Вертолет 2002 04

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.

Одной из главных технологических проблем при производстве лопасти несущего винта вертолета Ми-26 оказалось образование складок в стеклопластиковых оболочках при изготовлении их методом ручной выкладки. Для лопастей несущего винта вертолета Ми-26 появление складок в стеклопластиковых оболочках не является фатальным, так как основные нагрузки (как уже было сказано ранее) несет стальная труба, являющаяся главным силовым элементом лонжерона. Однако трещины, которые могут появиться на месте складок слоев композиционного материала, – весьма неприятный эксплуатационный дефект. Несмотря на то, что значительная часть элементов лопасти несущего винта вертолета Ми-26 выполнена из композиционных материалов, она (с учетом перечисленных выше недостатков) уступает по эксплуатационным качествам лопастям, полностью выполненным из композиционных материалов.

Фото 2

Фото 3

Рис. 4

Около 10 лет назад лопасть несущего винта вертолета Ми-26 была перепроектирована. Опытные образцы лонжерона лопасти были изготовлены методом намотки и успешно прошли усталостные испытания. Однако вследствие экономического кризиса работы по цельнопластиковой лопасти несущего винта вертолета Ми-26 были остановлены и технологическая оснастка законсервирована.

Для вертолета Ми-26 были разработаны, изготовлены и прошли полный цикл испытаний, включая летные, два типа цельнопластиковых лопастей рулевого винта. Оба типа лопастей имеют аналогичную аэродинамическую компоновку и лонжерон с D- образным поперечным сечением. Главное их различие заключалось в том, что лонжероны лопастей первого типа изготавливались ручной выкладкой, а второго – намоткой. К серийному производству были приняты и около 20 лет производятся и успешно эксплуатируются лопасти второго типа.

Кроме лопастей рулевого винта вертолета Ми-26, примерно в тот же период времени на фирме Миля были спроектированы, изготовлены и испытаны лопасти нескольких экспериментальных винтов. Изготавливались они как методом выкладки, так и методом намотки.

Сравнение этих двух методов изготовления лонжеронов лопастей позволяет сделать вывод о том, что при использовании метода намотки создается материал, который лучше противостоит опасности возникновения складок – главного повреждающего фактора для слоистых композиционных материалов. Метод намотки позволяет также исключить из процесса изготовления лонжерона следующие операции:

– раскрой заготовок композиционного материала (при серийном производстве для выполнения этой операции необходимо специальное оборудование, стоимость которого вполне сопоставима со стоимостью намоточного станка);

– маркировку, взвешивание и селективный подбор заготовок;

– транспортировку большого числа «сырых» длинномерных заготовок препрега из зоны раскроя в зону формирования изделия (именно на этом этапе наиболее вероятно возникновение складок);

– ручную укладку и позиционирование отдельных заготовок при формировании изделия;

– ручное разглаживание и уплотнение слоев композиционного материала в процессе формирования изделия.

Кроме того, при прессовании изделий, изготавливаемых методом выкладки, возможен дрейф отдельных заготовок препрега, что в принципе исключено при изготовлении трубчатых изделий методом намотки.

Так как метод намотки позволяет изготовить потенциально более прочные конструкции, то он представляется более предпочтительным для изготовления трубчатых лонжеронов лопастей вертолета.

Рис. 5

Фото 4

Совершенствование конструкции

Одной из самых интересных работ по развитию метода намотки применительно к изготовлению композитных лопастей можно считать разработку конструкции и производственного процесса для композитной лопасти несущего винта вертолета S-76. Работы выполнялись по заказу и при техническом содействии фирмы Sikorsky Aircraft. Были изготовлены и испытаны (с весьма положительными результатами) образцы лонжеронов. К сожалению, по причинам, не имеющим отношения к технике, работы были остановлены и их результаты не могут быть представлены в данной публикации.