Вертолет 2002 04

– не требуют активной системы обнаружения повреждений (при наличии даже серьезных повреждений и дефектов усталостное разрушение композиционного волокнистого материала развивается достаточно медленно и может быть обнаружено по изменению внешнего вида и жесткостных характеристик лопасти, то есть лопасти из композиционных материалов можно эксплуатировать по техническому состоянию);

– позволяют улучшать летные характеристики вертолета, так как композиционные материалы имеют более высокие характеристики удельной прочности и жесткости.

Несмотря на общепризнанные преимущества лопастей из композиционных материалов, значительная часть вертолетов летает на винтах с металлическими лопастями. Металлические лопасти производятся и, видимо, еще долго будут производиться. Причина заключается в том, что лопасти из композитов значительно дороже лопастей с металлическими лонжеронами, и экономическая целесообразность перехода на лопасти из композиционных материалов не всегда является очевидной. Производство лопастей по определению является мелкосерийным, поэтому затраты на специализированную технологическую оснастку очень трудно окупить. Из-за роста амортизационных отчислений растет конечная цена продукции и, соответственно, снижается конкурентоспособность вертолета как транспортного средства. Стоимость и стабильность характеристик лопастей из композиционных материалов в значительной мере зависят также от того, насколько их конструкция «пригодна» к применению механизированных и автоматизированных производственных процессов.

На фирме Миля так же, как и на других вертолетостроительных фирмах, постоянно ведутся работы по совершенствованию конструкции лопастей из композиционных материалов, а также по механизации и автоматизации процессов их производства. Одна из целей этих усилий – снижение стоимости производства композитных лопастей до уровня, сопоставимого со стоимостью производства металлических лопастей.

Преимущества намотки

Для лопастей из композиционных материалов, лонжерон которых представляет собой трубчатую балку с D-образным поперечным сечением, соотношение трудозатрат на изготовление отдельных элементов и на сборку лопасти выглядит примерно так, как показано на диаграмме (рис. 1).

Из диаграммы следует, что лопасть – агрегат, изготавливаемый преимущественно вручную, причем около половины трудоемкости приходится на изготовление лонжерона.

Известны два способа изготовления лонжеронов лопастей – выкладка и намотка.

Многочисленные попытки многих фирм автоматизировать процесс выкладки применительно к лонжеронам лопастей пока не увенчались успехом.

Рис. 1. Распределение трудозатрат при изготовлении элементов и сборке лопасти

Рис. 2

Рис. 3

Фото 1

Таблица. Сравнительная оценка процессов намотки и выкладки
Параметры	Ручная выкладка	Намотка
Производительность	3	6
Прочность изделия	3	10
Квалификация формовщика	10	2
Сложность изделия	9	4
Однородность изделия	1	9
Оценка в баллах: 10 - наивысшая

Изготовление лонжерона методом намотки несколько снижает его долю в суммарной трудоемкости. Однако более важными представляются следующие преимущества применения метода намотки для изготовления лонжеронов лопасти.

В перечне требований, предъявляемых к лопасти несущего винта вертолета, самыми важными являются требования обеспечения необходимой прочности. Если лонжерон лопасти выполнен в виде трубчатой балки, имеющей поперечное сечение 0-образной формы, то при изготовлении его методом выкладки волокна композиционного материала, образующие кольцевой контур, неизбежно должны быть разрезаны. Типовой технологический прием заключается в том, что предварительно изготавливаются две балки С-образного профиля, которые затем соединяются в трубчатый лонжерон, имеющий, как минимум, два продольных разреза (рис. 2). Такой технологический прием противоречит волокнистой структуре композиционных материалов и, безусловно, снижает потенциальную прочность конструкции.

Метод намотки позволяет изготовить монолитную конструкцию без швов и соединений (рис. 3). Вследствие этого при одинаковой массе конструкции мотаные лонжероны обладают более высокими запасами прочности и живучести по сравнению С лонжеронами, изготовленными методом ручной укладки. Это обстоятельство представляется самым существенным аргументом в пользу намотки при сравнении альтернативных вариантов изготовления лопастей из композиционных материалов.