Текст книги "Вертолёт 1999 04"

Автор книги: Вертолет Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 9 страниц)

И нститут авиационной и космической медицины РТР добровольных сообщений по безопасности полетов от лилика к ломику

№ 6(61) ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ 1998

БЮЛЛЕТЕНЬ ЦЕНТРА ДОБРОВОЛЬНЫХ СООБЩЕНИЙ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ

С сокращением гражданского и военного самолетного парка России вертолеты, как транспортное средство, становятся весьма популярными, к сожалению, растет и число аварий на них.

В полете вертолеты попадают в сотни опасных ситуаций. Десятки из них заканчиваются катастрофами и авариями. Однако конкретной информации об этих авариях очень мало, даже если они происходят в авиа отрядах соседних областей. Для средств массовой информации это не сенсация (жертв меньше, чем в дорожно-транспортных происшествиях), а межведомственный информационный обмен сейчас ослаблен.

Локационный контроль за полетами вертолетов осуществляется лишь эпизодично, бортовые средства объективного контроля не просматриваются неделями, особенно при работе на удаленных точках.

Информация от вертолетчиков, поступающая в Центр добровольных сообщений по безопасности полетов и в его региональные отделения (их по России уже 12) анонимно, помогает изучать наиболее сложные ситуации, чаще всего возникающие в полетах, а значит – проводить профилактику повтора таких ситуаций. Вот несколько сообщений из банка данных Центра добровольных сообщений по безопасности полетов.

КВС Ми-8: В прошлом году, дважды встретив на маршруте погоду ниже минимума, прекращал выполнение задания. Один раз вернулся на аэродром вылета, второй – сел на промежуточную точку. Оба раза реакция руководства авиакомпании была негативной: «определили», что погода позволяла с маневром пробиться до заданных пунктов посадки. После каждого из этих случаев несколько раз меня лишали хороших рейсов. Вывод сделал…

Летчик-штурман Ми-8: После длительного перерыва выполняли полеты в известном районе. На второй день у железной дороги пролетели мимо мачты высотой 110–120 м, с оттяжками. Раньше об этой мачте мы никакой информации не получали. Были уже сумерки, но мачта стояла без огней. После облета сообщили по команде. Неделю спустя увидели, что появился красный сигнальный огонь (один, а не два, как обычно) и не на верхушке, а посередине. Примерно через месяц мачта исчезла вообще…

Летчик-штурман Ми-8: К нам в отдельную эскадрилью перевели командира экипажа – участника «горячих» событий. Очень рискового, любителя летать «по кустам» с резким маневрированием. С ним летать опасались многие. А он отшучивался: «Скоро опять в «горячие» точки, не надо расслабляться». Подбор экипажей у нас формальный, никто не заинтересован найти такому человеку «противовес».

КВС Ми-8: На последних учениях в округе мы обеспечивали перелеты начальства. Бывали дни, когда план полетов, утвержденный вечером, менялся потом несколько раз: то нужно лететь через те площадки, то через другие, хотя большинство площадок находятся у автодорог и между ними не больше часа лета, а то и меньше. В предпоследний день загоняли до того, что перед очередным взлетом забыли включить подкачивающие насосы; заметили бы чуть позже – движки бы встали.

Борттехник Ми-6: У нас один экипаж дважды получал солидную сумму наличкой от сопровождающих груз (частный дорогой автомобиль) за полет в плохую погоду. Родственнику одного из членов экипажа нужна была платная операция. Это и стало решающим доводом для рискованного полета.

125083, г. Москва, А-83, Петровско-Разумовская аллея, 12.

Институт авиационной и космической медицины.

Тел.: (095) 212-63-42 – круглосуточно

(095) 155-12-78,

Тел./факс: (095) 212-20-42.

