Лопасти смешанной конструкции
Лопасти смешанной конструкции можно разделить на несколько подгрупп:
- лопасти со стальным трубчатым лонжероном, деревянными нервюрами и полотняной или фанерной обшивкой;
- лопасти со стальным трубчатым лонжероном или прессованным из алюминиевого сплава со стеклопластиковым каркасом и стеклотканевыми или металлическими хвостовыми отсеками;
- комбинированные металлопластиковые лопасти.
Лопасти с полотняной обшивкой имеют относительно меньший вес, легко ремонтируются, особенно в полевых условиях, однако обладают рядом существенных недостатков:
- покрытие поверхности лопасти недостаточно эрозионностойко, легко разрушается под действием песка, дождя и снега, недостаточно тропикоустойчиво и грибостойко;
- полотняная обшивка не обеспечивает оптимальную крутку лопасти, при больших окружных скоростях профиль сечения лопасти искажается, вследствие чего увеличивается профильное сопротивление и снижается к.п.д. винта;
- действие влаги на деревянные части лопасти может привести к разбалансировке винта. Ввиду ограниченности ресурса смешанная каркасная конструкция с полотняной или фанерной обшивкой на современных вертолетах почти не применяется.
Лопасти с металлическим лонжероном и стеклопластиковым каркасом имеют стальной трубчатый лонжерон в виде профилированной трубы переменного сечения. Обводы лопасти создаются обшивкой из трех слоев стеклоткани, идущей поверх лонжерона и заполнителя. Заполнитель из пенопласта или сот (американская фирма Юнайтед Эркрафт). Другой тип лопасти со стальным трубчатым лонжероном и стеклопластиковым каркасом запатентован Шарлем Марчетти, сотрудником французской фирмы Сюд Авиасьон.
|
|
|
Лонжерон этой лопасти представляет собой трубу, имеющую переход от цилиндрической части в каплевидную с уменьшением толщины стенок. К лонжерону клеятся полые отсеки из тонколистового стеклотекстолита.
Комбинированные металлопластиковые лопасти имеют лонжерон, выполненный из листовых элементов и армированного волокном пластика совместным их формованием (английская фирма Аэро контролз) патентовала несколько модификаций лопастей. Один из вариантов такой попасти (автор Р. Клеменс) представляет собой следующее: носовая часть - стальная обшивка в виде лент и стекловолокнистый лонжерон. Отверстия внутри лонжерона служат для подачи топлива к двигателю на конце лопасти хвостовая часть - стальная обшивка и пенопластовый заполнитель с отверстиями облегчения.
Фирма «Автожиро компани оф Америка» (США) запатентовала лопасть со стальным лонжероном незамкнутого поперечного сечения и выполненной заодно с ним многослойной стеклопластиковой работающей обшивкой, подкрепленной легким заполнителем. Задняя поверхность лонжерона на большей части его длины выполнена вогнутой в направлении передней кромки. Сочетание массивного лонжерона с легкой хвостовой частью позволяет достичь оптимальной центровки без применения противовесов.
|
|
|
На вертолетах Ми-8, Ми-6, Ми-10 также применяются лопасти с металлическим лонжероном и стеклопластиковым каркасом. Лонжерон такой лопасти представляет собой профилированную стальную трубу переменного сечения, имеющую переход от цилиндрической части в D-образную с уменьшением толщины стенок. Обводы лопасти создаются обшивкой из 6-10 слоев стеклоткани толщиной 0,25 мм, намотанной на заполнитель из пенопласта ФК-20 и компенсаторы из нескольких слоев стеклоткани, служащие для передачи нагрузки от аэродинамических сил через обшивку на лонжерон. К лонжерону клеятся хвостовые отсеки с обшивкой и нервюрами из стеклоткани и сотового заполнителя.
Лопасти из композиционных материалов
Фирмой «Каман Эркрафт» (США) созданы лопасти стеклопластиковой конструкции для вертолетов Н-43В "Хаски” двухвинтовой перекрестной схемы [10]. По геометрическим размерам и аэродинамическим параметрам стеклопластиковая лопасть одинакова с прежней деревянной (переклей черной ели или клена); длина около 7 м, хорда 450 мм, максимальная толщина профиля 50,8 мм. Лопасть состоит из профилированного лонжерона с закрепленным на комле стальным наконечником, неразрезной по длине хвостовой части и сервозакрылка для управления общим и циклическим шагом н.в. Лонжерон представляет собой полую балку D-образного поперечного сечения с переменной по длине толщиной стенки. Эта балка получена соединением предварительно отвержденных и отпрессованных переднего D-образного и заднего швеллерного профилей. Передняя кромка стеклопластиковой лопасти защищена от абразивного износа слоем неопренового каучука.
