Далин В.Н. Конструкция вертолетов, страница 7

Внутренняя полость лонжерона заполняется воздухом под давлением, превышающим давление начала срабатывания сигнализатора. 34 ~2 З о ~' ~~аю"'~~~6 иъмДиИ ~3;$$оф", Л~ ~ а~""ое ~оома-ч > ~ ~~ О ~3 а, <ч ~ ~ о сч й ~,,„Я' $ ф ° о О ~ф $ 4 ~...р Я ! „ 35 В случае появления в лонжероне трещины давление воздуха в нем падает. Информация о разгерметизации полости лонжерона поступает от сигнализатора давления в виде выдвижения красного колпачка сильфона, установленного в комлевой части каждой лопасти.

Индикация давления воздуха в лонжеронах в кабину экипажа не выводится, т.к. процесс роста трещины до разрушения лонжерона в несколько раз превышает время максимально возможной длительности полета вертолета. Контроль за состоянием лопасти осуществляется при межполетном осмотре по положению сигнализатора. Давление воздуха в лонжероне создается с учетом температуры окружающего воздуха и с учетом давления начала срабатывания сигиализатора. В лопастях вертолета Ми-26 стальные трубчатые лонжероны по наружной поверхности облицованы стеклолентой, за счет чего при возникновении трещины в лонжероне исключается возможность обнаружения повреждения лонжерона с помощью пневматической системы сигнализации.

Для обеспечения надежного функционирования системы сигнализации повреждения лонжеропа по всей длине его внешней поверхности укладываются двойные фторопластовые шнуры (рис. 2.3.3) и после обмотки лептами из стеклоткани производится полимериэация в пресс-форме. Фторопластовые шнуры вытягиваются, образуя воздушные каналы диаметром 2 мм, открытые со стороны внешней поверхности трубы лонжерона. Появление усталостной трещины в зоне воздушных каналов приводит к падению давления в полости лонжерона и срабатыванию сигнализатора, Каналы выполняются двойными по технологическим соображениям — всегда имеется вероятность обрыва фторопластового шнура при его вытягивании из полости длиной 14 м. Лнизотропность композиционных материалов открыла широкие возможности применения нх в лопастях НВ.

Применение КМ позволяет направленно формировать жесткостные характеристики лопасти (изгибные и крутильные) за счет соответствующей ориентации армирующих волокон композита с учетом сложного характера ее нагружения. Вертолетостроение является наиболее передовой отраслью авиационной техники, здесь стали смело применять КМ в таком ответственном и сложно нагружаемом агрегате, как лопасть НВ. Эффективность применения КМ в силовых элементах лопастей определяется рядом преимуществ этих материалов по сравнению с металлами.

В частности, аэродинамические и аэроупругие параметры лопастей композитов могут выбираться без учета ограничений, вызываемых технологическими процессами получения катаных, экструдированных (прессованных) или механически обработанных металлических конструктивных элементов. Рис. 2.3.3. Конструктивно-силовая схема носовой части лопасти вертолета Ми-26: ! — стальной трубчатый лонхерощ 2 — заполнитель из самовспеливающегося пенопласта; 3 — обшивка из стеклопластика; 4 — компенсатор из пенопласта; 5 — каналы системы обнарулеения уеталостных трещин в лонхееронег 6 — электропроводка; 7 — противоабразивноя накладка; 8 — нагревательная накладка Композитным копструкциям можно придать сложные аэродинамические формы, а регулируемая анизотропия материала позволяет создавать требуемуэо жесткость в пределах заданных аэродинамических и аэроупругих параметров.

В результате достигается большал аэродинамическая эффективность винтов, определяемая отношением подъемной силы к аэродинамическому сопротивлению. С помощью КМ, обладающих более высокой удельной прочностью, изготавливают лопасти меньшей массы, чем металлические. Снижение массы лопастей, в свою очередь, оказывает влияние па центробежные силы, инерцию ротора, частотные и другие характеристики. Регулируемая в широких пределах анизотропия КМ позволяет получать необходимые конструктивные и демпфирующие параметры лопасти. Частота собственных колебаний лопасти может быть изменена не только перераспределением массы, но и выбором ар- 37 мирующих волокон, имеющих низкий или высокий модуль упругости, включая их гибридизацию (смешивание), степени армирования и ориентации армирующих волокон относительно оси лопасти.

Крутильная жесткость лопасти может быть существенно увеличена за счет добавления слоев с ориентацией + 45' относительно размаха лопасти при незначительном изменении частот продольных колебаний. Одним из возможных критериев оптимальности папели из КМ, обеспечивающим минимум ее массы, является условие совпадения траектории армирования с траекторией максимального главного напряжения. Как правило, КМ представляет собой совокупность однонаправленных или ткапевых слоев с различными толщинами и углами ориентации волокон. Свойства такого материала определяются свойствами отдельных слоев и структурой. Эффективная реализация достоинств композитов в конструкциях лопастой требует решения комплекса задач, связанных с вьтбором взаимно согласованных исходных компонентов (волокозз и матрицы), определением рациональной структуры материала, соответствующей характеру внешних нагрузок и других воздействий с учетом специфических свойств материала и технологических ограничений при разработке элементов лопасти.

