролируют гидравлическое сопротивление его на соответствие требуемым нормам;
2) соединяют поверхность полки 1.1 коллектора 1 с поверхностью обшивки 2 склеиванием теплопроводящим клеем;
3) соединяют элементы панели - обшивок 2 и 3 с коллекторами 1 с сотовым заполнителем 4 и деталями насыщения - склеиванием, помещая ее в термопечь с созданием в ней соответствующих условий по давлению и температуре;
4) проводят механическую обработку панели: выполняют в сотовой панели отверстия 5, 6 (при необходимости и другие) определенной глубины под установку вставок 7, 8, имеющих резьбовые отверстия для ввинчивания винтов крепления приборов к поверхностям панели (большинство приборов со своей теплоотдающей поверхностью прикрепляется к поверхностям обшивок сотовой панели (через теплопроводную пасту) напротив полкам жидкостных коллекторов и отверстия под установку вставок выполняются вблизи их; количество таких отверстий в сотовой панели при двухстороннем расположении приборов на ней в настоящее время (для мощного связного спутника) достигает нескольких сот);
5) вклеивают вставки в вышеуказанные отверстия (например, с использованием пенокомпаунда 9);
6) проводят испытания панели на воздействие механических нагрузок (например, на воздействие вибрационных нагрузок);
7) проводят обезгаживание (помещением панели в вакуумной камере и нагревом ее, например, при температуре 100°С в течение 3 ч);
8) проводят термоциклирование сотовой панели в вакуумной камере, циркуляцией через ее жидкостный тракт теплоносителя, температура которого изменяется в диапазоне, расширенном не менее чем на 10°С по сравнению с эксплуатационным (например, количество циклов равно трем и температура теплоносителя изменяется в диапазоне от минус 60 до 90°С);
9) проводят заключительные испытания на прочность и на герметичность жидкостного тракта панели и контроль параметров панели: например, измерение общей и местной плоскостности поверхностей обшивок;
10) если данные заключительных испытаний и проверок удовлетворяют заданным требованиям, считается, что сотовая панель изготовлена качественно и она допускается к дальнейшим работам по изготовлению спутника (разрешается монтаж приборов на ее поверхности и далее).
Однако детальный анализ, проведенный авторами существующего способа изготовления сотовой панели с встроенным в нее жидкостным коллектором, показал, что невозможно однозначно гарантировать качественное изготовление вышеуказанной панели по известному способу, например, в случае:
- ошибки конструктора (или технолога);
- или ошибки оператора станка;
- или несанкционированного изменения настройки станка в момент времени между сверлением отверстий, т.к. достаточно велика вероятность сверления отверстия с повреждением жидкостного тракта (см. фиг.3) коллектора с нарушением его целостности (с нарушением его герметичности); однако такое повреждение жидкостного тракта в процессе дальнейших операций (проверок) по известному способу изготовления не обнаруживается, т.к. вставки в отверстия устанавливаются с помощью клея (пенокомпаунда) и этот клей временно герметизирует жидкостный тракт, а в дальнейшем в составе КА в результате воздействия циркулирующего через жидкостный тракт коллектора панели теплоносителя на клей последний разлагается (разрушается) и жидкостный тракт теряет свою герметичность, что, в конечном счете, приведет к отказу КА в условиях эксплуатации раньше требуемого срока активного существования.
Таким образом, существенными недостатками известного способа изготовления сотовой панели с встроенным в нее жидкостным коллектором являются недостаточно надежное обеспечение качества изготовления и возможный скрытый брак после ее изготовления, приводящие в конечном счете к преждевременному отказу спутника в условиях эксплуатации.
Целью предложенного авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что после выполнения отверстий под установку вставок жидкостный тракт панели дополнительно испытывают на прочность и на герметичность и судят о качестве жидкостного тракта после выполнения вышеуказанных отверстий: некачественный - поврежденный участок панели - удаляют и восстанавливают этот участок с использованием кондиционных деталей и выполнением соответствующих технологических операций изготовления и проверок, что является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.
В результате анализа, проведенного авторами, известной патентной и научно-технической литературы предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом способе изготовления трехслойной панели.
