Вертолёт, 1999 № 01 - [13]

В это же время продолжалась отработка создания различных типов конструкций элементов фюзеляжа из ПКМ, отработка способов соединения между собой агрегатов из ПКМ, а также поиск (продолжающийся и сейчас) наиболее оптимального решения проблем, возникающих в области радио- и электрооборудования в связи с заменой традиционной металлической конструкции фюзеляжа конструкцией из ПКМ.

Итак, приступая к проектированию вертолета Ка-62, мы уже имели достаточный опыт проектирования, постройки и эксплуатации вертолета с фюзеляжем из ПКМ. Это позволило нам создать фюзеляж, уже более 60% конструкции которого создано из этих материалов. В сознании разработчиков прочно укрепилась мысль о том, что для получения существенных преимуществ при внедрении в конструкцию фюзеляжа полимерных композиционных материалов необходимо переходить к созданию крупногабаритных конструкций из композиционных материалов с одновременным расширением их применения. Это приведет к увеличению весовой отдачи, снижению трудоемкости изготовления и сборки агрегатов, широкому внедрению систем автоматизированного проектирования на всех этапах - от чертежа до готовой продукции. При этом проектирование конструкций должно вестись на новых принципах, исключающих механическое копирование идеологии металлических конструкций. С учетом этих соображений мы разрабатывали конструкцию фюзеляжа вертолета Ка-62.

В этой модели вертолета внедрен широкий спектр типов конструкций из ПКМ: от уже привычных трехслойных панелей с сотовым заполнителем типа ПСП-1 и обшивками из материалов типа «органит- уголь» до многослойных силовых элементов - балок, шпангоутов и других аналогичных элементов конструкции фюзеляжа (см. рис. 7, 8).

Применение ПКМ в отдельных агрегатах типа оперения и хвостовой балки доходит до 90% и более от общей массы агрегата. В конструкции фюзеляжа этого вертолета уже широко применяется технология выкладки препрегов, а также намотки таких элементов, как лонжероны консолей стабилизатора и вертикального оперения, хвостовая балка, балка крепления хвостового редуктора.

Из металла на фюзеляже этого вертолета выполнены:

- стыковочные шпангоуты;

- шпангоуты и балки, воспринимающие большие сосредоточенные нагрузки (например, крепление главного редуктора, шасси);

- некоторые стенки и панели, где применение ПКМ нецелесообразно вследствие наличия в них большого количества различных вырезов и точек крепления для монтажа различных систем вертолета, а также панели двигательного отсека и отсека ВСУ (из-за требований огненепроницаемости).

Рис. 8. Фюзеляж вертолета Ка-62, предназначенный для статических испытаний

Приобретенный нами опыт проектирования и изготовления элементов конструкции фюзеляжа из полимерных композиционных материалов позволяет сделать ряд выводов. Во-первых, для получения наибольшего эффекта от внедрения в конструкцию ПКМ проектирование вертолета, начиная с первой его компоновки, должно вестись с учетом особенностей этих материалов. Необходимо учитывать, например, что наибольшего снижения массы от использования ПКМ в конструкции фюзеляжа вертолета можно добиться, применяя эти материалы лишь в крупногабаритных конструкциях с минимальным количеством стыков. Нельзя забывать, что лучше всего полимерные композиционные материалы работают на растяжение и значительно хуже на сжатие. Следовательно, крепление и расположение агрегатов вертолета, «отвечающих» за основное нагружение, должно, по возможности, выбираться так, чтобы эти материалы работали на растяжение. Кроме того, прокладка трасс трубопроводов и жгутов должна проектироваться так, чтобы не допускать большого количества разветвлений. Сами же места крепления систем к фюзеляжу по возможности должны быть общими для разных систем. Чем больше отверстий (вырезов) и крышек люков, тем менее эффективным становится применение ПКМ по сравнению с обычной металлической конструкцией и т.д.

Во-вторых, создание оптимальной по прочности, массе и стоимости конструкции с использованием полимерных композиционных материалов невозможно без применения современных методов расчета на прочность с учетом анизотропии свойств материалов. Причем эти расчеты должны быть подкреплены достаточным количеством экспериментальных данных. В противном случае можно либо совсем не получить никаких преимуществ от ПКМ, либо их преимущества будут сведены к минимуму, по сравнению с которым затраты, связанные с изготовлением композитных деталей и агрегатов, окажутся такими, что заставят отказаться от их применения в данной конкретной конструкции.

В-третьих, важнейшим вопросом остается качество изготовления деталей и агрегатов из ПКМ.

Последние два пункта не являются предметом рассмотрения в данной статье и лишь обозначены здесь, но обоим этим вопросам в фирме «Камов» уделяется пристальное внимание.

Дальнейшее снижение массы каркасных конструкций с помощью применения ПКМ возможно в двух направлениях: во-первых, за счет применения термоусаживаемых клеевых пленок с массой 150-200 г/м² ; во-вторых, за счет применения клеевых препрегов, что позволяет снизить не только массу трехслойных панелей, но и трудоемкость их изготовления (изготовление конструкции за один технологический переход).