CC BY
12
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Сообщения
УДК 629.735.45
Ю.С. Слободчикова
СЛОБОДЧИКОВА ЮЛИЯ СТАНИСЛАВОВНА - технолог отдела по развитию производственной системы «Прогресс», e-mail: [email protected] Арсеньевская авиационная компания «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина Площадь Ленина, 5, г. Арсеньев, Приморский край, 692335
О применении метода термоусадки композитной обшивки при ремонте экспонатов музея предприятия
Аннотация: В конструкции агрегатов фюзеляжа, крыла и оперения авиатехники, эксплуатировавшейся в XX веке (самолеты УТ-2, Ил-14, Як-18А), на аэродинамических обводах применялись такие натуральные материалы, как перкали (тканевые), эмалиты (покрытия и пропитка), которые под воздействием осадков и солнечной радиации сравнительно быстро утрачивают первоначальные свойства. Кроме того, трудоемок ремонт авиатехники, содержащей указанные материалы. Автором проведено исследование возможности применения (без утраты демонстрационных характеристик летательных аппаратов) современных полимерных композиционных материалов, что позволяет сократить трудоемкость ремонтных работ, увеличить сроки эксплуатации раритетной техники и повысить качество ремонта.
Ключевые слова: неблагоприятное воздействие, солнечная радиация, перкаль, эмалит, приглаживание, обтяжка, киперная лента, склеиваемые полотнища.
Введение
На ПАО ААК «Прогресс», как и на многих предприятиях аналогичного профиля в отрасли, создан и многие годы действует музей выпускавшихся летательных аппаратов (ЛА) из списанных образцов. Имеющие значительные габаритные размеры экспонаты (вертолеты, самолеты, планер, аэросани) расположены на территории предприятия под открытым небом и круглогодично интенсивно подвергаются неблагоприятному воздействию солнечной радиации и атмосферных осадков, поэтому быстро разрушаются лакокрасочное покрытие и тканевые элементы аэродинамических поверхностей (далее по тексту - обшивки), изготовленные из пропитанных и окрашенных материалов из натуральных волокон. Обычно это перкаль - хлопчатобумажная ткань марки Ам-100, артикул 7314. Усадка, натяжение и придание воздухонепроницаемых свойств перкалю производится за счет покрытия эмалитом (нитроцеллюлозный лак НЦ-551 по ТУ 6-21-0204538-2-90).
При использовании перкалей и эмалита для ремонта обязательно требуются специальный инструмент и оснастка для разборки ремонтируемых узлов и последующей сборки, причем с расстыковкой магистралей и систем.
Автор настоящей работы в сотрудничестве со студенческим конструкторско-технологическим бюро (СКТБ) исследовал отечественные и зарубежные технологические приемы и материалы, применяемые для серийного производства лёгких летательных аппаратов, и предложила их для ремонта авиатехники, причем и для среднего класса (Ил-14). Но главная цель этой работы -подготовить рекомендации и предложить варианты материалов и технологий для ремонта экспонатов
© Слободчикова Ю.С., 2016
Научные руководители: Денисенко Юрий Петрович, управляющий директор ААК «Прогресс», О.Ш. Бердиев, заместитель директора филиала ДВФУ в г. Арсеньеве по НИР и развитию.
музея (рисунки 1-4) предприятия, которые были бы способны повысить долговечность экспонатов и сократить объемы ремонтов при сохранении внешнего вида ЛА, причем без разборки ремонтируемых агрегатов. Это исследование и представлено в настоящей статье.
Рис 2. Крыло самолета Як-18А.
Рис 1. Фюзеляж самолета Як-18А.
Рис 4. Элерон самолета Ил-14.
Рис 3. Самолет Ил-14.
Необходимость применения современных тканей и вспомогательных
покрывных материалов
Современные ткани и вспомогательные покрывные материалы, конечно же, потребуют вспомогательных, пропиточных и покрывных материалов, а также использования новых технологических подходов и процессов, организационных решений, позволяющих отказаться от ранее неизбежной и сложной предремонтной разборки (с расстыковкой коммуникационных систем) изделий и агрегатов.
У самолета УТ-2 тканевую (перкалевую) обшивку имеют практически все элементы планера, у самолета Як-18А - обе плоскости, хвостовая балка, элементы оперения и управления, а у самолета Ил-14 - лишь элементы управления. Срок годности тканевой обшивки при эксплуатации летательных аппаратов обычно не превышает 5 лет. У экспонатов этот срок может быть лишь удвоен, но не более того.
При работе с перкалью некоторые обстоятельства значительно усложняют работу.
