Исследование и разработка технологии изготовления обтекателя мотогондолы из ПКМ.

П.А.Скрынник, студент; Е.Н.Некравцев., кандидат тех. наук, доцент.

Воронежский государственный технический университет

 

В работе представлены результаты исследования технологии изготовления обтекателя мотогондолы из ПКМ. Были выявлены преимущества конструкций из ПКМ и предоставлены данные для разработки технологии производства обтекателя мотогондолы из ПКМ.

 

В современной мотогондоле конструкции из композитов составляют более 70%. При этом композитные детали и узлы имеют различную конструкцию, обычно относительно небольшие габариты, большую кривизну и сложность поверхностей. Включают в себя многослойные звукопоглощающие сэндвич-панели, работают в условиях повышенных температур и пожароопасных зон, воспринимают вибрации двигателя. Наличие конструктивного разнообразия и большой номенклатуры материалов авиационной мотогондолы накладывает отпечаток на ее изготовление. Применяемые технологии должны обеспечить реализацию конструктивных решений, заложенную прочность материала, низкую себестоимость изготовления и высокую производительность. В связи с этим конкуренция на рынке композиционных материалов в большей степени идет не на уровне конструкций, а на уровне материалов и технологий.

 

На основе проведенного исследования, как Российской авиационной техники, так и зарубежной, выявлены основные преимущества конструкций из ПКМ:

 

− высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа)

− высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 — 240 ГПа)

− высокая износостойкость

− высокая усталостная прочность

− легкость

Причём, разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами. Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно.

 

Примером конструктивного исполнения мотогондолы из ПКМ является мотогондола двигателя ПД-14, устанавливаемого на ближне-среднемагистральный пассажирский самолет МС-21.

Ознакомительная фотография представлена на рисунке 1.

 

 

 

Рисунок 1 − Мотогондола двигателя ПД-14, выполненная из отечественных полимерных композиционных материалов

 

При участии Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ) для ПД-14 было разработано порядка 20 новых материалов. Использование композитных материалов в конструкции мотогондолы существенно снизили вес двигателя.

 

Главное преимущество композитных материалов в том, что материал и конструкция создается одновременно.

 

Существует несколько способов для получения ПКМ. Привлекательными со стороны изготовления ПКМ являются методы на основе технологий RTM. Особенное внимание уделяется методу вакуумной инфузии, при котором появляется возможность производства крупногабаритных конструкций и изделий, используя всего лишь один технологический прием.

 

Рисунок 2 – Технология Light-RTM

 

 

Метод Light RTM отличается тем, что прижим матрицы и пуансона осуществляется с помощью вакуума, а пуансон представляет собой легкий позитивный оттиск матрица. Разрежение создается также и в рабочей полости формы, что позволяет добиться оптимальных характеристик пропитки армирующего материала.

 

Рисунок 3 – Технология RTM

 

Метод RTM – Resin Transfer Moulding). Технология изготовления стеклопластика по методу инжекции в закрытую форму требует использования специальной оснастки, состоящей из двух частей: самой матрицы и ответной формы – пуансона.

 

Стоит сразу оговорить, что композитные материалы создаются под выполнение данных им задач, соответственно не могут вмещать в себя все возможные преимущества, но, проектируя новый композит, инженер волен задать ему характеристики, значительно превосходящие характеристики традиционных материалов при выполнении данной цели в данном механизме, но уступающие им в каких-либо других аспектах. Это значит, что композит не может быть лучше традиционного материала во всём, то есть для каждого изделия инженер проводит все необходимые расчёты и только потом выбирает оптимум между материалами для производства.

 

 

ПКМ является системой, которая включает в себя два типа препаратов – армирующие и связующие. Для хорошего качества материала его компоненты должны подходить друг другу по техническим характеристикам, хорошо совмещаться между собой, но при этом должна исключиться возможность растворения одного компонента в другом. Полученный в результате такого соединения материал обладает свойствами, которые недоступны отдельным его компонентам. Ниже представлены различные технологии изготовления изделий из ПКМ.

 

 

Рисунок 4 − Технологии изготовления изделий из ПКМ

 

 

Для ПКМ, предназначенных для авиационной промышленности, предъявляется ряд технологических требований. Огромную роль играют показатели стабильности и воспроизведения имеющихся качеств. Для большинства ситуаций отклонения показателей от нормы могут достигать не более 10%.

 

 

Применяя данный материал, есть возможность изменять его физические свойства посредством правильно подобранного набора его составляющих, их процентного соотношения и нахождения в самом изделии. Таким образом, становится возможным получение конструкционных материалов, которые будут иметь технологические характеристики, свойственные только им, а также применяться в различных сферах производства.

 

Для воспроизведения всех этих показателей необходимо детально изучить прочностные и вязкоупругие свойства ПКМ, характер их поведения под различного рода воздействием, точно соблюдать технологический процесс. Учитывая это, появляется необходимость решения задачи по разработке простых и в то же время точных способов обустройства этапа формования посредством автоклава на этапе планирования его загрузки. Это касается как уже установившегося производства, так и конструирования новых деталей. Важным пунктом на данном этапе будет оценка влияния технических характеристик материала, из которого изготовлена конструкция, и учет его механических свойств, так как все они находятся в прямой зависимости от процесса отверждения в автоклаве.

 

Литература

1. Егер С.М. Проектирование самолетов. – М.: Машиностроение, 1983. 652 с.

2. Гребеньков О.А. Конструкция самолетов – М.: Машиностроение, 1984. 238 с.

3. Кербер М. Л., Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии. — СПб.: Профессия, 2008. — 560 с.

 

 

RESEARCH AND DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR THE MANUFACTURE OF THE FAIRING OF THE NACELLE OF THE PCM.

P. A. Skrynnik, student; E. N. Nekravcev., candidate of technical Sciences, associate Professor.

Voronezh state technical University

 

The paper presents the results of the study of manufacturing technology of the fairing of the nacelle of the PCM. Identified were the advantages of PCM constructions and provided data for the development of production technology of the fairing of the nacelle of the PCM.

 

Key words: polymer composite materials, the fairing of the nacelle, aircraft engine, advanced technologies in Russia