Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций - Крысин В.Н.
ISBN 5-217-00533-5
Скачать (прямая ссылка):
обшивки изготовляются со стрингерами при схеме укладки 0/90°/±45° или с лонжеронами по схеме укладки ±45°;
створки и эксплуатационные лючки имеют трехслойную конструкцию. Они имеют сотовый заполнитель и углепластиковые обшивки.
Анализ конструкций показал, что если объем элементов фюзеляжа из углепластиков составляет 40 % от объема элементов из металлов, то возможно снижение массы конструкции фюзеляжей самолетов на 12 %.
Путем монолитного формирования модульных конструкций и совместной полимеризации уменьшено число элементов конструкции
158
Рис. 2.80. Варианты модульных конструкций фюзеляжа самолета AV-8B: а - шпангоут с жесткостью; б - шпангоут с полом; в - жесткость; г - часть носовая; д — часть средняя; е - воздуховод; ж — крышка; з — каркас из титана и углепластика; и - каркас с обшивкой хвостовой части
самолета AV-8B с 237 до 88, а число крепежных деталей — с 6460 до 2450. В модульных конструкциях сотовый заполнитель и металлические вставки не использовались для повышения местной прочности. В процессе проектирования конструкций из ПКМ в комбинации с различными металлами необходимо учитывать их совместимость и возможность коррозии металлов. Так, графитовое волокно само не корродирует,
159
но если влага попадает в место соединения его с алюминием, то начинается гальваническая реакция между волокном и алюминием.
Для устранения этого явления алюминиевые детали защищают. Для защиты используются дополнительные втулки или обкладки. Алюминиевые детали конструкции анодируются. Иногда на алюминиевые детали наносится защитный слой, осаждающийся из газовой фазы, а затем они окрашиваются. На углепластиковых элементах в зонах контакта с алюминиевыми деталями укрепляются методом полимеризации разделительные прокладки из стеклоткани толщиной 0 09 мм, которые выходят за границу контакта на расстояние 6,35 .. 6,5 мм. На контактирующую поверхность алюминиевых деталей наносится слой полисульфидного компаунда.
Чтобы избежать забот о защите, переходят на крепление из коррозионно-стойкой стали или титана, а в некоторых случаях из неметаллов. В частности, зарубежными фирмами используется крепление из графито-эпоксидных материалов и кевлара. Примечательно, что детали из ПКМ, случайно попавшие в двигатель, не причиняют вреда лопаткам.
В табл. 2.16 приведены характеристики материалов, используемых в элементах крепления и совместимых с ПКМ.
Эффективна замена механического крепления на клеевое.
Клеи в конструкциях из ПКМ обычно используются для соединения составляющих компонентов многослойных материалов друг с другом, присоединения этих материалов к металлу для местного усиления или объединения отдельных металлических вставок, слоев. Если металл вводится в ПКМ в виде прокладок или элементов нахлесточного соединения, клей не должен сильно увеличивать толщину, вызывать смещение слоя, несущего нагрузку. Клеи для этих целей наносятся очень тонким слоем (0,02 ... 0,05 мм).
Сопротивление отрыву представляет собой важнейшую характеристику клеевых соединений, в особенности для конструкций, работающих при высоких температурах. В этих случаях происходит охрупчивание клея и, как следствие, уменьшение предела прочности на отрыв. В таких системах даже увеличение протяженности нахлестки не дает положительных результатов. Это связано с тем, что высокий модуль упругости не позволяет перераспределить местные напряжения, возникающие на концах клеевого соединения.
Другая особенность клеевых соединений ПКМ состоит в том, что в склейках появляются дополнительные большие напряжения или деформации, оттого что рядом расположены слои с разным направлением укладки волокна и большой разницей в коэффициентах Пуассона.
Переходя к конструкциям из ПКМ на основе угольных волокон, получаем выигрыш в массе изделия. При замене деталей крепления из алюминиевых сплавов в этих конструкциях как не совместимых с угольными волокнами по коррозионной стойкости на детали из титана и коррозионно-стойкой стали заметно снижается выигрыш в массе. Для
160
Таблица 2.16
Контактирующий материал Подверженность коррозии Прочность слоев Масса крепежных деталей Стоимость Необходимость закладной детали Необходимость шайб и резиновых втулок Наличие остаточных напряжений при установке Необходимость приклеиваемой шайбы
Сплавы титана Hc подвергаются коррозии Высокая Средняя Большая Нужна Желательны Почти всегда есть Не нужна
Стальные сплавы Подвергаются коррозии Большая Средняя То же То же
Сплавы алюминия То же Малая Малая
Стекловолокно и эпоксидная Не подвергаются Малая Средняя Не нужна Требуются иногда Отсутствуют Иногда нужна
смола коррозии
увеличения эффективности применения ПКМ в конструкциях в США разработана технология изготовления креплений двух типов, а также создана производственная линия для их изготовления.
Оба типа крепления из ПКМ при испытаниях показали, что они имеют такие же характеристики, какие имеет крепление из алюминиевого сплава в тех местах, где наибольшую важность представляет прочность на срез. Эти крепления спроектированы таким образом, что они могут конкурировать с титановыми креплениями и широко применяться для соединения металла и углеэпоксидного материала. Разработанные крепления отличаются материалом, конструкцией и методом установки. Крепление одного типа состоит из двух деталей — стержня и втулки, выполненных из термически фиксируемой эпоксидной смолы, упрочненной стекловолокном. Крепление другого типа выполнено из термопластичной полисульфидной смолы, упрочненной стекловолокном, Крепления обоих типов изготавляются с потайной и выступающей головкой,
