Конструкция и технологический процесс изготовления крышки нижней части мотогондолы

Конструкция и технологический процесс изготовления крышки нижней части мотогондолы

• Введение
• 1 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
• Введение
• 1.1 Общие сведения о самолете
• 1.1.1 Назначение и эксплуатационные особенности самолета
• 1.1.2 Краткое описание конструкции самолета
• 1.1.3 Тактико-технические характеристики самолета
• 1.4 Полимерные композиционные материалы в конструкциях изделий «АН»
• 1.5 Описание конструкций и расчет крышки нижней части мотогондолы
• 1.5.1 Обоснование выбора материала
• 1.5.2 Конструкция крышки нижней части мотогондолы
• 1.5.3 Расчет на прочность крышки
• Вывод
• 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
• Введение
• 2.1 Определение необходимого количества армирующего материала и связующего
• 2.2 Разработка технологии подготовки исходных материалов и приспособлений
• 2.2.1 Контроль армирующего материала
• 2.2.2 Приготовление связующего
• 2.2.3 Приготовление препрегов
• 2.2.4 Подготовка трубчатого заполнителя
• 2.3 Разработка техпроцесса формообразования детали
• 2.2.1 Выбор и обоснование метода формообразования
• 2.3.2 Разработка схемы раскроя и укладки
• 2.4 Разработка технологии формования изделия
• 2.4.1 Выбор и обоснование метода формования
• 2.4.2 Разработка техпроцесса формования
• 2.5 Механическая обработка детали
• 2.6 Оснастка для изготовления панели
• 2.6.1 Требования к оснастке
• 2.6.2 Конструкция оснастки
• 2.6.3 Обеспечение увязки оснастки и необходимых условий сборки
• 2.7 Сборка-склейка крышки нижней части мотогондолы
• Вывод
• 3. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
• 3.1 Изготовление полимерной оснастки
• 3.2 Требования к мастер-моделям
• 3.3 Требования к оснастке
• 3.4 Приготовление связующего ВСО-200
• 3.5 Типовая конструкция оснастки
• 3.6 Пропитка армирующего материла связующим ВСО-200
• 3.7 ТП изготовления полимерной оснастки
• 4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
• 4.1 Расчет плановой себестоимости изделия
• Вывод
• 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
• 5.1 Выявление опасных и вредных факторов в цехе КМ
• 5.1.1 Мероприятия по предупреждению и защите от вредных и опасных факторов, возникающих при работе с СП_97К₅_211_БН
• 5.1.2 Работы, связанные с получением стеклянных волокон
• 5.1.3 Работы, связанные с получением препрега
• 5.1.4 Механическая обработка КМ
• 5.1.5 Хранение химикатов
• 5.2 Освещение помещений
• 5.3 Пожарная безопасность
• 5.4 Защита от статического электричества
• 5.5 Техника безопасности и охрана труда
• 5.5.1 Общие требования
• 5.5.2 Требования безопасности перед началом работы
• 5.5.3 Требования безопасности во время работы
• 5.5.4 Требования безопасности по оканчанию работы
• 5.5.5 Требования безопасности при аварийных ситуациях
• 5.6 Охрана окружающей среды
• ПРИЛОЖЕНИЕ

конструкция крышка мотогондола самолет

Для Украины авиастроение занимает одно из ведущих мест в экономике. Главный разработчик авиационной техники на Украине — это Авиационный Научно-технический Комплекс им. О. К. Антонова, который может выпустить самолет и обеспечить выполнение всего объема работ, связанных с созданием авиационной техники, а именно: постройка модели, изготовление опытного экземпляра, проведение прочностных испытаний и, наконец, доводка самолета на летно-испытательной и доводочной базе, и конечно сертификация самолета.

С 1970 г. АНТК им. «Антонова» является одной из ведущей организацией отрасли по разработке конструкций деталей транспортных и пассажирских самолетов с применением композиционных материалов (КМ).

В течение 30 лет АНТК им. «Антонова» выполнил комплекс работ по созданию и внедрению конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) в самолеты АН-2, АН-2М, АН-26, АН-28, АН-32, АН-72, АН-74, АН-71, АН-124, АН-225, Ан-70 с постоянным ростом объема КМ. Эти объемы находились на уровне мировых достижений, а в самолетах сверхбольшой грузоподъемности АН-124 и АН-225 превысили уровень для самолетов данного класса.

В настоящее время ведущие авиационные фирмы мира уже разрабатывают проекты создания крупных пассажирских самолетов с объемом внедрения КМ до 60−70% от веса конструкции планера.

