Из чего сделан несущий винт и лопасти у вертолета

Из чего сделан несущий винт и лопасти у вертолета?

Главной составляющей вертолета является несущий винт, он состоит из втулки и лопастей. Чтобы понять, за счет чего вертолет летает, нужно узнать, из чего делают лопасти вертолета и втулку, как они устроены и как работают. Именно лопасти создают подъемную силу, за счет которой конструкция взлетает в воздух. Втулкой называют механизм, который запускает движение и делает возможным движения лопастей по угловой траектории. Лопасти подвергаются воздействию инерции и аэродинамических сил, перемещаясь горизонтально и вертикально. Также они могут поворачиваться, чтобы вертолет был управляем при подъеме. Рассмотрим это подробнее.

При проектировании несущего винта (НВ) конструкторы учитывают несколько основных параметров:

• характеристики НВ. Это количество лопастей, диаметр, окружная скорость вращения, мера заполнения окружности;
• компонование с учетом аэродинамики. Определяет, как будут выглядеть лопасти, какими будут по форме и в толщине по разным сечениям, какое будет распределение по всему радиусу;
• на какой угол смогут отклоняться лопасти, от этого зависит количество режимов полета.

Из чего делают лопасти?

Лопасти устроены и работают вовсе не так, как крылья у самолета, так как они предназначены для иных условий. Главное различие в том, на вертолетные лопасти воздействуют не постоянные, а переменные нагрузки. Именно поэтому к материалу выдвигают особые требования, он должен быть очень прочным.

Критерии оценки материала для изготовления:

• какую усталостную прочность может выдержать, насколько устойчивым к трещинам будет;
• степень чувствительности к напряжению;
• удельная упругость и прочность.

Не нужно хорошо разбираться в физике, чтобы понять, что железо не подойдет. В свое время для изготовления лопастей использовали дерево, алюминиевый и титановые сплавы, нержавеющую и легированную сталь. Сейчас им на смену пришло более практичное решение — композиционные материалы.

Чтобы получить композиционный материал, сочетаются два вещества с разными характеристиками. Обычно это жесткий армирующий наполнитель и матрица. В роли первого могут использоваться стекловолокно или углеродное волокно, в роли второго часто идет смола синтетического происхождения. Смола термоактивная, поэтому при нагревании она становится не только жесткой, но стойкой к химическим воздействиям.

Технология используется везде, где нужно снизить вес без ущерба другим характеристикам, в первую очередь в авиации. Углепластик из которого делают лучшие гоночные машины — тоже композитный материал. Со временем такие материалы становятся все лучше, конструкторы экспериментируют с разными составляющими для совершенствования характеристик. В вертолетостроении, как и в авиастроении в целом идет упор на интеллектуальные материалы: высокомодульные, устойчивые к высоким температурам, адаптирующиеся к разным условиям. От разработок в данной сфере и внедрения их в массовое производство зависит общий успех вертолетостроения.

При создании лопастей помимо типа материала нужно определиться с формой лонжерона. Обязательно происходит подгонка показателей жесткости и веса, это необходимо для отстройки резонанса. Чтобы обеспечить нужную степень стойкости, всегда особенный акцент делается на земном резонансе.

Земной резонанс

Так называют совпадение частоты колебаний вертолета и несущего винта. Оно должно достигаться в момент, когда конструкция находится на земле, отсюда и название — земной. В этот период амортизаторы не полностью зажаты, они не могут поглотить и компенсировать всех колебаний. Вибрации такого типа называют самовозбуждающимися, они наблюдаются только в поперечной плоскости.

Появилось это понятие не сразу, а после того, как в строение были добавлены вертикальные шарниры. Однако, при определенных условиях явление может коснуться и вертолетов с полозковыми шасси, когда они пребывают во взвешенном состоянии.

