Вертолет 2002 04
Шрифт:
На фирме Миля так же, как и на других вертолетостроительных фирмах, постоянно ведутся работы по совершенствованию конструкции лопастей из композиционных материалов, а также по механизации и автоматизации процессов их производства. Одна из целей этих усилий – снижение стоимости производства композитных лопастей до уровня, сопоставимого со стоимостью производства металлических лопастей.
Для лопастей из композиционных материалов, лонжерон которых представляет собой трубчатую балку с D-образным поперечным сечением, соотношение трудозатрат на изготовление отдельных элементов и на сборку лопасти выглядит примерно так, как показано на диаграмме (рис. 1).
Из диаграммы следует, что лопасть –
Известны два способа изготовления лонжеронов лопастей – выкладка и намотка.
Многочисленные попытки многих фирм автоматизировать процесс выкладки применительно к лонжеронам лопастей пока не увенчались успехом.
Рис. 1. Распределение трудозатрат при изготовлении элементов и сборке лопасти
Рис. 2
Рис. 3
Фото 1
| Таблица. Сравнительная оценка процессов намотки и выкладки | ||
| Параметры | Ручная выкладка | Намотка |
| Производительность | 3 | 6 |
| Прочность изделия | 3 | 10 |
| Квалификация формовщика | 10 | 2 |
| Сложность изделия | 9 | 4 |
| Однородность изделия | 1 | 9 |
| Оценка в баллах: 10 - наивысшая |
Изготовление лонжерона методом намотки несколько снижает его долю в суммарной трудоемкости. Однако более важными представляются следующие преимущества применения метода намотки для изготовления лонжеронов лопасти.
В перечне требований, предъявляемых к лопасти несущего винта вертолета, самыми важными являются требования обеспечения необходимой прочности. Если лонжерон лопасти выполнен в виде трубчатой балки, имеющей поперечное сечение 0-образной формы, то при изготовлении его методом выкладки волокна композиционного материала, образующие кольцевой контур, неизбежно должны быть разрезаны. Типовой технологический прием заключается в том, что предварительно изготавливаются две балки С-образного профиля, которые
Метод намотки позволяет изготовить монолитную конструкцию без швов и соединений (рис. 3). Вследствие этого при одинаковой массе конструкции мотаные лонжероны обладают более высокими запасами прочности и живучести по сравнению С лонжеронами, изготовленными методом ручной укладки. Это обстоятельство представляется самым существенным аргументом в пользу намотки при сравнении альтернативных вариантов изготовления лопастей из композиционных материалов.
Метод намотки широко применяют в различных областях техники для изготовления изделий, имеющих, как правило, форму тел вращения. По экспертным оценкам, показанным в таблице, намотка по сравнению с ручной укладкой обладает преимуществами по прочности, однородности и производительности. Эти параметры имеют определяющее значение при выборе технологического процесса для серийного производства особо ответственного агрегата вертолета – лопасти.
Исследования возможностей применения метода намотки для производства лонжеронов лопастей из композиционных материалов на Московском вертолетном заводе были начаты в 60-е годы по инициативе основателя фирмы МЛ. Миля. Первоначально для проведения эк спериментальных работ в этой области применялись модифицированные токарные станки. Однако вследствие низкой изгибной жесткости длинномерных оправок схема токарного станка, которая предполагает вращение оправки во время намотки для изготовления лонжеронов лопастей, оказалась малопригодной.
В связи с этим был спроектирован специализированный намоточный станок, у которого в процессе намотки оправка остается неподвижной, а намоточное устройство перемещается относительно оправки (аналогичная схема давно применяется в машинах для обмотки трубопроводов и электрических кабелей). Для исключения прогиба оправки под действием собственного веса станок был оборудован пневматическими опорами, которые автоматически поднимаются и опускаются при движении намоточного устройства. Первоначально станок был оборудован намоточным устройством с одним раскладчиком (фото 1). Позднее были разработаны модификации станка, намоточное устройство которого содержит четыре синхронно работающих раскладчика (фото 2). Намотка лонжеронов лопастей осуществляется предварительно приготовленным препрегом в виде ленты (фото 3).
Управление работой станка осуществляется системой числового программного управления. Для программирования намотки оболочек некруглого сечения (лонжероны лопастей и стабилизаторов) совместно с НИАТ были разработаны математические модели и на их основе создана специализированная система подготовки программ числового управления «Намотка».
В начале 70-х на фирме Миля были выполнены работы, в ходе которых метод намотки и метод ручной выкладки прошли сравнительную экспериментальную и производственную проверку.
Для вертолета Ми-26 были созданы лопасти несущего (диаметр – 32 метра) и рулевого (диаметр – 7,6 метра) винтов, которые до настоящего времени производятся серийно. Лонжерон лопасти несущего винта вертолета имеет поперечное сечение D-образной формы и состоит из трех цилиндрических оболочек (рис. 4). Внутренняя оболочка представляет собой стальную трубчатую балку переменного сечения с выполненными в комлевой части стыковочными проушинами. Эта балка воспринимает основную долю нагрузок лопасти и является той ее частью, которая определяет основные эксплуатационные ограничения лопасти:
– по ресурсу (усталостная прочность);
– календарному сроку службы (коррозия);
– эксплуатационным расходам (необходимы периодические осмотры).
Две другие оболочки выполняются из стеклопластика методом ручной выкладки. Одна из стеклопластиковых оболочек приклеена непосредственно к стальной трубе, а другая расположена по отношению к ней с некоторым зазором и образует аэродинамический контур носовой части. В зазоре между стеклопластиковыми оболочками расположены соединяющие их между собой узкие продольные элементы, выполненные также методом ручной выкладки из стеклопластика. Хвостовая часть лопасти выполнена практически полностью из композиционных материалов.