Следует отметить, что интенсивный рост объемов применения КМ произошел не только в авиастроении. На основе авиационных технологий расширились объемы применения КМ в наземном транспорте (автобусах, троллейбусах, трамваях, поездах), в судостроении, в спортивном инвентаре (велосипедах, санях, теннисных ракетках, лыжах).

К основным преимуществам композиционных материалов следует отнести следующие: малую плотность, высокие характеристики статической и усталостной прочностей, жесткости, малый коэффициент температурного расширения, сопротивляемость к коррозии и т. п.

Благодаря анизотропии деформативно-прочностных свойств композитов появляется возможность создавать материалы с заданным распределением жесткости и прочности. Преимущества применения этих материалов заключаются также в возможности одновременного формования крупных элементов конструкции. При этом уменьшается количество деталей и срок изготовления изделия в целом.

Применение композиционных материалов (композитов) в самолетостроении диктуется потребностями настоящего времени.

Внедрение ПКМ обеспечило качественно новые характеристики несущих конструкций и самолетов (снижение веса, улучшение аэродинамики, повышение усталостной прочности и вибропрочности, снижение трудоемкости изготовления и пр.).

Многолетний опыт использования КМ в конструкциях летательных аппаратов показал, что снижение массы соответствует их потенциальным возможностям в агрегатах простых геометрических форм (стержни, оболочки и т. п.) при постоянных и равномерно распределенных нагрузках (баллоны давления, корпуса РДТТ, топливные баки и др.).

Основные агрегаты самолета (крыло, фюзеляж, оперение) характеризуются сложным нагружением в пространстве и во времени. В связи с этим возникают трудноразрешимые задачи организации оптимальных траекторий армирования КМ. Особые трудности возникают при необходимости изменения направления силовых потоков и передачи сосредоточенных нагрузок, т. е. в местах сильных нерегулярностей как конструкции, так и внешних воздействий. Это связано с такими специфическими особенностями КМ как низкая сдвиговая жесткость, незначительная межслойная прочность, невозможность непрерывного изменения траектории волокон.

Кроме того, авиационные конструкции отличаются большим количеством функциональных, эксплуатационных и технологических стыков и соединений. Наличие большого количества технологических стыков обуславливается, с одной стороны, с размерами оборудования (автоклавов, термопечей, намоточных станков и др.), а с другой стороны — с многообразием технологических процессов, полуфабрикатов и компонентов КМ. При этом стыки являются, с одной стороны, источниками нерегулярностей, а с другой, требуют некоторых специальных свойств мест сочленения деталей (микротвердость, износостойкость и пр.), которыми не обладают КМ. Этим объясняются многочисленные прогнозы объема применения КМ в самолетах не более чем до 75%. Оставшиеся 25% приходятся на стыковые узлы, усиления для восприятия сосредоточенных сил, крепеж и другие неизбежные металлические детали. Стыки и соединения увеличивают массу конструкции примерно на 20% и ответственны за 80% случаев разрушения.

В данном дипломном проекте разработана конструкция крышки нижней части мотогондолы транспортного самолета, рассмотрен технологический процесс изготовления крышки нижней части мотогондолы из стеклопластика и оснастки для изготовления крышки нижней части мотогондолы, в экономической части рассчитаны себестоимости панелей каркасной конструкции с пенопластовыми вкладышами и трехслойной с трубчатым заполнителем.

• 1. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

Структурное конструирование является всегда итерационным процессом, начинающимся с создания конструкторских представлений о целесообразных путях использования новых материалов.

Существует целый ряд факторов, которые должны учитываться в процессе производства: масса материала; цена материала, включающая стоимость его разработки; легкость в переработке надежность и испытанность. Значимость того или иного фактора зависит от области применения материала. Уменьшение массы особенно важно при создании материалов для авиакосмической техники. Снижение массы и уменьшение размеров деталей при конструировании новых авиационных систем приводит, в конечном счете, к снижению цены на изделие.

В данной части дипломного проекта будут рассмотрены назначение и эксплуатационные особенности, краткое описание конструкции и тактико-технические характеристики самолета АН-70. Также будет разработана конструкция крышки задней части мотогондолы и произведен расчет на прочность данной панели.

конструкция крышка мотогондола самолет

1.1 Общие сведения о самолете

1.1.1 Назначение и эксплуатационные особенности самолета

Широкофюзеляжный транспортный самолет короткого взлета и посадки АН-70 предназначен для:

— перевозки войск со штатной боевой техникой и вооружением;

— воздушного десантирования парашютистов, грузов, техники и средств материально-технического обеспечения;

— эвакуации раненых и больных;

— участия в специальных и гуманитарных миссиях;

— перевозки грузов и техники на коммерческих авиалиниях.

