CC BY
7
Б01 10.36622^Ш.2023.19.2.020 УДК 629.7.048
СЛОИСТАЯ ПАНЕЛЬ ДЛЯ КАНАЛА ВОЗДУХОЗАБОРНИКА САМОЛЕТА В.И. Максименков1, М.В. Молод1, П.С. Огурцов2
воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия 2 Филиал ПАО «ИЛ» - ВАСО, г. Воронеж, Россия
Аннотация: рассмотрены вопросы проведения анализа применяемых сотовых панелей в каналах воздухозаборника самолетов. Приведены трехслойные сотовые панели, применяемые в конструкции пассажирских самолетов, соответствующих 4 главе Международного стандарта ИКАО (Конвекция о международной гражданской авиации). Поставлена задача повышения акустической эффективности слоистых панелей за счет создания новых конструкций. Приведена трехслойная конструкция, подтвержденная патентом, которая состоит из верхнего несущего слоя, выполненного из перфорированной обшивки и сеток С 685, и слоев сотового заполнителя, плотность которых меняется от верхнего слоя к нижнему в соотношении 1:2:3. Такая конструкция расширяет спектр частот, обеспечивая широкополосное поглощение шума. Выполнены расчеты плотности каждого слоя сотовой панели. Проведены прочностные расчеты образцов сотового заполнителя с различной плотностью. Полученные значения предела прочности на сжатие определяют выбор слоистой конструкции с учетом допустимых требований. Разработан технологический процесс изготовления трехслойной панели, позволяющий получать слоистые панели требуемого качества. Проведен весовой расчет, позволяющий определить, что разработанная конструкция практически снижает вес более чем в 1,5 раза по сравнению с базовым вариантом. Проведенные испытания выявили повышение акустической эффективности конструкции панели по сравнению с базовым вариантом
Ключевые слова: сотовая панель, плотность, технологический процесс, сетка, канал воздухозаборника
Введение
Постоянное ужесточение норм Международного стандарта ИКАО по снижению шума требует поиска новых конструктивно-технологических параметров звукопоглощающих конструкций для гражданских самолетов. В настоящее время применение в конструкции канала воздухозаборника самолета двух и трехслойных конструкций (рис. 1) направлено на решение поставленных задач. Эти конструкции имеют перфорированные несущие слои из алюминиевых сплавов Д16АМ толщиной 1,2 мм. Слои сотового заполнителя изготавливают из стеклопластика ССП. Эти конструкции канала воздухозаборника самолетов соответствуют 4 главе ИКАО. [2]
Постановка задачи
Цель работы: разработать новую конструкцию слоистой панели, провести исследования по оценке параметров панели с сотовым заполнителем, обеспечивающей повышенную эффективность шумоглушения.
Разработка конструкции сотовой панели
Разработана сотовая панель рис. 2. [3]
/
1-УУ-1
Рис. 1. Трехслойная сотовая конструкция панели канала воздухозаборника самолета: 1. Перфорированные обшивки верхнего и средних слоев; 2. Сплошная обшивка; 3. Сотовый заполнитель верхнего, среднего и нижнего слоев
© Максименков В.И., Молод М.В., Огурцов П.С., 2023
Рис. 2. Сотовая панель: 1. Перфорированная обшивка-сетка С 685;
2. Слои сеток; 3. Сплошная обшивка;
4,5,6. Слои сотового заполнителя
Верхний несущий слой панели выбирается с учетом оценки эффективности конструкции. Рассмотрены варианты применения в качестве конструктивных элементов несущего слоя перфорированной обшивки из Д16АМ
толщиной 1,2 мм и сетки С 685 из 12Х18Н10Т по ТУ 144-697-76. В качестве средних слоев сотовой панели использовались сетки С 685, которые соединялись со слоями сотового заполнителя, выполненного из стеклопластика. Звуковая волна, попадая на наружную обшивку, теряет энергию. Наиболее эффективная потеря энергии происходит в средних слоях сеток панели.
Слоистая панель состоит из трех слоев [5] сотового заполнителя, плотность которых находится в соотношении 1:2:3 и увеличивается от верхнего слоя к нижнему. Каждый из слоев сотового заполнителя настроен на определенный диапазон частот, в котором наблюдается пик поглощения звука. Наличие в панели слоев заполнителя различной плотности обеспечивает расширение спектра поглощаемых частот, повышает эффективность панели.
Проведенные акустические испытания панелей подтвердили актуальность в выборе направления в разработке новых конструкций, обеспечивающих соответствие самолетов требованиям 14-й главы ИКАО.
Проведены расчеты плотности слоев сотового заполнителя, определяемой по зависимости [1], [4].
Р = 1,54 ^Рт,
где 5 - толщина материала ячейки заполнителя (см)
а - длина стороны шестигранной ячейки сотового заполнителя
рт - плотность материала сотового заполнителя (1,6 г/см3)
Проведена оценка плотности сотового заполнителя для каждого слоя. Результаты расчетов представлены в табл. 1 и на рис. 3.