В воздухе лопастная часть НВ создает колебания вокруг расположенных вертикально шарниров, так работает сила Кориолиса. Под воздействием этой силы любой объект, который расположен в южном полушарии планеты при движении будет отклоняться влево, в северном — вправо. Она действует и на человека, которые прогуливается неспешным шагом, но влияние на объект, который движения в воздухе на высокой скорости, будет более ощутимым. Свою роль играет и переменное профильное сопротивление, которое меняется в зависимости от расположения в пространстве. Но такие колебания не будут иметь существенного значения, так как своими оборотами на полной скорости винт создает внушительные центробежные силы. И если центр вращения совпадает с центром тяжести секторов винта, то вибрации загасятся.

При пробеге и разбеге до или после взлета обороты будут ниже, соответственно центробежные силы тоже. Аппарат будет колебаться из-за неровной поверхности под ним, а также потому, что вышеперечисленные условия не будут соблюдены. За счет этого несущая система начнет раскачиваться, а с ней и весь корпус, дополнительную энергию колебания будет добавлять двигатель. Когда колебания несущей системы и всех конструкции не совпадают, появляется резонанс. И он может разорвать конструкцию, если пилот не примет верного решения. Рулевой винт начнет работать по принципу гироскопа, это приводит к повреждению хвостовой балки.

Когда возникает и как распознать?

Есть ряд условий, которые могут спровоцировать данное явление:

• несоблюдение правил при использовании амортизаторов, вертикальных шарниров и пневматиков колес;
• при сильных порывах ветра;
• если взлетать или садиться, разбегаясь на неровной поверхности или наскакивая на кочку;
• в жару, когда в гидравлических демферах сгущается масло;
• при высоком значении общего шага НВ во время движения по земле.

Пилоту несложно это распознать, при вертикальной посадке или пробежке по земле вертолет начинает раскачиваться, сначала на небольшую амплитуду, потом сильнее по нарастающей. Задачей пилота становится уменьшение энергии колебаний и при возможности избавление от их причин. Все это должно произойти очень быстро, так как разрушение корпуса может начаться уже через 6-7 секунд.

Режим вихревого кольца

Не менее опасное явление, когда под винтом сталкиваются два потока: набегающий снизу и индуктивный сверху. Так происходит при посадке, когда двигатель работает на небольшой поступательной скорости и высокой вертикальной. Вертолет начинает беспорядочно колебаться, и это требует моментальной реакции от пилота.

• если горизонтальная скорость снижается до 40 км в час и меньше, а вертикальная превышает 2 метра в секунду.;
• попутный ветер при посадке;
• необходимость зайти на небольшую площадку, вокруг которой высокие ограничения;
• выход из авторотации на низкой скорости, если предварительно не увеличить поступательную;
• большая высота и высокая температура воздуха;
• загруженность, близкая к максимальной.

Признаками становятся не только колебания, но и самопроизвольный рост вертикальной скорости на посадке, изменения в частоте вращения винта, снижение эффективности управления. Пилот плавно увеличивает общий шаг винта, чтобы скинуть вертикальную скорость. Если сделать так не получается, то он будет повышать горизонтальную скорость, чтобы она стала более 40 км в час, достигнет этой величины и перестанет снижать вертолет увеличением шага. Если при посадке произошел перелет, то оптимальным решением станет пойти на второй круг и начать снижаться вовремя.

Тестирования несущего винта

Вторая важная деталь помимо лопастей — втулка. Она создается с учетом требований по использованию, например, чтобы она позволяла складывать лопасти во время простоя. В ней есть несколько типов шарниров: упругости, скольжения, качения, вертикальные, так обеспечивается нужный уровень мобильности. Обязательно применяется технология для упрочнения, так как от втулки зависит прочность и надежность всего механизма НВ. Готовые изделия проходят ряд испытаний, это необходимо для того, чтобы убедиться в соответствии всем стандартам, только потом начинается серийное производство.