Например, требуется частичная разборка и отстыковка консолей и иных агрегатов летательного аппарата, что влечет за собой обязательные расстыковки и отсоединение тяг и тросовой проводки элементов управления, жгутов электропитания, сопровождающееся требованиями обработки разъемов. Безусловно, необходим внешний осмотр, предварительная дефектовка с оформлением дефектной ведомости.
Перкалевая обшивка удаляется устаревшим методом вырезания. Кроится перкалевая обшивка только по специально выполняемым выкройкам, которые нужно постоянно хранить или делать заново. На поверхность перкалевой обшивки эмалит наносится в несколько слоев (от трех до пяти) с просушкой каждого. Поверх последнего слоя эмалита обычно наносится окраска нитроэмалью НЦ-11 (персонал обязан работать в респираторах). Перкалевая обшивка подвержена
короблению в зависимости от погодных и временных характеристик, весьма пожароопасна и в два раза тяжелее предлагаемого композитного материала.
Автором настоящей работы работы для замены устаревших и обветшавших материалов экспонатов музея (рис. 1-4) предлагается применение современных пленочных эластичных композиционных тканей, вспомогательных, пропиточных и покрывных материалов [1].
Рекомендуемые материалы
Композитная ткань - это полотно специального объемного плетения. Для композитной ткани не требуется обязательного кроения по выкройкам (лекалам) и предварительного сшивания. Тканевый композитный материал приклеивается на предварительно подготовленную поверхность планера кусками (фрагментами), отрезанными от рулона. Последующая натяжка приклеенного полотна возможна проглаживанием нагретым утюгом одновременно с разглаживанием складок. Обычно этот материал применяется для легких самолетов и вертолетов, имеющих каркасную конструкцию, обтягиваемую тканевой обшивкой.
Приведем характеристики основных материалов, рекомендуемых для предварительной подготовки к обтяжке.
Эпоксидный грунт. Быстросохнущий полимер однократного отверждения для защиты конструкции от коррозии, стоек к воздействию химикатов и растворителей. Применяется при температуре не менее 2 °С. Для приготовления смешиваются 2 части грунта на 1 часть отвердителя-катализатора. Затем добавляется 1 часть разбавителя. Расход: 1 л на 24 м поверхности.
Эпоксидный лак. Двухкомпонентный полимерный материал. Также стоек к воздействию химикатов и растворителей. Стойкость к воздействию внешних факторов и долговечность эквивалентна или выше, чем у любого однокомпонентного лака. Применяется поверх любого однокомпонентного лака, грунта или любого лакокрасочного покрытия для придания стойкости к воздействию химикатов и растворителей. Для приготовления смешиваются 2 части лака на 1 часть отвердителя. Затем добавляется 1 часть разбавителя. Расход: 1 л на 14 м2 поверхности.
Эпоксидная шпаклевка. Полимерный материал. Легкий, обладает хорошей адгезией с композитами, алюминием и сталью, в том числе окрашенными и покрытыми лаком. Перед нанесением шпаклевки требуется предварительное зашкуривание (наждачной бумагой) гладких поверхностей для придания шероховатости.
Очистители поверхности. В зависимости от состояния поверхности обычно применяются протравливатели и осветлители на основе фосфорной кислоты и щелочные. Применение требует соблюдения мер безопасности при работе с сильнодействующими ядовитыми веществами.
Общие характеристики полимерной ткани. Производителем материал выпускается в трех исполнениях: сверхпрочный, стандартный и легкий. Поскольку легкий тип не сертифицирован, а сверхпрочный тип применяется в основном для самых тяжелых условий эксплуатации летательных аппаратов с высокой нагрузкой на крыло, для настоящего случая (ремонта экспонатов музея предприятия) рекомендуется применение стандартного варианта ткани. Для выбора ткани можно пользоваться номограммой производителя (рис. 5).
Стандартный вариант ткани обеспечивает усадку до 10% при последнем натягивании. Поэтому важно во избежание коробления конструкции вначале не натягивать ткань слишком туго.
; 1 !
■ • * \
: к £ Л
: \ \
: N \ 3
2 \ Л 1 1 III! 1111 1111 3 |_1_1_ н
Ш I» ас ж
Рис. 5. Номограмма производителя для выбора типа обтягивающего материала в зависимости от характеристик летательного аппарата. Вертикальная ось -тип материала. Горизонтальная ось -характеристика летательного аппарата.
Вполне достаточно убрать сначала большие и малые складки. Положительным свойством также является отсутствие изнаночной и лицевой стороны материала, которое значительно упрощает технологический процесс.