Таблица 1
Расчет плотности сотового заполнителя для каждого слоя
№ Слои сотового а, 5, Рт, p,
п/п заполнителя см см г/см3 г/см
1 Верхний слой 1,6 0,02 1,6 0,03
2 Средний слой 0,8 0,02 1,6 0,06
3 Нижний слой 0,4 0,02 1,6 0,12
а
/ \
Рис. 3
Зависимость плотности р от размера стороны ячейки представлена на рис. 4.
Р
Рис. 4. График зависимости плотности от размера стороны ячейки: 1. Верхний слой; 2. Средний слой;
3. Нижний слой
Определение прочности сотового
заполнителя при поперечном сжатии
Испытания проводили на установке Р-10, с записью диаграмм а (е.)
Испытания проводили по ТУ 1-596-4862011. Образцы для испытания слоев сотового заполнителя панели в плане имели форму квадрата, площадь которого равна Б=36 см2 и толщиной 15 мм. Испытания проводили до потери устойчивости образца сотового заполнителя.
Результаты прочностных испытаний на сжатие образцов сотового заполнителя приведены в табл. 2 и на рис. 5.
Таблица 2
Результаты прочностных испытаний на сжатие _образцов сотовой панели_
Слои панели МПа а, см 5, см P, г/см3
Верхний слой 1,9 1,6 0,02 1,6
Средний слой 2,4 0,8 0,02 1,6
Нижний слой 2,9 0,4 0,02 1,6
в а ,
МПа
Рис. 5. График зависимости предела прочности ав от плотности р 1:2:3
Результаты испытаний показали, что потеря устойчивости образцов сотового заполнителя происходит в верхнем слое панели с низкой плотностью.
Технологический процесс изготовления сотовой панели (рис. 6)
Перфорация обшивки осуществляется в штампе, где обеспечивается точность и качество получаемых отверстий
Для склейки обшивок и сеток с сотовым заполнителем применяется клей ВК-36.
Предел прочности панелей на сжатие больше значений, полученных при испытании сотового заполнителя на 1-2 МПа рис. 7.
Раскрой и перфорирование нвещего слоя
Раскрои сеток
Раскрой слоед с ото дог о заполнителя
Раскрой нижней сплошной обшидки
Склейдание сеток и обшидки с сотодым заполнителем
Терпостатиродание панели д адта кладе
Контроль качестдп
Рис. 6. Схема технологического процесса изготовления сотовой панели
-4---- А
0,03 0,06 0,12 . 3
г/см
Рис. 7. Сравнительные значения ав образцов сотового заполнителя и панели
Проведена оценка весовых параметров базовых и новых конструкций слоистых панелей. Вес панели базового варианта определяется:
С8 = РЛ + РпоУпо + РсоУсо = 1350 + 10665 + + 3950 = 15965 г.,
где рс - плотность слоев сотового заполнителя;
Ус - объем слоев сотового заполнителя; рпо - плотность перфорированных обшивок; Упо - объем перфорированных обшивок; рсо - плотность сплошной обшивки; Усо - объем сплошной обшивки.
Вес панели новой конструкции с несущими обшивками из сеток С685, выполненных по ТУ 144-697-76:
С = Рс^с + РсЛт + Рсо^со-= 9000 г.
3150+1900+3950
Вес панели новой конструкции с несущей перфорированной обшивкой и средними обшивками из сеток:
Сн' = Рс^с + РаоУао + РсоУсо+Р стКт 3550+3950+1267+3950 = 12717 г.
Расчет проведен для панели размером 1000* 1000 и высотой 45 мм.
Весовые параметры панелей базового варианта и разработанной новой конструкции панели представлены на рис. 8.
Б, кг
15
10
5 -
15.9
12.7
9.0
НоВые типы панелей
Заключение
1. В приведенной статье рассмотрен базовый вариант слоистых панелей, устанавливаемых в каналах воздухозаборников гражданских самолётов для обеспечения 4 главы ИКАО.
2. Для обеспечения достижения самолётами 14 главы ИКАО разработана новая конструкция слоистой панели, акустические испытания которой подтвердили её эффективность
3. Выполнена оценка прочностных испытаний, которая позволяет прогнозировать выбор параметров слоёв сотового заполнителя панели с обеспечением их устойчивости.
4. Приведенная схема технологического процесса определяет этапы получения слоистой панели требуемого качества
5. Проведенный весовой расчёт панели показал, что по сравнению с существующими конструкциями она обеспечивает снижение веса более чем в 1,5 раза
6. Разработанная конструкция панели может быть реализована в каналах воздухозаборников средне- и дальнемагистральных самолётов для обеспечения Международного стандарта 14 Главы ИКАО.
