Composite Truss Structures

Ферменные конструкции из композиционных материалов.

Ферменные конструкции (ФК) применяются человечеством уже длительное время. Первые фермы начали использоваться в примитивных деревянных конструкциях (например, строительные леса, крыши домов и др.), но  широкое применение нашли только в 19 веке, с началом промышленного производства стали и проката. В 20 веке технологии производства стальных ферм постоянно совершенствуются. В частности, внедрялись новые виды стали и формы проката. Появился новый способ получения неразъемного соединения - сварка. Параллельно с развитием технологических процессов, совершенствовались теория и методы расчета ферменных конструкций, которые особенно быстро стали развиваться после появления электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Одним из основных методов расчета элементов и узлов ФК стал метод конечных элементов (МКЭ), который, впрочем, и не смог бы получить широкого применения без использования ЭВМ.
Безусловно, накопленные знания и опыт пригодились и при создании ферменных конструкций из композиционных материалов (ФККМ). Их появление связано с нетрадиционными требованиями, которые предъявили к таким конструкциям новые направления человеческой деятельности (например, авиация, космические исследования, и др.), и было обусловлено развитием технологи производства композиционных материалов (КМ).

The Applications Technology Satellite (ATS)
Фото с сайта Goddard Space Flight Center
https://www.nasa.gov/centers/goddard/missions/ats.html
The first of the second-generation ATS spacecraft,
ATS-6 was also the last ATS project.
It was launched on May 30, 1974.
First spacecraft to use :
- A 9.14-meter parabolic reflector
- A digital computer for attitude control
- Solid state high power rf transmitters
- Graphite composite material for primary structure
- Heat pipes for primary thermal control
- Monopulse tracking for attitude control
- Rf interferometer for attitude determination and control

Впервые ФККМ стали применяться в конструкциях космических аппаратов (КА). Одним из пионеров в их использовании была фирма Alliant Techsystem Inc (США). Она изготовила углеродную ферму для спутника связи Fairchild Industries ATS-F, который был выведен на орбиту над Индией в 1973 году [1]. В последующие годы был накоплен большой опыт в производстве ФККМ. Это позволило уже в 80-х годах предыдущего столетия создать уникальный космический телескоп Hubble (США), который был выведен на орбиту в 1990 году. В этом телескопе два из трех самых ответственных узлов: Graphite-epoxy Metering Truss и focal plane structure являются фермами, и изготовлены они из углеродно-эпоксидного композиционного материала [2]. В настоящее время ФККМ продолжают активно использоваться в космической индустрии, не смотря на то, что появились и другие, альтернативные, решения для конструкций КА. Успехи в производстве композитных ферм для КА способствовали их внедрению и в других областях научной и технической деятельности человечества. И прежде всего в тех случаях, когда в какой-либо конструкции необходимо совместить небольшой вес и высокую прочность, либо к ним предъявляются требования, которые можно реализовать только с помощью уникальных свойств композиционных материалов (например, низкий коэффициент линейного термического расширения). Примерами использования ФККМ могут служить: углеродно-эпоксидные рамы велосипедов и мотоциклов; немагнитные стеклопластиковые мачты радиопередающих антенн [3]; мачты высоковольтных линий электропередач [4], ФККМ фюзеляжей летательных аппаратов [5], пространственные фермы рефлекторов различных радиотелескопов [6] [7] и др.
Но, не смотря на достаточно широкое применение ФККМ, в настоящее время все еще остается нерешенным целый ряд проблем. Прежде всего - это проблема стыковки стержневых элементов фермы в узлах. Предложено несколько подходов и решений этой проблемы, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы. В связи с чем, есть смысл более подробно остановиться на применяемых способах соединения стержней в узлах ферм.

Узловые соединения ферменных конструкций из композиционных материалов.

Узловые соединения структурных элементов ферменных и рамных конструкций являются одними из самых трудных в конструировании и производстве. При проектировании металлических конструкций сегодня традиционно используют три основных подхода к созданию узловых элементов ФК:

1. Узел может быть выполнен в виде отдельной сборочной единицы. (Применяется редко. В основном, для пространственных трехмерных ФК со стержнями в виде труб);
2. Соединение стержневых элементов может быть выполнено с помощью вспомогательных элементов - косынки, накладки и т.д. (Применяется при изготовлении ФК из металлических профилей: швеллер, уголок, двутавр.);
3. Стержневые элементы обрезаются, подгоняются друг к другу и соединяются вместе (чаще всего сваркой) без дополнительных элементов. (Обычно такой подход применяется для трубных стержневых элементов.)

