Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

EA036839B1 - Летательный аппарат легче воздуха с корпусом, получение слоистого материала для такого корпуса и способ получения такого слоистого материала - Google Patents

Летательный аппарат легче воздуха с корпусом, получение слоистого материала для такого корпуса и способ получения такого слоистого материала Download PDF

Info

Publication number
EA036839B1
EA036839B1 EA201990896A EA201990896A EA036839B1 EA 036839 B1 EA036839 B1 EA 036839B1 EA 201990896 A EA201990896 A EA 201990896A EA 201990896 A EA201990896 A EA 201990896A EA 036839 B1 EA036839 B1 EA 036839B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
layer
lighter
laminate
film
fibers
Prior art date
Application number
EA201990896A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201990896A1 (ru
Inventor
Миккель Вестергор Франдсен
Дэвид Ким
Филип Дэвид Брэдфорд
Абдель-Фаттах Мохамед Сеям
Рахул Валлаб
Ан Ли
Original Assignee
Се Са
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Се Са filed Critical Се Са
Publication of EA201990896A1 publication Critical patent/EA201990896A1/ru
Publication of EA036839B1 publication Critical patent/EA036839B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
    • B32B27/281—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42 comprising polyimides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/306—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising vinyl acetate or vinyl alcohol (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/36—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/024—Woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/58—Arrangements or construction of gas-bags; Filling arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/10—Coating on the layer surface on synthetic resin layer or on natural or synthetic rubber layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/20—Inorganic coating
    • B32B2255/205—Metallic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/308—Heat stability
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/31—Heat sealable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/514—Oriented
    • B32B2307/518—Oriented bi-axially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/54—Yield strength; Tensile strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/548—Creep
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/582—Tearability
    • B32B2307/5825—Tear resistant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/71—Resistive to light or to UV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/712—Weather resistant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/724—Permeability to gases, adsorption
    • B32B2307/7242—Non-permeable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/724—Permeability to gases, adsorption
    • B32B2307/7242—Non-permeable
    • B32B2307/7244—Oxygen barrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/18—Aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Helmets And Other Head Coverings (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Летательный аппарат легче воздуха, включающий корпус из слоистого материала со слоем армирующего волокна, например Zylon, первую пленку и возможно вторую пленку из этиленвинилового спирта, вплавленную в слой волокна. Стойкий к атмосферным воздействиям слой защищает волокна от УФ-деструкции.