Особенностями этого самолета являются:

— эксплуатация на малоподготовленных коротких грунтовых площадках;

— всепогодная эксплуатация в любое время года и суток на любых широтах как на трассах, так и вне трасс;

— сочетание высокой крейсерской скорости и высокой топливной эффективности;

— длительная автономная эксплуатация в отрыве от аэродрома базирования;

— увеличенные габариты грузовой кабины.

Экипаж состоит из шести человек: командира экипажа, помощника командира экипажа, штурмана, бортинженера, оператора-бортрадиста и борттехника по десантно-транспортному оборудованию.

АН-70 представляет собой свободнонесущий моноплан с высоко расположенным стреловидным крылом, однокилевым вертикальным и палубным горизонтальным оперением.

Самолет оснащен четырьмя турбовентиляторными двигателями Д₂₇ с винтовентиляторами СВ-27 и вспомогательной силовой установкой с двигателем ТА-12−60.

Самолет может эксплуатироваться на грунтовых, снежных аэродромах и аэродромах с бетонированным внешним покрытием.

Самолет может выполнять полеты днем и ночью, в простых и сложных метеорологических условиях.

Варианты и модификации:

На базе самолета АН-70 проработан и предлагается вариант самолета FTA, полностью отвечающий требованиям Военно-Воздушных Сил западноевропейских стран, в том числе:

— пилотирование экипажем из 2−3-х человек;

— система погрузки-выгрузки и воздушного десантирования по стандартам НАТО;

— десантирование парашютистов через боковые двери в хвостовой части грузовой кабины;

— дозаправка топливом в полете;

— радиоэлектронное оборудование и системы по требованиям заказчиков.

Самолет АН-70 является базой для модификаций:

— топливозаправщика;

— патрульного самолета;

— самолета радиолокационного дозора и наведения;

_ самолетов гражданского применения.

1.1.2 Краткое описание конструкции самолета

Фюзеляж самолета _ герметичный, представляет собой цельнометаллический полумонокок с продольным набором из стрингеров и балок, поперечным набором из шпангоутов и работающей обшивки. Поперечное сечение мидельной части фюзеляжа — круглое.

Фюзеляж _ двухпалубный, условно разделен в вертикальной плоскости (по шпангоутам № 16 и № 50) на три части _ носовую, среднюю и хвостовую. В горизонтальной плоскости по верхнему полу разделен на две части — верхнюю и нижнюю палубы.

Верхний пол является навесным, представляет собой легкосъемные секции, которые могут устанавливаться в любом порядке и количестве в зависимости от модификации самолета.

В фюзеляже размещены: кабина экипажа, технический отсек и грузовая кабина.

В передней части грузовой кабины имеются две боковые двери, расположенные по правому и левому бортам между шпангоутами № 13 и № 15. Для входа и выхода предназначена только левая дверь с использованием бортового трапа.

В хвостовой части фюзеляжа между шпангоутами № 50 _ № 57а расположен грузовой люк. В кабине экипажа и в грузовой кабине расположены аварийные выходы, в состав которых входят:

— аварийный выход для покидания самолета в воздухе;

— аварийный верхний люк кабины экипажа;

— шесть аварийных боковых люков для покидания самолета при посадке на сушу и воду.

Для доступа в отсеки, где установлены агрегаты и оборудование, имеются эксплуатационные и технологические люки.

Ниши передней опоры, основных опор шасси и вспомогательных опор закрываются створками. Створки передней опоры расположены в носовой части фюзеляжа между шпангоутами № 2 и № 8 снизу; створки основных опор шасси и вспомогательных опор — на обтекателях основных опор шасси.

Остекление кабины экипажа и окна грузовой кабины обеспечивают хороший обзор при взлете, посадке, рулении и в полете, освещение кабин в дневное время.

Крыло самолета _ свободнонесущее, прямоугольной формы в плане на участке между нервюрами № 4 и трапециевидной формы на участках от нервюры № 4 до законцовок.

По размаху крыло делится на центроплан, две средние части крыла (СЧК) и две отъемные части крыла (ОЧК).

В поперечном сечении крыло состоит из носовой, кессонной и хвостовой частей. Кессонная часть является силовой частью крыла и состоит из продольного и поперечного силовых наборов. Продольный силовой набор состоит из переднего и заднего лонжеронов, верхней и нижней панелей, поперечный силовой набор _ из нервюр.

