Далин В.Н. Конструкция вертолетов (553618), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Кроме перечисленного, необходимо учитывать стоимость материала и технологического процесса изготовления лопасти и стоимость ее эксплуатации. С учетом вышеизложенных требований выбирают тот материал, пз который имеет максимальные удельную прочность — и удельный Р л модуль упругости — . Р При формировании лонжерона лопасти из гибридных композиционных материалов стремятся к максимальной их совместимости с материалом матрицы, например, по величине динамического удлинения, степени адгезии, по коэффициенту линейного н объемного расширения, влагоемкости, времени старения, чувствительности к ударным нагрузкам.
Нувствительпость к ударным нагрузкам определяется величиной ударной вязкости. Для волокнистых композитов ударная вязкость характеризуется отношением †. Одним из способов повы- 2Ь' ' шелия ударной вязкости композитов является введение в их состав более прочных и менее жестких волокон, например стеклянных илв органических — в углепластики. В процессе раавития вертолетостроения основной силовой элемента лопасти — лонжерон — выполнялся из дерева, легированных сталей, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали, титановых сплавов. В настоящее время широко практикуется изготовление лонясерона из композиционных материалов. Агрегаты каркаса — обшивка, нервюры, хвостовой стрингер, ранее изготовляемые из фанеры, полотна,алюминиевых сплавов, в современных лопастях изготавливаются также из КМ.
Дерево нашло применение в практике Ухтомского вертолетного завода им. Н.И. Камова в период его становления. Определшощими з выборе этого материала являлись следузощие соображения: древесина малочувствительна к концентраторам напряжений, трещиностойкая; она не требует сложного технологического оборудования при изготовлении лонжерона и каркаса лопасти; затраты на изготовление лопасти не велики. Центральная часть лонжерона выполнялась из дельта-древесины (склеенные тонкие листы древесины), носовая часть профиля 31 состояла из набора склеенных сосновых реек.
Хвостовая часть представляла собой каркас из фанерной обшивки, приклеенной к пенопласту. Поверхность лопасти покрывалась полотном и влагостойким лаком. В процессе эксплуатации выявились существенные недостатки деревянной лопасти: — несмотря на влагостойкое покрытие поверхности лопасти элементы конструкции насыщались влагой, что приводило к изменепиго центра тяжести сечения (смещался назад) и уменьшению критической скорости флаттера лопасти; — пропитка антисептиками не устранила в процессе эксплуатации гнилостного разрушения древесины„при том что ее механические свойства ухудшались.
В практике Московского вертолетного завода им. М.Л. Миля в лопастях НВ применялась смешанная конструкция — лонжерон выполнялся из стальной трубы, а в элементах каркаса использовалось дерево и полотно. Требования прочности, жесткости и аэродинамики с учетом технологических возмолгностей привели к необходимости изменения форм сечения лонжеропа по радиусу с цилиндрической на эллиптическую. Металлургическая промышленность не располагала оборудованием для формирования данного лонжерона из одной заготовки. Поэтому конструкторы вынуждены были ввести телескопические стыки, соединенные стальными заклепками, с использованием упрочняющей технологии (дорнирование отверстий), плавные переходы жесткости в месте стыка, продольную шлифовку внутренней и внешней поверхностей каждой части лощкерона.
Учитывая характер аэродинамических нагрузок по хорде профиля, переднюю часть профиля лопасти выполняли из фанеры, а заднюзо — из полотна в комлевой части лопасти и фанерной обшивки в средней и концевой ее части. Аэродинамические нагрузки и центробежная сила, действующая на каркас, через нервюры передавались на лонжерон. Передача сил и моментов на лонжерон осуществлялась через фланцы, приклепанные к лонжерону и стенке нерв1оры. В процессе эксплуатации выявился ряд недостатков принятой конструктивно-силовой схемы лопасти.