Description

Область техники
Изобретение относится к летательному аппарату легче воздуха с корпусом, получению слоистого материала для такого корпуса и способу получения такого слоистого материала. Более конкретно изобретение относится к многофункциональному слоистому материалу со слоем армирующих волокон и газонепроницаемой пленкой.
Уровень техники
Летательные аппараты легче воздуха содержат гибкий корпус, наполненный газом, обычно гелием. В случае, когда летальный аппарат не содержит внутреннего структурного каркаса, его также называют аэростатом, в котором форму дирижабля, обычно удлиненную форму, поддерживают посредством внутреннего давления. Корпус должен быть изготовлен из слоистого материала, который достаточно стабилен, чтобы не лопнуть, и который также функционирует как барьер для газа, обычно гелия Не, находящегося внутри корпуса.
Материал корпуса для высотных летательных аппаратов легче воздуха должен отвечать ряду требований. Он должен быть легким, вместе с тем одновременно обеспечивая механическую стабильность. Он должен быть химически стойким к агрессивной среде на большой высоте, в особенности к озону, содержащемуся в воздухе. Кроме того, он должен быть стойким к УФ-излучению и быть стабильным и гибким при высокой и низкой температурах. Несмотря на то, что известны материалы, отвечающие каждому из этих требований, их сочетание подразумевает серьезную задачу для разработки материалов корпуса.
В US 7354636 Lavan et al., заявитель Lockheed Martin, раскрыт слоистый материал со слоем жидкокристаллического полимерного волокна, например Vectran®, полиимидным (ПИ) слоем, прикрепленным к слою жидкокристаллического полимерного волокна, и слоем поливинилиденфторида (ПВДФ), прикрепленным к ПИ слою. Слои могут быть скреплены посредством полиуретанового (ПУ) клея. Соседние слоистые материалы могут быть скреплены с помощью покрывающей ленты из ПВДФ на внешних поверхностях и конструкционной ленты на внутренних поверхностях. Конструкционная лента включает слой жидкокристаллического полимерного волокна и ПИ слой для обеспечения целостности летательного аппарата. Альтернативный материал может включать слой жидкокристаллического полимерного волокна и слой ПВДФ, расположенные с обеих сторон слоя жидкокристаллического полимерного волокна. Масса составляет приблизительно 5 унций на квадратный ярд (170 г/м2). Прочность на растяжение составляет около 240 фунтов на дюйм, что соответствует 420 Н/см.
Ввиду того, что грузоподъемность напрямую связана с массой корпуса, предпочтительным является снижение массы, при сохранении или даже увеличении прочности.
Лучшее соотношение массы и прочности обнаружено в статье Tear propagation of a Highperformance Airship Envelope Material, опубликованной Maekawa и Yoshino в Journal of Aircraft Vol. 45, № 5, Sept-Oct. 2008. Раскрытый материал имел массу 157 г/м2 и прочность на растяжение 997 Н/см. Слоистый материал включает волокна Zylon® для его основной ткани. Zylon® является торговой маркой Toyobo Corporation жесткостержневого лиотропного жидкокристаллического полимера. Более подробно, он представляет собой термореактивный жидкокристаллический полиоксазол, поли(п-фенилен-2,6бензобисоксазол), также называемый ПБО.
Zylon® (ПБО) имеет высокую удельную прочность по сравнению с другими промышленно выпускаемыми высококачественными волокнами. Волокна Zylon® также имеют высокое сопротивление удлинению при ползучести и поэтому подходят для армирования волокнами (АВ) в слоистом материале. Однако также известно, что ПБО сильно подвержен фотодеструкции не только под воздействием УФ, но также и под воздействием видимого света. Было обнаружено, что присутствие влаги и кислорода ускоряет фотодеструкцию. По этим причинам, несмотря на очевидные преимущества с точки зрения высокой прочности и низкой ползучести, с этими волокнистыми материалами возникают другие проблемы при использовании их для стратосферных воздушных кораблей.
Еще один материал корпуса раскрыт в US 6074722 Cuccias et al., заявитель Lockheed Martin, где слоистый материал получают из волокнистого слоя, ламинированного с материалом из пластичной смолы. Волокнистый слой представляет собой либо тканый материал, либо многослойный однонаправленный волокнистый материал. Слоистые материалы из тканых материалов для дирижаблей также раскрыты в US 7713890 Vogt et al., заявитель Milliken & Company. Включение электронных компонентов в слой корпуса раскрыто в US 8152093 Liggett et al., заявитель Lockheed Martin Corporation.
Различные материалы корпуса описаны в статье Material challenges for Lighter-Than-Air Systems in High Altitude Applications, Zhai and Euler, American Institute of Aeronautics and Astronautics at the AIAA 5th Aviation, Technology, Integration, and Operations Conference (ATIO) 26-28 Sept. 2005, Arlington California. В данной статье рассмотрены различные материалы для баллонета легче воздуха, в частности материалы для газоудерживающего слоя, а также для несущего нагрузку конструкционного тканого слоя, который принимает нагрузку/напряжение. Эти слои соединены друг с другом посредством клеевого слоя. Клеевое соединение описано со ссылками на полиуретан, эпоксидную и акриловую смолу. В статье утверждается, что газоудерживающий слой обладает гибкостью при низких температурах, в качестве основного свойства, наряду с другими требуемыми свойствами, которые также включают низкую газопроницаемость,
- 1 036839 минимальный вес, хорошую способность к сцеплению, сопротивление абразивному износу и озоностойкость. В табл. 5 данной статьи указано, что сополимер этиленвинилового спирта (СЭВС) обладает плохой гибкостью при низких температурах, и это показывает, что СЭВС не подходит в качестве материала баллонета или корпуса для летательных аппаратов легче воздуха при низких температурах, которые обычно присутствуют на больших высотах. По этой очевидной причине в данной статье вместо него упомянуты полиолефин, полиуретан, этиленпропилендиеновый каучук (ЭПДК) и силиконовый каучук в качестве наиболее перспективных полимерных материалов для газоудерживающего слоя.
Несмотря на то, что в статье Zhai and Euler показано, что СЭВС не применим для высотных дирижаблей, обнаружены сведения о пригодности СЭВС при использовании в слое трехслойной структуры вместе с полиуретанами, которые также рассмотрены в качестве перспективного материала в указанной выше статье. В этой связи сделана ссылка на рекламную брошюру Eval Europe NV, дочерней компании Kuraray Co. Ltd., представленную на интернет-сайте http://eval-americas.com/media/15453/eval%20mdustrial%20application.pdf. В данной брошюре отмечены высокая гибкость и превосходная газонепроницаемость, наряду с пригодностью для применения в холодных атмосферных условиях, совместно экструдированной пленочной структуры, в которой смола СЭВС (Eval™) расположена между слоями термопластичного полиуретана (ТПУ), эта трехслойная структура кратко обозначена ТПУ/Eva1™/ТПУ. Одним из предложенных применений данной трехслойной пленки является применение в качестве материала для стратосферных дирижаблей. В данной брошюре показано, что расположение СЭВС между двумя ТПУ пленками, позволяет преодолеть недостаток СЭВС как такового, заключающийся в плохой гибкости при низких температурах. Однако для материала легковесного корпуса, что является существенным для подходящей грузоподъемности дирижаблей, размещение СЭВС между слоями ТПУ неблагоприятно добавляет массы корпусу, без оптимизации прочности конечного материала корпуса.
Таким образом оказалось, что еще не найдено оптимальное решение для материала корпуса. В заключение следует отметить, что несмотря на наличие многочисленных предложений в отношении корпуса дирижаблей, по-прежнему существует настоятельная потребность в совершенствовании и оптимизации.
Краткое описание изобретения
Таким образом, целью изобретения является достижение улучшения известного уровня техники. Еще одой целью является обеспечение летательного аппарата легче воздуха с улучшенным корпусом. Более конкретно улучшенный многослойный корпус оптимизирован по параметру отношения массы к прочности, а также минимизирована его газопроницаемость. Данной цели достигают с помощью летательного аппарата легче воздуха с корпусом, включающим слоистый материал, описанный далее более подробно.
Используют следующие сокращения:
н/д (число нитей на дюйм), 1 дюйм=2 ,54 см, н/д=1/(2,54) нитей на см, в/д (число витков на дюйм); в/м (число витков на метр); 1 в/д=39 в/м, г/м2 (грамм на квадратный метр), м2 (квадратный метр),
УФ-Вид атмосферное воздействие - деструкция под воздействием УФ-излучения и/или видимого света.
Ламинат для корпуса включает слоистый материал в качестве барьера для газа и несущей нагрузку конструкции, причем слоистый материал включает слой армирующего волокна и первую пленку из этиленвинилового спирта, СЭВС, вплавленную в слой волокна, где СЭВС находится в прямом контакте со слоем армирующего волокна.
Термин прямой контакт подразумевает, что между слоем СЭВС и слоем волокна отсутствует слой другого материала. Более конкретно пленка СЭВС не является частью композиционной пленки, в которой СЭВС расположен между двумя слоями ТПУ, перед вплавлением ее в слой волокна.
Слоистый материал может включать вторую пленку СЭВС, вплавленную в слой волокна, с противоположной стороны слоя волокна, где СЭВС второй пленки СЭВС также находится в прямом контакте со слоем армирующих волокон. В данном случае слой армирующих волокон расположен между первой и второй пленками, выполненными из этиленвинилового спирта, СЭВС, которые вплавлены в слой волокна с обеих сторон.
СЭВС имеет очень низкую газопроницаемость по гелию, который широко применяют. Он является стойким к УФ-излучению и озоностойким. Кроме того, он является термосвариваемым. Утверждение известного уровня техники о плохой гибкости при низких температурах экспериментально не было подтверждено, при использовании по отдельности или при использовании в слоистых материалах, снабженных СЭВС в качестве газонепроницаемого слоя.
Для материала корпуса первую СЭВС пленку наплавляют на слой волокна и, по меньшей мере, частично вплавляют внутрь его с одной стороны, и возможно вторую СЭВС пленку наплавляют на слой волокна и, по меньшей мере, частично вплавляют внутрь его с противоположной стороны слоя волокна.
- 2 036839
Такого сплавления достигают посредством прессования при нагревании слоев. В качестве примера используют температуру 175-180°С. В слоистом материале, как описано ниже, пленка СЭВС служит не только в качестве клеящего вещества для соединения слоев друг с другом, но также действует как барьер для газа. Таким образом, она служит в качестве многофункционального слоя.
Для обеспечения высокой прочности и небольшой массы слоя армирующего волокна (АВ) жидкокристаллические волокна являются хорошим выбором, например поли[п-фенилен-2,6-бензобисоксазол], ПБО. Такие волокна имеются в продаже под торговым наименованием Zylon®, как уже описано выше.