Кессоны центроплана и СЧК представляют собой герметизированные топливные баки _ отсеки.

Крыло имеет мощную механизацию (поверхности управления _ предкрылки, отклоняемый носок, закрылки и элерон), значительно улучшающую взлетно-посадочные характеристики и маневренные свойства самолета.

Поверхности управления расположены на крыле вдоль переднего и заднего лонжеронов:

— в носовой части каждой консоли крыла расположены отклоняемый носок и три секции выдвижного предкрылка;

— в хвостовой части каждой консоли крыла расположены двухзвенные закрылки (внутренний и концевой), элерон и три секции интерцепторов.

Оперение самолета _ свободнонесущее, однокилевое, состоит из горизонтального и вертикального оперения.

Горизонтальное оперение включает в себя две консоли стабилизатора, две секции руля высоты и два дефлектора.

Руль высоты состоит из двух секций _ внутренней и внешней. Каждая секция состоит из двух звеньев.

Дефлектор состоит из двух секций.

Вертикальное оперение включает в себя киль и руль направления.

Руль направления выполнен трехсекционным. Каждая секция состоит из двух звеньев.

Шасси самолета выполнено по трехопорной схеме и состоит из передней опоры с управляемыми колесами и двух основных опор. Для проведения погрузочно-разгрузочных работ через грузовой люк в средней части самолета установлены вспомогательные опоры.

Каждая вспомогательная опора включает три амортизационные стойки с двумя тормозными колесами на каждой. Стойки расположены в обтекателях шасси и убираются по направлению к плоскости симметрии самолета в отсеки под полом грузовой кабины. Отсеки при убранных и выпущенных опорах закрываются створками.

Самолет оснащен системами уборки _ выпуска шасси, торможения колес основных опор, контроля температурных режимов и управления охлаждением колес, управления поворотом колес передней опоры, уборки _ выпуска и удлинения вспомогательной опоры, регулирования высоты грузового пола.

1.1.3 Тактико-технические характеристики самолета

В настоящем разделе приведены геометрические характеристики самолета, необходимые для его технической эксплуатации на земле.

Основные характеристики рассматриваемого нами самолета представлены в табл.1.1.

Таблица 1.1 Основные характеристики самолета «АН-70»

Планер:

— длина 40,25 м

— высота на стоянке (при m_пуст) 16,2 м

— высота на стоянке (при m_взл) 15,4 м

Крыло:

— размах 44,06 м

— площадь 202,6 м²

Фюзеляж:

— длина 39,66 м

— диаметр цилиндрической части 5,6 м

— расстояние от земли до порога грузового (при m_пуст) 2,26 м

Грузовая кабина:

— объем 425 м³

— длина грузового пола 18,6 м

— длина грузовой кабины с рампой 22,6 м

— максимальная ширина 4,9 м

— ширина по полу 4,0 м

— высота под центропланом 4,11 м

Грузовой люк:

— грузовой люк 11,54,3 м

— аварийный люк 1,220,61 м

— входная дверь 1,80,8 м

Горизонтальное оперение:

— размах 17,6 м

— площадь 74,564 м²

Вертикальное оперение:

— размах 8,9 м

— площадь 47,996 м²

Шасси:

— колея 5,21 м

— база 14 м

— радиус разворота:

а) по передней опоре 19,55 м б) по основной опоре 15,71 м

1.4 Полимерные композиционные материалы в конструкциях изделий «АН»

АНТК им. О. К. Антонова с начала 1970;х годов является ведущей организацией в авиационной промышленности по созданию и внедрению в транспортных и пассажирских самолетах конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ).

За относительно короткий срок созданы новые самолеты «АН», в которых объемы применения ПКМ соответствуют или превосходят известные в мировой практике для аналогичных типов самолетов зарубежных фирм «Боинг», «Эрбас Индастриз» и др.

Объемы и эффективность применения ПКМ в самолетах «АН» представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 Объемы и эффективность применения ПКМ в самолетах «АН»

Самолеты и конструкции из ПКМ успешно прошли прочностные и летные испытания, сертифицированы по международным нормам, освоены в производстве и в большинстве выпускаются серийно. Накопленный опыт эксплуатации самолетов подтвердил высокую эффективность применения ПКМ и надежность конструкций.

В процессе создания новых самолетов «АН» решены многие научно-технические проблемы, разработаны уникальные конструкции нового типа из ПКМ и технологии их изготовления, в том числе силовых и ответственных высоконагруженных агрегатов крыла и оперения, многие из которых стали уже традиционными, а некоторые не имеют зарубежных аналогов.