С учетом большого количества видов проката и возможных способов соединения (сварка, заклепочные и болтовые соединения, а в последнее время и клеевые), количество возможных и фактически применяемых в настоящее время вариантов конструктивных решений велико. Но почти все эти методы оказались мало приемлемыми для ФККМ. Так, например, сварка, как способ неразъемного соединения деталей, не может применяться к армированным композиционным материалам (по крайней мере, традиционные, общедоступные и недорогие виды сварки), а заклепочные и болтовые соединения - при использовании разрушают структуру материала, и потому применяются также редко. По этим же причинам редко применяются косынки, накладки и другие вспомогательные элементы. Это и предопределило необходимость в поиске других подходов и конструктивных решений узлов ФККМ.
Анализ известных способов выполнения узловых соединений конструктивных элементов ФККМ выявил, что в настоящее время применяются, как традиционные способы, характерные для металлических ФК, так и новые, применяемые только для конструкций из КМ. Все эти способы можно сгруппировать следующим образом:

1. Соединение стержневых элементов производится с помощью специальной соединительной арматуры.
2. Соединение стержней производится с помощью дополнительных плоских элементов (косынки, пластины, накладки и др.), выполненных, обычно, из того же материала, что и стержни, т.е. из КМ.
3. Соединение производится без дополнительных деталей, с помощью замковых соединений, выполненных непосредственно в стержневых элементах.
4. Соединение стержней ФККМ производится с помощью фитингов, выполненных из КМ.

При реализации первой группы указанных способов, арматура выполнена из металлических сплавов и состоит обычно из двух элементов: концевых фитингов (end fitting), закрепляемых на концах трубчатых стержней, образуя, таким образом, отдельную сборочную единицу - стойку (strut), и центрального фитинга, к которому эти стойки крепятся. Здесь можно проследить два вида конструктивных решений: а) центральный узел (фитинг) представляет собой сферу, к которому с помощью разъемного соединения (например, резьбового) прикрепляются стойки [7, 8]; б) концевые фитинги выполнены в виде скобы, через отверстие которой, стойка с помощью шпильки или болтового соединения крепится к центральному фитингу [6]. Примеры вариантов исполнения этих узлов представлены на Рис.1.а, б, в, г и Рис.1.д, соответственно.
Решения в виде центрального сферического фитинга были заимствованы из металлических пространственных ферменных конструкций, где сферические узлы применяются уже длительное время. В конструкциях из КМ такие узлы нашли применение, например, в рефлекторах наземных радиотелескопов. Примером такого применения может служить узел ферменной конструкции предназначенной для поддержки главного рефлектора 12-метрового радиотелескопа, представленный на Рис.1.а  [7].

Рис. 1. Примеры узлов ФККМ выполненных с применением металлической арматуры:

а, б - узлы с центральными фитингами выполненными в виде сферы;
в, г - узлы сферического типа быстро собираемых ФК;
д - узлы с литыми центральными фитингами и стойками с концевыми фитингами, выполненными в виде скоб;
е - стойка с концевым фитингом.