Средства для обработки ткани. Клей: обладает повышенной прочностью. Быстро
сохнущий, однокомпонентный, сертифицирован для выполнения на ткани швов внахлестку
независимо от нагрузки на крыло. Швы могут иметь нахлест 50 мм на передней кромке крыла
и 25 мм - на иных элементах планера. Виниловый грунт: полимерный материал, высокопрочный,
однокомпонентный, сохнущий на воздухе. При нанесении первых двух слоев проникает в
структуру ткани и заполняет ее. Может применяться для приклеивания усилительных лент, заплат
^ ^ 2 и наклеек. Образует защитный слой с обеих сторон ткани. Расход: 1 л на 4 м ткани. Материал для
защиты от ультрафиолета: полимер однокомпонентный, пигментированный алюминиевой
пудрой, сохнущий на воздухе. Может шлифоваться для получения гладкой поверхности перед
покраской. Расход: 1 л на 5 м2 поверхности. Краска: виниловый материал с добавлением
красителей, после нанесения длительное время сохраняет эластичность, не расслаивается. Слой
краски может быть удален сольвентом для обнажения структуры ткани в случае, если необходимо
установить ремонтную заплату или поставить накладку. Расход: 1 л на 5 м2 поверхности.
Рекомендуемые варианты работы
Возможна следующая технологическая последовательность обтяжки. Ткань крепится к поверхностям конструкции и соединяется между собой клеем. Клеевый шов на соединяемых полотнищах ткани располагается по линии на элементе продольного или поперечного набора конструкции планера летательного аппарата, с соблюдением ширины перехлеста не менее 25 мм (рис. 6). Все клеевые швы следует располагать поверх элементов конструкции. Поверх клеевого шва необходимо расположить ленту шириной не менее 50 мм. Необходимо для крепления клеевых швов использовать элементы каркаса планера: на крыле - это передняя и задняя кромки, законцовка и корневая нервюра. Остальные нервюры в качестве основы применять не рекомендуется. На агрегатах управления и рулях - это передняя, задняя кромки и трубчатые элементы по периметру. На фюзеляже - это лонжероны или трубчатый поперечный набор каркаса. Все края склеиваемых полотнищ обязательно необходимо спрямить обрезкой ножницами.
Рис. 6. Схема допустимого перехлёста обтягивающего тканевого материала.
Свойство быстросохнущего клея: требует за одну операцию последовательно приклеивать не более 300-400 мм шва с прижатием и выдержкой до полной полимеризации материала. Для лучшего склеивания необходимо одномоментно наносить на вышеуказанную дистанцию порцию клея и стараться приклеивать полотнище без морщин и складок. Приглаживать клевый слой допускается влажным роликом. Недопустимо нанесение слоя клея поверх невысохшего клеевого шва.
Процесс обтяжки включает в себя следующие основные этапы:
- приклейка новой ткани к конструкции планера;
- проглаживание горячим инструментом (утюгом);
- нанесение винилового грунта;
-закрепление проглаженной натянутой ткани к конструкции планера;
-приклейка крепежных (финишных, киперных) лент, тканевых окантовок лючков
(конструкционных и проверочных проемов);
- разглаживание лент и слабо натянутых мест.
Обтяжку следует производить цельным куском ткани, стандартная ширина рулона которой 1800 мм. Порядок обтяжки следующий: вначале цельным куском ткани обтягивается нижняя (более труднодоступная часть планера летательного аппарата), а затем остальные, с обеспечением ширины перехлеста. При этом нужно иметь в виду следующее:
1) при разметке следует пользоваться только карандашом или мелом, поскольку отметки от различных ручек и маркером впоследствии могут усложнить окраску;
2) траектории клеевых швов лучше предварительно также намечать карандашом или мелом;
3) при раскрое не следует оставлять торчащих нитей ткани;
4) при наклейке ткани на фигурные части конструкции, например законцовки, необходимо оставлять припуск до 300 мм;
5) при оклейке зон типа законцовок необходимо проводить технологическое крепление ткани при помощи булавок, которые впоследствии следует последовательно удалять после полимеризации клеевого шва.
6) крепление ткани к элементам продольного набора следует производить прошивкой (шнуровкой) нитью (рис. 7). При изготовлении «новых» лёгких самолётов отечественные и зарубежные авиастроители применяют аналогичные предложенным в статье полимерные композиционне материалы и технологии [2, 3]. Однако применение указанных материалов для ремонта музейных экспонатов в авиастроении пока неизвестно.
Обтяжной материал выбирается в зависимости от типа летательного аппарата по номограмме производителя.
Рис. 7. Схема шнуровки обтягивающего материала к элементу продольного набора ЛА.