Прочность подшипников втулки рассчитывается с запасом, чтобы она выдерживала нагрузки от всех маневров при полной загруженности, а также сопротивление воздуха с сильными непредсказуемыми потоками. Для проверки прочности составляется программа использования на износ. В таких проверках исследуют надежность как минимум трех образцов. Тестирования могут проводить не только в воздухе, но и на земле, но только при условии полного воссоздания всех условий и объема нагрузок. Необходимо проверить ресурс без вращающихся винтов, это делается при помощи специальных стендов, затем с ними, используя натурный вертолет или испытательные башни. Последняя стадия тестирования — в аэродинамической трубе.

Для лопастей предусмотрены усталостные тестирования, их цель — оценить долговечность в реальных условиях. То есть узнать, сколько деталь прослужит под влиянием меняющихся нагрузок. Для этого предусмотрены резонансные стенды, нагрузку на которые подает инерционное виброустройство, его устанавливают прямо на тестируемый экземпляр. Необходимо проверить устойчивость не только к поперечным нагрузкам, но при подгрузках в статическом режиме и от центробежной силы. Исследователи отмечают, под каким воздействием появляются усталостные трещины, как быстро они расходятся. Это позволяет определить оптимальный период проведения планового обслуживания, соответственно, продлить срок службы вертолета.

Таким образом добиваются безопасности, надежности и долговечности вертолетов, их совершенствования и более точного соответствия целям, для которых те предназначены. Совершенствуется все, и применяемые технологии, и материалы, из чего делают лопасти вертолета. Глобальные изменения переживают даже те части конструкции, которые десятилетиями считаются фундаментальными.

Источник



РЕМОНТ ОКОВКИ ДЕРЕВЯННОЙ ЛОПАСТИ

Оковка лопасти в эксплуатации часто подвергается повреждению. На ней обнаруживаются вмятины, трещины, обрывы головок заклепок, поперечные разрыву и другие дефекты.

Вмятины скойки глубиной до 3 мм, как правило, не выправляются и не пропаиваются, так как не влияют на аэродинамические и прочностные качества винта. Если же во вмятинах будут обнаружены трещины, то вмятины сле­дует запаять припоем ПОС-40 и зачистить напильником и наждачной шкуркой.

При наличии продольных трещин длиной до 20 мм нужно соединить порванные кромки ударом молотка, под­держивая оковку с противоположной стороны каким-либо предметом, соединенные кромки пропаять припоем ПОС-40 и зачистить личным напильником и наждачной шкуркой.

Заклепки, у которых оборваны головки, удаляются, и на их место ставятся новые. Ремонт производится следующим образом. Оковку приподнимают специальной металличе­ской пластиной, паяльником расплавляют припой и уда­ляют первую половину заклепки. Так же удаляется и вторая половина заклепки. Образовавшееся отверстие в древесине заделывается деревянной пробкой на казеиновом клее В-105 или В-107, затем с обеих сторон металлической оков­ки отверстие выправляется, запаивается припоем ПОС-40 и зачищается. После этого на расстоянии 5—7 мм от ста­рого места заклепки просверливается новое отверстие и ставится новая заклепка.

Поперечные разрывы оковки не более 2 мм на каждой лопасти закрепляются постановкой дополнительных шуру­пов или заклепок на удалении от места разрыва в обе сто­роны 7—10 мм.

Если повреждение оковки имеет глубину более 10 мм, то целесообразно секцию оковки выпилить и проверить со­стояние передней кромки древесины. Длина выпиливаемой части должна быть 100—120 мм.

Поврежденный участок оковки выпиливается ножовкой с таким расчетом, чтобы забоина находилась в середине выпиливаемой секции. Пропиливать оковку следует осто­рожно, чтобы не повредить полотно (насквозь не пропили­вать) .

После надрезов ножовкой металлической оковки голов­ки заклепок рассверливаются зенкером, затем выпиленная секция снимается и заклепки выбиваются.

Если при осмотре передней кромки древесины обнару­жится забоина глубиной 6 мм, то лопасть, а следовательно, и весь комплект бракуются. Забоина менее 6 мм не устра­няется, а устанавливается новая секция оковки.