Литература
1. Шульдешов Е.М., Краев И.Д., Платонов М.М. Полимерная композиционная звукопоглощающая конструкция // Труды ВИАМ. 2017. № 5 (53). С. 56-61.
2. Панин В.Ф. Конструкции с сотовым заполнителем. М.: Машиностроение, 1982. 152 с.
3. Патент на изобретение № 2588516. Комбинированная сотовая панель / Максименков В.И., Молод М.В. и др.; заявитель и патентообладатель Воронежский государственный технический университет, 2016. 5 с.
4. Крысин В.Н. Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций. М.: Машиностроение, 1989. 234 с.
5. Любин Дж. Справочник по композиционным материалам / под ред. Дж. Любина. М.: Машиностроение, 1989. Т. 2. 250 с.
Рис. 8. Весовые параметры панелей базового варианта и разработанной новой конструкции панели
Поступила 06.03.2023; принята к публикации 17.04.2023
Информация об авторах
Максименков Владимир Иванович - д-р техн. наук, профессор кафедры самолётостроения, Воронежский государственный технический университет (394006, Россия, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), e-mail: maksimenkov.v.i@mail.ru Молод Марина Владиславовна - д-р техн. наук, доцент кафедры самолётостроения, Воронежский государственный технический университет (394006, Россия, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), e-mail: molodmv@yandex.ru Огурцов Павел Сергеевич - главный специалист по неметаллам и композиционным материалам, филиал ПАО «ИЛ» Воронежского акционерного самолетостроительного общества (394029, Россия, г. Воронеж, ул. Циолковского, 27), e-mail: ogurzowps@mail.ru
LAYERED PANEL FOR THE AIR INTAKE CHANNEL OF THE AIRCRAFT
V.I. Maksimenkov1, M.V. Molod1, P.S. Ogurtsov2
Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia 2 Branch of PJSC "IL" - VASO, Voronezh, Russia
Abstract: the article deals with the issues of analysis of honeycomb panels used in aircraft structures. The three-layer honeycomb panels used in the design of passenger aircraft, which provide the 4th chapter of the International ICAO Standard, are given. The task was set to increase the acoustic efficiency of layered panels by creating new structures. A three-layer design is presented, confirmed by a patent, which consists of an upper carrier layer made of perforated skin and C 685 meshes, and layers of honeycomb core, the density of which varies from the upper layer to the lower one in the ratio 1:2:3. This design expands the frequency spectrum, providing broadband noise absorption. Calculations of the density of each layer of the honeycomb panel are made. Strength calculations of samples of honeycomb filler with different densities were carried out. The obtained values of the ultimate compressive strength determine the choice of a layered structure, taking into account the allowable requirements. A technological process for the manufacture of a three-layer panel has been developed, which makes it possible to obtain layered panels of the required quality. A weight calculation was carried out, which makes it possible to determine that the developed design practically reduces the weight by more than 1.5 times compared to the base case. The tests carried out revealed the acoustic efficiency of this design by more than 2 times compared to the base case
Key words: honeycomb panel, density, technological process, grid, air intake channel
References
1. Shuldeshov E.M., Kraev I.D., Platonov M.M. "Polymer composite sound-absorbing construction", Proceedings of VIAM (Trudy VIAM), no. 5 (53), 2017, pp. 56-61.
2. Panin V.F. "Structures with honeycomb core" ("Konstruktsii s sotovym zapolnitelem"), Moscow: Mashinostroyeniye, 1982, 152 p.
3. Maksimenkov V.I., Molod M.V. et al. "Combined honeycomb panel" ("Kombinirovannaya sotovaya panel'"), Patent of RF no. 2588516, cop. holder Voronezh State Technical University, 2016.
4. Krysin V.N. "Technological processes of forming, winding and gluing structures" ("Tekhnologicheskiye protsessy formo-vaniya, namotki i skleivaniya konstruktsiy"), Moscow: Mashinostroyeniye, 1989, 234 p.
5. Lubin J. "Handbook of composite materials" ("Spravochnik po kompozitsionnym materialam"), vol. 2, Moscow: Mashinostroyeniye, 1989, 250 p.
Submitted 06.03.2023; revised 17.04.2023 Information about the authors
Vladimir I. Maksimenkov, Dr. Sc. (Technical), Professor, Department of Aircraft Engineering, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), e-mail: maksimenkov.v.i@mail.ru
Marina V. Molod, Dr. Sc. (Technical), Associate Professor, Department of Aircraft Engineering, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), E-mail: molodmv@yandex.ru
Pavel S. Ogurtsov, Chief Specialist in Nonmetals and Composite Materials of the Voronezh Aircraft Building Company PJSC "Voronezh Joint Stock Aircraft Building Company" (27 Tsiolkovskogo str., Voronezh 394029, Russia), e-mail: ogurzowps@mail.ru