Детали, узлы и агрегаты из ПКМ охватывают широкий диапазон конструктивно — технологических решений:

— трехслойные с сотовым заполнителем (размером 2,212,7 м);

— монолитные и каркасные (размером до 2,56,0 м);

— трехслойные трубчатые (диаметром до 2,8 м);

— интегральные (размером до 2,510,0 м);

— декорированные элементы интерьера и бытового оборудования;

— детали антифрикционного назначения и другие.

Широко используются ПКМ в конструкциях разрабатываемого наземного транспорта: троллейбусах, трамваях, спортивных велосипедах, а также товарах народного потребления.

1.5 Описание конструкций и расчет крышки нижней части мотогондолы

1.5.1 Обоснование выбора материала

Существует целый ряд факторов, которые должны учитываться в процессе производства: масса материала; цена материала, включающая стоимость его разработки; легкость в переработке; надежность. Значимость того или иного фактора зависит от области применения материала.

Уменьшение массы особенно важно при создании материалов для авиакосмической техники. Снижение массы и уменьшение размеров деталей при конструировании новых авиационных систем приводит, в конечном итоге, к снижению цены на изделие.

ПКМ на основе углеродных, стеклянных, органических и гибридных армирующих наполнителей по комплексу свойств превосходит металлические материалы. В числе основных преимуществ:

исключительно высокие удельные прочностные и жесткостные характеристики;

управляемая в широких пределах анизотропия свойств, что позволяет ликвидировать неизбежную в тонкостенных металлических конструкциях избыточность конструктивной массы и создавать крупногабаритные изделия сложной формы с минимальным количеством деталей и крепежа;

высокая стойкость к виброакустическим нагрузкам и атмосферным воздействиям;

возможность обеспечения повышенных требований к качеству и форме внешней поверхности.

Исходя из всего этого, для изготовления крышки нижней части мотогондолы выбран ПКМ, а не металл.

ПКМ позволяют создавать конструкции с заранее заданными характеристиками, что обеспечивает:

— снижение массы на 20 — 40%;

— повышение аэродинамического качества, коррозионной стойкости, живучести, ремонтопригодности и т. п.;

— существенное уменьшение количества деталей и соответственно, трудоемкости сборочных работ;

— увеличение полезной нагрузки (дальности полета) или экономию топлива.

В табл.1.3 представлены данные, взятые из опыта применения КМ, по снижению массы благодаря использованию композитов в летательных аппаратах.

Таблица 1.3 Уменьшение массы элементов из композитов по сравнению с металлическими

Такие данные дают возможность представить, какие компоненты конструкций могут дать максимальную экономию массы со снижением цены изделия.

Оценки, сделанные на основании цен середины 80-х годов, показывают, что снижение стоимости изделий для самолетостроения при применении углепластиков составляют, по крайней мере, 0,5% на каждый процент снижения массы. Стоимость будет тем ниже, чем большее число деталей будет сделано из композитов.

Крышка нижней части мотогондолы изготавливается из стеклоткани на связующем СП-97К-5−211-БН.

Ткань Т-10−80 применяется исходя из:

прочностных характеристик;

технологических свойств;

стоимости (10 грн. за 1 м²) материала.

Основное требование, предъявляемое связующему _ огнестойкость и огненепроницаемость. Этим требованиям отвечает полиимидное связующее СП-97К. На АНТК им. О. К. Антонова была поставлена здача модификации полиимидного связующего СП-97К путем введения в его состав связующего 5−211-БН с целью повышения межслоевой прочности и механических характеристик стеклолпластика с сохранением уровня теплостойкости не ниже 250 ⁰С и огнестойкости, отвечающей требованиям ЕНЛГС.

Основные физико-механические характеристики стеклопластика СТП-97К-5−211-БН представлены в табл.1.4.

Табл. 1.4.Основные физико-механические характеристики стеклопластика СТП-97К-5−211-БН (= 1,65−1,7 г/см³).

Примечание: в скобках представлены физико-механические характеристики стеклопластика СТП-97К.

Стеклопластик на модифицированном связующем СП_97К-5₂₁₁_БН предназначен для изготовления монолитных и трехслойных деталей силовой установки, теплозащитных экранов и перегородок, трубопроводов и коробов СКВ для пассажирских и транспортных самолетов. Стеклотекстолит СП_97К-5₂₁₁_БН рекомендуется для эксплуатации в интервале температур от -60 ⁰С до +300 ⁰С изготавливается методами автоклавного, вакуумного формования и прессования. Испытания показали, что введение в связующее эпоксифенольной смолы 5−211-БН в количестве 15% (от массы сухой смолы СП-97С) позволяет повысить межслоевую и адгезионную прочность, механические характеристики, такие как прочность при изгибе, удельная ударная вязкость и др., а также не ухудшается огнестойкость стеклопластика.

