Материалы, применяемые для изготовления самолета

 

Для изготовления основных силовых элементов планера самолета — фюзеляжа, агрегатов коробки крыльев и хвостового оперения, которые в своей совокупности образуют так называемую каркасную группу, применяется сплав алюминия под названием «дюралюминий» от французского «duraluminium» («dur» — значит твердый, крепкий).

Алюминиевые сплавы маркируются условным набором букв и цифр. Буква Д в начале марки означает сплав типа дюралюминий. В начале марки или после числа, указывающего номер сплава, может стоять также буква А, что означает технически чистый, алюминий, т. е. сплав повышенного качества.

Буквы АК или АЛ означают в первом случае алюминиевый ковкий сплав, а во втором — алюминиевый литейный сплав.

После условного номера для сплава данной группы (например, 16) следуют буквенные обозначения, характеризующие состояние сплава, т. е. вид его предварительной обработки:

М — мягкое состояние (сплав отожжен);

Т — термически обработанный (закаленный и естественно состаренный);

Т1—закаленный и состаренный искусственно (при температуре выше 100°);

Н — нагартованный;

П — «полунагартованный» (проволока для заклепок);

В — повышенное качество выкатки и т. д.

Совокупность этих обозначений и характеризует марку сплава дюралюминий Д16 (средний состав: 4,3% Cu — медь; 1,5%-Mg— магний; 0,6% Mn— марганец; 0,5% 51 —кремний (силиций); Al — алюминий — остальное). Широко применяются для изготовления силовых элементов самолета лонжероны, шпангоуты, стрингеры, нервюры, обшивка и т. д.

Для повышения коррозионной стойкости полуфабрикаты из сплава Д16 часто выпускаются плакированными, т. е. покрытыми е поверхности тонкими защитными слоями чистого алюминия, об­ладающего по сравнению с дюралюминием более высокой химиче­ской стойкостью или покрываются пленкой анодного оксидирования.

Сплав Д16, подвергнутый закалке и естественному старению, об­ладает пределом прочности s_в порядка 46 кгс/мм². Механические свойства листового плакированного дюралюминия приведены в табл. 1.

Таблица 1

Марка материала	Предел прочности, кгс/мм2.	Относительное удлинение d, %
Д16АМ Д16АТ Д16АТВ Д16АТН Д16АТНВ	Не более 24   41—43 43—46	13—11 10-8

 

Наиболее распространенным ковочным сплавом является сплав АК-6 (~2,2% Cu; 0,6% Мg; 0,6% Мn; 0,9% Si). Он обладает почти таким же пределом прочности, как и Д16, но более пластичен в горячем состоянии. Из него изготовляют множество авиационных деталей сложной формы: кронштейны, фитинги, рычаги, передаточные качалки и многие другие.

Сплавы с кремнием (4—12% Si, а иногда и с дополнительными присадками) называются силуминами. Они легки (g =2,6— 2,7 г/см³), прочны, коррозийно устойчивы и обладают наилучшими литейными свойствами. Сплав АЛ2 (10—13%Si) применяется для тонкостенного и мелкого литья, чаще всего деталей авиаколес, агрегатов и приборов.

Сплавы АЛ4 и АЛ9 с меньшим содержанием кремния (9 и 7%) имеют более высокую прочность. Из АЛ4 отливают крупные детали, несущие высокие нагрузки, а из АЛ9, обладающего лучшими литейными свойствами, изготавливают сложные детали средней нагруженное.

В самолетостроении часто применяются также сплавы для холодной штамповки и сварных конструкций, неупрочняемые термической обработкой. К ним относятся: алюминиевомарганцовистые АМц (1—1,6% Мn), алюминиевомагниевые (магналий) АМт (2— 6% Мg) и технический алюминий АД. Для этих сплавов характерны повышенная пластичность, невысокая и средняя прочность (12—30 кгc/мм²), высокая коррозионная стойкость, хорошая свариваемость и относительно высокий предел усталости.

Из них изготавливают путем вытяжки, штамповки и сварки трубы, баки, аэродинамические «зализы», корпуса и крышки приборов, экраны, приборные стрелки, кронштейны и др.

Для заклепок применяются сплавы с меньшим содержанием меди и магния: медленно стареющие (ДЗП), нестареющие (АМг-5П) или сохраняющие высокую пластичность после старения (Д18П, В94).

