Композитные корпусные детали обшивки авиадвигателей

Тонкостенные малонагруженные корпусные детали авиадвигателя являются наиболее перспективными с точки зрения использования полимерных композиционных материалов. Легкий доступ, возможность периодического визуального контроля, диагностики и замены в случае необходимости обеспечивают их надежную работу при эксплуатации двигательной установки. В композитном исполнении корпусные детали обладают массой на 20...5% меньше, чем металлические аналоги.

В настоящее время в серийном производстве находятся следующие узлы двигателя ПС-90А: кожух сопла со звукопоглощающим контуром, обтекатель сопла и задний обтекатель реверсивного устройства, обеспечивающие снижение массы двигателя на 21кг. На этапе внедрения иопытной отработки находятся: диафрагма, корпус подвесок, силовой корпус, корпус створок, внешний обтекатель реверсивного устройства, панель со звукопоглощающим контуром, кожух внутренний 1, обтекатель, кожух, корпус, обеспечивающие дополнительное снижение массы двигателя на 39 кг. На стадии проектирования находятся: корпус вентилятора, лопатка спрямляющая, решетка реверсивного устройства, силовая панель, с планируемым выигрышем по массе до 63 кг.

Таким образом, суммарное снижение массы двигателя ПС-90А при использований композитных деталей составляет порядка 123 кг. Это приводит к увеличению коммерческой нагрузки для среднемагистральных самолетов типа ТУ-204, оснащенных двумя двигателями ПС-90А на 246 кГ, а для далънемагистрадьных самолетов типа ИЛ-96-300 с четырьмя двигателями на 492 кг. Очевидное преимущество композитов привело к тому, что в настоящее время при создании нового двигателя ПС-90А12 уже на этапе проектирования закладываются требования выполнения ряда корпусных деталей из композиционных материалов.

Формование композитных корпусных деталей осуществляется методом ручной укладки на оправку различным образом ориентированных слоев стекло и карбопрепрегов. Большинство деталей выполняются полностью из композитов, хотя в некоторых конструктивных решениях предусматривается использование металлических фланцев, которые могут быть впоследствии заменены на фланцы из композиционных материалов по мере отработки последних.

В общем случае на корпусные детали авиадвигателя действует сложная система сосредоточенных и распределенных нагрузок, основными из которых являются: внутреннее давление, растягивающая нагрузка от газовых сил и равнодействующая инерционных сил, приложенная в центре масс конструкции. Кроме того, отдельные детали могут быть подвержены избыточному наружному давлению, воздействию набегающего наружного потока, а также сжимающим усилиям, возникающим при сборке конструкции обшивки авиадвигателя.

Наиболее нагруженными элементами деталей при этом являются фланцевые узлы крепления, которые в рассматриваемых конструктивных вариантах выполнены из тех же материалов, что и сами детали и составляют с ними одно целое. Согласно требованиям технического задания фланцы должны обеспечивать надежное крепление в диапазоне температур от -60°С до 100°С при действии инерционных сил с перегрузкой 5733g и вибрационных нагрузок с частотой от 5 до 200 Гц, амплитудой виброускорения до 3, 5g, а также обладать ресурсом работы 25 000 часов за период 10 лет.

В настоящее время разрабатываются методики расчета композиционных фланцев на прочность, позволяющие прогнозировать ресурс корпусных деталей, в которых они используются.

Глава 6.5. Клей ВК – 9 ОСТ 1 90281 – 86.

В настоящее время в авиационной промышленности все большее применение получают клея ВК – 9, состав композиции которых включает в себя эпоксидную смолу ЭД – 20, полиамидную смолу ПО – 300, смесь продуктов АГМ – 3 и АДЭ – 3 и асбеста марки «А». Данный клей применяется для склеивания сталей, алюминиевых, титановых и магниевых сплавов между собой и с конструкциями из стеклопластиков и другими композиционными материалами, а также для производства в авиационной промышленности высоконагруженных изделий из стеклопластиков таких как обтекатели радиолокаторов, зашивки и законцовки несущих плоскостей.

Клеевые швы из клея ВК – 9 длительное время работают при температурах от минус 60 до плюс 125 град. С, а в изделиях одноразового действия могут применяться при температурах до плюс 250 ⁰С.