Посадка при неработающих двигателях

Григорий КУЗНЕЦОВ, канд. техн. наук

Отказ двигателя в полете, к сожалению, явление нередкое. Особенно серьезными последствиями он чреват для легких и сверхлегких однодвигательных вертолетов, составляющих сегодня более 50 % общего мирового парка винтокрылых машин. В этом случае аппарат вынужден совершать посадку на режиме самовращения несущего винта (РСНВ). На двухдвигательных вертолетах вероятность отказа обоих двигателей существенно ниже. Однако практика летной эксплуатации насчитывает немало ситуаций, влекущих за собой необходимость выключения двигателей.

В нормативных документах, разработанных еще в советское время, отсутствовали конкретные требования по обеспечению безопасной посадки при отказе двигателей. Возможно, это объяснялось тем, что в СССР создавались, в основном, двухдвигательные, более безопасные вертолеты. Требования сводились лишь к правилам выполнения винтокрытым аппаратом посадки на РСНВ с пробегом.

Копируя самолетный подход к проектированию взлетно-посадочных устройств, обычно задавали эксплуатационное (1,8 м/с) и максимально допустимое (3,6 м/с) значения вертикальной скорости приземления вертолета, а также типовые расчетные случаи. Для всех классов машин от Ми-2 и Ка-26 (взлетная масса 3000 кг) до Ми-26 (56000 кг) требования при расчете энергоемкости шасси и прочности силовых элементов планера практически одинаковы. Момент инерции несущего винта и частота его вращения, от которых зависит запас кинетической энергии ротора на случай посадки на РСНВ, в расчет не принимался.

В случае расположения площадки приземления на большой барометрической высоте в горной местности, при высокой температуре воздуха, большой полетной массе или при комбинации указанных условий запаса кинетической энергии несущего винта, как правило, недостаточно для существенного уменьшения скорости планирования на РСНВ к моменту приземления. Посадка происходит с большей скоростью, чем та, на которую рассчитана конструкция машины. Это влечет за собой самые тяжелые последствия: нарушение целостности вертолета, утечку топлива, возникновение пожара и т. д.

В руководствах по летной эксплуатации (РЛЭ) для посадок вертолетов на режиме самовращения несущих винтов рекомендован так называемый «комбинированный» способ. Он включает в себя планирование по пологой траектории на приборных скоростях, близких к 120 км/ч, и предпосадочный маневр с энергичным аэродинамическим торможением вертолета за счет отклонения назад несущего винта и увеличения угла тангажа. Однако при использовании методики для выполнения посадки с коротким пробегом или без пробега выяснилось, что в процессе торможения носовая часть фюзеляжа поднимается вверх, закрывая обзор в направлении движения вертолета, что приводит к потере видимости места приземления. Из-за этого летчик не может корректировать свои действия.

Кроме того, большие (до 15 и более градусов) углы тангажа и их изменение в процессе торможения нарушают представления летчика об истинной высоте полета, что приводит к значительным ошибкам в определении рекомендуемой высоты для увеличения общего шага несущего винта с целью окончательного уменьшения скорости перед приземлением.

Изменение пространственного положения несущего винта, наличие вращения вертолета относительно поперечной оси вызывают появление кренящих и разворачивающих моментов на вертолетах с рулевым винтом, которые летчик должен быстро и своевременно парировать отклонением рычагов управления. Ошибку исправить практически невозможно. Углы крена и тангажа к моменту приземления, по результатам анализа аварийных посадок, достигают 20 градусов, что приводит к тяжелым летным происшествиям.

Ряд рекомендаций по выполнению предпосадочного маневра дается с учетом высоты полета относительно площадки приземления. При пологой траектории планирования такие рекомендации пригодны только для посадки на аэродром или на ровное поле. В случае планирования над пересеченной местностью или лесным массивом радиовысотомер не может выдавать текущее значение высоты полета машины относительно места приземления, следовательно, рекомендациями РЛЭ воспользоваться невозможно.

При отказе двигателей выбор площадки, пригодной для посадки с пробегом, крайне ограничен. В большинстве случаев посадку необходимо производить на площадку ограниченных размеров. «Комбинированный» способ посадки на РСНВ не обеспечивает надежности попадания (приземления) на такую площадку.