При разрыве полотна на месте забоины наклеивается

новая ткань. Для этого отверстия от заклепок заделыва­ются деревянными пробками на казеиновом клее, после чего ремонтируемый участок тщательно промывается от загрязнений ветошью, смоченной в ацетоне или раствори­теле РДВ.

Затем порванный участок полотна покрывается целлу­лоидным клеем или нитроклеем АК-20 и на него наклады­вается полотно, которое притирается к месту деревянным молотком или тампоном. Притертое полотно следует снова покрыть целлулоидным клеем или нитроклеем АК-20, после чего поставить новую секцию оковки. Для ремонта оковки применяются листовая латунь толщиной 0,6—0,8 мм, мед­ные заклепки диаметром 2,5—2,8 мм и припой ПОС-40.

При замене секций оковок следует обращать внимание на правильность стыковки между новой и старой секциями оковки. Зазор между секциями должен быть не более 0,3 мм. Для замены поврежденной секции оковки вырезается по­лоска листовой латуни по размеру поврежденной секции. Среднюю часть одной стороны вырезанной полоски шири­ной 35—40 мм по всей длине протравливают хлористым цинком. Затем этот участок пролуживается припоем ПОС-40. Пролуженная полоска латуни кладется на рабо­чую сторону соответствующего участка лопасти луженой стороной на ребро атаки лопасти, плотно притягивается к лопасти ремнями или шпагатом, подбивается по кромке деревянным молотком до получения правильного профиля кромки лопасти. После этого секция снимается с кромки лопасти и луженая часть секции вновь травится хлористым цинком. В носок выштампованной секции оковки зали­вается расплавленный припой ПОС-18 или ПОС-40 толщи­ной 10 мм. Доводка припоя по толщине слоя производится шабером и напильником.

Перед установкой секции оковки снимается лакокра­сочное покрытие лопасти до целлулоида с участка, приле­гающего к новой секции на расстоянии 25—30 мм по всей длине устанавливаемой новой секции оковки. Затем секция туго притягивается ремнями или шпагатом и вновь подби­вается по кромке деревянным молотком. Для предупреж­дения поломки задней кромки лопасти при затягивании секции ремнями на кромку кладется резиновая прокладка толщиной 6—7 мм и поверх ее железо или алюминий, со­гнутые по форме кромки.

После окончательной подгонки заменяемой секции раз­мечают отверстия для заклепок с таким расчетом, чтобы
крайние по длине секции заклепки первого ряда находи­лись на расстоянии 7—8 мм от краев секции. Остальные заклепки первого ряда располагают на расстоянии 20 мм друг от друга. От поперечной кромки секции первый ряд заклепок размещается на расстоянии 6 мм. Расстояние от второго ряда до первого должно быть 16 мм. В намечен­ных рядах заклепки должны быть установлены в шахмат­ном порядке. Места сверления заклепок кернятся, и секция просверливается ручной или электрической дрелью, после чего ставятся заклепки. Головки заклепок должны быть расклепаны так, чтобы они находились ниже уровня лату­ни на 0,1—0,2 мм. Выступающие с обратной стороны концы заклепок обрезаются. Для расклепки оставляют высоту 4—5 мм. Головка заклепки с другой стороны также раскле­пывается ниже уровня латуни на 0,1—0,2 мм. Затем рас­клепанные головки заклепок травятся хлористым цинком и опаиваются припоем ПОС-40. После этого припой зачи­щается личным напильником и шкуркой вместе с неровно­стями и шероховатостями самой оковки.

Царапины и забоины твердопленочного покрытия лопа­сти заливаются целлулоидным клеем или нитроклеем АК-20.

Мелкие неровности шпаклюются шпаклевкой АШ-30 или АШ-32, зачищаются наждачной шкуркой и закрашиваются два — три раза нитрокраской.

При ремонте лопастей необходимо следить за тем, чтобы центр тяжести каждой лопасти находился в пределах тех­нических условий, так как задняя центровка лопастей мо­жет явиться причиной возникновения флаттера,.а смеще­ние центра тяжести по радиусу лопасти может привести к тряске винта, а следовательно, и к тряске всей конструк­ции вертолета.