В 80-е и 90-е годы XX-го века, в преддверии строительства международной космической станции (МКС), в США проводились большие подготовительные работы к сборке ФК в космосе. Были разработаны узловые элементы сферического типа, как для ручной сборки ФК космонавтами [9, 10], так и для автоматической, с помощью роботов [11]. При этом для ручной сборки он был выполнен в варианте для использования космонавтами на орбите, когда их движения затруднены космическим скафандром и все действия по присоединению к узлу стержневого элемента должны выполняться одной рукой (one-handed assembly). Именно момент сборки такого узла в бассейне (в условиях имитации космического пространства) приведен на Рис.1.в [10].  Такие узловые элементы являются универсальными, т.к. могут применяться со стойками изготовленными, как из КМ, так и из легких алюминиевых сплавов. И хотя, после изменения концепции строительства МКС, эти узлы не нашли применения в космосе, использование их в земных условиях вполне может быть оправдано, особенно при изготовлении сборно-разборных конструкций. Американское аэрокосмическое агентство (NASA) активно предлагает [24] к использованию подобный узел сборно-разборной ФК, состоящий из замкового соединения (lock joint) и узлового фиттинга (node point fitting) сферического типа [9]. Однако, область применения этих узлов ограничена слабонагруженными конструкциями, типа навесов (canopy), тентов (tent), витрин (display case) и т.п. Для высоконагруженных конструкций такие узлы не могут применяться, т.к. изначально проектировались и предназначались для работы в космосе, в условиях невесомости, при невысоких нагрузках.
Узловые соединения с применением металлической арматуры могут иметь и другое конструктивное решение. Примером такого решения может служить конструкция пространственной фермы 12-ти метрового главного рефлектора антенны, которая была изготовлена по проекту космического центра NASA им. Маршала (Marshall Space Flight Center) для передачи энергии на расстояния с помощью энергии лазерного луча - SpacE Laser ENErgy (SELENE) [6]. Пространственная ферменная конструкция собиралась из стоек и фитингов с помощью болтовых соединений. Стойки состояли из углеродно-эпоксидных стержней с однонаправленными на 90% волокнами, соединенными с помощью клеевого соединения с литыми концевыми фитингами, выполненными из нержавеющей стали. В концевых фитингах имелось одно или два отверстия для болтового соединения. Центральные, т.н. кластерные фитинги (cluster fitting), имевшие 36 различных типоразмеров, изготовлялись по очень сложной технологии, включающей литье, лазерную сварку, высокоточную механическую обработку. Такая непростая технология была обусловлена сложностью конструкции и высокими требованиями к точности её изготовления. На рис. 1.д изображены некоторые варианты узловых соединений этой ФК.
Вышеупомянутые два типа узлов ФК, основанных на применении металлической арматуры, кроме конструктивной сложности, обладают еще целым рядом недостатков. Они, прежде всего, нивелируют преимущества КМ перед металлическими сплавами в части физических свойств (плотность, прочность и др.). Так, например, в работе [12], обосновывая отказ от ферменной конструкции для небольшого космического телескопа, отмечается, что главной проблемой является трудность постройки конструкции с низким коэффициентом линейного теплового расширения (КЛТР), и в частности конструирование узлов с нулевым КЛТР, чего как раз и невозможно добиться для подобных узлов.
Вторая группа способов, основанная на применении дополнительных плоских элементов, применяется в основном для профильных стержневых элементов (уголков, двутавров и др.), получаемых обычно методом полтрузии. При этом используются два вида соединения - болтовое (заклепочное) и клеевое. Клеевой способ соединения используются редко. Это связано с тем, что при клеевом соединении площадь контакта стержня и пластины ограничена только одной плоскостью стержня, что требует увеличения размера пластины, и как следствие массы всей конструкции, что обычно критично для конструкций из КМ. Примером такого клеевого соединения может служить узел антенны радиотелескопа Национальной Радиоастрономической Обсерватории США (National Radio Astronomy Observatory). В конструкции рефлектора использовались углеродно-эпоксидные однонаправлено армированные стержневые элементы в виде уголков, изготовленные методом полтрузии. В узлах уголки соединены клеем с применением плоских дополнительных элементов - косынок (gussets) из многослойного листового (laminated plate) пластика [14]. Схематическое изображение такого узла приведено на Рис. 2.б. Как видно из рисунка, для увеличения области контакта клеевого соединения пришлось использовать два уголка, которые охватывают косынку с двух сторон.

Рис. 2. Примеры узлов ФККМ выполненных с помощью дополнительных плоских элементов.

