Вертолет, 2002 № 04

Для вертолета Ми-26 были разработаны, изготовлены и прошли полный цикл испытаний, включая летные, два типа цельнопластиковых лопастей рулевого винта. Оба типа лопастей имеют аналогичную аэродинамическую компоновку и лонжерон с D- образным поперечным сечением. Главное их различие заключалось в том, что лонжероны лопастей первого типа изготавливались ручной выкладкой, а второго – намоткой. К серийному производству были приняты и около 20 лет производятся и успешно эксплуатируются лопасти второго типа.

Кроме лопастей рулевого винта вертолета Ми-26, примерно в тот же период времени на фирме Миля были спроектированы, изготовлены и испытаны лопасти нескольких экспериментальных винтов. Изготавливались они как методом выкладки, так и методом намотки.

Сравнение этих двух методов изготовления лонжеронов лопастей позволяет сделать вывод о том, что при использовании метода намотки создается материал, который лучше противостоит опасности возникновения складок – главного повреждающего фактора для слоистых композиционных материалов. Метод намотки позволяет также исключить из процесса изготовления лонжерона следующие операции:

– раскрой заготовок композиционного материала (при серийном производстве для выполнения этой операции необходимо специальное оборудование, стоимость которого вполне сопоставима со стоимостью намоточного станка);

– маркировку, взвешивание и селективный подбор заготовок;

– транспортировку большого числа «сырых» длинномерных заготовок препрега из зоны раскроя в зону формирования изделия (именно на этом этапе наиболее вероятно возникновение складок);

– ручную укладку и позиционирование отдельных заготовок при формировании изделия;

– ручное разглаживание и уплотнение слоев композиционного материала в процессе формирования изделия.

Кроме того, при прессовании изделий, изготавливаемых методом выкладки, возможен дрейф отдельных заготовок препрега, что в принципе исключено при изготовлении трубчатых изделий методом намотки.

Так как метод намотки позволяет изготовить потенциально более прочные конструкции, то он представляется более предпочтительным для изготовления трубчатых лонжеронов лопастей вертолета.

Рис. 5

Фото 4

Совершенствование конструкции

Одной из самых интересных работ по развитию метода намотки применительно к изготовлению композитных лопастей можно считать разработку конструкции и производственного процесса для композитной лопасти несущего винта вертолета S-76. Работы выполнялись по заказу и при техническом содействии фирмы Sikorsky Aircraft. Были изготовлены и испытаны (с весьма положительными результатами) образцы лонжеронов. К сожалению, по причинам, не имеющим отношения к технике, работы были остановлены и их результаты не могут быть представлены в данной публикации.

Для демонстрации возможностей разработанного на фирме Миля способа изготовления лопастей методом намотки в этой части статьи представлены результаты экспериментальной работы, проведенной с целью усовершенствования конструкции комлевого (присоединительного) узла композитной лопасти, и проект лопасти несущего винта вертолета Ми-60.

Комлевые узлы композитных лопастей, разработанных на фирме Миля, выполняются следующим образом. При намотке лонжеронов лопастей в комлевой части лопасти между слоями намотки укладывают дополнительные усиливающие прокладки, состоящие из слоистого композиционного материала и (или) металлической фольги. Для обеспечения необходимой адгезии поверхности фольги предварительно подвергают специальной обработке. После полимеризации лонжерона производят механическую обработку его комлевой части, сверление и расточку стыковочных отверстий так же, как это делают для металлических лопастей.

Такая конструкция присоединительного узла приводит к увеличению массы и усложняет процесс изготовления лонжерона лопасти, в связи с чем предпринимались неоднократные попытки изменить конструкцию комлевого узла лопасти и технологию его изготовления. В частности, была разработана лопасть несущего винта, содержащая трубчатый лонжерон из композиционного материала с повторяющимся перекрестным спиральным расположением армирующих волокон, которые в комлевой части лонжерона охватывают втулки стыковочного узла с изменением направления спирали.

Армирующие волокна, охватывая втулки комлевого узла, образуют слои двух различных чередующихся типов. В случае, когда угол охвата втулок армирующими волокнами меньше 180°, в процессе намотки образуются слои типа У, а в случае, когда угол охвата больше 180°, образуются слои типа Y. Слои указанных типов чередуются друг с другом, как показано на схеме (рис. 5).

Всего было изготовлено и испытано около десяти образцов лонжерона с комлевым узлом описанного типа. Вид одного из образцов до испытаний и характер типового разрушения образцов показаны на фотографиях (фото 4, 5).