1.5.2 Конструкция крышки нижней части мотогондолы

Крышка была каркасной конструкцией из стеклоткани Т-10−80 на связующем СП-97К. обшивка состояла из 10 слоев ткани, в качестве усилений использовались пенопластовые рифты ЭТ (Р-1) = 0,1−0,15 г/см³, на которые сверху еще укладывалось 5 слоев ткани. Крышка изготавливалась путем вакуум-автоклавного формования. Технологический процесс изготовления усложнялся наличием и сложностью подгонки по контуру большого количества пенопластовых рифтов, а также выкладкой по ним препрегов. Кроме того, эта конструкция не прошла сертификационные испытания по огнестойкости.

Из-за указанных недостатков каркасная крышка претерпела конструктивные изменения и была спроектирована крышка трехслойной конструкции.

Крышка нижней части мотогондолы состоит из трехслойной панели с трубчатым заполнителем, верхней и нижней окантовок. Выбор этой конструкции обуславливается тем, что она обладает рядом конструктивных достоинств, важнейшим из которых являются высокие характеристики устойчивости несущих слоев и значительная жесткость на изгиб с обеспечением требований огнестойкости и огненепроницаемости.

При этом трехслойная конструкция позволила снизить массу крышки до 20%. Кроме того, трехслойные конструкции обладают рядом других преимуществ:

высоким качеством формы и поверхности;

хорошей эксплуатационной надежностью вследствие отсутствия концентраторов напряжений;

высокой технологичностью, определяемой минимумом деталей, подаваемых на сборку;

хорошими теплои звукоизоляционными свойствами.

Из конструктивных соображений внешняя и внутренняя панели выполнены из двух слоев стеклоткани Т-10−80 (= 0,25 мм) на модифицированном связующем СП-97К-5−211-БН, также в панели имеются усиливающие накладки которые находятся в местах узлов крепления двигателя (поз. 2, 3, 4, 6, 7 черт. 77.00.6906.770.000СБ). трубчатый заполнитель представляет собой трубки размером 25×20 мм, обмотанные стеклолентой ЛЭС _ 0,15×35 под углом 16⁰ (2 слоя).

1.5.3 Расчет на прочность крышки

Мотогондола состоит из двух крышек, стянутых между собой стяжными замками в нижней части. В верхней части крышки крепятся к балкам посредством кронштейнов.

На рис. 1 показана панель мотогондолы.

Н = 26,6 мм;

h = 25 мм;

= _в = _н = 0,8 мм;

_ст = 0,3 мм.

Рис. 1 Панель мотогондолы

Механические характеристики данной конструкции:

44 кгс/мм²;

21 кгс/мм²;

21 кгс/мм²;

0,165;

2000 кгс/мм²;

1430 кгс/мм².

Максимальное значение расчетной удельной нагрузки получено на высоте Н = 0 со скоростью V_max = 600 км/ч:

Р^р = 3090 кгс/мм².

В дали от подкрепленной в облочке от равномерного распределенной нагрузки Р^р действуют кольцевые напряжения равные:

(1.1)

где R _ радиус изгиба панели, R_ср = 1000 мм.

5,4 кгс/мм².

5,4 кгс/мм² < 44 кгс/мм².

Вывод

Транспортный самолет АН-70 предназначен для перевозки войск со штатной боевой техникой и вооружением, воздушного десантирования парашютистов, грузов, техники и средств материально-технического обеспечения, перевозки грузов и техники на коммерческих авиалиниях. Особенностью этого самолета является эксплуатация на малоподготовленных коротких грунтовых площадках, всепогодная эксплуатация в любое время года и суток на любых широтах как на трассах, так и вне трасс, сочетание высокой крейсерской скорости и высокой топливной эффективности.