Но в большинстве случаев, при использовании дополнительных плоских элементов, в качестве способа соединения используют болтовое или заклепочное. Подобные узлы нашли применение, например, при создании инфракрасного космического телескопа SPIRIT III (Spatial Infrared Imaging Telescope III) [13]. Ферменная конструкция этого КА, изготовленная из углеродно-эпоксидных двутавровровых стержней, является интерфейсом (связующим звеном) между инструментальной криогенной и электронной секциями. При этом используются как титановые фитинги (для соединения фермы с другими частями КА), так и композитные пластины. Узлы получились сложными, т.к. в каждом из них используется несколько типов пластин (Filler plate, Gusset plate, Backing plate, Doubler plate), соединенных между собой и стержнями болтами. Схематическое изображение такого узла приведено на Рис.2.а. Еще одним характерным примером ФК, в котором при соединении стержней (балок) используются плоские элементы и болты, может служить неэлектропроводная рамная конструкция, предназначенная для размещения силового высоковольтного оборудования [25]. Процесс монтажа этой рамы изображен на Рис.2.в. Отличительной особенностью данной конструкции является применение углеродно-эпоксидных армированных болтов (GRP studs) и литых пластиковых гаек (moulded nuts), что связано с необходимостью обеспечения диэлектрических свойств. Недостатком использования болтовых соединений в этом случае является то, что разрушается структура основного и дополнительного материалов, и вследствие этого - уменьшаются прочностные характеристики соединения.
Плоские элементы (косынки, пластины и др.) могут применяться для соединения не только профильных стержней с плоскими поверхностями, но и для круглых трубчатых стержней. Характерным примером подобной конструкции может служить ферма и её узел, изображенные на Рис.2.г. и Рис.2.д [26]. Однако в этом случае, как видно из приведенных рисунков, происходит разрушение структуры материала не только за счет сверления отверстий под болтовые соединения, но и за счет вырезания пазов для пластин. Подобное конструктивное решение может применяться для слабонагруженных неответственных конструкций, либо если это оправдано с экономической точки зрения, в случае применения дешевых труб, выпускаемых большими партиями.
Третья группа методов, основанная на применении замковых соединений, выполненных непосредственно на соединяемых деталях ФК, разработана фирмой W. Brandt Goldworthy & Associates, Inc. (США) [27] и названа "The snap joint technology" (от английского слова snap - защелка, щелчок, замочек). Эта технология (методы и технология производства композитных деталей, конструктивные решения элементов и узлов, методы сборки и др.) защищена целым рядом патентов [28,29,30,31 и др.], права на которые принадлежат трем авторам (W. Brandt Goldworthy, David W. Johnson и George Korzenowski).   Фирма Strongwell Ebert LLC (США), совладельцем которой является один из авторов David W. Johnson, применяет эту технологию в своих проектах. В настоящее время она нашла применение при производстве мачт высоковольтных линий электропередач (ЛЭП), ФК мостовых переходов и других высоконагруженных строительных конструкций. Кратко эту технологию можно пояснить на примере конструкции мачты ЛЭП. Её суть заключается в том, что при изготовлении методом полтрузии пустотелых продольных элементов ФК их внутренней поверхности придается пилообразный вид. А на концах поперечных элементов ФК, с их наружных сторон, формируется аналогичная пилообразная структура. При сборке расщепленные концы поперечных элементов сжимаются струбциной, вставляются в прорези продольных элементов и после снятия струбцин, фиксируются друг относительно друга за счет пилообразной структуры материала. Один из вариантов этой технологии, наиболее полно отражающий её суть, изображен на Рис.3.

Рис. 3. Пример использования замковых соединений (The snap joint technology) при изготовлении матч ЛЭП [28,29,31].

а - схема ферменной конструкции мачты;
б - схема узла ФК;
в - продольный элемент ФК.
г - расщепленный конец поперечного элемента ФК.
д - схема сборки узла ФК

Одним из основных достоинств этой группы методов является то, что при нагрузках, в местах соединения элементов ФК, работает основной материал деталей, а не дополнительный, как в других способах (клей, болты, шпильки и др.). Другим преимуществом является отсутствие фитингов, косынок и иных дополнительных элементов, что упрощает и удешевляет как всю конструкцию, так и процесс её сборки. Однако наличие технологических отверстий в продольных элементах ФК ведет к увеличению их размеров для компенсации потери прочности. В результате поперечное сечение продольных элементов ФК получается гораздо больше чем поперечных. Еще одним недостатком является необходимость обеспечения высокой точности изготовления продольных элементов, особенно концевых частей, т.к. в процессе сборки невозможно компенсировать их ненормированные допуски. Поэтому данный метод нашел применение в конструкциях, к которым не предъявляются высокие требования размерной точности, в основном используемые в гражданском строительстве.
Четвертая группа способов основанная на применение фитингов изготовленных из КМ - наиболее распространенный в настоящее время подход к проблеме соединения элементов ФККМ. Обусловлено это тем, что только в этом случае удается избавиться от многих  недостатков, свойственных способам, отнесенным к первым трем группам. Ограничением их применения пока является только тип применяемых стержней. В настоящее время известны случаи применения таких фитингов только для трубчатых стержней круглого и квадратного сечений. Впрочем, это не может быть большим недостатком, т.к. эти типы стержней являются наиболее используемые при создании ФККМ. Поэтому, на существующих в настоящее время фитингах из КМ и способах их изготовления, следует остановиться более подробно.

