Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций - Крысин В.Н.
ISBN 5-217-00533-5
Скачать (прямая ссылка):
Применение в конструкции самолета 40...50 % ПКМ позволяют снизить массу пустого самолета на 30 % и добиться наибольшей экономии при минимальных эксплуатационных расходах. Например, замена в конструкциях планера пассажирского самолета массой 160 т 20 % массы материалов первой группы на ПКМ позволяет снизить массу самолета на 17 % и повысить полезную нагрузку на 20 %.
Для получения экономического эффекта от использования ПКМ следует учитывать не только их стоимость, но и преимущества, которые можно получить при их рациональном применении. Использование ПКМ позволяет снизить расход энергии, трудоемкость изготовления ЛА, повысить его комфортабельность, надежность и долговечность.
На рис. 1.1 приведена масса агрегатов тяжелого транспортного самолета, изготовленных из алюминиевых сплавов и ПКМ. Использование ПКМ позволяет уменьшить число деталей. Так, элерон клепаной конструкции, изготовленный из алюминиевого сплава, для самолета Локхид L-1011 состоит из 227 деталей, а элерон из ПКМ состоит из 45 деталей
/77,%-
UO 30
го -ю о
I
1
Рис. 1.1. Масса агрегатов тяжелого транспортного самолета:
а - фюзеляж; б - крыло; в - оперение; г - гондола двигателя; д - шасси; Q -конструкция из алюминиевых сплавов; - конструкция из ПКМ
10
а
б
Рис. 1.2. Варианты элеронов:
а - клепаная конструкция с сотовым заполнителем из алюминиевого .сплава; б - конструкция из ПКМ; 1 - обшивка из ПКМ; 2 - соты из номекса; 3 - лонжерон из ПКМ; 4 - нервюра из ПКМ
(рис. 1.2). Замена элерона из алюминиевого сплава на элерон из ПКМ позволила получить экономию в массе в пределах 28 %.
Киль самолета Локхид L-IOl 1, изготовленный из ПКМ, имеет массу на 27 % меньше массы киля, изготовленного из алюминиевых сплавов. Эффективность элементов из ПКМ зависит от методов проектирования. Исследование, проведенное фирмой "Грумман", показывает, что при прямой замене металла в конструкциях самолета на ПКМ снижение массы составляет 13 %, при этом максимальная взлетная масса уменьшается всего на 6 %. При замене металла на ПКМ удается уменьшить также размеры изделий.
К третьей группе материалов можно отнести различные неметаллические конструктивно-декоративные материалы: полиамиды, пенопласты, пресс-материалы, полистиролы, резины и др. Состав материала третьей группы определяется типом самолета, вертолета.
Масса деталей из неметаллических материалов второй и третьей групп в зависимости от типа самолета может быть в пределах 13...20 % от массы самолета. Основа ПКМ, входящих во вторую группу, вследствие своей химической активности в процессе термообработки или без нее отверждается под действием активаторов. В результате склеивания (химического соединения основы и армирующего материала) линейные молекулы приобретают пространственно-сетчатую структуру и необходимое термостабильное состояние. Используемые эпоксидные основы обычно полимеризуются при 127...179 °С, и их характеристики во многом зависят от температуры полимеризации и вводимых для пластификации, улучшения реологических характеристик и контроля текучести в процессе формообразования добавок.
Механические свойства материалов второй группы определяются, прежде всего, исходной прочностью основы, а также маркой армирую-
11
щего материала и степенью армирования основы. При нагружениях внешние нагрузки на основу передаются через касательные напряжения сдвига. Основа нагружается постепенно.
Максимальное напряжение rmax зависит от прочности связи между армирующими элементами — адгезионной и когезионной прочности.
Механизм разрушения (после разрыва одного или нескольких волокон) будет заключаться либо в разрушении адгезионной связи (если основа хрупкая), либо в пластическом деформировании (если основа пластичная). Для каждого типа основы следует выделять комплекс свойств, которыми она должна обладать для обеспечения максимальной
Армирующие материалы
Стеклоболокниты
Стеклопластики
Органопластики
Углепластики
TTTT шптш
Иоролластики
Рис. 1.3. Основные виды армирующих материалов
прочности ПКМ. В качестве армирующих материалов используются (рис. 1.3):
1. Стекловолокниты — это материалы с хаотически расположенными штапельными волокнами длиной 50...500 мм и жгутами длиной 50....100 мм. Стекловолокниты изотропны, но их механические свойства недостаточно хороши, и поэтому с применением этих материалов изготавливаются в основном малонагруженные детали.
2. Стеклопластики — это материалы, в которые входят стеклянные нити, волокна, ленты, а также ткани полотняного или сатинового переплетения. ПКМ с основой из стеклопластиков обладают высокой механической прочностью, а поэтому из них изготавливаются детали, воспринимающие аэродинамические нагрузки (обтекатели, зализы, крышки люков и др.).
3. Органопластики — это материалы с органическими волокнами, лентами, нитями, жгутами и тканями. Органопластики относятся к легким материалам, их плотность равна 0,95...1,4 кг/см3. Одним из основных показателей работоспособности органопластиков является ползучесть. По удельной жесткости органопластики в 2 раза превосходят стеклопластики, но при этом в 1,5...2,0 раза уступают угле- и бороплас-