Несовершенство рекомендаций РЛЭ по выполнению посадок на РСНВ вынудило летчиков на свой страх и риск осуществлять посадку на РСНВ с меньшими значениями скоростей предпосадочного планирования по более крутой траектории. Летчик-инструктор Е.Ф. Альков в Якутии отработал методику посадки с коротким пробегом и успешно демонстрировал ее своим ученикам. Попытка узаконить новый метод посадки через Главное управление летной службы МГА, ГосНИИ ГА положительных результатов не дала. Обучение пилотов данной методике признали делом опасным.

Со временем выяснилось, что применение существующей методики предпосадочного планирования на РСНВ при больших скоростях на боевом армейском вертолете Ми-24, подверженном огневому воздействию, быто невозможным. В ГК НИИ ВВС в ходе научно-исследовательской работы «Бегунок-77» в 1977 г. для предпосадочного планирования на РСНВ быта экспериментально установлена скорость 80 км/ч. Эта скорость рекомендовалось также для выполнения посадки с двумя и одним работающим двигателем.

На дальнейшее уменьшение скорости предпосадочного планирования Ми-24 на режиме самовращения несущих винтов специалисты ГК НИИ ВВС не пошли. Дело в том, что летчик-испытатель полковник Л.З. Татарчук обнаружил, что поведение машины при снижении на приборной скорости 65 км/ч серьезно отличается от ее поведения при снижении на скорости 70 км/ч. По предварительно выполненным расчетам, вертикальная скорость (V y) должна была возрасти на 1 м/с. Однако при планировании на скорости 65 км/ч, при прочих равных условиях, V yувеличилась не на 1 м/с, а на 4–5 м/с.

Самопроизвольное увеличение вертикальной скорости на предпосадочном планировании на указанную величину было опасным. Энергоемкости амортизационных стоек опор шасси оказалось бы недостаточно для ее гашения при проведении летного эксперимента. Ранее полученные зависимости вертикальной скорости на РСНВ от горизонтальной составляющей скорости планирования (V x) для вертолетов Ми-4, Ми-6, Ми-8 и Ка-25 имели плавный (бесскачковый) характер, что не находило объяснения ни у испытателей, ни у специалистов конструкторских бюро. В связи с этим отказ руководства МГА ввести в действие методику Е.Ф. Алькова, базирующуюся на использовании малых скоростей предпосадочного планирования на РСНВ, можно считать оправданным. Тем не менее, для спасения людей при отказе двигателей летчики ГВФ продолжали использовать запрещенную методику на всех типах вертолетов.

Итак, большая скорость предпосадочного планирования и сложная техника пилотирования вертолета при выполнении предпосадочного маневра на РСНВ в 50 % случаев приводят к разрушению винтокрылых аппаратов. Поиск рационального способа посадки при отказе двигателей в полете продолжался. Вскоре появился новый метод посадки на РСНВ, который получил сначала научное обоснование, а потом и летную апробацию на вертолете Ми-8 в ГК НИИ ВВС.

Благодаря использованию математической модели движения вертолета на РСНВ удалось получить зависимость скорости установившегося планирования (V) аппарата от вертикальной скорости при постоянных значениях полетной массы, плотности атмосферного воздуха и минимальном шаге несущего винта. На графике зависимости V = /(V) буквой «А» обозначен режим планирования на РСНВ, рекомендованный РЛЭ для «комбинированного» способа посадки при отказе двигателей. Если пилот не допустит существенных ошибок, то после выполнения предпосадочного маневра к моменту приземления винтокрытая машина будет иметь параметры движения, соответствующие точке «А 1». В данной точке V yимеет малую величину (1–2 м/с). Скорость же поступателыного движения аппарата в начале пробега, наоборот, имеет относительно большое значение.

