Главная  Новости  Гостевая  Комментарий  Ссылки   Дневник  English  Deutsch  Français  El español

Н.И. Флёрова

Авиастроение, экспресс-информация, 17/87.

УГЛЕПЛАСТИКОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ В САМОЛЕТЕ STARSHIP.

Фирма Веесн  (США) в конструкции самолета Старшип широко применяет композиционные материалы, в основном на основе углеродных волокон с эпоксидной матрицей (углепластики). Наиболее крупными агрегатами из углепластиков являются крыло и фюзеляж. В применяемых углепластиках используются препреги различного вида: однонаправленная лента, ткань и жгуты.

Одной из проблем, связанных с использованием в конструкции самолетов полимерных композиционных материалов, является защита от поражения молниями, которая имеет два аспекта. Первый аспект - диссипация электрического разряда молнии внутри конструкции, поскольку его воздействие вызывает физические повреждения, а второй аспект -защита радиоэлектронного оборудования от действия тока очень высокого напряжения при разряде. В случае металлических конструкций алюминиевая обшивка обеспечивает необходимую защиту, тогда как углепластики являются очень плохим электропроводником. Данная проблема в углепластиковой конструкции самолета Старшип  была решена за счет использования экрана в виде алюминиевой сетки во внешнем слое, при этом очень тонкая алюминиевая проволока (нить) вплетается в углеродную ткань с шагом 3 мм непосредственно в процессе ткачества. По заявлению специалистов фирмы Веесн    такой экран обеспечивает надежную защиту от разрядов, так как возникающие повреждения, в худшем случае, требуют лишь 'косметического' ремонта. Дополнительные средства защиты включают токопроводящие перемычки (металлизацию) между панелями. В результате созданная система защиты от молний самолета Старшип    равноценна или даже превосходит обычные металлические конструкции современных самолетов. 

Конструкция крыла.

Углепластиковое крыло самолета Старшип  отличается от металлического очень малым количеством элементов конструкции и механического крепежа. Клееный кессон состоит из 19 основных элементов: верхней и нижней обшивок, трех монолитных по размаху крыла лонжеронов (размах крыла 16.46 м) и 14 нервюр. Сборка элементов конструкции кессона осуществляется с помощью приклеиваемых профилей-клипс, работающих на сдвиг, которые имеют обозначение Н (горизонтальные) - и V (вертикальные)-клипсы. В процессе сборки эти профили-клипсы выполняют функции фиксаторов взаимного положения нервюр и лонжеронов, а после полимеризации (приклейки) они включаются в силовую схему и передают нагрузку с обшивки   на нервюры и лонжероны. Схема процесса изготовления и сборки крыла показана на рис. 1, где обозначено:

1 - пресс-формы для выкладки;

2 -профилирование нижней обшивки;

3 - формирование канавок в нижней обшивке для Н-клипс;

4 - предварительная подгонка Н- и V-клипс;

5 - установка и полимеризация В- и V -клипс;

6 - установка лонжеронов, нервюр и клипс;

7 - полимеризация лонжеронов, нервюр и клипс;

8 - сборка систем (топливной и электрической);

9 – установка верхней обшивки на собранный с нижней обшивкой каркас;

10 – готовый кессон крыла.

Изготовление крыла начинается с выкладки нижней обшивки на пресс-форму, формования по внешним обводам, ее профилирования и последующего формообразования канавок через   сотовый заполнитель по внешней обшивки в зоне установки нервюр и лонжеронов. В указанные канавки укладываются Н-клипсы для крепления лонжеронов и V и Н-клипсы для крепления нервюр. После полимеризации нижней обшивки и приклейки профилей-клипс в автоклаве устанавливаются нервюры, лонжероны и дополнительные клипсы, а затем производится их приклейка также автоклавным способом. Далее устанавливается верхняя обшивка и производится ее полимеризация и приклейка к каркасу. Поскольку нервюры и лонжероны приклеиваются к обшивке не непосредственно, а через профили-клипсы, то в конструкции обеспечиваются специальные компенсаторные зазоры для сбора излишков связующего в процессе полимеризации, что в итоге позволяет получить гладкую наружную поверхность высокого качества, требуемого для снижения сопротивления в полете. 