Во всех случаях, когда при ремонте мог измениться вес лопастей, обязательно проверяется статическая баланси­ровка рулевого винта.

Источник

Другие вертушки

Недавно французская компания Conseil & Technique запатентовала линзообразные роторы, которые предлагает ставить на аэротакси вместо привычных лопастных винтов, удерживающих в воздухе вертолеты. Французский проект — не единственная попытка доработать вертолетный винт: воздушный транспорт продолжает развиваться, и разработчики постоянно пытаются либо обойти ограничения классических лопастных винтов, либо «проапгрейдить» его, чтобы оснащенный им аппарат мог решать какие-то специфические задачи. Рассказываем, зачем нужны лопасти в виде сабель и насколько удачна идея установить на их концах реактивные сопла.

Напасти лопастей

Традиционно несущие винты винтокрылых летательных аппаратов — вертолетов, автожиров, конвертопланов — лопастные. Раскрученные лопасти захватывают воздух и отбрасывают его вниз, создавая над собой зону пониженного давления, а под собой — повышенного. Таким образом создается подъемная сила для полета.

Несущие винты также оснащаются автоматами перекоса, которые позволяют менять угол атаки лопастей в зависимости от их положения в пространстве. Благодаря этому можно калибровать подъемную силу несущего винта внутри окружности, описываемой лопастями. Так на винте формируется движущая сила, которая обеспечивает горизонтальный полет винтокрылой технике. Чтобы сдвинуть вертолет вперед, вам нужно увеличить подъемную силу винта сзади и уменьшить спереди, и наоборот.

На вертолетах, в отличие от винтовых самолетов, несущие винты вращаются с постоянной частотой, а скорость и высота полета меняются за счет изменения угла установки лопастей. Это меняет сопротивление винта, и чтобы поддерживать частоту его вращения, нужно регулировать подаваемую двигателем мощность. В целом увеличение угла установки лопастей приводит к росту подъемной силы и скорости движения аппарата, однако происходить бесконечно это не может.

У лопастных винтов есть несколько серьезных ограничений, которые и пытаются обойти разработчики альтернативных конструкций. Одно из них — одновременные срыв потока, волновой кризис и обратное обтекание. Дело в том, что во время горизонтального полета лопасти воздушного винта с одной стороны движутся навстречу воздушному потоку, а с другой — по его направлению. В результате этого подъемная сила на правом и левом секторах винта не равны.

В зависимости от конструкции вертолета в горизонтальном полете может случиться так, что линейная скорость внешней части лопастей во встречном воздушном потоке будет околозвуковой, а в исключительных случаях и сверхзвуковой. Это может приводить к резкому падению подъемной силы на этих участках лопастей и неконтролируемым вибрациям.

Одновременно на внешних частях лопастей, движущихся против направления горизонтального полета, будет происходить срыв воздушного потока, то есть увеличение турбулентного течения на них. Это также приводит к снижению подъемной силы и вибрациям ( флаттеру ) . В некоторых случаях они могут приводит к разрушению винта или, если вертолет выполнен по соосной схеме, к перехлесту лопастей двух вращающихся в противоположных направлениях винтов.

Наконец, внутренняя часть лопастей несущего винта, расположенная ближе к валу и движущаяся по направлению воздушного потока, будет испытывать обратное обтекание. Это будет происходить из-за скорости воздушного потока, превышающей скорость лопасти. В результате воздушный поток будет попадать на лопасть с противоположной стороны, создавая обратную подъемную силу (грубо говоря, в этой части винт перестает тянуть вверх и начинает давить вниз).

