СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБКОГО УДАРОПРОЧНОГО ТОПЛИВНОГО БАКА
METHOD OF PRODUCING FLEXIBLE SHOCK-PROOF FUEL TANK

Изобретение относится к топливным бакам, в частности к способам изготовления гибких ударопрочных топливных баков, имеющих сложную конфигурацию и выполненных из полимерных композиционных материалов, и может найти применение в авиакосмической отрасли, вертолетостроении, а также в других областях техники, где используют топливные баки.
Известен способ изготовления топливного бака из композиционных материалов, включающий формирование внутренних композитных слоев бака в виде двух полузаготовок на монолитной оправке, снятие полузаготовок с оправки и их установку на промежуточное опорное кольцо, формирование внешних композитных слоев бака и удаление промежуточного опорного кольца (см. патент RU №2233744, кл. D22D 22/00, опубл. 10.08.2004).
К недостаткам известного бака можно отнести высокую стоимость и трудоемкость, невозможность изготовления баков сложной не симметричной конфигурации, необходимость наличия специального оборудования и индивидуальность оправок, и кроме этого бак, изготовленный данным способом, имеет недостаточно надежную герметичность при воздействии на бак ударно-сжимающих и высокоскоростных точечных нагрузок (снаряд, осколки) и недостаточную полезную вместительность.
Технический результат - снижение трудоемкости и стоимости изготовления бака, повышение герметичности после пробития бака высокоскоростным точечным снарядом, получение более развитой сложной конфигурации, увеличение полезной вместительности бака, повышение надежности при ударе топливного бака от возникновения пожара при проливе топлива в случае разрушения топливного бака.
Указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления топливного бака включает напыление полимерных слоев на оснастку, предварительно заполненную газом и изготовленную из полимерной маслобензостойкой пленки путем раскроя пленки по размерам и форме бака и последующего соединения концов выкройки друг с другом с образованием сливочно-заливочных отверстий для топлива, при этом первым напыляют слой из антиадгезионного состава на восковой или фторопластовой, или силиконовой основе, который затем сушат на воздухе при температуре от 18 до 30°С в течение 2-8 часов, вторым слоем напыляют маслобензостойкую полимочевину или полиуретан и во время процесса напыления армируют 10-50 слоями полиарамидной ткани и 1-5 слоями капроновой ткани, после отверждения полиуретана или полимочевины на воздухе не менее 24 часов при температуре от 18 до 30°С напыляют третий слой из антиадгезионного состава на восковой или фторопластовой или силиконовой основе, который затем сушат на воздухе при температуре от 18 до 30°С в течение 2-8 часов, на третий слой напыляют четвертый слой из маслобензостойкой полимочевины или полиуретана с относительным удлинением до разрыва не менее 450%, после отверждения которого на воздухе не менее 24 часов газ удаляют из оснастки.
Напыление первого слоя из антиадгезионного состава на восковой или фторопластовой, или силиконовой основе является существенным признаком, так как именно данная основа позволяет разделить оснастку из полимерной маслобензостойкой пленки и полимочевинного (полиуретанового) третьего слоя, что необходимо для легкого удаления оснастки из бака.
Указанный диапазон температур, при котором антиадгезионный состав сушат на воздухе, является существенным признаком, так как при температуре ниже 18°С антиадгезионный состав сохраняет остатки растворителя, который может негативно воздействовать на напыляемый второй слой из полиуретана или полимочевины, при температуре выше 30°С антиадгезионный состав приобретает излишнюю пластичность. Менее двух часов состав сушить нецелесообразно, так как не успевает испаряться весь растворитель, сушить состав более восьми часов также нецелесообразно, так как при выдерживании температурного диапазона растворитель полностью успевает испариться за указанный интервал времени.
Выбор в качестве второго слоя маслобензостойкой полимочевины или полиуретана позволяет получить гибкий эластичный бак и эксплуатировать его в контакте с авиационным топливом без изменения его химического состава, что подтверждает существенность данного признака.
Армирование 10-50 слоями полиарамидной ткани и 1-5 слоями капроновой ткани позволяет получить высокую ударную стойкость и стойкость к высокоскоростным точечным нагрузкам. При количестве слоев полиарамидной ткани менее 10 у гибкого бака недостаточная противоосколочная и противопулевая защита, при количестве слоев полиарамидной ткани более 50 бак имеет очень высокую стоимость и большой вес, что не компенсирует высокую бронестойкость.
При количестве слоев капроновой ткани менее одного у гибкого бака недостаточная противоосколочная и противопулевая защита, при количестве слоев капроновой ткани более 5 бак имеет очень высокую стоимость и большой вес, что не компенсирует высокую бронестойкость.
Напыление третьего слоя из антиадгезионного состава на восковой или фторопластовой, или силиконовой основе является существенным признаком, так как именно данная основа позволяет разделить второй армированный слой из маслобензостойкой полимочевины или полиуретана и четвертый слой из маслобензостойкой полимочевины или полиуретана с относительным удлинением до разрыва не менее 450%.