Предложенный авторами способ изготовления трехслойной панели с встроенным в нее жидкостным коллектором включает следующую последовательность операций с использованием следующих устройств (см. фиг.1 и 2):
1) изготавливают из профильных трубопроводов (имеющих полку) жидкостный коллектор требуемой конфигурации и испытывают его жидкостный тракт на прочность, герметичность и контролируют гидравлическое сопротивление его на соответствие требуемым нормам;
2) соединяют поверхность полки 1.1 коллектора 1 с поверхностью обшивки 2 склеиванием теплопроводящим клеем;
3) соединяют элементы панели - обшивок 2 и 3 с коллекторами 1 с сотовым заполнителем 4 и деталями насыщения - склеиванием, помещая ее в термопечь с созданием в ней соответствующих условий по давлению и температуре;
4) проводят механическую обработку панели: выполняют в сотовой панели отверстия 5, 6 (при необходимости и другие) определенной глубины под установку вставок 7, 8, имеющих резьбовые отверстия для ввинчивания винтов крепления приборов к поверхностям панели (большинство приборов со своей теплоотдающей поверхностью прикрепляется к поверхностям обшивок сотовой панели (через теплопроводную пасту) напротив полкам жидкостных коллекторов и отверстия под установку вставок выполняются вблизи их; количество таких отверстий в сотовой панели при двухстороннем расположении приборов на ней в настоящее время (для мощного связного спутника) достигает нескольких сот);
4.1) дополнительно испытывают жидкостный тракт коллектора (панели) на прочность, помещением ее в бронекабину и подачей в жидкостный тракт повышенного абсолютного давления газа, например, 4,5 кгс/см2 в течение 15 минут (рабочее абсолютное давление в жидкостном тракте в условиях эксплуатации 0,5-1,5 кгс/см2);
4.2) проверяют герметичность жидкостного тракта панели, например, с использованием пробного газа (гелия) - панель помещают в вакуумную камеру, в жидкостный тракт подают гелий, например, повышенным абсолютным давлением 3 кгс/см2, и измеряют величину утечки гелия из жидкостного тракта панели в вакуумную камеру - и судят о качестве жидкостного тракта после выполнения отверстий под установку вставок:
- если измеренная величина негерметичности жидкостного тракта не превышает заданной нормы, то это означает, что повреждения жидкостного тракта после выполнения отверстий под установку вставок отсутствуют, качество панели (жидкостного тракта) не ухудшено и продолжают изготовление по следующей операции, т.е. вклеивают вставки в вышеуказанные отверстия (см. операцию 5), и далее;
- если измеренная величина негерметичности жидкостного тракта панели превышает заданную норму, то это означает, что жидкостный тракт при выполнении отверстий под установку вставок поврежден и выполняют следующее:
- подают в жидкостный тракт гелий и методом щупа определяют место, где существуют недопустимые течи гелия из жидкостного тракта, т.е. определяют место повреждения его;
- в районе повреждения жидкостного тракта вырезают в панели (см. фиг.2) сквозное окно 10 (в том числе вырезают поврежденный участок коллектора) размерами (например, 200 мм × 200 мм), достаточными для работы при сварке автоматической головкой поста (устройства) автоматической сварки или поста (устройства) ручной аргонодуговой сварки (размеры панели, например, 2000 мм×3000 мм);
- изготавливают соответствующие кондиционные детали, эквивалентные вырезанным элементам панели:
- вставку 11 из профильного трубопровода, аналогичного использованному в коллекторе панели;
- сотовый заполнитель 12;
- пластины обшивок 13, 14;
а также изготавливают два подкладных кольца 15, предназначенных для обеспечения соответствующего гарантированного качественного проходного сечения в районе двух свариваемых стыков: штатный жидкостный тракт - ремонтный жидкостный тракт;
- устанавливают подкладные кольца в вставку из профильного трубопровода, а затем - ее между двумя торцами вырезанного штатного жидкостного тракта и кольца сдвигают на 1/3 длины вовнутрь штатных трубопроводов коллектора и присоединяют разъемные стыки сваркой 16; а также заваривают прорези (поз.17) в вставке (прорези предназначены для обеспечения направленного движения выступа 15.1 подкладного кольца и, следовательно, для обеспечения установки кольца в требуемое положение);
- испытывают сварные швы на прочность и герметичность и в случае положительных результатов приклеивают ремонтный сотовый заполнитель к вставке из профильного трубопровода и к торцам сотового заполнителя панели, а затем - пластины обшивки - к ремонтному сотовому заполнителю и к поверхности полки ремонтной вставки с обеспечением требуемой плоскостности поверхностей пластины и обшивки в целом (поз.18 - элементы усиления - накладки, при необходимости устанавливаемые на соответствующих участках панели с помощью клея);
- выполняют (см. фиг.1 и 2) соответствующие отверстия (поз.5 и 6) под установку вставок 7 и 8;
- испытывают на прочность и герметичность всего жидкостного тракта панели и, в случае, если все удовлетворяет заданным требованиям, переходят к выполнению следующих операций изготовления панели, т.е.
5) вклеивают вставки (7, 8) во все вышеуказанные отверстия (5, 6) панели (например, с использованием пенокомпаунда);
6) проводят испытания панели на воздействие механических нагрузок (например, на воздействие вибрационных нагрузок);
7) проводят обезгаживание (помещением панели в вакуумной камере и нагревом ее, например, при температуре 100°С в течение 3 ч);
8) проводят термоциклирование сотовой панели в вакуумной камере, циркуляцией через ее жидкостный тракт теплоносителя, температура которого изменяется в диапазоне, расширенном не менее чем на 10°С по сравнению с эксплуатационным (например, количество циклов равно трем и температура теплоносителя изменяется в диапазоне от минус 60 до 90°С);
9) проводят заключительные испытания на прочность и на герметичность жидкостного тракта панели и контроль параметров панели: например, измерение общей и местной плоскостности поверхностей обшивок;
10) если данные заключительных испытаний и проверок удовлетворяют заданным требованиям (нормам), то это объективно указывает, что сотовая панель изготовлена качественно и скрытый брак отсутствует и она допускается к дальнейшим работам по изготовлению спутника (разрешается монтаж приборов на ее поверхности и далее).
Как видно из вышеизложенного, в результате изготовления сотовой панели с встроенным в нее жидкостным коллектором согласно предложенному авторами техническому решению однозначно гарантируется высокая надежность качественного ее изготовления и исключается скрытый брак в изготовленной панели и, следовательно, исключается отказ спутника по этой причине, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.
В настоящее время предложенное авторами техническое решение опытно отработано и отражено в технической документации нашего предприятия на изготовление трехслойных сотовых панелей с встроенными в них жидкостными коллекторами, предназначенных для использования в составе вновь разрабатываемых связных спутников с длительными сроками активного существования (10-15 лет).
Класс B64G1/50 для регулирования температуры