Фитинги из композиционных материалов.

Как уже отмечалось, фитинги (узловые соединения) являются очень сложными конструктивными элементами ФК.  Это относится как к стальным, так и к композитным фермам. Сложность фитингов обусловлена многими факторами, основными из которых являются: а) большое разнообразие конструкций ферм, что затрудняет создание стандартных узловых элементов; б) применение стержней различного профиля; в) повышенными требованиями к точности для некоторых типов ФК; и др. В связи с этим, при проектировании и изготовлении композитных фитингов, появилось много подходов и решений. Перечислим некоторые из них.
Одним из первых способов изготовления такого сложного конструктивного элемента, как многолучевой фитинг, был выбран метод выкладки, как наиболее простой и известный, и как наиболее часто применяемый для немассового и (или) экспериментального производства сложных конструкций. Встречается немало подобных подходов к решению проблемы (например, [3][5]). Однако в литературных источниках практически нет сведений о способах изготовления и технических характеристиках подобных узловых элементов. Одной из вероятных причин такой "скрытности" может служить тривиальность выбранного подхода к решению задачи изготовления многолучевого фитинга. Пожалуй, наибольшим достижением в этом направлении является подход, предложенный на аэрокосмическом факультете Бристольского университета (Великобритания) [15]. Его суть заключается в том, что выкладка производится однонаправленными (unidirectional) полосками препрега (prepreg) на специально созданной, повторяющей форму готового фитинга, оправке. На Рис.4.а. показан пример выкладки 6-ти лучевого узлового элемента, созданного по этой технологии. К сожалению, в этом источнике информации приведены не реальные фотографии готовых узлов, а только их компьютерные модели. Но и без этого, можно выделить следующие недостатки присущие, как этой методике, так и всему методу выкладки:

• а) индивидуальное изготовление оправки на каждый вид фитинга;
• б) невозможность автоматизации процесса;
• в) зависимость качества готового изделия от индивидуального мастерства (человеческий фактор) и, как следствие, слабая повторяемость свойств готовых фитингов.

Рис. 4. Фитинги из композиционных материалов.
а - изготовленные методом выкладки [15];
б - изготовленный методом плетения [17][20];
в - предназначенные для соединения трубопроводов[21];
г - изготовленные методом намотки [22]

Еще одним методом изготовления композитных фитингов является плетение, который стал применяться для этих целей только с 90-х годов ХХ-го века. Появлению этого подхода способствовало развитие метода плетения вообще, и текстильных композиционных материалов в частности. Прогресс в развитие метода плетения основывался на широком применении компьютерных технологий. Это позволило создавать сложные объемные детали и конструкции с трехмерной ориентацией волокон. Так например, японская фирма "Muratec Composite Systems"[20], являющаяся одним из подразделений компании "Murata Machinery, Ltd" разработала и внедрила технологию изготовления узловых элементов для ферменных конструкций спутников и для соединения трубопроводов. Имеется несколько работ [16-19], где сообщается об изготовлении Т-образных ферменных узлов методом плетения. Так в работе [16] рассказывается об изготовлении Т-образного узлового элемента с помощью традиционной техники плетения, выполненной без разрыва нити. Это является одним из очевидных преимуществ плетения, именно применительно к узловым элементам ферм. Не смотря на это, следует выделить следующие недостатки, присущие этому методу:

• а) невозможность изготовления фитингов сложной формы;
• б) невозможность, для обеспечения большей прочности, реализовать однонаправленность волокон. И хотя позже появилась техника плетения с продольными вставками волокон (middle-end-fiber), это не решает полностью проблему, т.к. относительное их количество не может быть велико, и к тому же они имеют разрыв в точках пересечения лучей фитингов (Рис.4.б.) [17].
• в) ограничение типов поперечного сечения соединяемых стержней. Производимые в настоящее время методом плетения фитинги предназначены для соединения стержней только круглого сечения.

