CC BY
6
УДК 629.735.45
Зарипов Р. Р. студент
4 курс, Факультет авиационных двигателей, энергетики и транспорта ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный
технический университет» (УГАТУ)
Россия, г. Уфа
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛОВОГО ШПАНГОУТА ВЕРТОЛЕТА ИЗ КМ Аннотация: Современные темпы развития промышленности требуют внедрения новых технологических процессов изготовления деталей. Одним из таких направлений является использование композиционных материалов (КМ). В статье рассмотрен технологический процесс изготовления силового шпангоута вертолета, материалы необходимые для его изготовления, а так же методы обеспечивающий данный процесс,.
Ключевые слова: шпангоут, композит, процесс, вертолет.
Zaripov R. R. student
4 course, Faculty of aviation engines, energy and transport "Ufa State Aviation Technical University" (USATU)
Russia, Ufa
TECHNOLOGICAL PROCESS OF MANUFACTURING THE POWER SPANGOAT OF THE HELICOPTER FROM KM Anatation: The current pace of industrial development requires the introduction of new technological processes for manufacturing parts. One of these areas is the use of composite materials (KM). The article describes the technological process of manufacturing the helicopter's power frame, the materials necessary for its manufacture, as well as the methods that ensure this process. Keywords: frame, composite, process, helicopter.
Введение. Основное преимущество применения анизотропных материалов является их плотность. При практически одинаковой прочности металлических сплавов и композиционных материалов можно говорить о значительной низкой массе КМ по сравнению с металлами. При проектировании инженер-конструктор должен подобрать наиболее выгодный материал для изготовления с учетом прочностных характеристик и условий работы детали. При конструировании КМ, а именно выбора матрицы, армирующего вещества, направления углов выкладки необходимо подобрать композицию так, что бы в особых напряженных местах обеспечивался заданный коэффициент запаса прочности. В мировой практике нет определенного, строгого направления использования композитов. Их мир разнообразен и велик, а так же велики способы их создания и варианты изготовления. Так же стоит отметить специальное назначение оборудования,
применяемое для их изготовления. Они являются уникальными и соответственно дорогостоящими.
Материалы применяемые для изготовления композиционного шпангоута. Проблема снижения веса конструкции при сохранении его прочности и жесткости является центральной во всей авиастроительной отрасли. При выборе материалы руководствуются не сочетанием элементов в композиции, а отдельными элементами анизотропных материалов. В правильно созданной композиционной конструкции нагрузка воспринимается волокнами. Стоит отметить, что удельная прочность (отношение предела прочности к плотности) таких волокон значительно превышает соответствующую характеристику у традиционных конструкционных материалов (металлических сплавов) и определяет потенциально высокую весовую эффективность композиционных конструкций по отношению к металлическим. [1]
КМ характеризуются высокой демпфирующей способностью, что определяет хорошую сопротивляемость этих материалов циклическим и вибрационным нагрузкам. В мировой практике наибольшее распространение получили изделия на основе волокнистых полимерных композиционных материалов. Из них можно за одну операцию получить более сложные конфигурации деталей, чем из конструкционных материалов. Анализирую показатели материалов мы можем выбрать тот, который наиболее эффективен для нашей детали. В основном это являются показатели удельной прочности, усталостной прочности а так же плотности которая всегда учитывается при проектировании авиационных изделий. Следует отметить, что все композиционные материалы имеют высокую вибропрочность, которая играет большую роль при конструировании вертолетов. Термонагруженность в винтокрылых аппаратах не играет большой роли так как вертолет не имеет большой скорости полета по сравнению с самолетами. В связи с этим для проектирования силового шпангоута был выбран материал из высокопрочных углеволокнитов с углеродными волокнами. [2]
Способы и оборудование для изготовления силового шпангоута из КМ. Метод формования на матрице - это процесс, в котором заполнение и смыкание формы заставляет материал принимать заданную конфигурацию, при этом отверждение происходит в самой форме. [4] Существует множество способов изготовления изделий из композиционных материалов, к примеру, таких как: намотка, ручная выкладка методы прессования, напыления. Каждый из них имеет свои преимущества и применяется в зависимости от параметров изделия определяемых конструктором. Боковая часть силового шпангоута имеет сложную геометрическую форму и в связи с этим при его изготовлении не может быть использован метод намотки, так как он в основном применяется для цилиндрических изделий имеющих постоянную не изменяющуюся поверхность. Использование методов ручной выкладки тоже имеет некоторые проблему в связи с габаритными размерами данной детали. Методы напыления в данной ситуации не могут быть использованы
из-за низкой прочности получаемых деталей. Данная деталь возможна при изготовлении ее методами прессования на матрице. Данный метод является дорогостоящим, но наиболее оптимальным для достижения данных требований прочности. Следует так же учесть, что применение этого технологического процесса позволит достичь высокой экономической эффективности производства силовых элементов. При замене матрицы на другую, мы также можем изготавливать деталь данных характеристик, но уже других геометрических размеров, то есть изготовлению будут подлежать не только силовые элементы шпангоута, но так же кранштейны креплений, лонжероны, балки, шпангоуты других сечений фюзеляжа и др. Так же необходимо учитывать сколько мы выиграем в весе при изготовлении данных силовых элементов с учетом всего вертолета, ведь плотность композиционных материалов на много ниже плотности металлических сплавов.
Эти операции производятся на установке, где предварительно полученная смесь смолы, наполнителя и прочих компонентов соединяется с армирующим волокном.
При создании формы для выкладки использовался материал марки Ак-6. Ковочный сплав, который обладает хорошей пластичностью и стойкостью к образованию трещин при горячей пластической деформации. По химическому составу близок к дуралюминам, отличаясь более высоким содержанием кремния. Поверхность форм хромируют. Жесткие направляющие втулки обеспечивают точность смыкания формы и не допускают нарушения соосности при приложении давления и смятия торцов пресс-формы.
Листовые формовочные материалы перерабатывается прямым прессованием в крупногабаритные корпусные детали. При прессовании предварительно раскроенный материал укладывается в форму. Время смыкания форм составляет 3-4 минуты, температура нагрева 120-160° С. Во время прессования используется высокое давление. С учетом площади проекции формуемых изделий оно должно составлять для изделий простой формы 3-5 МПа, а сложной - 15 МПа.
Заключение. Были проведены меры по улучшению конструкции существующей схемы силового шпангоутов путем замены материала АК-6 на композиционные материалы из углеволокна. Выполнен конструкторско -технологический анализ детали, а так же рассмотрены способы изготовления композиционного шпангоута. Наиболее выгодным решено использование волокнистого полуфабриката, способ изготовления формование прессованием.
Использованные источники:
1. Адаскин, А. М. Материаловедение и технология металлических, неметаллических и композиционных материалов. Учебник: моногр. / А.М. Адаскин, А.Н. Красновский. - М.: Форум, Инфра-М, 2017. - 167 с.
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. ун -т. - Оренбург: ОГУ, 2010 г. - 81 с.
3. Семин М.И., Стреляев Д.В. Расчеты соединений элементов конструкций из КМ на прочность и долговечность. - М.: ЛАТМЭС, 1996. - 33 с.