Источник

Ремонт лопасти для вертолета

Показан опыт применения высокоэластичных фенолокаучуковых клеев ВК-3, ВК-25, ВК-50, жидкого фенолокаучукового клея ВК-32-200В в качестве клеевого подслоя и высокопрочных эпоксидных пленочных клеев ВК-36Р и ВК-51 для изготовления лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов. Представлены основные механические характеристики и назначение клеев. Показаны пути развития работ в области разработки и применения новых клеящих материалов в вертолетной технике и техническая эффективность от их применения в конструкции вертолетов.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 15.1. «Многофункциональные клеящие системы» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)

Введение

Одними из весьма ответственных агрегатов изделий авиационной техники являются лопасти винтов вертолетов, на которые в процессе эксплуатации оказывают воздействие высокие статические и сложные знакопеременные нагрузки. В настоящее время технологический процесс склеивания является единственным способом соединения элементов конструкции лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов. Применение для этих целей высокопрочных клеев конструкционного назначения, разработанных в ВИАМ, обеспечивает эксплуатационную надежность и высокий ресурс лопастей.

Для соединения элементов лопастей, особенно для наиболее ответственного соединения обшивок хвостовых отсеков с лонжероном, применяются специально разработанные высокопрочные высокоэластичные фенолокаучуковые клеи конструкционного назначения. При изготовлении хвостовых отсеков лопастей несущего и рулевого винтов и других узлов и агрегатов вертолетов из ПКМ в настоящее время применяются высокопрочные эпоксидные пленочные клеи.

Клеевые соединения в конструкции лопастей вертолетов обладают высокой длительной прочностью, вибростойкостью, стойкостью к распространению трещин, воздействию климатических факторов и агрессивных сред. Многолетний опыт эксплуатации силовых клееных конструкций, изготовленных с применением клеев, показал их высокую надежность [2–4].

Материалы и методы

– высокопрочные и высокоэластичные фенолокаучуковые клеи марок ВК-3, ВК-25 и ВК-50;

– жидкий фенолокаучуковый клей марки ВК-32-200В;

– высокопрочные эпоксидные пленочные клеи марок ВК-36Р и ВК-51;

– клеевое связующее марки ВСК-14-2мР.

Упруго-вязкостные (реологические) характеристики клеевого связующего ВСК-14-2мР определяли с помощью реометра Physica фирмы Anton Paar модели MCR 302 в соответствии с ISO 6721-10.

Определяли следующие физико-механические характеристики клеевых соединений:

– предел прочности при сдвиге (ГОСТ 14759–91);

– предел прочности при отрыве (ГОСТ 14760-85);

– предел прочности при неравномерном отрыве (ОСТ1 90016–71);

– предел прочности при расслаивании и отслаивании (РТМ 1.2А.015–99);

– предел прочности при равномерном отрыве обшивки от сотового заполнителя (ОСТ1 90069–72).

Определяли следующие физико-механические характеристики композиционного материала, изготовленного из клеевого препрега на стеклонаполнителе:

– предел прочности и модуль упругости при растяжении (ГОСТ 25.601–80);

– предел прочности при сжатии (ГОСТ 25.602–82);

– предел прочности при статическом изгибе (ГОСТ 4648–71).

Результаты и обсуждение

В конструкции лопасти вертолета клеи имеют следующее назначение:

– клеи ВК-3 и ВК-50 – для сборки хвостового сотового отсека, соединения верхней и нижней обшивок с нервюрами и для приклеивания хвостовых отсеков к лонжерону из металлов и полимерных композиционных материалов (ПКМ);

– клей ВК-51 – для склеивания обшивок с сотовым заполнителем при изготовлении хвостовых отсеков;

– клей ВК-25 – для изготовления сотового заполнителя из алюминиевой фольги АМг2Н и полимерной бумаги типа «Номекс», который используется в конструкции хвостового отсека;

– клей ВК-36Р – в качестве клеевой матрицы при изготовлении обшивок хвостовых отсеков из Органита 11Т, а также при изготовлении стеклопластиковых нагревательных накладок антиоблединительной системы.