Чтобы оптимизировать прочность и/или однородность, в некоторых случаях предпочтительно включать по меньшей мере один из следующих типов волокна: крученое волокно, замасленное волокно и волокно, которое одновременно скручено и замаслено. Возможно, замасленное волокно способствует дополнительному связыванию слоев, особенно если замасленный материал совместим с клеевым слоем. Примерами замасленного материала является ПВА (поливинилацетат) волокно. Другим примером является волокно, продаваемое под торговой маркой Exceval. Например, замасливания волокна достигают посредством нанесения замасливателя в качестве агента для финишной обработки при прядении волокна.
Подходящим замасливателем является поливиниловый спирт. Такой замасливатель промышленно выпускает, например, японская компания Kuraray® Co, Ltd. Также в экспериментах с хорошими результатами использовали гидрофобно-модифицированный поливиниловый спирт торговой марки Exceval™ от Kuraray®. Такие замасливатели на основе поливинилового спирта являются высокоэластичными, химически стойкими и оказались совместимыми с СЭВС. Экспериментально показано, что поливиниловый спирт упрочняет нити Zylon®. Это также обеспечило лучшую адгезию между тканью и СЭВС.
Например, первая совокупность волокон в слое волокна, возможно, жидкокристаллические волокна, скручена, тогда как вторая совокупность волокон в слое волокна, возможно, жидкокристаллические волокна, не скручена.
В некоторых воплощениях две совокупности волокон ориентированы в различных направлениях. Например, первая совокупность волокон, ориентированная в первом направлении, скручена, а вторая совокупность волокон, ориентированная во втором направлении, не скручена. Например, первое и второе направления расположены под углом по меньшей мере 30°, например 45°, возможно, перпендикулярно. Хороших результатов достигают с помощью крученого волокна, имеющего степень крутки от 30 до 50 витков на метр.
Возможно использование сбалансированных и несбалансированных волокнистых слоев. В некоторых воплощениях волокна во второй совокупности волокон по меньшей мере в два раза толще, чем в первой совокупности волокон. В некоторых воплощениях первая совокупность волокон имеет первую плотность нити, а вторая совокупность волокон имеет вторую плотность нити, которая отличается от первой плотности нити по меньшей мере в два раза.
Для летательного аппарата легче воздуха, для которого масса имеет решающее значение, были получены экспериментальные результаты для слоя волокон массой от 40 до 70 г/м2.
Например, толщина слоя СЭВС составляет от 10 до 20 мкм.
Предпочтительно слоистый материал включает многофункциональный слой, наплавленный на первый слой СЭВС, где стойкий к атмосферным воздействиям слой включает металлизированную полимерную пленку, содержащую один слой металла только с одной стороны или, в качестве альтернативы, с обеих сторон полимерной пленки. В случае, когда стойкий к атмосферным воздействиям слой содержит только один металлический слой, предпочтительно он ориентирован металлическим слоем к СЭВС и наплавлен на первый слой пленки СЭВС. Таким образом, он защищен направленным наружу полимером, например полиимидом, стойкого к атмосферным воздействиям слоя. Такой стойкий к атмосферным воздействиям слой доложен защищать корпус от химически активного озона и других химических воздействий, а также должен защищать слой армирующего волокна от УФ-излучения. Как указано выше, ПБО, например Zylon® очень быстро разлагается в УФ-свете. Кроме того, он действует как дополнительный барьер для газа. Хорошим претендентом для полимера в стойком к атмосферным воздействиям слое является полиимид, ПИ. Примером альтернативного материала для этой цели является поливинилфторид, ПВФ. Например, толщина стойкого к атмосферным воздействиям слоя составляет от 10 до 20 мкм.
Следует отметить, что направленный наружу полимерный слой также используют для создания прочных связей между соседними слоистыми материалами.
Несмотря на то, что СЭВС является хорошим барьером для газа, газонепроницаемость можно улучшит посредством добавления металлизированного газобарьерного слоя в слоистый материал с внутренней стороны корпуса, которая является противоположной стороне со стойким к атмосферным воздействиям слоем. Для данной цели металлизированный газобарьерный может быть направлен на вторую пленку СЭВС. В качестве металлизированного полимерного пленочного слоя можно использовать полиэтилентерефталат, ПЭТ, например ПЭТ слой толщиной от 4 до 8 мкм.
В экспериментах было показано, как также описано более подробно ниже, что газонепроницаемый и стабильный слоистый материал может быть получен с массой от 90 до 110 г/м2. Например, экспериментально установлено, что отношение прочности к массе слоистого материала превышает 890 кНм/кг.
- 3 036839
В некоторых воплощениях слой волокна представляет собой тканый слой с основой и утком. Для удлиненных аэростатов необходимая прочность корпуса в поперечном направлении выше, чем в продольном направлении. Соответственно основа и уток, возможно, имеют нити различной толщины и/или плотности. Когда используют слой не перевитого волокна, он состоит из множества рядов с однонаправленными нитями, причем различные ряды имеют различное направление нитей, например перпендикулярные направления. Кроме того, в данном случае нити в одном направлении предпочтительно толще и/или плотнее, чем во втором направлении, для оптимизации прочности без добавления излишней массы.
Было обнаружено, что пригодны для применения как сбалансированные, так и несбалансированные структуры. Выбор сбалансированных и несбалансированных структур зависит от цели. Например, может быть необходима более высокая прочность в одном направлении по сравнению с другим. Это актуально для стабильности формы корпуса, а также для минимизации массы, так как несбалансированные структуры обычно имеют более высокий потенциал для оптимизированных отношений прочность/масса, ввиду того, что усилие, передаваемое ткани, в продольном направлении отличается от усилия в поперечном направлении из-за удлиненной формы корпуса.
Как видно из вышесказанного, слоистый материал включает многочисленные слои, сочетание которых является многофункциональным. Функции включают защиту от УФ-излучения, видимого света, озона, синглетного кислорода и тепла. Наружный слой также обеспечивает управление тепловым процессом посредством обеспечения низкой теплоотдачи.
Для диапазонов от первого до второго значения первое и второе значения могут быть включены в данный диапазон.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение описано более подробно со ссылками на чертежи, где:
на фиг. 1 представлено схематическое изображение слоистого материала корпуса;
на фиг. 2 представлено схематическое изображение альтернативного слоистого материала корпуса;
на фиг. 3 представлен слой армирующего волокна (АВ): а) 2 перекрестных ряда не перевитых волокон и б) тканый; в) 3 не перевитых ряда;
на фиг. 4 представлен опытный образец Р3: а) схематическое изображение и б) фотографии снаружи и внутри;
на фиг. 5 представлен опытный образец Р4: а) схематическое изображение и б) фотографии снаружи и внутри;
на фиг. 6 представлен опытный образец Р9: а) схематическое изображение и б) фотографии снаружи и внутри;
на фиг. 7 представлен опытный образец Р10: а) схематическое изображение и б) фотографии снаружи и внутри;
на фиг. 8 представлено сравнение прочности и массы опытных образцов новых слоистых материалов и слоистых материалов, разработанных в других исследованиях;
на фиг. 9 представлено сравнение отношения прочности к массе опытных образцов новых слоистых материалов и слоистых материалов, разработанных в других исследованиях;
на фиг. 10 представлено сравнение прочности на растяжение опытных образцов до и после термического воздействия и ускоренного УФ-Вид атмосферного воздействия;
на фиг. 11 представлены потери прочности после термического воздействия и ускоренного УФ-Вид атмосферного воздействия;
на фиг. 12 представлена схематическое изображение образца с надрезом для испытаний на разрыв;
на фиг. 13 представлена зависимость нагрузка-растяжение для опытного образца Р4, подвергнутого воздействию постоянной нагрузки 1250 Н;
на фиг. 14 представлен опытный образец Р12, схематическое изображение;
на фиг. 15 представлен опытный образец Р13, схематическое изображение;
на фиг. 16 представлен опытный образец Р14, схематическое изображение;
на фиг. 17 представлены ДМА измерения для а) пленки СЭВС, б) майларовой пленки, в) ПИ пленки, д) основы опытного образца Р4.
Подробное описание изобретения/предпочтительное воплощение
Для обеспечения тонкого и легкого слоистого материала корпуса, который в то же время является газонепроницаемым, стойким к ультрафиолетовому излучению, термостойким и химически стойким, особенно к синглетному кислороду и озону, была использована следующая базовая схема, которая проиллюстрирована на фиг. 1. Несущий нагрузку слой армирующего волокна (АВ) расположен между двумя клеевыми слоями, которые используют для соединения АВ с другими слоями, например с внешним слоем корпуса, далее называемым стойким к атмосферным воздействиям слоем, и возможным внутренним слоем корпуса в качестве барьера для газа. В частности, клеевые слои выполнены в виде эффективного барьера для газа с низкой газопроницаемостью. Например, клеевые слои являются основными газобарьерными слоями, так что общая газопроницаемость клеевых слоев меньше, чем газопроницаемость остальных слоев. Такое сочетание функций адгезивной способности и низкой газопроницаемости является нетрадиционным. В отличие от этого в известном уровне техники существуют специальные основные
- 4 036839 газобарьерные слои, отличные от клеевых слоев, которые имеют более низкую газопроницаемость, чем клеевые слои. В этом контексте газопроницаемость касается газа внутри корпуса, обычно гелия или водорода.
В качестве примера, более подробно представленного на фиг. 1, волокнистый несущий нагрузку слой расположен между двумя слоями СЭВС, которые не только работают как газовые барьеры, но также их используют для выполнения роли клеящего вещества для возможных дополнительных слоев, особенно внешнего слоя корпуса, далее называемого стойким к атмосферным воздействиям слоем, и возможного внутреннего слоя корпуса, служащего в качестве дополнительного барьера для газа. Дополнительными функциями слоев, особенно стойкого к атмосферным воздействиям слоя, являются защита от УФ-излучения, видимого света, озона, синглетного кислорода и тепла.
Несмотря на то, что используют два слоя пленки СЭВС в способе оптимизации, полагают, что один слой СЭВС, вплавленный в слой волокна, также будет более предпочтительным, чем известные слоистые системы.
Вариант конструкционного решения фиг. 1 представлен на фиг. 2. В данном случае слоистый материал не содержит какого-либо отдельного внутреннего слоя, выполняющего роль первичного барьера для газа. Вместо этого внутреннюю поверхность слоистого материала металлизируют после формирования слоистого материала. Применение СЭВС в качестве клеящего материала с низкой газопроницаемостью и металлизация внутренней поверхности приводят к превосходным газобарьерным свойствам слоистого материала. Исключение газобарьерного слоя снижает общую массу слоистого материала, при этом на прочность при растяжении слоистого материала это не влияет.