Указанный диапазон температур, при котором антиадгезионный состав сушат на воздухе, является существенным признаком, так как при температуре ниже 18°С антиадгезионный состав сохраняет остатки растворителя, который может негативно воздействовать на напыляемый второй слой из полиуретана или полимочевины, при температуре выше 30°С антиадгезионный состав приобретает излишнюю пластичность. Менее двух часов состав сушить нецелесообразно, так как не успевает испаряться весь растворитель, сушить состав более восьми часов нецелесообразно, так как при выдерживании температурного диапазона растворитель полностью успевает испариться за указанный интервал времени.
Выбор в качестве четвертого слоя маслобензостойкой полимочевины или полиуретана с относительным удлинением до разрыва не менее 450% позволяет получить гибкий эластичный слой, способный значительно растягиваться при ударе и не разрываться, самозатягиваться при пробитии и эксплуатировать его, соответственно, в контакте с авиационным топливом без изменения его химического состава, что подтверждает существенность данного признака.
Если отверждать четвертый слой менее 24 часов, то не произойдет необходимой технологической полимеризации компонентов полиуретана или полимочевины с относительным удлинением до разрыва не менее 450%. Максимальное время отверждения выбирают исходя из 100% отверждения полиуретана или полимочевины на воздухе.
Выбор полимерной пленки в качестве материала оснастки обусловлен низкой стоимостью, простотой изготовления объемных конфигураций путем раскроя и соединения клеем, низкой трудоемкостью, возможностью получения форм, практически любых объемных форм.
Для удаления газа из оснастки бак можно вакуумировать при разряжении 0,05-0,01 МПа. Если вакуумировать бак при других значениях, то может произойти необратимое «складывание» бака.
Сдутую оснастку можно удалять путем вытягивания через горловину заливочного отверстия, что позволяет упростить процесс удаления оснастки.
Сдутую оснастку можно оставлять в баке. Как правило, оснастку оставляют, когда невозможно ее повторное использование, например, когда бак имеет большое количество внутренних поднутрений, тем более, что оставленная оснастка не влияет отрицательно на эксплуатационные характеристики бака.
После удаления газа из оснастки бак можно сначала промывать бензином, а затем топливом, что позволяет удалить остатки антиадгезива и клея.
Способ осуществляется следующим образом.
Пример реализации рассмотрен на примере топливного бака для транспортного вертолета.
Недостатки известных топливных баков - значительный вес и невозможность использования внутреннего пространства фюзеляжа между стрингерными перегородками из-за сложности конструкции бака и отсутствия соответствующей оснастки и технологии.
Бак, изготовленный данным способом, позволяет избежать указанных недостатков, расположить его во внутреннем, свободном от конструкций пространстве фюзеляжа вертолета с учетом центра тяжести всей машины, так как является гибким и повторяющим сложную конфигурацию между перегородками, стрингерами, лонжеронами, шпангоутами и др.
Вначале изготавливают оснастку. Для этого раскраивают эластичную пленку из полимерных материалов, например поливинилхлорида (ПВХ), затем склеивают или сваривают края выкройки по требуемой конфигурации будущего топливного бака и устанавливают накачивающий ниппель с обратным клапаном и элементом, оформляющим сливочно-заливочные отверстия с горловинами (отверстия для заливки топлива и его удаления). После этого оснастку накачивают любым подходящим газом, например воздухом, до получения требуемой конфигурации и упругости при помощи ниппеля.
Затем наполненная газом оснастка подвешивается за горловину или ниппель, и на ее поверхность, в том числе и на горловину отверстия для заливки топлива, напыляется пульверизатором, например, антиадгезионный состав на силиконовой основе. После нанесения состав сушат, например, 20 часов при температуре 18°С.
После этого поверх первого слоя, в том числе и на горловину отверстия для заливки топлива, напыляют второй слой, например, полиуретана и армируют, например, 20 слоями полиарамидной ткани и 2 слоями капроновой ткани. После этого данный слой отверждают на воздухе при температуре 20°С 25 часов.
Затем на поверхность второго слоя, в том числе и на горловину отверстия для заливки топлива, напыляется пульверизатором третий слой, например, антиадгезионный состав на силиконовой основе. После нанесения состав сушат, например, 20 часов при температуре 18°С.
После этого поверх третьего слоя, в том числе и на горловину отверстия для заливки топлива, напыляют четвертый слой, например, полимочевины, с относительным удлинением до разрыва не менее 550%. После этого данный слой отверждают на воздухе при температуре 20°С 48 часов.
Затем через накачивающий ниппель газ удаляют из оснастки, при этом бак на оснастке вакуумируют при разряжении 0,02 МПа. Сдутую оснастку оставляют в баке в качестве внутреннего слоя. Затем полученный бак сначала промывают бензином, а затем топливом, которое будет в нем находиться при эксплуатации, устанавливаются приборы контроля и забора топлива. Бак помещают в корпус летательного аппарата и для плотной его установки с небольшим смятием устанавливают на место постоянного нахождения. Для его плотной установки и выравнивания в него подается избыточное давление газа. Бак находит «свое место» и готов к эксплуатации.