Прогресс в развитии автоматизации технологических процессов, как на этапе проектирования, так и на этапе выполнения, позволил создавать композитные фитинги и методом автоматизированной намотки. Так САПР "CADWIND" [23] позволяет проектировать технологический процесс и изготавливать Т-образные и угловые фитинги, примеры которых изображены на Рис.4.г. К недостаткам этого метода, так же как и при использовании плетения, следует отнести: ограничение типов поперечного сечения стержней (только круглого); применяемые фитинги имеют простую Т-образную и угловую форму. Но главный недостаток заключается в том, что эти фитинги предназначены для трубопроводов. Имеется еще немало подобных примеров трубопроводных фитингов изготовленных другими способами. Так плетеные фитинги фирмы "Muratec Composite Systems" [20] изготавливаются по одинаковой технологии, как для узлов ферм, так и для трубопроводов. Фирма Centek Industries - производитель выхлопных систем для корабельных силовых установок, изготавливает и применяет для соединения труб в этих системах Т- и Y-образные фитинги. Фитинги нескольких типоразмеров, некоторые образцы  которых показаны на Рис.4.в., изготавливаются с применением метода выкладки [21]. Также, с применением метода выкладки, Т-образные и угловые фитинги (elbow) производит фирма "PT. Ori Polytec Composites" (Индонезия)[22]. Все эти фитинги, чисто по конструктивным параметрам, можно было бы применять в ФККМ. Однако недостаток данного подхода заключается в том, что фитинги, предназначенные для трубопроводов должны обеспечивать герметичность и воспринимать внутреннюю нагрузку (давление), в то время как в ферменных конструкциях, узловые соединения воспринимают в основном продольную нагрузку. Поэтому, фитинги, предназначенные для трубопроводов и технологию их изготовления, применять для ФК представляется нецелесообразным.
Из приведенного выше обзора, видно, что существует большое количество подходов и способов выполнения узловых соединений ФККМ. Вероятно, по каждому направлению будут и в дальнейшем предлагаться новые решения. Все это говорит о том, что проблема в настоящее время до конца не решена, и продолжает оставаться актуальной.  Классификация всего многообразия существующих в настоящее время способов выполнения узловых соединений ФККМ приведена на Рис.5.

Рис. 5. Классификация узловых соединений ФККМ.

Общей проблемой при изготовлении композитных фитингов, любым из вышеперечисленных способах, является процесс обжима изделий перед полимеризацией. Обжим необходим для уплотнения структуры материала, что приводит к увеличению прочности. И хотя иногда, например, при автоматизированной намотке, когда радиус кривизны намотки небольшой, прикладывать внешнее давление не обязательно, в большинстве случаев это приходится делать. Особенно это касается изделий имеющих поверхности с нулевой кривизной, т.е. плоских. Проблема заключается в том, что сформованные фитинги обычно имеют сложную пространственную структуру и приложить равномерное давление по всей поверхности изделия традиционными способами, например вакуумным, очень сложно или вообще невозможно. Иногда идут путем изготовления специализированного механического обжимного приспособления. Так, например, поступают при соединении углородно-эпоксидных стержней рам велосипедов. Пример сборки такой рамы и обжимное устройство показаны на Рис.6.а. и Рис.6.б., соответственно. Как видно из рисунка, обжимное приспособление состоит из двух частей, изготовленных с высоким уровнем точности на металлорежущем станке из цельного куска металла. Приспособление получается дорогим и предназначено только для одного типа узла, что может быть оправдано только при массовом производстве и небольшом количестве типоразмеров узлов.

Рис. 6. Примеры применения обжима сформованных изделий при изготовлении композитных фитингов.
а - процесс сборки рамы углеродно-эпоксидной рамы велосипеда;
б - приспособление для обжима узлового элемента рамы велосипеда;
в - процесс изготовления фитинга с применением литой формы для обжима.
г - фитинг, изготовленный по технологии, изображенной на рисунке в).