Далее описаны материалы, а также способы получения в связи с экспериментами, которые осуществляли при оптимизации слоистого материала корпуса.
Выбор волокна.
Чтобы одновременно оптимизировать низкую массу и высокую прочность, преимущественно используют волокна высокой прочности. Примером предпочтительного материала для волокнистого несущего нагрузку слоя являются кристаллические волокна ПБО (кристаллический полиоксазол, поли(пфенилен-2,6-бензобисоксазол), более конкретно марки Zylon®, поскольку данные волокна имеют особенно высокую прочность и удельный модуль упругости среди промышленно выпускаемых высококачественных волокон. Кроме того, данные волокна обладают высоким сопротивлением удлинению при ползучести. Следовательно, волокна Zylon® выбрали для армирования волокнами в слоистом материале, используемом в экспериментах. Однако известно, что ПБО очень подвержен фотодеструкции. Присутствие влаги и кислорода ускоряет фотодеструкцию, поэтому необходимо найти защитный механизм.
Для армирующего слоя могут быть использованы как сбалансированные, так и несбалансированные структуры. В некоторых воплощениях выбирают несбалансированные структуры для обеспечения различной прочности в продольном направлении и в направлении по окружности летательного аппарата легче воздуха (ЛВ).
Волокно Zylon® с номером нити 99 денье, 150 денье и 250 денье выпускает Toyobo Co., Ltd. Для поставленных волокон, которые имели нулевую степень крутки (некрученые), определяли прочность при растяжении. Средняя прочность при растяжении крученых волокон с номером нити 99 денье и 250 денье составляла 35,5 г-сила/денье, (4,8% кв; кв=коэффициент вариации) и 34,9 г-сила/денье (3,0% кв) соответственно. Осознавая тот факт, что придание волокну оптимальной степени крутки (коэффициент крутки) позволяет обеспечить наибольшую прочность при растяжении, осуществляли ряд испытаний для определения оптимального коэффициента крутки и соответственно наибольшей прочности при растяжении, достигаемой для волокон Zylon® с номером нити 99 денье и 250 денье. Коэффициент крутки (КК), который зависит как от количества витков (число витков на дюйм, в/д; число витков на метр, в/м; 1 в/д=39 в/м), так и от номера нити, рассчитывают, используя формулу КК=0,124-в/д-дтекс0,5, где дтекс является единицей измерения номера нити, также называемой линейной плотностью нити (1 денье равен 0,9 дтекс).
Волокна с 99 денье (110 дтекс) и 250 денье (278 дтекс) скручивали с различным количеством витков (в/д, в/м) и исследовали их прочность при растяжении. Результаты, сведенные в табл. 1, показывают, что прочность при растяжении как волокон с 99 денье, так и волокон с 250 денье, является самой высокой для коэффициента крутки 10, который соответствует 7,69 в/д (или 303 витков на метр, в/м) для волокон 99 денье и 4,84 в/д (или 190 в/м) для волокон 250 денье.
Таблица 1
Коэффициент крутки Номер нити, дтекс Число витков на дюйм, в/д Прочность, грамм-сила/денье Пик зависимости деформации от напряжения, %
ср. кв, % ср. кв, %
10,00 99 7,69 40,6 3,3 3,9 9,6
13,21 99 10,06 39,9 3,1 3,8 2,1
9,19 250 4,45 37,5 2,7 3,6 -0
10,00 250 4,84 39,0 1,5 3,7 3,0
11,55 250 5,59 38,0 3,5 3,7 3,7
13,13 250 6,35 38,9 1,4 3,8 -0
- 5 036839
Конфигурация армирования волокнами.
В экспериментах для несущего нагрузку слоя использовали несколько принципиальных схем. Одним слоем армирующих волокон был слой, состоящий из двух перекрестных рядов не перевитых волокон, как показано на фиг. 3 а, а другой представлял собой тканый слой армирующего волокна, как показано на фиг. 3b. Третья принципиальная схема с рядами армирующих волокон 90/±45° представлена на фиг. 3с.
Выбор пленки для получения слоистого материала.
СЭВС (сополимер этиленвинилового спирта) имеет очень низкую проницаемость для газа, особенно для Не, и поэтому он является хорошим кандидатом для клеевого слоя.
Хорошим кандидатом для внешнего стойкого к атмосферным воздействиям слоя, защищающего от внешней атмосферы, был найден ПИ (полиимид), хотя также возможны другие полимеры, например поливинилфторид (ПВФ). Предпочтительно внешний стойкий к атмосферным воздействиям слой металлизирован для отражения излучения и тепла. Чтобы защитить металл от повреждений, металлическое покрытие обращено внутрь, располагаясь между полимером стойкого к атмосферным воздействиям слоя и СЭВС. Таким путем полимер защищает металл от коррозионной среды в стратосфере.
В качестве альтернативы стойкий к атмосферным воздействиям слой металлизирован с обеих сторон. Если стойкий слой к атмосферным воздействиям металлизирован с обеих сторон или его металлизированная сторона подвергается воздействию окружающей среды, тогда он преимущественно защищен коррозионно-стойким покрытием.
В некоторых воплощениях внутренний барьер для газа добавляли на сторону многослойной структуры, противоположную стороне стойкого к атмосферным воздействиям слоя, при этом слой барьера для газа представлял собой металлизированную пленку из полиэтилентерефталата (ПЭТ), например Mylar®.
Ламинирование осуществляли для слоев размером 7,5x7,5 дюйма (19x19 см) при давлении 285 фунтов/кв. дюйм=1965 кПа между двумя стационарными алюминиевыми пластинами при температуре 175178°С в течение 15 мин, причем наилучшие результаты ламинирования слоев получены для верхнего предела температурного интервала. Данные образцы предназначены для использования в различных видах испытаний, как описано далее.
Однако возможны различные сочетания температуры и времени выдержки. В других экспериментах хорошие результаты получили при более низком давлении и меньшем времени выдержки при более высоких температурах в пределах 180-200°С. Например, температуру 196°С использовали в течение 2 с при давлении 60 фунтов/кв. дюйм=414 кПа.
Измерения прочности.
Измерения прочности при растяжении осуществляли в соответствии со стандартным методом испытания на разрывную нагрузку и удлинение текстильных материалов (метод зажима полоски образца по всей ширине) ASTM D5035. Значения прочности при растяжении представлены в Н/см и граммсила/денье (мН/текс=88,3 грамм-сила/денье). Прочность при растяжении в Н/см представляет собой прочность образца на единицу ширины в см. Прочность при растяжении в грамм-сила/денье представляет собой прочность образца на общую линейную плотность в денье волокон в направлении нагрузки. Прочность при растяжении в грамм-сила/денье используют в качестве стандартизованного критерия для определения того, какая часть прочности волокон переходит в прочность ламинированных/неламинированных армирующих волокон.
Для несбалансированных структур, как описано далее более подробно, расчетная прочность при растяжении (рассчитанная, исходя из прочности волокон и конструкционных параметров армирования волокном) составляла 1033 и 516 Н/см в направлении основы и утка соответственно. В общем, прочность при растяжении в направлении основы всех образцов (за исключением случая ламинированного тканого армирования волокнами) была близка к 1000 Н/см, тогда как в направлении утка прочность для всех образцов составляла более 500 Н/см. Соответствующие значения параметров в пересчете на граммсила/денье находились в пределах 31-35.
Эксперименты также осуществляли для сбалансированных тканых структур на основе волокон Zylon® в ткани. Волокна Zylon® 99 денье слабой крутки (3-5 в/д) и с плотностью 46-50 н/д (приблизительно 18-20 нитей на см) использовали как для основы, так и для утка в полотняном переплетении. Волокна Zylon® замасливали с помощью поливинилового спирта. Прочность при растяжении составляла от 520 до 615 Н/см и от 28 до 34 грамм-сила/денье в направлениях основы и утка, и удлинение при разрыве составляло 2,9-3,2%. Эти результаты также очень хороши для требуемой цели, поскольку это были значения для ткани, а не для всего слоистого материала. Далее более подробно приведены данные измерений.
Таким образом, было показано, что как сбалансированные, так и несбалансированные структуры с высокой прочностью волокон являются весьма полезными.
Пример 1-Р3.
На фиг. 4а показано конкретное воплощение слоистого материала, схематическое изображение которого показано на фиг. 2. Слева на чертеже показана масса каждого слоя в граммах на квадратный метр (г/м2), а толщина в микрометрах показана справа. Фотографии полученных слоистых материалов показа
- 6 036839 ны на фиг. 4b.
Схематическая структура данного опытного образца слоистого материала, в эксперименте обозначенного Р3, включает несбалансированную не перевитую структуру (состоящую из двух рядов) с перекрестным расположением волокон в качестве армирования волокном. Структура содержит волокна Zylon® 250 денье в направлениях 90 и 0°. Масса основы структуры составляет 48 г/см2 при плотности 30 н/д (30 нитей на дюйм, что приблизительно составляет 12 нитей на см) в направлении 90° и 15 н/д (приблизительно 6 нитей на см) в направлении 0°, таким образом, в результате в направлении 90° получают более высокую прочность, чем в направлении 0°. Опытный образец включает три слоя пленки СЭВС, которая позволяет обеспечить превосходную адгезию и газобарьерные свойства. Расчетная и измеренная масса данного опытного образца слоистого материала составила 111 и 109 г/см2 соответственно.
Пример 2-Р4.
На фиг. 5 а показано конкретное воплощение слоистого материала, схематическое изображение которого представлено на фиг. 1. Слева на чертеже показана масса каждого слоя в граммах на квадратный метр (г/м2), а толщина в микрометрах показана справа. Фотографии полученных слоистых материалов показаны на фиг. 5b.
Схематическая структура данного опытного образца слоистого материала, в эксперименте обозначенного Р4, включает несбалансированную не перевитую структуру (состоящую из двух рядов) с перекрестным расположением волокон в качестве армирования волокном. Структура содержит волокна ПБО 250 денье в продольном и поперечном направлениях. Масса основы структуры составляет 48 г/см2 при плотности 30 н/д (приблизительно 12 нитей на см) в направлении 90° и 15 н/д (приблизительно 6 нитей на см) в направлении 0°. Чтобы достичь более низкой массы слоистого материала, в структуре используют два слоя пленки СЭВС и нижний слой из тонкой металлизированной ПЭТ пленки (Mylar®), которая служит в качестве слоя первичного барьера для газа. Расчетная и измеренная масса данного опытного образца слоистого материала составила 103 г/см2.
Пример 3-Р9.
На фиг. 6а показано конкретное воплощение слоистого материала, схематическое изображение которого показано на фиг. 1. Слева на чертеже показана масса каждого слоя в граммах на квадратный метр (г/м2) и толщина в микрометрах показана справа. Фотографии полученных слоистых материалов показаны на фиг. 6b.
