Вертолёт, 1999 № 01 - [12]

Следующим шагом, значительно расширившим область применения ПКМ в конструкции фюзеляжей наших вертолетов, стал вертолет Ка-50, в конструкции которого эти материалы составили уже около 36% от массы фюзеляжа.

С самого начала проектирования этого вертолета учитывалась возможность широкого применения в конструкции его фюзеляжа ПКМ. Поэтому теоретические обводы фюзеляжа и компоновочные решения по возможности постарались выбрать так, чтобы панели получились плоскими или одинарной кривизны. Такая задача была выполнена, и в настоящий момент из всех трехслойных панелей, имеющихся в конструкции фюзеляжа, 90% - плоские или одинарной кривизны. Это значительно повышает технологичность вследствие упрощения изготовления оснастки, меньшего коробления панелей при изготовлении, существенного упрощения раскроя препрегов.

При сравнительно небольших габаритах вертолета свыше 70 м2 поверхности его фюзеляжа занимают более 100 трехслойных панелей с сотовым заполнителем. 40% этих панелей можно отнести к силовым конструкциям (например, панели кабины экипажа, консолей стабилизатора, крыльев, вертикального оперения, хвостовой балки, центрального кессона, контейнеров топливных баков, см. рис. 2, 3, 4, 5). Максимальный размер панелей фюзеляжа составил 2х1,5 м. Кроме конструкций типа трехслойных панелей, из полимерных композиционных материалов выполнены окантовки дверей и люков кабины экипажа, носовой кок, различные зализы, кожухи и другие элементы конструкции фюзеляжа.

В конструкции фюзеляжа этого вертолета были использованы следующие материалы: обводообразующие элементы, стенки, шпангоуты, в основном, представляют собой трехслойные панели с обшивками из материалов типа «органит» или композиций «органит- уголь», «органит-стекло» и с сотовым заполнителем типа ПСП-1, которые собираются на металлическом каркасе традиционным способом - клепкой. Работа по внедрению ПКМ в конструкцию фюзеляжа вертолета Ка-50 проводилась нами совместно с другими институтами отрасли по целевой комплексной программе и включала в себя не только создание материалов, но и поиск конструктивнотехнологических решений. Реализация таких конструкторских и технологических решений позволила не только снизить массу агрегатов, но и в несколько раз уменьшить количество деталей, что привело к резкому снижению трудозатрат при изготовлении деталей и сборке агрегатов. Сам же характер сборочных работ (способы сборки и применяемый инструмент) существенно не изменился, что также способствовало быстрому внедрению в производство.

В процессе создания этого вертолета был решен ряд задач, связанных с заменой традиционной металлической конструкции на конструкцию из ПКМ: снятие статического электричества, увеличение работоспособности антенных устройств, герметичности тонких пластиковых обшивок и др.

Рис. 5. Применение ПКМ в конструкции фюзеляжа и оперения вертолета Ка-50

Рис. 6. Применение ПКМ в конструкции фюзеляжа и оперения вертолета Ка-126

Рис. 7. Применение ПКМ в конструкции фюзеляжа и оперения вертолета Ка-60

Создание вертолета с широким применением ПКМ (главным образом, за счет внедрения новых легких органопластиков) позволило:

- снизить массу отдельных элементов конструкций на 20-30%;

- снизить массу фюзеляжа примерно на 100 кг;

- повысить отказоустойчивость и живучесть вертолета;

- увеличить ресурс отдельных агрегатов планера в 2-2,5 раза;

- снизить трудоемкость и энергетические затраты при изготовлении сложных элементов конструкции за счет уменьшения количества деталей, сокращения цикла клепально-сборочных работ в 1,5-3 раза;

- сократить продолжительность цикла изготовления агрегатов в 1,5-3 раза;

- снизить трудоемкость плазовых работ в 2 раза.

Параллельно с постройкой вертолета Ка-50 строился Ка-126, который создавался как однодвигательная (с газотурбинным двигателем) модификация Ка-26. С точки зрения применения в конструкции фюзеляжа этого вертолета полимерных композиционных материалов, мы сделали шаг назад по сравнению с Ка-50. Но это произошло не вследствие нашего разочарования в этих материалах или недостаточного опыта их применения, а лишь из-за желания сохранить возможно большую преемственность новой конструкции и Ка-26. Тем не менее из полимерных композиционных материалов для Ка-126 выполнили хвостовые балки, вертикальное и горизонтальное оперение, боковые панели, грузовой пол транспортной кабины, ряд панелей центрального кессона, а также различные обтекатели, зализы и крышки люков, что в общей сложности в конструкции фюзеляжа составило около 20% (см. рис. 6). Всего на вертолете насчитывается 41 панель трехслойной конструкции и только 6 из них выполнены из алюминиевых сплавов.

Ярким примером преимущества ПКМ перед традиционной металлической конструкцией может служить хвостовая балка Ка-26, ведь у нее есть прослуживший более 25 лет аналог - хвостовая балка вертолета-предшественника Ка-26. Анализ характеристик обеих конструкций показывает, что по сравнению с хвостовой балкой вертолета Ка-26 в хвостовой балке Ка-126 количество деталей сокращено со 109 до 38, количество единиц крепежа с 1570 до 100, а количество применяемых материалов с 27 до 8.