Наличие стыков и заклепочных соединений существенно усложнило процесс достижения необходимого ресурса лопасти. Использование в хвостовой части безмоментной обшивки (полотна) приводило к тому, что под действием внешних аэродинамических сил и центробежной силы воз- 32 духа, находящегося внутри каркаса, существенно искажался профиль лопасти, что ухудшало его аэродинамические характеристики. Введение дренажного отверстия па нижней поверхности в конце лопасти привело к местным потерям на перетекание воздуха внутри каркаса под действием центробежных сил. Устранение этого недостатка за счет отказа от полотна и переход на фанерную обшивку по вссй поверхности лопасти существенно увеличило массу лопасти и сдвигало центр масс лопасти назад, В результате совместной деятельности конструкторов, технологов и металлургов по устранению отмеченных недостатков был создан лонжерон заданного переменного сечепия без стыков, а хвостовую часть лопасти стали выполнять из дюралюминевой обшивки, подкрепленной сотовым блоком, ие изменяющей форму под действием аэродинамических нагрузок.
Для трубчатого лоиясеропа применяется обычно труба из высокологироваппой стали типа ЗОХГСА или 40ХНМА, закаленной и отпущенной па прочность (сг„= 1100 — 1300 МПа). После горячей и холодной прокатки, формообразования и закалки наружная и внутренняя поверхности трубы полируются.На внешней и внутренней поверхяостях лонжерона создается наклеп виброударпым способом, повышающий предел выносливости до ою = 280 — 300 МПа ып при постоянной части пагружония о = 200 — 250 МПа. В конструкции лопасти, основанной на стальной трубе, лонжерон обычно защищен каркасом и пе может быть механически позрезкдеи в эксплуатации.
Использование прессованного профиля из дзоралюминиевого материала позволило формировать профиль лонжерона с наиболее целесообразным сечением (рис. 2.3.1). Применение замкнутого профиля, полученного методом прессования (экструзия), ограничил диапазон использования существующих дюралюминиевых сплавов. В процессе прессования происходит разделение материала на две части, поэтому в формирующем профиль инструменте (фильере) эти две части должны соединяться и свариваться давлением. Чтобы структура материала в местах сварки не ухудшалась, необходимо применять материал с высокой коррозионной стойкоотью, Усталостпая прочность дюралюминиевого лонжерона может снизиться изза дефектов, возникающих в процессе прессования профиля и механической обработки лопягерона.
Поэтому необходимо пе только наружную, но и внутреннюзо поверхности лонжерона упрочнять виброударпьзм способом. Предел выносливости может быть доведен ЗЗ до пи = 55 — 60 МПа при гз = 60 МПа. Для исключения воз- ни можности коррозионного повреждения прессованных лонжеронов в процессе производства и в условиях эксплуатации необходимо применять гальванические покрытия (например, анодирование) после промежуточных операций его обработки. Процесс прессования не позволяет изменять форму сечения по заданному закону, поэтому требуемую высоту профиля по длине лопасти можно обеспечить только за счет фреэерования внешней поверхности.
В результате конструктор имеет возможность разрабатывать конструктивно-силовую схему лопасти только прямоугольной формы в плане (сужение з) = 1). Рис. 2.3.1.Сечение лопасти с дюраэиоминовым прессованным лонхерономг 1 — пакет протиеоабразивной накладки, нагревателя и прокладки диэлектрика; 2 — резиновый слой, привулканизированный к отсекам противофлаттерного груза (3) из стали 4 — лонхерон; 5 — клеевое соединение дюралюминовой обигивки хвостового отсека (б) с лонзсероном," 7 — сотовый заполнитель из алюминиевой фольги Контакт поверхности лонжерона с потоком воздуха привел к необходимости защиты этой поверхности от эрозионного повреждения.
Была сделана попытка формирования лонжерона лопасти из многослойного тонкого листа нержавеющей стали, соединенного в монолит при помощи склейки. Предполагалось создание конструкции, обладающей большой стойкостью к распространению усталостной трещины. Органическим недостатком данной конструкции была невозможность обеспечения качественной склейки и устранения выявленных дефектов клеевых поверхностей. Лопасти с лонжероном замкнутой формы позволяют использовать технические средства постоянного контроля усталостных разрушений материала лонжерона. Система сигнализации повреждения цельнометаллических лонжеронов состоит иэ сигнализатора давлении воздуха и заглушек на концах лонжерона (рис. 2.3.2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