На этом же графике буквой «К» обозначен режим предпосадочного планирования на РСНВ, предложенный автором для выполнения посадки вертолета с неработающими двигателями без пробега. Данный режим характеризуется минимальным значением скорости планирования V. Только в точке «К» зависимости V = f(Vy) отношение кинетической энергии вращающегося несущего винта к кинетической энергии снижающегося на режиме авторотации вертолета имеет максимальное значение. Следовательно, с энергетической точки зрения это наиболее выгодный для посадки режим планирования с неработающими двигателями.

Предпосадочное планирование с параметрами в точке «К» в штилевых условиях осуществляется по крутой траектории с углами наклона, близкими к 45 0.При наличии встречного ветра, скорость которого равна 10–15 м/с, вертолет снижается почти вертикально. На рекомендованной высоте, непосредственно над площадкой, пилот должен осуществить «подрыв» несущего винта, энергично увеличив общий шаг вплоть до максимального значения, с целью уменьшения скорости планирования. В результате вертолет приземляется с параметрами движения в точке «К» практически без пробега со скоростью V y, равной 3–5 м/с.

Вертикальная скорость приземления в данном случае выше, чем в точке «А 1», и должна гаситься за счет использования энергоемкости шасси и остаточных деформаций планера при неблагоприятном сочетании большой полетной массы вертолета и малой плотности атмосферного воздуха. В процессе «подрыва» несущего винта вертолет не стремится к значительному изменению пространственного положения и продолжает движение по той же траектории. Приземление происходит с посадочными значениями углов крена и тангажа. Для гарантированного приземления на выбранную в полете площадку пилоту достаточно перевести вертолет на траекторию движения с параметрами в точке «К», конец которой проецируется в центр площадки.

Техника пилотирования при использовании данного способа посадки достаточно проста и доступна даже пилоту, не имеющему навыков в выполнении посадок на режиме самовращения несущих винтов. Этот способ посадки быт включен в РЛЭ, изданное Министерством обороны. Комбинированный способ упрощен и уточнен для выполнения посадки с пробегом. Оба способа посадки на РСНВ взаимно дополняют друг друга, а у пилота появляется возможность выбора одного из них применительно к конкретным условиям полета. Хочется с благодарностью вспомнить летчика-испытателя Л.З. Татарчука, который первым стал исследовать возможности поведения вертолета Ми-24 на РСНВ. Представленный график зависимости V m= f(Vy) подтверждает, что одной и той же величине V mв определенном диапазоне скоростей соответствуют два значения V y. Новый способ посадки пригоден также для любого другого вертолета. Для этого необходимо провести летные исследования, подобные тем, которые были осуществлены для Ми-8 в ГК НИИ ВВС.

–

ТЕХНОЛОГИЯ

Композитные лопасти: выкладка или намотка?

Часть 1

О целесообразности замены металлических лопастей на композитные

Необходимость применения композитных материалов при изготовлении лопастей вертолетов ни у кого не вызывает сомнений. Предметом обсуждения, как правило, является выбор той или иной технологии, стоимость, надежность, стабильность характеристик. Большую роль при принятии решения об установке на вертолет композитных лопастей играет элементарная экономическая и технологическая целесообразность. В частности, для вертолетов, эксплуатирующихся на сравнительно небольших скоростях, композитные лопасти могут оказаться излишней роскошью, так как возникающие в этом случае сравнительно небольшие переменные деформации могут выносить и традиционные материалы. Кроме того, лопасти из композитов значительно дороже, например, лопастей вертолетов Ми-8, Ми-17, производящихся на основе прессованных лонжеронов из алюминиевых сплавов. При ресурсе 2000 часов и среднегодовом налете вертолетов 250–300 часов эти лопасти могут служить 6–8 лет.

Ресурс композитных лопастей может быть в 5-10 раз больше ресурса металлических, и даже если они будут вдвое дороже, их преимущество будет очевидным. Действительно, цена одного летного часа эксплуатации лопасти становится в K раз меньше:

Однако эксплуатант все же стоит перед выбором: купить композитную лопасть, экономический эффект от которой он начнет получать только через 12–16 лет после начала эксплуатации, или более дешевую сегодня металлическую, вложенные в которую деньги начнут «работать» быстрее.