Фирма Programmed Composites, Inc (США) [32] разработала и запатентовала [33] процесс изготовления (формования) композитных фитингов, в котором реализован интересный метод обжима сформованного изделия, и который может применяться при небольших объемах производства. Готовый фитинг, созданный по этой технологии, изображен на Рис.6.г. [32]. Процесс его изготовления изображен на Рис.6.в. и состоит из следующих этапов:

1. Изготовление из легкоплавкого материала оправки, повторяющей форму внутренней поверхности фитинга;
2. Нанесения по всей поверхности оправки слоя воска, толщиной равной толщине будущего изделия;
3. Установка оправки с воском в формовочный ящик;
4. Заливка формовочного ящика специальной смолой с высоким коэффициентом теплового расширения;
5. Извлечение застывшей формы из ящика, разделение на две части, извлечение оправки;
6. Удаление с оправки воска и нанесение слоя препрега;
7. Установка оправки с препрегом в полученную ранее форму, а формы в ящик;
8. Полимеризация при повышенной температуре, во  время которой, за счет термического расширения формы и оправки, создается давление и происходит уплотнение материала изделия.
9. Извлечение изделия и удаление путем нагрева легкоплавкого материала оправки.

Как видно, процесс многоэтапный и довольно сложен, и в частности в подборке материалов легкоплавкой оправки, смолы для формы и смолы для изделия. Вероятно, могут возникнуть проблемы при попытке изготовить фитинг более сложной, например трехмерной пространственной формы, а не фактически плоского, как приведено в [32, 33].

Выводы

Литература:

1. Alliant Tech to build composite structures for weather satellites // Journal of Aerospace and Defense Industry News – March 6, 1998. – http://www.aerotechnews.com/starc/030298/ 030698d.html
2. The Hubble Space Telescope. / http://www.d2sci.com/ota/ota.ota.html
3. OSDC's Large Helicopter Deployed Spar Buoys. /  http://www.osdc.com/productSL.htm
4. W. Brandt Goldsworthy and Dr. Clem Hiel, Composite Structures. // SAMPE Journal, Vol.34. No.1, Jan/Feb 1998, p.24-30.
5. HELINET Project - Heliplat  - Prototype. - http://www.helinet.polito.it/ heliplat/prototype.htm
6. Design and fabrication of a large primary reflector structure for space laser power beaming. Paul MacNcal and Ken Jewctt, Jet Propulsion I.abcrratory, California Institute of Technology. Los Angeles, California, USA, January 23-28, 1994. http://techreports.jpl.nasa.gov/1994/94-0036.pdf
7. A 12m Telescope for the MMA-LSA Project. Report prepared at IRAM in March 1999 MMA Memo 259. - http://www.mma.nrao.edu/memos/html-memos/alma259/memo259.pdf
8. Joint for truss structures of fiber composite material. Патент США 4650361, 24.12.1984.
9. Collet lock joint for space station truss. Патент США 4763459, 01.04.1987.
10. Building Structures in Space. http://oea.larc.nasa.gov/PAIS/Bldg-structures.html.
11. William R. Doggett, A Guidance Scheme for Automated Tetrahedral Truss Structure Assembly Based on Machine Vision. // NASA TP-3601, NASA Langley Research Center, November 1996. http://techreports.larc.nasa.gov/ltrs/PDF/ NASA-96-tp3601.pdf
12. DESIGN AND CONSTRUCTION OF A ONE-PIECE MULTIFUNCTIONAL SMALL SATELLITE BUS STRUCTURE. H. L. McManus, C. T. Dunn, and M. Socha, The 10th Annual AIAA/ Utah State University Conference on Small Satellites. - 1996. / www.sdl.usu.edu/conferences/smallsat/proceedings/10/sess3 /busstru.pdf
13. Structural Design of the MSX Spacecraft. William E. Skullney, Harry M. Kreitz, Jr., Mark J. Harold, Steven R. Vernon, Teresa M.Betenbaugh, Theodore J. Hartka, David F. Persons, and Edward D. Schaefer, JOHNS HOPKINS APL TECHNICAL DIGEST, VOLUME 17, NUMBER 1 (1996) / http://spider.ipac.caltech.edu/staff/ mmm/msx-related/td1701/skullney.pdf
14. MMA Memo 219: Report on Visit to Composite Optics Inc., John B. Lugten National Radio Astronomy Observatory, June 18, 1998, http://www.mma.nrao. edu/memos/html-memos/alma219/memo219.html
15. Structures and Materials. Innovative Approaches to Composite Structures. / http://www.aer.bris.ac.uk/research/structures/mrw/imi.html
16. Fabrication and mechanical properties of braided composite truss joint. Kobayashi H.,  Nakama N., Maekawa Z., International SAMPE Symposium and Exhibition, 37th, Anaheim, CA, Mar. 9-12, 1992, Proceeding (A93-15726 04-23), p. 1089-1103.
17. Introduction of Braided Fabric Composites. / http://www.bioeng.nus.edu.sg /biomaterials/kazu/braidedcomposites/braidedcomposite.html / 29.09.2002, 14:46
18. T.Uozumi, "Recent Development of Muratec Braider", Proceedings of 4th International Symposium of TEXCOMP, 1998, p. 9-10.
19. Y.Azumi, A.Tange, T.Nishiwaki and H.Hamada, "Design Method for Beam Members with Braided Composites", Proceedings of 4th International Symposium of TEXCOMP, 1998, p. 24
20. MURATEC COMPOSITE SYSTEMS. Products. / http://www.muratec.net/braider/index.html / 15.03.2004, 19:17
21. Centek Industries - The World Leader in Wet Marine Exhaust Systems. / http://www.centekindustries.com / 19.09.2002, 12:45
22. PT Ori Polytec Composites. Products & services PIPE & FITTING / http://www.oripolytec.com/pro_pipe.htm / 18.03.2004, 18:51
23. Cadwind - Filament Winding Technology Without Limits. / http://www.material.be/cadwind.htm / 26.07.2002, 16:10
24. Technology Opportunity Sheet: MSC-21207-1 Collet Lock Joint for a Space Station Truss. / http://technology.larc.nasa.gov/scripts/nls_ax.dll/twDispTOPSItem( 111;TOP9-53;0;1)
25. NGCC - Network Group for Composites and Construction. Example Details. Large GRP Structural Frame. / http://www.ngcc.org.uk/info/ngccdetails.jsp?ID=3 &application=28&requirement=0&manufacturing=0 / 22.04.2004, 16:23
26. Framework made from thin-walled round composite fibre rods. Патент США 5357729, 25.10.1994.
27. Emerging Construction Technologies - Snap Joint Technology for Composite Structures. / http://www.new-technologies.org/ECT/Civil/snap.htm / 03.02.2002, 12:19
28. Bifurcated column joint system for electrical transmission tower. Патент США 5319901, 14.06.1994.
29. Composite structure. Патент США 5617692, 08.04.1997.
30. Heavy construction system using composite members. Патент США 5644888, 08.07.1997.
31. High shear strength pultrusion. Патент США 5795424, 18.08.1998.
32. Programmed Composites Inc. Division of Pressure System Inc. Advanced composite technologies for space. / http://www.pciaerospace.com/pci/default.htm / 12.06.2002, 18:34
33. Process for forming composite article. Патент США 4615855, 07.10.1986.