Механическое поведение КМ определяется высокой прочностью армирующих волокон, жесткостью матрицы и прочностью связи на границе «матрица — волокно». Наибольшее применение получили стеклопластиковые КМ па эпоксидной матрице. Это объясняется в первую очередь нивкой стоимостью стеклопластика. Дальнейшее развитие конструкции лопасти из КМ связано с использованием гибридных композиций — сочетания углезолокна с органоволоконом и других подобных вариантов. Углепластик, обладая высокой прочностью, чувствителен к ударным нагрузкам.

Введение менее жесткого материала и защита поверхности лонжерона от каких-либо повреждений предоставляет возможности широкого применения подобных композиций. Лонжерон с замкнутым коробчатым сечением Ю-образной формы может быть изготовлен методом намотки однонаправленной лентой на оправке. Этот метод изготовления лонжеронов лопасти широко применяется при крупном серийном производстве, где целесообразно максимально автоматизировать процесс изготовления.

В практике ОКБ Н.И. Камова выбрана технология изготовления лоп- 38 жерона частями методом выкладки из различных тканей или лент однонаправленного материала на оправках. Листы материала лонязерона собирают в пакеты и подвергают предварительной опрессозке в автоклаве при невысокой темпера- гуре. Листы при этом слипаются, пакеты приобретают необходимые для дальнейшей сборки форму и жесткость, а полимеризации связующего практически не происходит. После опрессовки пакеты представляют собой профиль открытого контура. Затем пакеты собираются совместно с центровочпыми грузами, нагревательным элементом и комлевыми пластинами в один блок, внутри которого располагается технологическая резиновая пресс- камера.

Блок пакетов с пресс-камерой помещают в специальную пресс-форму, внутренпий контур которой соответствует внешнему контуру носовой части лопасти. В пресс-камеру подается сжатый азот, а пресс-форму нагревают. При этом лонжерон приобретает необходимузо форму, связузощее полимеризуется и все элемепты лонягерона прочно склеиваются между собой.

По окончании процесса прессования лонжерон извлекают нз пресс-формы, удаляют из него пресс-камеру и обрезают припуски. Такой способ производства позволяет получить лонжерон замкнутого контура из различных армирующих паполпителей на разных связующих, в любом сочетании с неограниченными возможностями по их размещепизо в конструкции. К сборочному приспособлению для изготовления лонжерона заданного сечения предъявляется ряд требовапий при назначении режимов давления, нагрева, охлаждения и выдернгки при отвердении. Эти требования направлены для исключения остаточных деформаций и короблення за счет температурных напряжений и неравномерности распределения массы материала и толщип в процессе формирования лонжерона.

Тип исходных КМ для лонжеронов выбирается в зависимости от летно-технических данных вертолета. Для малонагружепных лопастей вертолетов используется дешевая стеклоткань сатинового переплетения. Для высокопагружепных лопастей используются гибркдпыо КМ на основе высокопрочной стеклоткани, углеродной ленты и технической ткани па эпоксидном связующем. Применение гибридных КМ позволяет основной силовой элемент — лонжерон — изготавливать с практически любым заданным распределением масс и жесткостей по длине лопасти.

В силу требований, предъявляемых к лопастям, и учитывая действующие нагрузки, хвостовые секции лопасти должны отвечать следующим требованиям: прочность конструкции, минимальная масса, жесткость конструкции, достаточный ресурс (не менее ре- сурса лонжерона лопастей), гладкость аэродинамической поверхности, возмохспость изготовления в серийном производстве, возможность ремонта в полевых условиях и др. В эксплуатации хорошо зарекомендовали себя хвостовые секции лопасти трехслойной сотовой конструкции. Такая секция имеет обшивку, торцевые нервюры и стрингеры из технической ткани на основе органических волокон и заполнитель из сот.

Применение в конструкции хвостовых секций самого легкого КМ дает возможность снизить массу секций по сравнению со стеклопластиком и увеличить ресурс. Большой опыт, накопленный прн эксплуатации вертолетов «Ка», показал, что лопасти из КМ имеют наилучшие эксплуатационные качества. Важнейшие иа них состоят в следующем: — болыпой запас прочности при фактически неограниченном по условиям выносливости ресурсе. Практический срок службы лопастей из КМ определяется степенью их естественного наноса, зависящего от условий эксплуатации; — повышение срока службы не только лопастей несущего винта, но и всего вертолета за счет снижения статических и динамических нагрузок в несущей системе, благоприятных частотных характеристик н уменьшения уровня вибраций вертолета.