Клей ВК – 9 готовится непосредственно перед применением и должен представлять собой вязкотекучую массу от серого до белого цвета (в зависимости от типа наполнителя) со слабым специфическим запахом.

Жизнеспособность приготовленного клея составляет 2, 5 часа при температуре 18 – 23 ⁰С. В производственных условиях клей ВК – 9 следует хранить при температуре от 0 до 5 град. С, что увеличивает жизнеспособность клея.

Клей ВК – 9 отвердевает очень быстро по сравнению с другими эпоксидными клеевыми пастами. Плотность отвердевшего клея 0, 81÷ 1, 03 г/см.

Клей ВК – 9 обладает высокой текучестью и заполняет все имеющиеся зазоры между склеиваемыми поверхностями, что исключает непроклеи в соединении.

Прочность клеевых соединений не снижается после циклических воздействий температур от минус 60 до плюс 125 ⁰С в течение 30 суток.

Предел прочности при сдвиге – 13, 71 МПа при температуре 20 ⁰С, при температуре 80 ⁰С – 5, 39 МПа, при температуре 125 град. С – 4, 41 МПа. Предел прочности при равномерном отрыве – 19, 62 МПа при температуре 125 ⁰С.

Клеевое соединение устойчиво к воздействию масла, бензина, и других органических растворителей. Выдержка в воде при температуре 20 ⁰С в течение 30 суток приводит к снижению прочности клеевых соединений до 30 %.

Клеевое соединение не вызывает коррозии алюминиевых сплавов типа Д–16 анодированного, плакированного не анодированного, стали углеродистой незащищенной, стали оцинкованной и кадмированной с хроматным пассивированием и оксидированного магниевого сплава МА8. При этом между материалами образуется вакуум – плотный шов.

Приготовление клея ВК – 9:

- подготавливаются весовые части материалов:

1) эпоксидная смола ЭД – 20 60 в.ч.

2) смола полиамидная ПО – 300 40 в.ч.

3) смесь продуктов АГМ – 3 и АДЭ – 3 (в соотношении 98: 2) 0, 6 в.ч.

4) асбест марки «А» 5 в.ч.

- взвешенное количество смол ЭД – 20 и ПО – 300 тщательно перемешать в течение 15÷ 20 минут;

- добавить к полученной массе смесь продуктов АГМ – 3 и АДЭ – 3 и перемешать состав в течение 10÷ 15 мнут, а затем добавить асбест и вновь тщательно перемешать в течение 10÷ 15 минут

Клей готовится непосредственно перед применением с обязательной паспортизацией приготовленной партии. При этом контролируется температура клеевой пасты, которая не должна превышать 15÷ 21 ⁰С.

В качестве наполнителя допускается использовать алюминиевую пудру ПАП – 1, двуокись титана, или двуокись циркония.

В процессе применения клея ВК – 9 необходимо учитывать, что его жизнеспособность в массе при окружающей температуре 20 ⁰С после смешивания всех компонентов клея составляет не более 2 - х часов.

 

6.5.1 Применение ВК - 9

- место нанесения клея ВК – 9 обезжирить нефрасом БР-2. Обычно обрабатываются неокрашенные детали из металлов. Повторно обезжирить место нанесения клея ацетоном или другим растворителем.

- нанести один слой клея (не более) шпателем на рабочие поверхности с нормой расхода клея 100-150 г/м².

- открытая выдержка нанесенного клея при соединении деталей в клеевом шве не требуется (допустимая выдержка от 1до 5 минут при температуре от 18 до 23^оС);

- режимы склеивания деталей изделий из металла и стеклопластика:

1) «холодный» при температуре – от 18 до 23 ^оС, время полимеризации 24 часа;

2) «горячий» при температуре – 60 ^оС, время полимеризации 1 час.

Примечание: 1. При использовании и сочетании с фенолокаучуковым клеем ВК-25 (подслой) примерно в два раза повышаются прочность и эластичность клеевого соединения.

2. Клей ВК-9 при старении охрупчивается. Вместо клея ВК-9 можно использовать:

- клей ВК-27 (ПИ 1.2.145-80), который по своим свойствам аналогичен ВК-9, но при старении сохраняет свои прочностные и деформационные свойства;

- клей ВК-67, который аналогичен клею ВК-27, но дешевле его, и может применяться в не мало нагруженных изделиях.