Comments
Надо сделать небольшой комментарий по поводу этой статьи, т.к. с одной стороны она не вполне вписывается в тематику этого блога, т.к. имеет больше научную направленность. С другой стороны, информационные материалы, рассмотренные в ней, могут показаться несколько устаревшими. И это действительно так.
Все дело в том, что эта статья является результатом работы над кандидатской диссертацией в области композиционных материалов, проводившиеся в начале двухтысячных (или нулевых) годов. И этот обзор, современного на тот момент состояния в области производства ферменных конструкций из композиционных материалов, является то ли черновиком первой главы диссертации, то ли попыткой написания статьи в научный журнал. А так как, ни  того, ни другого сделать не получилось, то решил опубликовать эту статью здесь, и в том виде как она была закончена – может, кому то эта информация покажется интересной. Впрочем, не совсем верно что «закончена», т.к. раздел «Выводы» пуст. Но с этим разделом в данной ситуации, как впрочем и в любой другой диссертации, все ясно и понятно – надо было показать, что тема актуальна, есть проблемы, требующие решения, и я (мы) готов(ы) заняться исследованиями, чтобы эти проблемы решить (предложить решения этих проблем).
Что касается актуальности представленной информации (вернее её не актуальности, как может показаться, ввиду их давних сроков публикаций) , то существует ещё и исторический аспект. Пусть это будет историческим обзором. Хотя, как мне кажется,  научно-технический прогресс в некоторых областях человеческой деятельности (например, аэрокосмической) так замедлился, что материалы этой статьи не совсем потеряли актуальность.
К сожалению, потеряли актуальность большинство url-ссылок. Но, думаю, что при желании найти новые ссылки на эти документы вполне возможно.