Схематическая структура данного опытного образца слоистого материала, в эксперименте обозначенного Р9, включает несбалансированный тканый материал в качестве армирования волокном. Тканый материал содержит скрученные волокна Zylon® 99 денье со степенью крутки 40 в/м в направлении основы и нескрученные волокна Zylon® 250 денье в направлении утка соответственно. Масса основы ткани составляет 50 г/см2 при плотности 40 н/д (приблизительно 16 нитей на см) в направлении основы и 30 н/д (приблизительно 12 волокон на см) в направлении утка. Как и в опытном образце Р4, нижний слой представляет собой тонкую металлизированную ПЭТ пленку (Mylar®), которая служит в качестве слоя первичного барьера для газа. Хотя температура 175°С ламинирования обеспечивала удовлетворительную адгезию между слоями, повышение температуры ламинирования до 178°С улучшало адгезию между слоями. Расчетная и измеренная масса данного опытного образца слоистого материала составила 105 г/см2.
Пример 4-Р10.
На фиг. 7а показано конкретное воплощение слоистого материала, схематическое изображение которого показано на фиг. 1. Слева на чертеже показана масса каждого слоя в граммах на квадратный метр (г/м2), а толщина в микрометрах показана справа. Фотографии полученных слоистых материалов показаны на фиг. 7b.
Схематическая структура данного опытного образца слоистого материала, в эксперименте обозначенного Р10, включает несбалансированный тканый материал в качестве армирования волокном. В отличие от опытного образца Р9 в опытном образце Р10 используют тканый материал с волокном Zylon® 99 денье со степенью крутки 40 в/м в направлении основы и нескрученные волокна Zylon® 99 денье в направлении утка соответственно. Масса основы ткани составляет 50 г/см2 при плотности 40 н/д (приблизительно 16 нитей на см) в направлении основы и 75 н/д (приблизительно 30 нитей на см) в направлении утка. Ожидается, что более высокое значение плотности н/д (число нитей на дюйм) в направлении утка позволит сформировать более стабильную структуру ткани с более гладкой текстурой поверхности. В начальных экспериментах использовали температуру 175°С, однако это привело к плохому качеству ламинирования со слабой адгезией металлизированной ПИ пленки. Повышение температуры ламинирования до 178°С улучшило качество ламинирования, но адгезия была не такой хорошей как в случае опытного образца Р9, но все же удовлетворительной. Расчетная и измеренная масса данного опытного образца слоистого материала составила 105 г/см2.
Газобарьерные свойства.
Результаты испытаний на проницаемость по гелию (табл. 2) показывают, что как опытный образец Р3, так и опытный образец Р4 слоистого материала имеют значительно более низкую проницаемость по
- 7 036839 гелию, чем целевое значение 132 см3/м2 сутки атм, причем опытный образец Р4 слоистого материала имеет значительно более низкую проницаемость по гелию по сравнению с опытным образцом Р3. Более низкая проницаемость опытного образца Р4 обусловлена присутствием металлизированного слоя
Mylar®, который также позволил снизить общую массу опытного образца Р4.
Таблица 2
Опытный образец слоистого материала Масса слоистого материала, г/см2 Газопроницаемость (Не), см3/м2 сутки атм
РЗ 109 23
Р4 103 8
Учитывая одинаковые схемы нанесения слоев, ожидали, что значения проницаемости по гелию для опытных образцов Р9 и Р10 будут такими же, как значения проницаемости опытного образца Р4, который по газопроницаемости был предпочтительным по сравнению с Р3.
Прочность слоистого материала.
Прочность при растяжении в направлении основы и утка опытных образцов Р4, Р9 и Р10 слоистых материалов показана в табл. 3. Прочность при растяжении одного из испытываемых опытных образцов Р3 составила 1086 Н/см.
Таблица 3
Опытный бразеи слоист, матер. Масса слоист, матер, г/см' Прочность при растяжении. Н/см Прочность при растяжении, грамм-сила/денье Удлинение при разрыве, %
Основа Уток Основа Уток Основа Уток
ср. кв% ср. кв% ср кв% ср кв% ср кв% ср кв%
Р4 103 945,4 5,5 507,8 7,9 32,1 5,7 35,3 5,0 3,17 7,3 2,91 5,0
Р9 105 486,9 6,0 970,8 3,7 32,0 5,5 32,9 4,5 3,01 7,8 3,29 8,8
РЮ 105 476,8 - 956,4 - 30,7 - 33,3 - 2,68 - 3,41 -
Оцененные прочности при растяжении, рассчитанные исходя из прочности волокон и конструкционных параметров армирования волокном, составляют 1033 и 516 Н/см в двух направлениях. Измеренная прочность при растяжении опытных образцов была несколько ниже, чем расчетные значения. Более низкая прочность при растяжении по сравнению с расчетной прочностью при растяжении связана с экспериментальным приготовлением опытных образцов слоистого материала вручную, при котором может происходить неполное выравнивание нитей и неравномерное натяжение нитей. Такие несовершенства приводят к неравномерному распределению нагрузки между несущими нитями, что в конечном итоге приводит к преждевременному разрыву образцов во время испытания на растяжение. Полагают, что прочности на растяжение улучшаться и будут близки к теоретическим значениям при получении слоистых материалов в ходе крупносерийного производства на предназначенном для этого оборудовании. Однако отмечают, что экспериментальные значения отклоняются менее чем на 10% от теоретических значений, что является весьма удовлетворительным результатом.
Сравнение с другими исследованиями.
Сравнение прочности и массы опытных образцов новых слоистых материалов и слоистых материалов, разработанных в ходе других исследований, опубликованных в литературе, показаны на фиг. 8. Ссылки представлены в конце данного раздела в связи с табл. 4.
Сравнение отношения прочности к массе нового слоистого материала со слоистыми материалами, разработанными в ходе других исследований, показано на фиг. 9. Опытные образцы новых слоистых материалов не только значительно легче любых других слоистых материалов с аналогичной прочностью при растяжении, но и значительно прочнее любого слоистого материала с аналогичной массой. Отношения прочности к массе опытных образцов новых слоистых материалов выше, чем у всех слоистых материалов, разработанных в ходе других исследований.
Как видно из этого сравнения, прочность слоистых материалов Р3, Р4, Р9 и Р10 очень высока по сравнению с массой, что делает их весьма пригодными для использования в летательных аппаратах легче воздуха. Однако следует отметить, что превосходное отношение прочности к массе, показанное на фиг. 9, может быть масштабировано для более толстых слоистых материалов, что также позволяет слоистым материалам примеров по изобретению превосходить слоистые материалы, которые имеют более высокую общую прочность на фиг. 8.
- 8 036839
Таблица 4
№ Организация/ исследование Примечания Описание материала Прочность Н/см Масса г/см2 Отношение прочность-масса кН, м/кг
1 2 3 4 5 6 7
Al Разработка материала оболочки высокой удельной прочности1 «Ζ500-100» означает, что используют волокно Zylon 500 денье при плотности 100 г/см Z500-100PU-XL 1300 244 533
A2 Z250-94PU-XL 1240 235 528
A3 Z250-79PU-XL 1100 226 487
A4 Z250-47PU-XL 615 193 319
A5 Z250-47PU 610 164 372
A6 Z250-40PU 510 154 331
Bl Разработка материала оболочки высокой удельной прочности1 ВЗ, В5 разработаны. В1, В2, В4 готовы к поставке V: вектран, PU: полиуретан, РЕ: полиэтилен, XL: СЭВС, XLA: СЭВС склеенный с алюминием V-PU-XL 610 198 308
B2 V100-31PE-XLA 620 150 413
B3 V-PU-XL 350 111 315
B4 V200-102PU-XL 1060 274 387
Cl Разработка материала оболочки высокой удельной прочности1 А1-А6 модифицированы в эту категорию; ТА: тедлар с нанесенным алюминием, Т: тедлар, Z: Zylon, PU А: полиуретан с нанесенным алюминием TA-Z250-110PU 1327 198 670
C2 T-Z250-110PU 1313 225 584
DI Разработка материала оболочки высокой удельной прочности1 Z250-110UA-XLD 1337 163 820
D2 Z25O11OPU-XLD 1350 171 789
1 El E2 E3 E4 Fl F2 F3 F4 2 Разработка материала оболочки высокой удельной прочности1 Разработка материала оболочки высокой удельной прочности1 3 Применение для внутренней оболочки аэростата или для легковесных конструкций, N: нейлон, К: кевлар, Н: Hydrel, MI: Mietron Толстые волокна Zylon, расположенные между двумя пленками Mylar 4 N30-40PU-XLD K200-H-MI V-H-MI Z-H-MI Z500-37M Z1000-74M Z1500-111M Z1000-44M Ί 5 105 450 500 440 680 1220 1800 770 аблица 4 г 6 78 130 104 117 161 198 236 170 гродолжение 7 135 346 481 376 422 616 763 453
F5 Z1500-67M 1090 193 565
F6 Z2000-89M 1400 210 667
G1 Japan Aerospace Exploration Agency (J AXA)2·-’’4 Подходит для действующего дирижабля (общая длина 250м) AL-PVF+PU + ткань Zylon + PU 1310 203 645
Hl Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)4·5'6 Дирижабль «образец для демонстрации технических усовершенствований »(общая длина 150 м) AL-PVF+PU + ткань Zylon + PU 993 157 632
Таблица 4 продолжение
1 2 3 4 5 6 /
Л Cubic Tech Corp' Плотный материал, не перевитый Zylon Zylon FR (349 г/см2) 2833 - -
J2 Cubic Tech Corp' Ткань средней плотности не перевитый Вектран Vectran FR (139 г/см2) 916 - -
К1 Kang и др. 20068 Тканый материал Вектран Vectran FR (109) + PU покрытие + PVF + PU пленка 883 220 401
L1 Gu 2007* Оболочка дирижабля Lindstrand HALE Vectran FR 1460 295 495
L2 Gu 2007* Оболочка стратосферного дирижабля (общая длина 200 м) не определено 1360 210 648
Ml Cao & Gao 200910 Zylon гладкое переплетение (основа) РВО FR (87) + PVF (52) + PU (25*2)+ PU покрытие (5-8) 1013 189 536
Zylon гладкое переплетение (уток) 1281 678
N1 Li и др. 201011 Zylon гладкое переплетение (основа) 990 денье РВО (78) + РЕТ (40) + PVF (30) +PU (30) 1578 178 887
Zylon гладкое переплетение (уток) 1356 762
Ссылки к табл. 4.
1. Kamatsu, K., Sano, M. and Kakuta, Y., Development of High Specific Strength Envelope Material, AAIA 3rd Annual Aviation Technology, Integration and Operations (ATIO) Tech, Nov 17-18 2003, Denver, Colorado.
2. Sasaki Y., Eguchi, K., Kono T. and Maekawa, S., Scenario for Development of the SPF Airship Technology Demostrator, The Fifth Stratospheric Platform Systems Workshop, Feb 23-24, 2005, Tokyo, Japan.
3. Maekawa S., On the Design Issue of a Stratospheric Platform Airship Structure NAL TM-722, National Aerospace Laboratory of Japan, May 2003.
4. Maekawa, S. and Yoshino, T., Tear propagation of a High-Performance Airship Envelope Material, Journal of Aircraft, 45 (5), Sept-Oct 2008.
- 9 036839
5. Nkadate, M., Maekawa, S., Maeda T., Hiyoshi, M., Kitada, Т. and Segawa6, S. Reinforcement of an
Opening for High Strength and Light Weight Envelop Material Zylon 18th AIAA Lighter-Than-Air Systems
Technology Conference, May 4-7 2009, Seattle, Washington, USA.
6. Nakadate, M., Maekawa, S., Shibasaki, K., Kurose, T., Kitada, T. and Segawa, S. Development of High Strength and Light Weight Envelop Material Zylon 7th International Airship Convention 2008, Friedrichshafen Germany, Oct 9-11 2008.
7. High Strength-to-Weight Ratio Non-Woven Technical Fabrics for Aerospace Applications Cubic Tech Corp, 2009, Mesa, Arizona.
8. Kang, W., Suh, Y. and Woo, K. Mechanical property characterization of film-fabric laminate for stratospheric airship envelope Composite Structures, 75, pp. 151-155, 2006.
9. Gu Z., Research of Stratospheric Airships Skin Material' Spacecraft Recovery& Remote Sensing, 28(1), pp.62-66, 2007.
10. Cao, X., and Gao, C. Fabrication and Investigation of Envelope Materials for Stratospheric Aircraft with PBO Fabric as Load-carriers High-tech Fibre & Application, 34(4), pp.0-5, 2009.
11. Li B., Xing L., Zhou Z., Jiang S. and Chen X. Study on Mechanical Properties of High Performance Envelope Materials Material Engineering, pp. 1-5, 2010.
