РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СИЛОВОГО ШПАНГОУТА ВЕРТОЛЕТА ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И МЕТАЛЛА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 629.735.45

Зарипов Р. Р. студент 4 курса

факультет авиационных двигателей, энергетики и транспорта ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный

технический университет» (УГАТУ)

Россия, г. Уфа

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СИЛОВОГО ШПАНГОУТА ВЕРТОЛЕТА ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И МЕТАЛЛА

Аннотация: В настоящее время развитие композиционных материалов и применение их в производстве является наиболее актуальным направлением. Одним из таких направлений является использование композиционных материалов (КМ). В статье рассмотрен расчет на прочность силового шпангоута вертолета из КМ и металла.

Ключевые слова: шпангоут, композит, прочность, вертолет.

Zaripov R.R. student

4 course, Faculty of aviation engines, energy and transport "Ufa State Aviation Technical University" (USATU)

Russia, Ufa

CALCULATION ON THE DURABILITY OF THE HELICOPTER POWER STRUCTURE FROM THE COMPOSITE MATERIAL AND

METAL

Anatation: Currently, the development of composite materials and their use in production is the most relevant area. One of these areas is the use of composite materials (CM). The article considers the calculation of the strength of the power frame of the helicopter from KM and metal.

Keywords: frame, composite, strength, helicopter.

Расчет на прочность силового шпангоута. В программе Siemens NX

были созданы две модели шпангоутов. Первая модель состояла из сборочных узлов, таких как боковая часть шпангоута, верхняя и нижняя полки. Все узлы были собраны и соединены с помощью призонных болтов в сборку. Вторая модель шпангоута была изготовлена из КМ без использования сборочных операций. Данные изделия полностью соответствовали габаритным размерам друг друга. Рисунки моделей представлены ниже.

Рисунок 1 - Силовой шпангоут в сборе

Рисунок 2 - Цельный силовой шпангоут из КМ На цельной модели шпангоута производилась выкладка композитного материала из однонаправленного углепластика в виде препрега. Использовалось 200 слоев материала толщиной 0,05 мм, что в конечном итоге дало нам толщину изделия в 10 мм. Укладка осуществлялась под углами 45, -45, 0, -45, 45 градусов.

Рисунок 3 - Визуальный контроль направления выкладки

углепластика

После того как металлическая и композиционная модели были готовы для дальнейших расчетов, они были нагружены силами в местах крепления подредукторной рамы и шасси. Расчет производится в момент посадки вертолета.

В узлах крепления подредукторной рамы прикладываем усилие N равное весу редуктора, втулки несущего винта с комплектом лопастей с учетом перегрузки, поделенное на 4 узла крепления редуктора. Усилие N равно 1800 ньютон, на каждый узел крепления подредукторной рамы. Подредукторная рама крепится к 7 и 10 силовым шпангоутам. Силы действующие от шасси были определены с помощью второго закона Ньютона.

Рисунок 4 - Приложение сил в местах крепления агрегатов

В результате были получены значения полных деформаций шпангоутов, а так же значения коэффициентов запаса прочности.

Рисунок 5 - Значения полных деформаций металлического шпангоута

М.1п

Рисунок 6 - Коэффициент запаса прочности металлического

шпангоута

Рисунок 7 - Значения полных деформаций композиционного

шпангоута

Рисунок 8 - Коэффициент запаса прочности композиционного

шпангоута

По полученным данным можно сделать выводы о характере распределения наибольших напряжений. В металлическом шпангоуте они распределяются по всему поперечному сечению, что в свою очередь может вызвать разрушение изделия в данном месте.

В данных расчетах максимальные деформации металлического шпангоута составили 31 %, композиционного шпангоута 42 %.

Так же с помощью критерия Цая-Хилла, для композиционного шпангоута, мы можем определить во сколько раз допускаемые напряжения превышают действующие с помощью показателя RF в модуле ASP(POST) ПК ANSYS [2]. В местах наибольших напряжений RF=0,949, что соответствует

условия прочности.

Коэффициент запаса прочности шпангоута из металла составил 3,3, что так же соответствует условиям прочности.

Заключение. В данной статье был выполнен сравнительный анализ силовых шпангоутов из металлического и композиционного материала, в котором было выявлено, что прочность изделия из КМ соответствует условиям прочности конструкции при использовании для выкладки препрега из углепластики под углами 45, -45, 0, -45 и 45 градусов. Масса данного изделия из КМ была меньше на 34 % , что является большим преимуществом композиционного шпангоута. Актуальность использования изделия из КМ была подтверждена расчетными методами.

Использованные источники:

1. Кривцов В.С. Проектирование вертолетов: учебник. / В.С. Кривцов, Л.И. Лосев, Я.С. Карпов. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2003 г. - 344с.

2. Мазин А.П., Гоголева О.С. Расчет на прочность шпангоутов: методическое указание к выполнению самостоятельных работ по дисциплине «Прочность конструкций» / А.П. Мазин, О.С. Гоголева; Оренбургский гос. унт. - Оренбург: ОГУ, 2010 г. - 25 с.

3. Семин М.И., Стреляев Д.В. Расчеты соединений элементов конструкций из КМ на прочность и долговечность. - М.: ЛАТМЭС, 1996. - 87 с.