Перед склеиванием металлическую поверхность лонжерона подвергают анодному окислению в серно-кислотном электролите с наполнением в хромпике (Ан.Окс.нхр) [5] с последующим нанесением подслоя, в качестве которого используют жидкий клей ВК-32-200В. Клей ВК-32-200В не содержит в своем составе параформ, в связи с чем образует беспористое покрытие толщиной от 80 до 160 мкм и используется в качестве антикоррозионного покрытия для склеиваемой металлической поверхности лонжерона, что также позволяет увеличить временно́й промежуток между анодированием детали и склеиванием – до 30 сут [6, 7].

В табл. 1 представлены основные прочностные характеристики клеевых соединений, выполненных с использованием клеев конструкционного назначения.

Механические характеристики* клеевых соединений сплава Д19-АТ Ан.Окс.хром

при различных температурах

* t_в – предел прочности при сдвиге; σ_в – предел прочности при равномерном отрыве; S_рассл – прочность при расслаивании двух тонких листовых материалов (Т-образный отдир); γ – удлинение клея при сдвиге; σ_д.п – длительная прочность клеевых соединений при сдвиге; τ_max – вибростойкость клеевых соединений.

Следует отметить, что клей ВК-50 имеет преимущества перед фенолокаучуковыми клеями, разработанными ранее. Клей ВК-50 отверждается при пониженной температуре, которая регулируется в диапазоне температур от 130 до 150°С (вместо 165±5°С – для клея ВК-3 и 175±5°С – для клея ВК-32-200). Клей ВК-50 благодаря наличию в составе пероксидов отверждается по полимеризационному механизму, в связи с чем практически не выделяет летучих веществ в процессе отверждения. Отверждение клеев ВК-3 и ВК-32-200 проходит по механизму поликонденсации, что сопровождается выделением до 13% летучих веществ. В связи с этим технологический процесс склеивания с использованием клея ВК-50 можно проводить при пониженном давлении, которое составляет 0,1–0,3 МПа, в то время как при склеивании клеем ВК-3 требуется давление 0,5 МПа, а при склеивании клеем ВК-32-200: 0,6–2,0 МПа. Кроме того, клей ВК-50 обладает текучестью в процессе склеивания, что позволяет обеспечить полную смачиваемость склеиваемых поверхностей и отсутствие непроклеев при пониженном давлении. Клей ВК-3 не обладает текучестью, что в сочетании с выделением значительного количества летучих в процессе отверждения вызывает необходимость применения повышенного давления при склеивании. Все вышеперечисленные преимущества клея ВК-50 позволяют отнести его к категории фенолокаучуковых клеев нового поколения [8–10].

Расширенные исследования, проведенные в процессе разработки и квалификационной оценки (паспортизации) клеев конструкционного назначения, показывают, что клеевые соединения, выполненные с их использованием, обладают длительной прочностью, выносливостью, устойчивы к длительному и циклическому воздействию повышенных температур (≥80°С), воздействию влаги, воды, агрессивных сред (растворителей, авиационных топлив и масел). Клеи не являются коррозионно-активными [11–13].

Высокоэластичные клеи марок ВК-3, ВК-25, ВК-50, ВК-32-200В (в качестве подслоя) и высокопрочные клеи марок ВК-36Р и ВК-51 применяются на многих серийных заводах, производящих вертолетную технику, в основном в технологическом процессе производства лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов. Так, в АО «Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля» конструкционные клеи широко применяются во всех типах вертолетов: Ми-8, Ми-14, Ми-6, Ми-10, Ми-12, В-24, В-26, В-34,
В-38 и других. Кроме лопастей несущего и рулевого винтов, клеевые соединения используются в конструкции фюзеляжа и других агрегатов, в том числе при склеивании «жертвенных» деталей втулок.