Влияние теплового и УФ-Вид атмосферного воздействия.
Опытные образцы Р4, Р9 и Р10 слоистых материалов подвергали двум различным видам атмосферного воздействия. При одном атмосферном воздействии опытные образцы подвергали тепловому воздействию в течение 24 ч в печи при температуре 80°С. Другой вид атмосферного воздействия включал ускоренное воздействие УФ-спектра и спектра видимого излучения (УФ-Вид) от -275 до 700 нм в течение 170 ч (~ 60 суток воздействия в реальном времени на высоте 10 км). Опытные образцы подвергали воздействию в везерометре Atlas Ci 3000+ (www.atlas-mts.com) при интенсивности излучения 1,1 Вт/м2 при 340 нм. В ходе УФ-Вид атмосферного воздействия температуру опытных образцов поддерживали приблизительно 80°С. Для УФ-вид атмосферного воздействия испытательные образцы устанавливали на металлические рамки и образцы с внутренней стороны (сторона Mylar®) покрывали двумя слоями черного картона для предотвращения воздействия на внутреннюю сторону. Затем рамки устанавливали на круглых рельсах внутри камеры выветривания везерометра Atlas Ci 3000+ так, что внутренняя сторона образцов была обращена к источнику УФ и видимого света.
Прочность при растяжении опытных образцов измеряли после каждого атмосферного воздействия. Потери прочности в процентах определяли следующим образом:
Потери прочности %=((Прочность при растяжении до воздействия - Прочность при растяжении после воздействия)/(ПрочностЬ при растяжении до воздействия)) х 100.
Эту величину использовали в качестве показателя для оценки термической деструкции и фотодеструкции.
Было обнаружено, что средняя прочность при растяжении до и после теплового воздействия и УФВид атмосферного воздействия статистически одинакова (статистический анализ проводили с использованием t-испытания при 95% уровне доверительной вероятности). Поэтому можно сделать вывод, что существует незначительная деструкция, вызываемая тепловым и УФ-Вид атмосферным воздействием. Важно отметить, что испытательные образцы, исследуемые до и после атмосферного воздействия, были взяты из разных дубликатов одного и того же опытного образцы. Из-за приготовления опытных образцов вручную существуют свойственные этому изменения в дубликатах, а также изменения среди различных дубликатов того же самого опытного образца. Некоторые испытательные образцы, подвергнутые воздействию тепла, показали более высокую прочность по сравнению с соответствующими не подвергнутыми воздействию опытными образцами, что указывает на вариабельность испытательных образцов. Графическое сравнение прочности на разрыв опытных образцов Р4, Р9 и Р10 до и после теплового воздействия и УФ-Вид атмосферного воздействия представлено на фиг. 10.
Потери прочности % в опытных образцах Р4, Р9 и Р10 после теплового воздействия и УФ-Вид атмосферного воздействия представлены на фиг. 11.
Было установлено, что средняя прочность при растяжении до и после теплового воздействия и УФВид атмосферного воздействия статистически одинакова (статистический анализ проводили с использованием t-испытания при 95% уровне доверительной вероятности). Поэтому можно сделать вывод, что существует незначительная деструкция, вызываемая тепловым и УФ-Вид атмосферным воздействием. Важно отметить, что испытательные образцы, исследуемые до и после атмосферного воздействия, были взяты из разных дубликатов одного и того же опытного образца, приготовления опытных образцов вручную, существуют свойственные этому изменения в дубликатах, а также изменения среди различных дубликатов того же самого опытного образца. Некоторые образцы, подвергнутые воздействию тепла, показали более высокую прочность по сравнению с соответствующими не подвергнутыми воздействию образцами, что указывает на вариабельность образцов.
Измерения прочности на разрыв.
Прочность на разрыв опытных образцов Р4 и Р9 измеряли с использованием метода испытания об- 10 036839 разца с надрезом MIL-C-21189. Схематическое изображение образца для испытаний на разрыв представлено на фиг. 12. Сделан надрез размером 3,17 см (1,25 дюйма) в центре образца, перпендикулярно направлению испытания. Образец шириной 10,16 см (4 дюйма) с рабочей длиной 7,62 см (3 дюйма) размещали между зажимами.
Прочность образца рассчитывали путем усреднения 5 самых высоких пиковых нагрузок в ходе испытания на разрыв. Три части образца исследовали в направлениях основы и утка. Результаты прочности на разрыв опытных образцов Р4 и Р9 представлены в табл. 5.
Таблица 5
Образец слоистого материала Прочность на разрыв, Н
Основа Уток
ср. кв% ср. кв%
П-4 330,7 9,5 403,5
П-9 290,0 6,6 533,7 5,2
Причина большего разрыва в направлении деформации опытного образца Р4 по сравнению с опытным образцом Р9 связана с разницей линейной плотности в денье нити основы, используемой для получения двух структур. В опытном образце Р4 использовали волокна 250 денье, в то время как в опытном образце Р9 использовали волокна 99 денье. Из литературы хорошо известно, что разрывная нагрузка увеличивается при увеличении тормозной нагрузки нити.
Сопротивление удлинению при ползучести.
Часть опытного образца Р4 шириной 2,54 см (1 дюйм) подвергали воздействию постоянной нагрузки 1250 Н в течение суток на нагрузочной рамке MTS (www.mts.com), при движении нагрузочной рамки в режиме контроля нагрузки. Рабочая длина испытательного образца составляла 76 мм (3 дюйма). Кривая нагрузка-растяжение испытаний представлена на фиг. 13. После мгновенного растяжения 1,6% образец Р4 показал очень небольшое удлинение при ползучести, составляющее 0,02%.
Альтернативные слоистые материалы.
На фиг. 14 и 15 показаны конкретные воплощения слоистого материала, схематическое изображение которого представлено на фиг. 2.
В схематической структуре опытного образца слоистого материала, в эксперименте обозначенного Р12 и представленного на фиг. 14, используют структуру из несбалансированных не перевитых волокон с поперечным расположением или несбалансированный тканый материал в качестве армирования волокнами. Структура массой 48 г/см2 выполнена из волокон ПБО. Внутреннюю поверхность слоистого материала (клеевой слой) металлизируют после формирования слоистого материала. Расчетная базовая масса опытного образца слоистого материала составляет 96 г/см2.
Используя вместо этого трехслойную не перевитую структуру, ожидали не только дополнительного снижения массы армирующих волокон, но и повышения прочности при растяжении слоистого материала. Пример опытного образца слоистого материала с трехслойным армированием волокном описан далее в связи с фиг. 15. В схематической структуре опытного образца слоистого материала, в эксперименте обозначенного Р13 и представленного на фиг. 15, используют трехслойную ткань (волокно 250 денье) с 15 н/д (приблизительно 6 нитей на см) в направлении 90° и 11 н/д (приблизительно 4 нити на см) в направлениях +/-45°. Три слоя расположены так, как показано на фиг. 3с. Масса структуры армирования волокном равна 41 г/см2. Подобно опытному образцу Р12, внутреннюю поверхность слоистого материала (клеевой слой) металлизируют после процесса ламинирования. Ожидают, что расчетная масса слоистого материала составит 89 г/см2. Ожидают, что расчетная прочность на растяжение опытного образца Р13 слоистого материала составит 1000 Н/см.
В схематической структуре опытного образца слоистого материала, в эксперименте обозначенного Р14 и представленного на фиг. 16, используют трехслойную структуру (волокно 250 денье) с 22 н/д (приблизительно 9 нитей на см) в направлении 90° и 16 н/д (приблизительно 6 нитей на см) в направлениях +/-45°. Масса структуры армирования волокном равна 59 г/см2. Три слоя расположены так, как показано на фиг. 3с. Подобно опытному образцу Р12, внутренняя поверхность слоистого материала (клеевой слой) металлизируют после процесса ламинирования. Ожидают, что расчетная масса слоистого материала составит 107 г/см2. Расчетная прочность при растяжении опытного образца Р13 слоистого материала по оценке составит 1550 Н/см. Согласно расчетам отношение прочность к массе будет близкой к 1400 кНм/кг, что значительно выше, чем у всех слоистых материалов, разработанных в ходе других исследований.
Измерения температурной стабильности.
Проводили динамо-механический анализ (ДМА) на ряде образцов в большом диапазоне температур, чтобы выяснить, могут ли низкие температуры влиять на гибкость материала. Диапазон температур составлял от -60 до 100°С. В данном интервале измеряли модуль потерь, связанный с неупругими свойствами, и энергию рассеивания, а также динамический модуль упругости, связанный с упругими свойствами, в МПа с помощью устройства для измерения ДМА Q800, изготовитель ТА Instruments, New Castle, DEI9720, США (www.TAInstruments.com). Кроме того, рассчитывали отношение между двумя парамет- 11 036839 рами, также называемое тангенс дельта. Измерения представлены на фиг. 17а, 17b и 17с.
Измерения представлены:
на фиг. 17а для образца пленки СЭВС размером 20x7x0,0130 мм;
на фиг. 17b для образца пленки Mylar размером 20x7x0,0050 мм;
на фиг. 17с для образца полиимидной (ПИ) пленки размером 23 x7x0,0130 мм;
на фиг. 17d для образца основы Р4 растяжение 3 размером 19x6x0,1020 мм.
Измерения показывают, что СЭВС, Mylar и ПИ пленки стабильны при низких температурах, без ослабления при низких температурах. Что касается СЭВС пленки, это оказалось неожиданным в свете статьи Zhai and Euler, описанной в разделе Уровень техники. Кривая тангенса дельта показывает фазовые переходы, которые в пленках при низких температурах, по-видимому, не происходят. В слоистых материалах опытного образца Р4 не наблюдали никаких признаков расслаивания и физического повреждения. Полагают, что нагрев материала до 180°С во время обработки приводит к сшиванию полимеров до их конечного состояния в материале, что является преимуществом в отношении стабильности.
Заключение.
Разработаны легкие слоистые материалы для корпуса летательного аппарата легче воздуха, которые обладают улучшенными свойствами. Новые опытные образцы слоистых материалов не только значительно легче, чем известные слоистые материалы с такой же прочностью при растяжении, но также и значительно прочнее, чем известные слоистые материалы с такой же массой. Удельная прочность (отношение прочность к массе) опытных образцов слоистого материала значительно выше, чем у известных на настоящий момент слоистых материалов. Опытные образцы слоистых материалов также обладают превосходной стойкостью к тепловой деструкции, фотодеструкции, химической стойкостью, особенно в отношении синглетного кислорода и озона, превосходными газобарьерными свойствами и превосходным сопротивлением удлинению при ползучести. Кроме того, наружная пленка/слой также обеспечивает превосходное управление тепловыми процессами, включая низкую теплоотдачу. Соответственно слоистый материал обладает многофункциональными свойствами на высоком уровне. Концепция структуры слоистого материала может быть использована для обеспечения более низкой или более высокой массы слоистых материалов при сохранении в значительной степени отношения прочности к массе.

