III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Цель: снижение веса, повышение коррозионной стойкости и ресурса планера самолета-амфибии.

Актуальность: в интегральных конструкциях отсутствуют механические соединительные элементы и подгонки конструктивных элементов при сборке, минимум оснастки для изготовления.

Создание интегральных металлополимерных конструкций обусловлено двумя факторами. Первый связан с появлением нового класса композиционных материалов - слоистых металлополимерных материалов. Второй фактор - это стремление к дальнейшему повышению эффективности конструкций в местах, где применение ПМК и металлических сплавов не оптимально.

Отечественным представителям данного класса материалов является СИАЛ. Послойное разделение тонких листов из алюминиевого сплава высокопрочным высокомодульным полимерным материалом позволяет существенно повысить ресурс, статическую прочность, огнестойкость, снизить вес по сравнению со стандартными листами из алюминиевых сплавов. Переработка материала в изделия практически идентична переработке листов из алюминиевых сплавов.

В 2003 г. на КнААПО совместно, со специалистами из ТАНТК им. Г. М. Бериева была отработана и внедрена серийная технология изготовления нижних обшивок крыла самолета-амфибии Бе-103, одновременно являющихся стенкой топливного бака. Конструктивно обшивка состояла из тонких листов алюминиевого сплава 1441, предварительно обтянутых по болванке, соединенных клеепрепрегом КМКС 2.120.Т10. Была разработана технология, позволяющая перед термостатированием в автоклаве выявлять места возможных непроклеев, и модификацирован сам режим термостатирования, позволяющий получать бездефектную конструкцию. По сути, данная обшивка является первой металлополимерной конструкцией самолета-амфибии, спроектированной на ТАНТК им. Бериева и серийно изготавлеваемой на КнААПО.

Для дальнейшего повышения эффективности аналогичных конструкций была выдвинута идея формирования ребер жесткости совместно с обшивкой по аналогии с интегральными конструкциями из ПКМ. На данном этапе были изготовлены образцы металлополимерных интегральных конструкций, интегральных из ПКМ и металлических клепаных, на которых проведены сравнительные испытания на изгиб и усталостную прочность.

Металлополимерные образцы состояли из трехслойной обшивки - двух слоев сплава 1441 л.0.3. , соединенных клеепрепрегом КМКС 2.120.Т.10.55, подкрепленной ребром. Для подкрепления обшивки были рассмотрены два типа металлополимерных ребер - Т- и I-сечения.

Композиционные образцы были выклеены из клеепрепрега КМКС 2.120.Т10.37 и имели ребро Т-сечения.

Металлические образцы состояли из обшивки Д19А Тл.0.8, подкрепленной профилем ПР 102-1 и заклепками d=3 мм с шагом 20 мм.

Результаты испытаний соответствуют параметрам начала разрушения.

Разрушение металлополимерного образца с I-полкой произошло по центру, с расслоением  стенки ребра. Разрушение маталлополимерного образца с Т-полкой произошло по заделке ребра в усиление обшивки - в месте наибольшего перепада жесткости. Разрушения ребра по регулярному сечению отсутствовали. Разрушение интегрального образца из ПКМ с Т-ребром было в центре по полке и стенке ребра.

Исходя из имеющегося оборудования были проведены сравнительные испытания на усталостную прочность металлополимерных интегральных образцов ребром Т-сечения и металлических клепаных.

Частота нагружения составляла 400 Гц, максимальное усилие нагружения - 0.7 Ризг. Максимальный прогиб - в соответствии с нагрузкой. После проведения 110000 циклов на нижней полке профиля в месте заделки в усиление обшивки и частичное разрушение головки заклепки со стороны обшивки на расстоянии около 40 мм от края образца.

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

1.Определена технологическая возможность изготовления интегральных маталлополимерных конструкций.

2.Уствновлено, что при статическом изгибе интегральные металлополимерные образцы обладают жесткостью, превосходящие жесткость интегральных образцов из ПКМ.

3.Усталостная прочность металлополимерных образцов почти в два раза прочности аналогичных клепаных образцов из металла.

Приминение: для изготовления боковин поплавка, пилонов, панелей крыла и крышек капотов интегральных конструкций из препрегов со стеклянными, угольными и гибридными наполнителями для самолетов-амфибий Бе-200 и Бе-103.

Код для цитирования: Скопировать