Конструкция Фюзеляжа.

Фирма Веесн  оценивает два варианта конструкции углепластикового фюзеляжа в соответствии с методами изготовления: традиционной выкладкой и намоткой. Метод выкладки является менее производительным и более трудоемким, но хорошо освоенным. Машинная намотка, применяемая для изготовления корпусов ракет, более производительная и дешевая, но фирма Веесн   несколько разочаровалась в эффективности этого процесса. Для изготовления фюзеляжа методом намотки требуется около 24 ч и 1670 км углеродного жгута. Время изготовления фюзеляжа ручной выкладкой занимает приблизительно неделю. Методом намотки фирма Fibertek изготавливает несколько образцов фюзеляжа, которые предназначены для испытаний. На первом летном прототипе самолета N0-1 фюзеляж изготовлен методом намотки, но на последующих двух самолетах используются фюзеляжи, изготовленные методом выкладки.

Схема процесса выкладки и сборки углепластикового фюзеляжа самолета Старшип показана на рис. 2, где обозначено:

1 - пресс-формы для выкладки;

2 - профилирование;

3 – фиксация элементов конструкции в половинной панели оболочки;

4 - сборка оболочки из половинных панелей и установка деталей внутреннего и внешнего интерьеров (остекления и рам дверей);

5 - сборка носового отсека с пассажирским салоном и хвостовым отсеком;

6 – транспортировка фюзеляжа на линию общей сборки;

7 - сборка с крылом;

8 - общая сборка;

9 - предполетные испытания. 

Изготовление фюзеляжа начинается с ручной выкладки половинных панелей оболочки на пресс-форму с формованием по внешним обводам. После полимеризации панелей оболочки в автоклаве прорезаются вырезы под окна и двери, а затем производится неразрушающий контроль для выявления дефектов. Далее устанавливаются и приклеиваются различные мелкие детали (в автоклаве или печи). Сборка фюзеляжа из двух половин осуществляется склейкой в автоклаве. Остальные детали внутреннего интерьера приклеиваются клеем   холодного отверждения. После стыковки носового отсека, пассажирского салона и хвостового отсека на фюзеляж устанавливается крыло.

Изготовление фюзеляжа методом намотки осуществляется на намоточной машине с использованием специальной оправки. Укладка углеродного жгута ведется под углами 90 и ±45° к строительной горизонтали фюзеляжа. Первоначально наматывается на оправку внутренняя обшивка оболочки, затем вручную укладывается сотовый заполнитель Nomex и наматывается наружная обшивка. Далее оболочка разрезается по поперечному сечению за кабиной пилота, снимается с оправки, устанавливается в пресс-форму с формованием по внешним обводам и полимеризуется в автоклаве в течение 4 ч. Согласно заявлению специалистов фирмы Fibertek,   метод намотки обеспечивает высокое качество наружной поверхности и малую пористость. Снижение стоимости изготовления при использовании намотки оценивается в 10000 долл. на фюзеляж, что достигается за счет меньшей суммарной стоимости волокна и связующего (по сравнению с готовыми препрегами), а также за счет исключения специальных помещений с низкой температурой для хранения препрегов.

Изготовление планера самолета полностью из композиционных материалов потребовало от фирмы Веесн  больших капиталовложений на новое оборудование, включая автоклав длиной - 18,3 м и диаметром 7,62 м, размеры которого позволяют проводить одновременную полимеризацию крыла и фюзеляжа. Кроме того, фирма заказала в Великобритании новое оборудование обшей стоимостью 2,5 млн. долл. для ультразвукового контроля дефектов в углепластиковых конструкциях типа непроклея, расслоений и пустот.

создана 15 апреля 2005 года / 7 октября 2006 года обновление