Claims (24)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Летательный аппарат легче воздуха, включающий корпус, содержащий слоистый материал в качестве барьера для газа и несущей нагрузку конструкции, причем слоистый материал содержит слой армирующего волокна и первую пленку из этиленвинилового спирта, СЭВС, вплавленную в слой волокна на одной стороне слоя волокна, где СЭВС находится в прямом контакте со слоем армирующего волокна.
  2. 2. Летательный аппарат легче воздуха по п.1, в котором слой армирующего волокна включает волокна, выполненные из жидких кристаллов.
  3. 3. Летательный аппарат легче воздуха по п.2, в котором жидкий кристалл представляет собой поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазол), ПБО.
  4. 4. Летательный аппарат легче воздуха по п.2 или 3, в котором по меньшей мере часть жидкокристаллических волокон скручена.
  5. 5. Летательный аппарат легче воздуха по п.4, в котором скрученные жидкокристаллические волокна имеют степень крутки от 30 до 50 витков на метр.
  6. 6. Летательный аппарат легче воздуха по п.4 или 5, в котором слой волокна включает по меньшей мере первую совокупность волокон и вторую совокупность волокон, где волокна в первой совокупности волокон представляют собой скрученные жидкокристаллические волокна, ориентированные в первом направлении, а волокна во второй совокупности представляют собой нескрученные жидкокристаллические волокна, ориентированные во втором направлении, которое отличается от первого направления.
  7. 7. Летательный аппарат легче воздуха по п.6, в котором первое и второе направления находятся под углом по меньшей мере 30°.
  8. 8. Летательный аппарат легче воздуха по п.6 или 7, в котором первое и второе направления расположены перпендикулярно друг другу.
  9. 9. Летательный аппарат легче воздуха по любому из пп.6-8, в котором первая совокупность волокон имеет первую плотность нити, а вторая совокупность волокон имеет вторую плотность нити, которая отличается от первой плотности нити по меньшей мере в два раза.
  10. 10. Летательный аппарат легче воздуха по любому из предшествующих пунктов, в котором масса слоя волокна составляет от 40 до 70 г/см2.
  11. 11. Летательный аппарат легче воздуха по любому из предшествующих пунктов, в котором толщина первой пленки из СЭВС составляет от 10 до 20 мкм.
  12. 12. Летательный аппарат легче воздуха по любому из предшествующих пунктов, в котором слоистый материал включает стойкий к атмосферным воздействиям слой, наплавленный на первую пленку из СЭВС, где стойкий к атмосферным воздействиям слой включает металлизированную полимерную пленку.
    - 12 036839
  13. 13. Летательный аппарат легче воздуха по п.12, в котором металлизированная полимерная пленка включает слой металла, наплавленный на первый слой пленки из СЭВС.
  14. 14. Летательный аппарат легче воздуха по п.12 или 13, в котором толщина стойкого к атмосферным воздействиям слоя составляет от 10 до 20 мкм.
  15. 15. Летательный аппарат легче воздуха по любому из предшествующих пунктов, в котором с противоположной стороны слоя волокна в слой волокна вплавлена вторая пленка из СЭВС, при этом СЭВС второй пленки из СЭВС находится в прямом контакте со слоем армирующего волокна.
  16. 16. Летательный аппарат легче воздуха по п.15, в котором толщина второй пленки из СЭВС составляет от 10 до 20 мкм.
  17. 17. Летательный аппарат легче воздуха по любому из предшествующих пунктов, в котором слоистый материал включает металлизированный газобарьерный слой, наплавленный на вторую пленку из СЭВС с противоположной стороны слоистого материала относительно стойкого к атмосферным воздействиям слоя.
  18. 18. Летательный аппарат легче воздуха по п.17, в котором металлизированный газобарьерный слой включает металлизированную полимерную пленку, которая наплавлена на вторую пленку СЭВС, при этом слой металла расположен с противоположной стороны металлизированной полимерной пленки относительно второй пленки из СЭВС.
  19. 19. Летательный аппарат легче воздуха по п.18, в котором слой металлизированной полимерной пленки представляет собой слой полиэтилентерефталата, ПЭТ, толщиной от 2 до 6 мкм.
  20. 20. Летательный аппарат легче воздуха по любому из предшествующих пунктов, в котором слоистый материал имеет массу от 85 до 120 г/см2.
  21. 21. Летательный аппарат легче воздуха по любому из предшествующих пунктов, в котором отношение прочности к массе слоистого материала составляет более 890 кН-м/кг.
  22. 22. Способ получения слоистого материала для летательного аппарата легче воздуха по любому из предшествующих пунктов, включающий обеспечение слоя армирующего волокна и первой пленки из СЭВС с одной стороны слоя волокна или первой и второй пленок из СЭВС с каждой стороны слоя волокна и совместное прессование при нагреве слоев при температуре от 175 до 200°С для сплавления.
  23. 23. Слоистый материал для летательного аппарата легче воздуха по любому из пп.15-21, имеющий массу от 85 до 120 г/см2 и включающий слой армирующего волокна, выполненный из волокон поли[пфенилен-2,6-бензобисоксазола], причем масса слоя волокна составляет от 40 до 70 г/см2, и первую и вторую пленки из СЭВС толщиной 10-15 мкм, вплавленные в слой волокна с каждой стороны слоя волокна, и полиимидную пленку толщиной 10-15 мкм с металлизированной стороной, которая сплавлена с первым слоем из СЭВС.
  24. 24. Слоистый материал по п.23, дополнительно включающий слой металлизированной полимерной пленки толщиной 4-12 мкм, наплавленный на вторую пленку из СЭВС с противоположной стороны слоистого материала относительно стойкого к атмосферным воздействиям слоя.
EA201990896A 2016-10-24 2017-10-23 Летательный аппарат легче воздуха с корпусом, получение слоистого материала для такого корпуса и способ получения такого слоистого материала EA036839B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662411764P 2016-10-24 2016-10-24
PCT/EP2017/077009 WO2018077806A1 (en) 2016-10-24 2017-10-23 A lighter-than-air vehicle with a hull, a laminate for such hull and a method of production of such laminate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201990896A1 EA201990896A1 (ru) 2019-10-31
EA036839B1 true EA036839B1 (ru) 2020-12-25