Заключение
Итак, нами подготовлены рекомендации и предложены варианты материалов и технологий для ремонта экспонатов музея предприятия, которые способны повысить долговечность экспонатов и сократить объемы ремонтов при сохранении внешнего вида ЛА, причем без разборки ремонтируемых агрегатов. Реализация исследованного варианта по применению полимерных композиционных материалов для ремонта и реставрации экспонатов позволит значительно сократить количество привлекаемого персонала, полностью отказаться от предремонтной разборки агрегатов летательных аппаратов, кратно снизить трудоемкость проведения работ, повысить качество ремонта, увеличить сроки межремонтного экспонирования раритетной авиатехники.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Предложения студенческого конструкторско-технологического бюро для ремонта самолетов из экспозиции музея предприятия / А.П. Глушкова, Ю.С. Слободчикова, Ю.П. Денисенко, О.Ш. Бердиев // Интеллектуальный потенциал вузов - на развитие Дальневосточного региона России и стран АТР: материалы XVII Междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 28-29 апр. 2015: в 4 т. Т. 4 / под общ. ред. О.И. Шестак. Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2015. С. 11-16.
2. Способ обшивки лёгких самолётов: пат. 2463218 Российская Федерация: МПК B64F5/00, B64C1/12, B64C3/26, C09J5/06, C09J175/04 / З. Ланитц. № 011115090/11; заявл. 15.09.2009; опубл. 10.10.12, Бюл. № 28.
3. МАИ-223. Китёнок. Двухместный самолёт. URL: http://www.oskbes.ru/223.html (дата обращения: 30.08.2016). THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Aircraft Designing and Manufacturing
Slobodchikova Yu.
YULIA SLOBODCHIKOVA, Engineer of Production Department, e-mail: [email protected]. PJSC AAC Progress
5 Lenin Square, Arsenyev, Primorsky Krai, Russia, 692335
Supervisors: Yury Denisenko, Managing Director of PJSC AAC Progress, O.Sh. Berdyev, Deputy Director of Far Eastern Federal University in Research on and Development of Arsenyev
The application of the method of heat-shrinking composite cladding when repairing the exhibits of the company museum
Abstract: On the 20th century, when assembling the fuselage, wings, and tail of an aircraft (such as UT-2, IL-14, and Yak-18A), they used natural materials for the aerodynamic contours: percale (tissue), emalities (for coating and impregnation), etc., which, under the action of precipitations and solar radiation, lose their original properties fairly rapidly. Besides, repairing aircrafts containing the mentioned materials is labour-intensive. The author has carried out an investigation into the potentiality of the use of modern polymeric composite materials (without losing the projection characteristics of the aircrafts), which makes it possible to reduce labour intensity, prolong the lifetime of rare aircrafts, and improve the repair quality.
Key words: adverse effect, solar radiation, percale, emality, close-fitting, twill tape, glued cloth. REFERENCES
1. Proposals student engineering and design bureau for the repair of aircraft of the exposure of the enterprise. Museum A.P. Glushkov, Yu.S. Slobodchikova, Y.P. Denisenko, O.Sh. Berdyev. Intellectual potential of universities - to the development of the Russian Far East and the Pacific Rim countries: Proceedings of the XVII Intern. conf. Conf. students, graduate students and young scientists, April 28-29, 2015. In 4 vols; 4 vol., ed. O.I. Sestak. Vladivostok, VSUES, 2015, p. 11-16. (in Russ.). [Predlozhenija studencheskogo konstruktorsko-tehnologicheskogo bjuro dlja remonta samoletov iz jekspozicii muzeja predprijatija / A.P. Glushkova, Ju.S. Slobodchikova, Ju.P. Denisenko, O.Sh. Berdiev // Intellektual'nyj potencial vuzov - na razvitie Dal'nevostochnogo regiona Rossii i stran ATR: materialy HVII Mezhdunar. konf. studentov, aspirantov i molodyh uchenyh, 28-29 apr. 2015: v 4 t. T. 4 / pod obshh. red. O.I. Shestak. Vladivostok: Izd-vo VGUJeS, 2015. S. 11-16].
2. The method of light aircraft skin: pat. 2463218 Russian Federation: IPC B64F5/00, B64C1/12, B64C3/26, C09J5 /06, C09J175/04. Siegfried Lanitts. № 011115090/11; appl. 15.09.2009; publ. 10.10.12, Bul. 28. (in Russ.). [Sposob obshivki ljogkih samoljotov: pat. 2463218 Rossijskaja Federacija: MPK V64F5/00, B64C1/12, B64C3/26, C09J5/06, C09J175/04 / Z. Lanitc. № 011115090/11; zajavl. 15.09.2009; opubl. 10.10.12, Bjul. № 28].
3. MAI-223. Kitenok. Double plane. URL: http://www.oskbes.ru/223.html. - 30.08.2016. (in Russ.). [MAI-223. Kitjonok. Dvuhmestnyj samoljot. URL: http://www.oskbes.ru/223.html (data obrashhenija: 30.08.2016)].