Была разработана конструкция панели нижней части мотогондолы. Изначально панель была каркасной конструкцией, подкрепленная пенопластовыми вкладышами. эта панель изготавливалась из стеклоткани Т₁₀_80 на связующем СП-97К, пенопласт марки ЭТ-Р1. Масса этой панели была 8,6 кг. Из-за недостатков этой крышки (большое количество рифтов, тяжелый ТП изготовления) и того, что она не прошла сертификационные испытания на огнестойкость необходимо было поменять конструкцию. Поэтому разработали трехслойную конструкцию, которая оказалась более легкой (М = 6,8 кг), технологичная и отвечает требованиям по огнестойкости. Она изготавливается из стеклоткани Т₁₀_80 на модифицированном связующем СП-97К-5−211-БН. Обшивка состоит из двух слоев стеклоткани Т-10−80, трубчатій зхаполнитель _ двух слоев стеклоленты ЛЭС-0,15×35. Расчет на прочность показал, что в панели под действием нагрузки Р^р = 3090 кгс/мм² возникают напряжения 5,4 кгс/мм², что значительно меньше предела прочности 44 кгс/мм².

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Производство изделий из КМ содержит ряд специфических процессов, требующих для их проектирования, оснащения и реализации специалистов определенной квалификации. Однако, все эти процессы взаимно обусловлены и связаны в единый производственный процесс изготовления конкретной детали. Все они имеют одну общую особенность _ преобразование исходных материалов в готовые продукты производства заданного качества с наименьшими затратами труда для данных условий.

Совокупность процессов, которые осуществляются с целью преобразования исходных материалов в готовую продукцию, называется производственным процессом. Часть производственного процесса, которая непосредственно связана с изменениями качественного состава объекта производства, называется технологическим процессом.

Технологический процесс изготовления изделий из композиционных материалов (КМ) состоит из целого ряда процессов, имеющих свои особенности. Эти процессы можно разделить на основные и вспомогательные.

К основным процессам относят формообразование, формование, механическая обработка и сборка.

К вспомогательным относят подготовительные процессы, процессы приемника-сдачи, а также ремонтно-восстановительные процессы. Подготовительные операции включают в себя процесс приготовления связующего, процесс приготовления препрегов и входной контроль исходных материалов.

2.1 Определение необходимого количества армирующего материала и связующего

При производстве панели будут использованы следующие материалы и полуфабрикаты:

армирующий материал _ стеклоткань Т-10−80 и стеклолента ЛЭС₀, 15×35;

связующее СП-97К-5−211-БН.

Поверхностная плотность стеклоткани Т-10−80 = 0,29 кг/м². Ткань вырабатывается переплетением сатин 8/3:

= 0,25 мм;

= 2400 кг/м³;

b = 900 мм.

Поверхностная плотность стеклоленты ЛЭС₀, 15×35 = 0,19 кг/м².

Для изготовления панели необходимо 18,45 м² стеклоткани Т-10−80 и 240 м стеклоленты ЛЭС₀, 15×35.

Определим массу армирующего материала:

(2.1)

где S _ площадь материала.

Определим необходимое количество связующего для того, чтобы пропитать 6,5 кг армирующего материала:

По ПИ-59−1026−86 содержание связующего в пластике 38%;

Содержание наполнителя в пластике 62%. Определим сухой остаток связующего в пластике:

6,95 кг _ 62% (2.3)

х _ 38%

кг.

Для приготовления связующего 50%-ной концентрации необходимо 4,26 кг растворителя.

Итак, всего связующего необходимо:

М_с = 4,26+4,26=8,52 кг.

С учетом технологических потерь (k_тп = 1,25):

; (2.4)

кг.

Связующее СП-97К-5−211-БН получается путем введения в связующее СП-97К смолы 5−211-БН в количестве 15% от массы сухой смолы СП-97С.

Рецептура связующего 5−211-БН:

смола эпоксидная ЭД-20…50 м.ч.;

смола УП-631…50 м.ч.;

смола СФ-341А…50 м.ч.;

спирто-ацетоновая смесь…170 м.ч.

Для приготовления 10 кг связующего СП-97С 50%-ной концентрации производится следующий расчет количества компонентов:

При 100%-ной концентрации смолы СП-97С и продукта МФСН-А соотношение компонентов следующее (в кг):

смола СП-97С _ 4,854 (100 м.ч.);

продукт МНФС-А _ 0,146 (3 м.ч.);

растворитель _ 5,0.

При концентрации смолы СП-97С 60%, а смолы МФСН-А 49% соотношение компонентов изменится так (в кг):

смола СП-97С _

продукт МНФС-А _

растворитель _

Для загрузки в реактор отвесить (в кг):

смола СП-97С _ 8,09;

продукт МНФС-А _ 0,298;

растворитель _ 1,612.

Соблюдая пропорцию указанных компонентов, можно рассчитать состав любого количества связующего.