Конечно, замена металлических лопастей на более легкие композитные может дать дополнительные преимущества: уменьшение расходов горючего, увеличение полетной нагрузки и т. п., то есть принести некоторый экономический эффект.

Однако практика показала, что экономический эффект от замены традиционных лопастей на композитные весьма невелик: цена летного часа не зависит от величины перевозимого груза, а экономия горючего за счет выигрыша в весе за 1000 часов эксплуатации составит не более 10 % от цены комплекта.

Возникает уместный вопрос: а нужны ли вообще лопасти из композитных материалов? Да, нужны, но только в определенных случаях. Во-первых, при создании скоростных машин, когда необходимо использовать способность композитов выносить большие переменные деформации. Во-вторых, при разработке боевых вертолетов, лопасти которых должны работать, несмотря на серьезные повреждения конструкции. И в-третьих, при конструировании новых, более легких летательных аппаратов, когда экономический эффект от уменьшения массы конструкции будет выше затрат на использование композитных материалов.

Конструктивно-технологические особенности процесса намотки

Выберем для рассмотрения наиболее простую для такой технологии конструкцию, состоящую из изготавливаемых отдельно лонжерона и хвостовых секций (или сплошной хвостовой секции на всю длину лопасти) (рис. 1). Для получения необходимых жесткостных и прочностных свойств лонжерона, как в аспекте однократного нагружения, так и в аспекте циклической прочности, необходимо определенным образом расположить волокна композита. Это расположение характеризуется углами аир. Можно предположить, что, наматывая нити на оправку лонжерона по определенной программе, мы получим заданное расположение волокон с оптимальными углами намотки для различных сечений лопасти. В результате может показаться, что задача решена и необходимые свойства получены. Но это только на первый взгляд. Дело в том, что конструкция композита должна иметь неизменяющиеся или слабо изменяющиеся свойства по всему объему материала и достаточно низкую ползучесть.

Рассмотрим способность технологии обеспечить равномерность свойств по всему объему композита.

Сечение лонжерона представляет собой дельтовидную фигуру. В ней можно выделить небольшие участки, где кривизна имеет значительную величину – это r ₁, r ₂, r ₃, и участки, где кривизна весьма мала – это R ₁, R ₂, R ₃, (рис. 2).

Представим, что лонжерон равномерно вращается вокруг длинной оси лопасти Z, а нить, которая наматывается на лонжерон, изначально натянута с некоторой силой. Если длина нити невелика, а сама она достаточно жестка на растяжение, то усилие, которое действует в нити, будет изменяться по углу поворота лонжерона. При этом натяжение будет больше в моменты прохождения участков малых радиусов (r) и меньше в моменты прохождения участков с большими радиусами (R). Разумеется, могут быть задействованы различные устройства, сглаживающие колебания сил натяжения, но полностью избавиться от этого вряд ли удастся. При этом побочным, но реальным результатом, по-видимому, будет низкая скорость намотки, а это имеет уже прямое отношение к производительности процесса.

Итак, первое важное наблюдение: натяжение нитей на участках с большой кривизной больше, чем натяжение нитей на участках с малой кривизной. Это фактор, который может воздействовать на свойства получаемого композита в разных местах лонжерона. Однако даже если предположить, что при формировании композита в местах с различной кривизной натяжение одинаково, термомеханические процессы протекают по-разному. Можно считать, что при одинаковых давлении, температуре и времени отвердения свойства композита на различных участках лонжерона будут одинаковы. Но если давление на разных участках будет различным, это вызовет разницу свойств композита (хотя различие свойств возникает лишь при большом различии давлений).

Но дело в том, что натяжение нитей на участках с кривизной также создает давление. Следовательно, давление на участках r и R могут сильно различаться. В процессе нагрева связующее получает достаточную податливость, в результате чего нити выдавливают связующее. При этом уменьшается натяжение нити и связующее перетекает в участки с меньшим давлением. В результате на участках большой кривизны появляются слои с обедненным количеством связующего и слои с увеличенным количеством связующего (см. рис. 3). Кроме того, созданная конструкция обладает внутренними напряжениями (различными на разных участках), которые уравновешиваются внешними силами на границах с оправкой и прессформой. При извлечении лонжерона из прессформы внутренние напряжения перераспределяются, и лонжерон становится изогнутым и закрученным.

