Комбинированный П-образный элемент лонжерона лопасти несущего винта вертолета, изготавливаемый методом намотки

Полезная модель относится к области авиации, в частности к вертолетостроению, и может быть использована в конструкциях лопастей несущих винтов вертолетов из полимерно-композиционных материалов (далее - ПКМ), в конструкции которых присутствуют лонжерон (носовая часть) и хвостовые отсеки, изготавливаемые по отдельности с последующей сборкой/склейкой.
Известна конструкция стабилизатора оперения вертолета Ми-38 (фиг. 2), состоящая из лонжерона, двух хвостовых отсеков (панелей) и двух носовых обтекателей. Лонжерон изготовлен методом выкладки из ПКМ (ткано-армированный препрег) с последующим формованием до полного отверждения материала. В зоне сопряжения с хвостовым отсеком лонжерон имеет два радиуса на внешней поверхности, а хвостовой отсек (панель) - безрадиусную зону сопряжения (для облегчения технологии изготовления сотоблока и панели). Для компенсации несовпадения геометрии лонжерона и панели в данной зоне предусмотрено формование на готовом лонжероне двух уголков из ПКМ с дисперсным наполнителем (Вертолет Ми-38 - 2.Руководство по технической эксплуатации 2602.0000.02РЭ, раздел 055.00.00. Оперение - описание и работы»).
Недостатком данной конструкции является дополнительный технологический переход по формованию уголков на поверхности готового лонжерона с целью образования безрадиусной зоны сопряжения с панелью (хвостовым отсеком), что удлиняет технологический цикл изготовления и вносит дополнительную погрешность при формовании внешнего контура лонжерона.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели, принятым за прототип, является лопасть несущего винта вертолета (фиг. 3), содержащая пустотелый лонжерон, абразивостойкий профиль и концевой обтекатель, образующие аэродинамический профиль лопасти, стенка лонжерона выполнена из волокон композиционного материала, расположенных по всей длине в виде перекрестно-армированных основных слоев и укороченных слоев, расположенных в зоне местного увеличения жесткости и прочности, при этом лонжерон имеет комлевую часть со стыковочными отверстиями и хвостовую часть, причем лонжерон имеет чередующиеся по толщине стенки относительно продольной оси дополнительно основные слои (Патент RU 2172704 С1. Лопасть несущего винта вертолета и способ ее изготовления. - МПК: В64С 27/473).
Недостатком конструкции является то, что для обеспечения зоны сопряжения хвостового отсека и лонжерона без радиусов применяются отдельно отформованные конструктивные элементы (уголки), установленные до формования лонжерона после намотки на него в зоне формообразования прямых углов. Уголки изготовлены из ПКМ с армированием дисперсным и волокнистым наполнителем, при этом по верхней и нижней аэродинамическим поверхностям лопасти несущего винта установлены отдельные уголки, конструктивно не связанные между собой.
Недостаток прототипа приводит к следующим последствиям, являющимися технологическими недостатками:
необходимость точного позиционирования уголков на намотанной «пухлой» заготовке лонжерона лопасти без наличия четких баз для их размещения, в том числе, с учетом уменьшения размера заготовки (периметр, толщина) намотанного лонжерона в процессе формования;
необходимость соблюдения четкой ориентации двух уголков между собой (расстояние между ними) и намотанной частью лонжерона (ориентация в пространстве) для предупреждения «врезания» уголка при его развороте в намотанные слои в процессе формования лонжерона лопасти несущего винта вертолета;
техническая невозможность (или высокая сложность) установки уголков по отдельности с учетом описанных выше условий приводит к периодически возникающим их смещениям при формовании лонжерона лопасти несущего винта вплоть до «выдавливания» материала уголков (полностью или частично) в зазоры между сопрягаемыми частями пресс-формы для полимеризации лонжерона (в зависимости от конструкции пресс-формы), что приводит к необходимости устранения дефекта или отклонению изделия при приемке, т.к. вслед за смещением уголков смещается положение несущих слоев лонжерона лопасти несущего винта вертолета.
Задачей полезной модели является устранение смещения уголков в процессе формования лонжерона мотанной конструкции лопасти несущего винта вертолета, обеспечение их взаимоположения и взаимной ориентации.
Технический результат - снижение добавочной трудоемкости по устранению последствий смещения уголков и сокращение вероятности отклонения продукции по данному дефекту в случае его критичной величины.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в лопасти несущего винта вертолета, содержащей пустотелый лонжерон, абразивостойкий профиль и концевой обтекатель, образующие аэродинамический профиль лопасти, стенка лонжерона выполнена из волокон композиционного материала, расположенных по всей длине в виде перекрестно-армированных основных слоев и укороченных слоев, расположенных в зоне местного увеличения жесткости и прочности, при этом лонжерон имеет комлевую часть со стыковочными отверстиями и хвостовую часть, лонжерон имеет безрадиусную зону сопряжения с хвостовым отсеком, организованную установкой на внешний слой намотки лонжерона перед формованием комбинированного П-образного элемента, состоящего из двух уголков, интегрированных в единое изделие посредством общей прокладки из препрега с внутренней стороны.
Уголки в составе П-образного комбинированного элемента отформованы и расположены в соответствии с требованиями по их положению в конечном изделии согласно конструкторской документации (фиг. 1). Прокладка из препрега позволяет удерживать ориентацию уголков, расстояние между ними согласно заложенным к данному параметру требованиям, а также обеспечивать их синхронное перемещение при уплотнении слоев мотанного лонжерона в процессе формования в пресс-форме, исключить разворот уголков с «врезанием» острой грани уголка в слои намотки при формовании лонжерона.
Заявляемая полезная модель поясняется схемами:
фиг. 1 - лопасть несущего винта вертолета с комбинированным П-образным элементом в составе лонжерона;
фиг. 2 - стабилизатор вертолета с безрадиусной зоной сопряжения лонжерона с панелью (отсеком), образованной двумя отдельными уголками;
фиг. 3 - лопасть несущего винта с безрадиусной зоной сопряжения с отсеком, образованной двумя отдельными уголками.
На фиг. 1 показана схема лопасти несущего винта вертолета с комбинированным П-образным элементом в составе лонжерона, изготовленного методом намотки, где
1 - лонжерон;
2 - хвостовой отсек;
3 - комбинированный П-образный элемент;
4 -уголки в составе комбинированного П-образного элемента.
Прокладка комбинированного П-образного элемента на фиг. 1 условно не показана (не выделена).
Согласно полезной модели, конструкция лонжерона лопасти несущего винта вертолета имеет безрадиусную зону сопряжения с хвостовым отсеком 2 и включает в себя установленный перед формованием лонжерона 1 комбинированный П-образный элемент 3, состоящий из двух уголков 4 из ПКМ с армированием дисперсным либо волокнистым наполнителем. Комбинированный П-образный элемент 3 установлен на внешний слой намотки лонжерона, уголки 4 в его составе интегрированы в единое изделие посредством общей прокладки из препрега с внутренней стороны.
Таким образом, заявленная конструкция лонжерона лопасти несущего винта вертолета обеспечивает исключение смещения уголков в процессе формования лонжерона по причине их смещения в процессе закрытия пресс-формы, что положительно сказывается на качестве продукции, снижении общего процента отклонения продукции и сокращений трудоемкости доработки лопастей до кондиционного состояния.