Кроме алюминиевых сплавов, в самолетостроении применяют­ся магниевые сплавы (МЛ4, МЛ5 и МЛ 12). Магниевые сплавы даже обладают некоторыми преимуществами перед рядом алюминиевых сплавов. Им несвойственна межзеренная коррозия. Из магниевых сплавов изготавливаются: колеса, вилки шасси, фонари, двери кабин, штурвальные колонки, детали сидений, корпуса приборов, насосов, коробок передач, передние кромки крыльев, литые крылья, литые дверцы люков шасси и др. Однако защита от коррозии в эксплуатации является для магниевых сплавов по-прежнему проблемой.

Наиболее нагруженные детали и узлы самолета Ан-2 изготавливают из хромомарганцевокремнистой стали (хромансиль) марки ЗОХГСА, которая содержит 0,3% углерода и примерно по одному проценту хрома, марганца и кремния (силиция) с пониженным содержанием серы и фосфора (S≤0,03%, P≤0,03%). Буква A в конце марки означает, что сталь повышенного качества (выплавлена электроплавкой, содержит пониженные количества вредных примесей).

Легированные стали маркируются в соответствии с их составом. В начале марки двузначным числом указывается среднее содержание углерода в сотых долях процента, затем следуют буквенные обозначения легирующих элементов. Справа от условного обозначения элемента указывается его примерное содержание в процентах, если оно превышает 1 %.

В качестве условного обозначения легирующих элементов стали берут первую букву русского наименования элемента, но так как названия разных элементов начинаются иногда с одной и той же буквы, например: молибден, марганец, медь, то для некоторых элементов ввели условные обозначения из «свободных» букв алфавита. Буквой Г обозначают марганец, Д — медь, С — кремний, Ф — ванадий, Ю — алюминий, Р — бор, Б — ниобий.

Сталь ЗОХГСА обладает повышенными механическими свойствами. При соответствующей термической обработке предел ее прочности достигает 110—130 кгс/мм². Хромансилевая сталь сваривается всеми видами сварки, но газовая сварка менее желательна. При газовой сварке возможно образование трещин, особенно при верхнем допуске содержания углерода (0,35% С).

Углеродистые стали маркируются буквами Ст. и цифрами от 0 до 7, которые для сталей группы А, не идущих на термообработку, указывают механические свойства, а для сталей группы Б, обрабатываемых термически,— состав. Качественные углеродистые стали маркируются двузначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Высокоуглеродистые стали (инструментальные) маркируются буквой У и числом, указывающим среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, У7 (0,7% С), У12 (1,2% С) и т. д.

На самолете Ан-2 ленты-расчалки, валики и муфты к ним изготавливают из среднеуглеродистой стали марки 45А, которая после закалки и отпуска имеет предел прочности δ_В = 70—90 кгс/мм² и относительное удлинение δ=11%.

Отдельные узлы, болты, гайки и другие детали изготавливаются из малоуглеродистой стали марки 20, 20А и 25. Сталь 25 имеет δ_В≥43 кгс/мм².

Небольшое количество деталей, находящихся в зонах высоких температур и подверженных износу, изготавливают из нержавеющей жароупорной стали 1Х18Н9Т с титаном. Она является одним из наиболее распространенных нержавеющих материалов авиационной техники, применяемых как при низких, так и повышенных температурах.

Сталь 1Х18Н9Т применяется также для работы при низких температурах — трубы гидросистем, напорные бачки, окислительные емкости и трубопроводы. В этих случаях сталь применяется в полунагартованном состоянии (δ_В =120—130 кгс/мм²). Это повышает удельную прочность по сравнению с ненагартованной сталью примерно вдвое.

Из листовой стали марки 1Х18Н9Т на самолете Ан-2 изготовлен выпускной коллектор, выпускная труба и жаровые трубы, расположенные внутри выпускного коллектора.

Для обшивки крыльев и хвостового оперения применяют хлопчатобумажное авиационное полотно (авиационная мерсерезиновая ткань) марки АМ-93, имеющее среднюю прочность на разрыв не менее 70 кгс и удлинение не более 13%.

Ролики, поддерживающие тросы системы управления самолетом, изготавливаются из текстолита.

Стекла фонаря кабины пилотов и грузовой кабины изготовлены из органического стекла. Бак для химикатов на самолете Ан-2 в сельхозварианте изготовлен из эпоксидного ламината (стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой).

Рис. 1.5. Схема самолета Ан-2 на колесном шасси. Вид спереди и сбоку