|
|
|
Фирма Вертол, являющаяся отделением фирмы Боинг (США), успешно закончила испытания стеклопластиковых лопастей для вертолета СН-47А “Чинук” [11] (длина 9 м, хорда 636 мм, вес 123 кг, профиль 630-132). Обшивка, лонжерон, стрингер, нервюра и законцовка выполнены из стеклопластика Скотчплай 1002, при этом обшивка и нервюры выполнены из переплетенной ткани, а лонжерон и стрингер из однонаправленной. Материал Скотчплай 1002, выпускаемый фирмой Миннесота майнинг энд Мэньюфэкчеринг (США), - нетканый однонаправленный материал в виде слоя параллельно уложенного непрерывного стекловолокна, который пропитан при изготовлении связующим горячего отверждения на основе эпоксидных смол. Наконечник лопасти впрессован в комель при формовании лонжерона и обжат хомутом, устанавливаемым снаружи на эпоксидной смоле. Лонжерон изменяет сечение от круглого в комле к D-образному профилю и далее к С-образному профилю. Особое внимание было уделено вопросу развития трещин в стеклопластике под действием статических и знакопеременных нагрузок. Испытания образцов показали, что надрез наружного слоя не приводит к появлению трещин в соседних слоях. Фирма Кэртэ Райт (США) разработала технологию двух типов лопастей: полые лопасти трехслойной конструкции и лопасти с пенопластовым заполнителем. В последнем случае технология основана на применении помещенного в прессформу эластичного мешка, заполненного гранулами фторопласта. Эластичный мешок заполняется гранулами под давлением и принимает форму, соответствующую контуру лопасти [12]. На такой сердечник производится наслаивание пропитанной стеклоткани с последующим прессованием ее в прессформе методом пресскамеры. После прессования лопасти гранулы удаляются из мешка, а мешок выталкивается через комлевое отверстие.
|
|
|
При изготовлении лопастей трехслойной конструкции, между слоями стеклоткани прокладываются предварительно отформованные панели, переходная часть лопасти выполняется намоткой стекловолокна при соответствующем натяжении. Прессование лопасти производится в гидропрессе с нагревом. В ФРГ из стекложгута изготавливаются лопасти винтов самолетов, вертолетов, ветряных двигателей [13]. Пропитанный жгут протягивают через кольцевую насадку для удаления избытка смолы и затем расплющивают до получения необходимой толщины. Затем набирают из расплющенного жгута две половины обшивки лопасти, в которых впоследствии вспенивается пенопласт в прессформе, затем производится окончательная обмотка лопасти стеклотканью или стекложгутом. Таким методом изготовлены: крыло планера Н-30, однолопастной винт вертолета “Бельков-БЕ-102” (ФРГ), лопасти ветряного двигателя, хвостовые винты. Американская фирма Парсонс Корпорейшн имеет патент на изготовление лопасти [14].
Лонжерон лопасти формуется из стеклоткани путем обертывания сначала отдельных стержней - сердечников, а затем всего собранного из них комплекта с последующим извлечением сердечников из отформованного лонжерона. Для изготовления сердечника металлические рейки (длина которых несколько больше, а ширина и толщина меньше соответствующих размеров сердечников) обклеиваются древесиной так, что получаются деревянные бруски с металлической сердцевиной. Бруски по длине сужаются. Собирают их так, чтобы узкий конец каждого бруска прилегал к широкому концу соседнего, бруски покрыты разделительной смазкой. Извлекают такие сердечники в разные стороны в направлении уклона.
По зарубежным данным ряд авиационных фирм успешно используют изготовленные силовые детали вертолетов и самолетов из стеклопластика методом намотки.
Американская фирма Локхид сообщает об успешном использовании стеклопластиков для изготовления лопастей длиной 81 дюйм, предназначенных для роторов аэродинамической трубы. Английская фирма Вестланд Эркрафт использует стеклопластик на полиэфирных смолах для изготовления стеклопластиковых винтов автожиров. Лопасть имеет стеклопластиковый лонжерон коробчатого сечения длиной 30 дюймов. Западногерманская фирма Бельков исследовала ряд конструкционных материалов: сталь, титан, алюминий и стеклопластик в целях выбора наиболее пригодного из них для изготовления лопастей несущего винта вертолета. Проведенные исследования показали преимущество стеклопластика для изготовления лопастей. В результате фирмой Бельков была разработана монококковая лопасть из стеклопластика на основе ровницы из эпоксидной смолы с заполнением внутренней полости пенопластом.
Изготовленная методом намотки лопасть успешно прошла летные испытания на французском вертолете “Алуэтта”.
