Вертолет, 2000 № 01

Прием натяжения волокон на примере лонжеронов крыльев самолета рассматривался довольно часто. Однако, в основном, речь шла о натяжении волокон, преимущественно имеющих направление ±45°-90° в поперечном сечении стенки лонжерона. Так как лонжерон является основным силовым элементом крыла, воспринимающим изгибающий момент, то толщина полок может достигать существенных величин. Это скажется на распределении напряжений по толщине, на плотности структуры при прессовании и на межслоевой прочности. Сложнее всего осуществить натяжение продольных волокон полок лонжерона, которые являются основными нагруженными элементами. От их свойств и качества зависит работа крыла в целом. Эта процедура несколько упрощается при изготовлении элементов из препрега, когда связующее находится в полуотвержденном состоянии. Рассмотрим вариант разработки технологической оснастки для производства длинномерных силовых элементов и некоторые рекомендации по ее изготовлению.

Особенность проектирования пресс- форм, в которых изготовление деталей осуществляется с натяжением волокон, связана с необходимостью учета термического удлинения материала, увеличением размера детали при натяжении волокон, обеспечением подвижности некоторых частей оснастки, изменением объема материала, создающего давление прессования. Для конкретизации рассуждений приведем схемы сечений пресс-формы вместе с изготавливаемой деталью (рис.1).

Корпус пресс-формы определяет габариты детали. Давление на поверхности композитной детали создается двумя путями. Резиновый мешок (2) с помощью сжатого воздуха создает необходимое давление на наружных поверхностях полок лонжерона. На стенки лонжерона давление передается резиновой мембраной (7) также с помощью сжатого воздуха. Резиновая мембрана приклеена к металлическому вкладышу (8) по горизонтальным полкам. В этом случае резиновая прокладка создает давление на внутреннюю поверхность полок лонжерона за счет термического расширения самой прокладки и создания распорного усилия между подвижным элементом пресс-формы (6) и металлическим вкладышем (8). Величина распорного усилия должна быть достаточной для обеспечения натяжения в стенке лонжерона и в то же время не превышающей допустимого давления на поверхности композита. Величина давления регулируется толщиной резиновой мембраны на горизонтальном участке, которая может быть рассчитана с учетом совместной работы резины и стенки лонжерона.

В настоящее время в пресс-формах используется резина марок ИРП-1338, ИРП-1400, герметики У-1-18, У-2-28 и другие материалы. Положительные результаты дает применение силиконовой резины для создания давления в замкнутом объеме за счет ее терморасширения при нагревании. Имея небольшой модуль упругости (Е=180 МПа), она обладает высоким коэффициентом линейного термического расширения (n=250Ч10^-6 1/град.), что в замкнутом объеме позволяет создавать необходимое давление или усилие. Это свойство позволяет использовать силиконовую резину для создания деформации растяжения в материале полки.

Рассмотрим один из способов создания такого натяжения в мощных силовых лонжеронах, позволяющий учитывать возможные изменения ширины и толщины полки лонжерона. На рис.2 приведена схема реализации растяжения полки в процессе технологического нагрева и сохранения части такого растяжения после охлаждения приспособления (эта схема соответствует сечению А-А рис.1).

Полка лонжерона с одной стороны испытывает давление резинового мешка (2), а с другой – резиновой прослойки мембраны (7). В таких условиях при перемещении металлических прокладок (3) и (6) за счет сил трения на ее поверхности образуется растяжение материала. Эффект проскальзывания металлических прокладок (3) и (6) и создание натяжения усиливаются при использовании разрезов резиновых элементов (9), которые приклеиваются только к одной прокладке (3) по торцевой стороне. Прокладки (3) и (9) удлиняются и перемещаются относительно стенки (10), расположенной посередине длины приспособления. Так как резина имеет большой коэффициент термического расширения, при охлаждении всей конструкции происходит ее усадка, между прокладками образуются зазоры, а в полках лонжерона сохраняется растяжение, пока сохраняется давление в резиновых камерах (2) и (7). Все необходимые размеры прокладок рассчитываются в зависимости от габаритов и жесткости изготавливаемого изделия.