Рис. 1 Лонжеронная конструкция лопасти

Рис. 2 Сечение лонжерона

Рис. З Участки большой кривизны

Однако и это не самое важное. Важно то, что появляются участки с различными прочностными и усталостными свойствами. Возможно, что для некоторых конструкций и некоторых видов нагружения обеднение композита связующим может оказаться несущественным, так как оно незначительно влияет на прочность. Например, прочность при растяжении пластины с однонаправленными волокнами определяется прочностью нитей, а не связующего, которое только связывает волокна.

В лонжероне же лопасти ситуация принципиально иная. Выше мы уже говорили, что необходимые интегральные прочностные и жесткостные характеристики композита получаются за счет расположения нитей под определенными углами. А это расположение таково, что становится ясно: за жесткостные характеристики несут ответственность нити, а за прочностные (главным образом за долговечность) – связующее.

Из этого следует, что в подобных композитных конструкциях содержание связующего должно быть не менее 28–30 %. Эти параметры обеспечивают статическую и усталостную прочность (сопротивление переменным нагрузкам). Проводимые на МВЗ эксперименты показали, что в лонжеронах лопастей, создаваемых намоткой, содержание связующего колебалось на одном и том же лонжероне от 14 до 35 %. Это – осредненные значения для образцов, вырезанных из мест конструкции со сравнительно регулярной укладкой и геометрией. Толщина этих образцов равна толщине стенки или полки лонжерона (рис. 4). Можно предположить, что изучение содержания связующего по слоям в нерегулярных местах может показать еще большее различие в толщине слоев. К сожалению, такие исследования не проводились. Зависимости же усталостной прочности от процентного содержания связующего хорошо известны (рис. 5) И если избыток связующего создает проблемы с геометрией сечения, балансировкой, весовым совершенством, вибрациями вертолета, то недостаток связующего снижает усталостную прочность, что может привести к самым непредсказуемым и негативным последствиям.

Можно утверждать, что намоточная технология применительно к лонжеронам лопастей, имеющим дельтовидную форму сечения, имеет «генетический» дефект, по-видимому, неустранимый или трудноустранимый. Разумеется, это не означает, что такие лопасти вообще недолговечны. При достаточно низких относительных деформациях они могут использоваться. Но такая технология не позволяет извлечь все возможные выгоды использования свойств композитных материалов, получить более легкие, более долговечные лопасти и несущие винты с большим КПД.

Разумеется, из сказанного нельзя делать вывод о порочности намоточной технологии в принципе. Напротив, для тел вращения и близких к ним по форме эта технология весьма целесообразна.

Рис. 4 Компоненты напряжений в выделенном элементе отсека лопасти

Рис. 5 Зависимость усталостной прочности от процентного содержания связующего

Влияние формообразования на прочностные и геометрические характеристики

Известно, какое важное значение имеет точность изготовления внешнего контура лопасти. Для обеспечения этого при намоточной технологии используется внутренний контур прессформы. Предполагается, что в процессе полимеризации внешняя поверхность лонжерона будет прилегать к внутренней поверхности прессформы. Как это получается?