Family

ID=60327272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201990896A EA036839B1 (ru) 2016-10-24 2017-10-23 Летательный аппарат легче воздуха с корпусом, получение слоистого материала для такого корпуса и способ получения такого слоистого материала

Country Status (28)

Country Link
US (1) US11285707B2 (ru)
EP (1) EP3529146B1 (ru)
JP (1) JP7110215B6 (ru)
KR (1) KR102431137B1 (ru)
CN (1) CN109963779B (ru)
AU (1) AU2017351564B2 (ru)
BR (1) BR112019008047B1 (ru)
CA (1) CA3041392C (ru)
CL (1) CL2019001067A1 (ru)
CO (1) CO2019004050A2 (ru)
DK (1) DK3529146T3 (ru)
EA (1) EA036839B1 (ru)
ES (1) ES2870528T3 (ru)
HR (1) HRP20210760T1 (ru)
IL (1) IL266137B (ru)
MX (1) MX2019004716A (ru)
MY (1) MY193212A (ru)
NZ (1) NZ753704A (ru)
PE (1) PE20191141A1 (ru)
PH (1) PH12019500857A1 (ru)
PT (1) PT3529146T (ru)
RS (1) RS61824B1 (ru)
SG (1) SG11201903319TA (ru)
SI (1) SI3529146T1 (ru)
TN (1) TN2019000128A1 (ru)
UA (1) UA124471C2 (ru)
WO (1) WO2018077806A1 (ru)
ZA (1) ZA201903039B (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2019387317B2 (en) * 2018-11-26 2023-12-07 Sceye Sa Graphene-oxide grafted pbo (zylon®) fibers; method for production and applications to airship hulls and lighter than air vehicles
CN113564937B (zh) * 2021-07-23 2023-07-21 中国乐凯集团有限公司 用于囊体材料的聚氨酯组合物及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070128963A1 (en) * 2005-08-23 2007-06-07 Vogt Kirkland W Flexible sheet-like composites
US20090042037A1 (en) * 2005-09-21 2009-02-12 Liggett Paul E Metallized Flexible Laminate Material for Lighter-Than-Air Vehicles

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3688000T2 (de) * 1985-05-16 1993-10-21 Chemfab Corp Ein Fluorpolymer enthaltende biegsame Verbundlaminate.
US5082721A (en) * 1989-02-16 1992-01-21 Smith Novis W Jr Fabrics for protective garment or cover
US6074722A (en) 1994-09-30 2000-06-13 Lockheed Martin Corporation Flexible material for use in an inflatable structure
MY113596A (en) 1995-04-11 2002-04-30 Daicel Chem Barrier composite films and method of producing the same
US6914021B2 (en) 1998-12-07 2005-07-05 Lockheed Martin Corporation Flexible wall material for use in an inflatable structure
JP4588156B2 (ja) 2000-02-29 2010-11-24 株式会社クラレ 積層シート
JP3698666B2 (ja) 2000-10-31 2005-09-21 東レ・デュポン株式会社 複合膜
US20030228821A1 (en) * 2002-06-06 2003-12-11 Reiyao Zhu Fire-retardant fabric with improved tear, cut, and abrasion resistance
US6979479B2 (en) 2003-03-14 2005-12-27 Lockheed Martin Corporation Flexible material for lighter-than-air vehicles
US20070281570A1 (en) * 2006-05-30 2007-12-06 Liggett Paul E Reduced weight flexible laminate material for lighter-than-air vehicles
US8399080B2 (en) 2006-06-07 2013-03-19 Toray Plastics (America), Inc. Lighter than air balloon made from a biaxially oriented polyester film
EP2142365A2 (de) 2007-04-28 2010-01-13 Kamal Alavi Flexibles mehrschichtiges material, vorzugsweise für eine aufblasbare ballonhülle, sowie ein verfahren zur herstellung einer aufblasbaren hülle
US8152093B2 (en) 2008-04-18 2012-04-10 Lockheed Martin Corporation Laminate structure with electronic devices and method
WO2011103452A1 (en) 2010-02-19 2011-08-25 Toray Plastics (America) , Inc. Multi-layer high moisture barrier polylactic acid film
DE102012006416A1 (de) * 2011-12-09 2013-06-13 Maria Soell High Technology Films Gmbh Metallschicht-freie Mehrschichtfolie mit geringem Flächengewicht
FR2993284B1 (fr) 2012-07-12 2015-02-20 Cie Chomarat Complexe textile de renforcement pour pieces composites, et pieces composites integrant un tel complexe
EP3099996A2 (en) * 2014-01-27 2016-12-07 E. I. du Pont de Nemours and Company Light weight trauma reducing body armor
CN104742469A (zh) * 2015-03-18 2015-07-01 东莞前沿技术研究院 囊体材料复合层及浮空器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070128963A1 (en) * 2005-08-23 2007-06-07 Vogt Kirkland W Flexible sheet-like composites
US20090042037A1 (en) * 2005-09-21 2009-02-12 Liggett Paul E Metallized Flexible Laminate Material for Lighter-Than-Air Vehicles

Also Published As

Publication number Publication date
EP3529146B1 (en) 2021-02-17
PT3529146T (pt) 2021-05-18
CN109963779A (zh) 2019-07-02
UA124471C2 (uk) 2021-09-22
CL2019001067A1 (es) 2019-09-13
NZ753704A (en) 2022-07-01
TN2019000128A1 (en) 2020-10-05
CA3041392A1 (en) 2018-05-03
CA3041392C (en) 2023-08-08
SG11201903319TA (en) 2019-05-30
WO2018077806A1 (en) 2018-05-03
MX2019004716A (es) 2019-09-18
SI3529146T1 (sl) 2021-08-31
BR112019008047B1 (pt) 2023-04-11
KR20190083335A (ko) 2019-07-11
PH12019500857A1 (en) 2019-12-02
US20200307169A1 (en) 2020-10-01
CN109963779B (zh) 2022-03-04
RS61824B1 (sr) 2021-06-30
IL266137A (en) 2019-06-30
IL266137B (en) 2022-07-01
HRP20210760T1 (hr) 2021-08-20
PE20191141A1 (es) 2019-09-02
JP7110215B6 (ja) 2022-08-15
ZA201903039B (en) 2020-02-26
MY193212A (en) 2022-09-26
ES2870528T3 (es) 2021-10-27
AU2017351564A1 (en) 2019-05-30
US11285707B2 (en) 2022-03-29
AU2017351564B2 (en) 2022-08-25
JP2019533610A (ja) 2019-11-21
EA201990896A1 (ru) 2019-10-31
CO2019004050A2 (es) 2019-07-10
EP3529146A1 (en) 2019-08-28
KR102431137B1 (ko) 2022-08-12
JP7110215B2 (ja) 2022-08-01
DK3529146T3 (en) 2023-03-13
BR112019008047A2 (pt) 2019-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kang et al. Mechanical property characterization of film-fabric laminate for stratospheric airship envelope
US20070281570A1 (en) Reduced weight flexible laminate material for lighter-than-air vehicles
US8524621B2 (en) Metallized flexible laminate material for lighter-than-air vehicles
JP2014517900A (ja) 防弾パネル
JP2014519002A (ja) 防弾パネル
CA2453255C (en) Flexible wall material for use in an inflatable structure
EP3112797B1 (en) Composite ballistic-resistant unit material and preparation method for same
EA036839B1 (ru) Летательный аппарат легче воздуха с корпусом, получение слоистого материала для такого корпуса и способ получения такого слоистого материала
Adak et al. Coated or laminated textiles for aerostat and stratospheric airship
Seyam et al. Textile Laminates for High-altitude Airship Hull Materials –a review
Vallabh et al. Ultra-lightweight fiber-reinforced envelope material for high-altitude airship
CN111016363A (zh) 一种耐揉搓柔性复合材料
US20020016118A1 (en) High-strength lightweight composite fabric with low gas permeability
DK179553B1 (en) A lighter-than-air vehicle with a hull, a laminate for such hull and a method of production of such laminate
KR20140133522A (ko) 연성 탄도 응용을 위한 고밀도 단방향 직물
Li Evaluation of laminated hull material for high altitude airship
KR102493274B1 (ko) 탄도성 스레드가 비탄도성 스레드와 교차하는 텍스타일 요소를 포함하는 탄도성 라미네이트
CN113897147B (zh) 一种轻质高强的浮空器蒙皮及其制备方法
Ugale Evaluation of components of high altitude stratospheric airship
KR20040095378A (ko) 산업용 고강도 막재료
JP2005119232A (ja) 超軽量膜材

Legal Events

Date Code Title Description
HC1A Change in name of an applicant in a eurasian application
PD1A Registration of transfer to a eurasian application by order of succession in title