Применение высокоэластичных и высокопрочных клеев конструкционного назначения обеспечивает ресурс и надежность лопастей всех типов вертолетов семейства «Ми» при длительной эксплуатации. В настоящее время календарный срок службы лопастей наиболее широко применяющегося вертолета Ми-8 составляет 10 лет, ресурс ˃10000 ч. Клей ВК-50 применяется также для изготовления слоистых конструкций (металл–металл), в том числе в акустически нагруженных агрегатах планера самолетов и вертолетов (Ил-86, Ил-96, Ан-124, Ан-140, Ка-50, семейств «Су» и «МиГ» всех модификаций). Клей ВК-51 широко используется для склеивания металлов и неметаллических материалов, в том числе сотовых конструкций в процессе сборки высокоресурсных конструкций летательных аппаратов авиакосмического комплекса, работающих при температурах от -60 до +80°С [14, 15].

Многолетний опыт эксплуатации клееных конструкций с применением этих клеев доказал высокую надежность и работоспособность таких конструкций, изготовленных с их использованием, во всех климатических зонах Российской Федерации [16, 17].

Однако при эксплуатации лопастей вертолетов в зарубежных странах, климат которых характеризуется повышенной температурой (до 100°С на солнце) и высокой влажностью (до значений φ=98–100%), в некоторых случаях отмечалось снижение прочностных характеристик клеевых соединений в конструкции хвостовых отсеков по границе раздела между обшивкой из органопластика и пленочным клеем ВК-51. В ходе исследований характера разрушения клеевого соединения было высказано предположение, что в результате склеивания отформованной обшивки с сотовым заполнителем имеются зазоры между склеиваемыми поверхностями из-за плохой подгонки. По зазорам внутрь агрегата проникает вода, которая адсорбируется органопластиком, обладающим повышенным влагопоглощением, что и является, по-видимому, основной причиной разрушения клеевого соединения в процессе эксплуатации.

В связи с этим была поставлена задача по разработке стеклопластика с повышенными упруго- и теплопрочностными характеристиками, пониженным влагонасыщением для использования взамен органопластика для изготовления обшивки хвостового отсека лопасти вертолета.

Для решения этой задачи выполнен комплекс НИР по разработке клеевого связующего с пониженной динамической вязкостью, клеевого препрега на основе разработанного связующего и однонаправленного стеклонаполнителя и гибридного стеклопластика на основе клеевого препрега.

Разработан состав клеевого связующего ВСК-14-2мР* с пониженной вязкостью, повышенными деформационными и прочностными характеристиками и теплостойкостью до 120°С [18].

На рис. 1 представлены данные, характеризующие температурную зависимость динамической вязкости клеевого связующего ВСК-14-2мР в сравнении с клеевыми связующими ВСК-14-2м и ВСК-14-3, которые используются в составе композиционных клеевых материалов. Как видно из представленных на рис. 1 данных, динамическая вязкость связующего ВСК-14-2мР варьируется от 42,6 Па∙с при температуре 90°С до 10 Па·с при температуре 120°С. Для сравнения – динамическая вязкость клеевых связующих ВСК-14-2м и ВСК-14-3 в этих же температурных пределах составляет: от 453 до 63 Па·с (клей ВСК-14-2м) и от 170 до 25 Па∙с (ВСК-14-3). Высокая динамическая вязкость этих связующих не позволяет использовать их для нанесения на стеклоровинг.

* Клеевое связующее ВСК-14-2мР разработано под руководством Л.А. Дементьевой и при участии А.А. Сереженкова и Е.В. Котовой.

Рис. 1. Температурная зависимость динамической вязкости клеевых связующих ВСК-14-2мР (Δ), ВСК-14-3 (●) и ВСК-14-2м (■)

Исследование характера изменения значений динамической вязкости клеевого связующего ВКС-14-2мР при температуре 100°С в изотермическом режиме позволило определить продолжительность переработки связующего (время в технологическом процессе, при котором связующее контактирует с поверхностью наносящих валов в условиях длительного нагрева при постоянной температуре в процессе нанесения на наполнитель). Как видно из данных, представленных в табл. 2 и на рис. 2, вязкостные характеристики клеевого связующего ВСК-14-2мР при температуре 100°С в течение 3 ч меняются незначительно.

Характер изменения динамической вязкости клеевого связующего ВСК-14-2мР

Источник