Вертолёт, 1999 № 01 - [11]

Рис. 1. Содержание ПКМ в конструкции фюзеляжей вертолетов фирмы «Камов» (% к массе фюзеляжа)

Опыт замены каркасной конструкции фюзеляжа панельной показал, что такой переход позволяет:

- снизить трудоемкость изготовления сотовых панелей из ПКМ взамен традиционных металлических примерно на 28%;

- снизить трудоемкость изготовления и сборки агрегата из сотовых панелей по сравнению с трудоемкостью изготовления и сборки каркасного агрегата аналогичного назначения на 43-50%;

- снизить массу трехслойных панелей с сотовым заполнителем при замене алюминиевых сплавов на органопластик на 15-23%;

- сократить количество необходимого технологического оборудования в 3 раза;

- повысить удельную прочность, жесткость и устойчивость конструкции при работе в условиях сложного (в том числе динамического) нагружения;

- снизить время разработки конструкторской документации.

Процесс внедрения ПКМ в конструкцию фюзеляжей условно можно разделить на три этапа.

Первый этап - создание отдельных деталей несилового назначения из стеклопластика путем механической замены металла (в основном, обшивок) на полимерные композиционные материалы (в основном, стеклопластик) в рамках традиционной конструкции «металлического» типа. По времени этот этап охватывает период с конца 50-х до начала 70-х годов (Ка-25, Ка-26).

Второй этап - разработка и внедрение агрегатов силового назначения, в том числе трехслойных панелей с сотовым заполнителем и обшивками из полимерных композиционных материалов. По времени этот этап охватывает период с начала 70-х до середины 80-х годов (Ка-27, Ка-126, Ка-50).

Третий этап - создание интегральных цельнокомпозитных структур и крупногабаритных конструкций агрегатов фюзеляжа на базе многофункциональных материалов. По времени этот этап охватывает период с середины 80-х годов по настоящее время (Ка-62).

Динамику применения ПКМ в конструкции планера вертолетов марки «Ка» можно увидеть, проследив хронологию создания наших вертолетов (рис. 1).

Последним аппаратом ОКБ, который имел классический цельнометаллический фюзеляж, был винтокрыл Ка-22. Уже на вертолете Ка-25, созданном в конце 50-х годов, из ПКМ был выполнен обтекатель РЛС и создан экспериментальный отсек стабилизатора, в котором кессонная часть была выполнена из трехслойных панелей с обшивками из стеклопластика и хлопчатобумажными сотами в качестве заполнителя. Одновременно на этом вертолете был получен опыт эксплуатации трехслойных панелей с сотовым заполнителем в виде конструкций грузового пола, что в дальнейшем позволило перейти к их широкому применению в конструкции наших фюзеляжей.

Первым вертолетом, где в достаточно заметном количестве были применены полимерные композиционные материалы, стал вертолет Ка-26, созданный в начале 60-х годов. В основном, это были стеклопластики на связующем холодного отверждения (в конструкциях типа зализов, капотов и обтекателей) и готовые пластики типа стеклотекстолитов (обшивки панели пола грузопассажирской кабины). Для этого вертолета специалисты нашего предприятия впервые попытались создать хвостовую балку методом намотки, но конструкция оказалась неудачной. Полимерные композиционные материалы в конструкции фюзеляжа составили в то время около 5-6% от общего веса фюзеляжа.

В дальнейшем, с появлением новых ПКМ высокой прочности и жесткости на связующих горячего отверждения, возможности применения таких материалов в конструкции фюзеляжей вертолетов расширились. Так, на вертолете Ка-27, построенном в середине 70-х годов, уже применены полимерные композиционные материалы в конструкции рулей направления, стабилизатора, килей, предкрылков, в крышках люков, обтекателях антенн. В нагруженных частях фюзеляжа широко используются клееные конструкции в виде трехслойных панелей с сотовым заполнителем, но обшивки этих панелей, в основном, выполнены из алюминиевых сплавов. Трехслойные панели с обшивками из ПКМ и монолитные панели из стеклопластика были применены в конструкции интерьера вертолета Ка-32.

Внедрение новых материалов предопределило решительный переход от традиционной металлической стрингерной (каркасной) конструкции к слоистой с обшивками из ПКМ и сотовым заполнителем. На вертолетах Ка-27, Ка-29, Ка-32 впервые в наших конструкциях были применены органопластики типа «органит-7т» (зарубежный аналог - «кевлар»), по удельной жесткости не уступающие алюминиевым сплавам, а по прочности превосходящие их в 3-4 раза. Низкая скорость распространения трещин (в том числе усталостных), высокая вязкость разрушения, ударо- и вибропрочность органопластиков позволили нам применить их в конструкциях таких агрегатов, как рули направления, хвостовая часть стабилизатора.

Рис. 2. Кессон крыла вертолета Ка-50

Рис. 3. Хвостовая балка вертолета Ка-50 (снята правая боковая панель)

Рис. 4. Контейнер топливного бака вертолета Ка-50

Нами были изготовлены опытные агрегаты и проведены все виды испытаний (в том числе летные), в результате которых был достигнут положительный результат: при увеличении разрушающей нагрузки на 9% получено снижение массы отдельных элементов руля направления на 30%, а массы всего руля - на 15%. Однако вследствие того, что в то время промышленный выпуск органопластика еще не был налажен в требуемом объеме, в серийное производство был запущен вариант конструкции оперения из стеклопластика.