Допустим, наружный контур мешка на оправке не вполне эквидистантен будущему наружному контуру лонжерона, хотя он и определяется внутренним контуром оправки. Надуем мешок и посмотрим, как будут перемещаться части контура будущего лонжерона (рис. 6). Те части, которые составляют участки с малой кривизной, под действием давления придвинутся к соответствующим стенкам прессформы, так как нелинейная жесткость системы нитей в поперечном направлении (вдоль радиуса R) при небольших перемещениях весьма мала; поэтому ничто не препятствует перемещению нитей под давлением. Жесткость же в местах большой кривизны (вдоль радиуса r) велика и определяется жесткостью нитей на растяжение, а силы сопротивления давлению мешка, определяемые силами растяжения и обратные радиусу кривизны, оказываются значительно больше сил давления. Поэтому никакого перемещения вдоль направления r не происходит. В результате фигура, представляющая сечение лопасти после отвердения, должна выглядеть так, как показано на рис. 7. Вероятно, картина и была бы таковой, если бы связующее не было достаточно текучим. Если нити в этих местах не перемещаются под действием давления, то связующее может течь между волокнами и заполнять участки зоны в углах, чему есть фактическое подтверждение.

Таким образом, имеет место дополнительное обеднение связующим важных мест сечения, и это является вторым «генетическим» дефектом такой конструкции и технологии.

Разумеется, здесь рассмотрен один, главный фактор, приводящий к уменьшению прочности композита. На первый взгляд может показаться, что этот дефект может быть исправлен созданием наружного контура оправки, в точности эквидистантного внутреннему контуру прессформы. Однако это заблуждение. Есть факторы, как случайные, так и закономерные, которые не позволяют устранить дефект полностью. Во– первых, для передачи давления на будущий композит мешок обладает достаточной податливостью, намотанные на него нити будут его деформировать (главным образом в местах с большей кривизной). Во-вторых, многослойный пакет композита, который сформируется после намотки, будет иметь различную плотность в разных местах контура, причем в местах с малой кривизной он будет рыхлым, а в местах с большей кривизной значительно более плотным. Это второй фактор, который отклоняет первоначальный контур от заданной геометрии. При рациональных затратах невозможно справиться с тем, что толщина нитей, количество связующего в лентах препрега колеблются, а это также приводит к искажению контура и колебаниям толщины будущих стенок лонжерона.

Таким образом, конструкция, в основе которой лежит намоточная технология, имеет принципиальный «генетический» дефект, который можно частично устранить только путем повышения как точности всех приспособлений, так и качества компонентов будущего композита. Это может привести к неоправданному удорожанию себестоимости изготовления изделия.

Еще раз целесообразно подчеркнуть, что причиной «генетического» дефекта является попытка создавать композитную конструкцию из жестких на растяжение нитей с базированием на две жесткие поверхности, в которых отсутствуют компенсационные механизмы, парирующие действие различных отклонений.

Рис. 6 Сечение лонжерона до отвердения

Рис. 7 Сечение лонжерона после отвердения

Как уменьшить дефекты технологии намотки

«Генетический» дефект можно устранить двумя способами. Во-первых, отказаться от желания получить точный наружный контур. Это означает, что формование композита происходит не с помощью жесткой наружной прессформы, а через сравнительно нежесткие (упругие) цулаги, которые только препятствуют появлению неровностей на поверхности, не формируя контур лонжерона. Обычно это металлические листы сравнительно небольшой толщины (дюраль 5 = 0,8–1,0 мм). Опыт получения лопастей по такой технологии показывает, что свойства компонентов композита используются более или менее полно и усталостная прочность конструкции сравнительно неплоха (aw не менее 3,5–4,2 кг/мм ²при Е = 2500 кг/мм²). По такой технологии изготовляются лопасти рулевого винта вертолета Ми-26.

Во-вторых, отказаться от стремления базироваться по двум контурам, применяя базирование только по внешнему; при этом нити разрезают и делают их достаточно короткими. В таком случае мы сталкиваемся с так называемой укладочной технологией, применяемой практически всеми вертолетными фирмами. Таким образом получается весьма точный наружный контур, а в композите минимизируются внутренние напряжения.

В России такая технология используется на УВЗ им. Н.И. Камова и Казанском вертолетном заводе. При этом оказывается, что усталостная прочность таких лопастей нисколько не ниже усталостной прочности лопастей, полученных методом намотки.

Зиновий ШНУРОВ, начальник отдела МВЗ им. Миля, канд. техн. наук, лауреат Государственной премии Поодолжение в следующем номере

ЭКОНОМИКА