Отделение Вертол фирмы Боинг приступило к осуществлению программы по разработке лопастей несущего винта вертолета СН—47А “Чинук” с использованием бороматериала в качестве конструкционного материала [15]. До настоящего времени в конструкции лопастей н.в. использовался профиль с постоянным поперечным сечением и прямоугольной формой в плане. Современный прогресс технологии композиционных материалов позволит создать лопасти н.в. с более рациональной геометрией и улучшенными аэродинамическими характеристиками, при учете в перспективе значительное снижение стоимости производства бороматериала. Фирма Боинг-Вертол обеспечивает техническую базу, другие фирмы Геркулес Паудер Корпорейшн, Ферро Корпорейшн и Тексако эксперимент разрабатывают улучшенные волокнистые материалы, оптимальные связующие, методики пропитки и укладки волокон при изготовлении слоев однонаправленного материала, выбор их толщины и наивыгоднейшей ориентации волокон с точки зрения нагрузок, действующих на лопасть в полете. В конструкции лопасти лонжерон изготовлен из боро- и стекловолокна, обшивка из бороволокна с переплетенной стеклотканью, заполнитель из алюминиевых сот, комлевая часть и крепление из титана (рис. 2). Лопасть радиусом 30 футов (9,144 мм) и хордой 32 дюйма (81,28 см) будут иметь трапециевидную форму в плане, толщина профиля изменяется с 12% в комлевой части до 6% на конце лопасти. В комлевой части лопасть имеет профиль NАСА-23012 и скоростной профиль на конце. Применение новых лопастей позволит снизить вес пустого вертолета “Чинук” на 12-24%, увеличить на 40% перегоночную дальность полета по сравнению с вертолетом, имеющим металлические лопасти, уменьшить вес лопасти на 22,68 кг, уменьшить статический прогиб на 7,62 см. Новый композиционный материал предоставляет конструктору широкие возможности для регулирования динамических характеристик лопасти. Изгибную и крутильную жесткости лопасти, а также ее вес можно точно подобрать во всех сечениях по длине путем рациональной укладки слоев, изменяя направление волокон, число и плотность их в лонжероне и обшивках. Трапециевидная форма в плане с сужением к концу уменьшит вредное влияние эффекта сжимаемости, снизит уровень переменных напряжений и увеличит подъемную силу в комлевых участках за счет уменьшения крутки.
Французской фирмой Сюц авиасьон совместно с английской фирмой Вестлэнд Эркафт изготовлен и проходит летные испытания трехлопастной жесткий несущий винт слоистой конструкции из стеклотекстолита [16] на вертолете SА-340.
Фирма Уиттейкер (США) получила заказ на разработку лопастей несущего винта вертолета с применением волокон бора; фирмой получен также заказ, предусматривающий постройку экспериментальной линии по производству ленты из волокон бора. Совместно с фирмой Белл (США) фирма Уиттейкер получила заказ на разработку, изготовление и испытание хвостового винта вертолета Белл UН-IF из боропластика [17].
Работы по композиционным материалам в США вступают в фазу производства и летных испытаний натурных агрегатов летательных аппаратов. Считается, что применение композиционных материалов обеспечит снижение веса конструкции на 35-50%. Основным фактором, определяющим применение композиционных материалов, является разработка технологии производства.
В течение ближайших пяти лет большое внимание будет уделено новым перспективным материалам на основе металлов и пластиков, армированных волокнами графита, бора и окиси алюминия. Предполагается, что сначала будут разрабатываться и найдут применение в конструкциях ЛА, алюминий, титан и никель, армированные волокнами бора или графита [18].
В работе [19] приведен обзор современного состояния и перспектив использования пластмасс в конструкциях американских и английских самолетов и вертолетов.
Например, разработка угольного волокна должна значительно расширить применение композиционных пластиков в самолето- и вертолетостроении. Это волокно повысит усталостную прочность армированных пластиков по сравнению с металлами, фирмой Вэстланд Эркрафт этот дорогостоящий материал расходуется для изготовления лопастей винтов вертолетов экономно: часть лопасти, которая должна иметь максимальную прочность и жесткость, упрочняется угольным волокном, а остальная - менее прочным, стеклянным волокном.
Лопасти отечественных вертолетов Ми-8, Ми-6, КА-25, Ка-26 и др. выполненные с применением стеклопластика, успешно проходят летные испытания. При этом установлено, что усталостная прочность и ресурс этих лопастей в 2 раза выше подобных цельнометаллических.
Глава II.
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛОПАСТЕЙ ВЕРТОЛЕТОВ
Дата добавления: 2018-05-01; просмотров: 707; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!