Т.к. для приготовления М₁ = 10 кг связующего СП-97К необходимо 8,09 кг СП-97С, то для приготовления СП-97К-5−211-БН необходимо:

кг связующего 5−211-БН.

Масса связующего СП-97К-5−211-БН равна:

кг. (2.5)

Тогда для приготовления связующего 10,65 кг СП-97К-5−211-БН необходимо следующее количество 5−211-БН:

11,21 _ 1,21, (2.6)

10,65 _ Х;

кг.

Количество каждого компонента связующего определяется из соотношения:

(2.7)

где М_i _ масса искомого компонента связующего, кг;

М_св _ масса необходимого для пропитки связующего, кг;

m_i _ удельное массовое содержание искомого компонента в рецептуре связующего, м.ч.

Определим количество компонентов, входящих в 5−211-БН:

смола ЭД-20:

(кг);

смола УП-631:

(кг);

смола СФ-341А:

(кг);

смесь спирто-ацетоновая:

(кг).

Определим, количество компонентов, входящих в СП-97К:

смола СП-97С:

10 _ 8,09, (2.8)

9,41 _ Х;

(кг);

продукт МНФС-А:

10 _ 0,298, (2.9)

9,41 _ Х;

(кг);

растворитель:

(кг).

Количество материалов, необходимое для изготовления крышки нижней части мотогондолы, сведено в Приложение 1.

2.2 Разработка технологии подготовки исходных материалов и приспособлений

2.2.1 Контроль армирующего материала

При хранении и транспортировке армирующие материалы наполнители подвергаются воздействию различных климатических условий (температуры и влажности). Кроме того, может быть нарушена целостность их упаковки и воздействие этих факторов внешней среды еще больше изменит их физическое состояние. Перед использованием армирующие наполнители проверяют на содержание влаги, отсутствие механических повреждений.

Содержание влаги в волокнистых полуфабрикатах определяют взвешиванием проб до и после их высушивания при температуре около 100⁰С в течение 2 часов.

2.2.2 Приготовление связующего

Приготовление связующего производить в эмалированном (или из нержавеющей стали) реакторе, снабженном якорной мешалкой, охлаждением, обогревом, обратным холодильником и термометром, с люком для загрузки и нижним спускным краном.

Перед приготовлением и после использования связующего реактор промыть ацетоном, а затем небольшим количеством смеси спирто-ацетеновой 1:2 не менее 100 г на 3−5 литровую емкость.

Приготовление связующего СП-97К-5−211-БН состоит из следующих операций:

1) Приготовление связующего СП-97К:

a) загрузить в аппарат 7,6 кг смолы СП-97С;

b) разбавить смолу спиртом 0,28 кг из расчета получения 50%_ного раствора связующего;

c) после введения в смолу П-97С спирта всю массу тщательно перемешать в течение 1 часа;

d) ввести продукт МФСН-А 0,28 кг;

e) перемешать связующее в течение 0,5 часа.

По окончании смешивания из реактора отобрать пробу связующего СП-97К, которое должно отвечать следующим требованиям:

концентрация _ 50−55%;

плотность _ 1−1,02 кг/м³.

Срок хранения готового связующего 3 суток при температуре 18₂₅⁰С и в герметично закрытой емкости.

2) Приготовление связующего 5−211-БН:

При приготовлении связующего с целью ускорения процесса растворения смолу СФ-341А размолоть на вольцах или шаровых мельницах (размер кусков не более 5 мм).

залить в реактор расчетное количество смеси спирто-ацетоновой 0,57 кг;

при работающей мешалке 60−80 об/мин загрузить 0,17 кг смолы СФ-341А, 0,17 кг смолы УП-631 и 0,24 кг смолы ЭД-20;

перемешать смесь указанных компонентов при температуре (205)⁰С в течение часа.

Приготовленное связующее слить через фильтр (сетку) или сложенную втрое марлю в чистую, высушенную металлическую из нержавеющей стали тару с герметичной крышкой или в стеклянные бутылки с притертыми пробками.

От каждой партии отбирают пробу для определения плотности и концентрации. Плотность связующего, приготовленного для пропитки, при температуре 20⁰С должна составлять 0,92 кг/м³, концентрация _ (505)%.

Приготовление связующего СП-97К-5−211-БН.

залить связующее 5−211-БН в связующее СП-97К;

тщательно перемешать всю массу в течение 0,5 часа при температуре (205)⁰С.

Готовое связующее сливается в тару. Срок хранения в плотно закрытой таре при температуре (205)⁰С _ 10 суток.

При приготовлении связующего строго соблюдать правила техники безопасности.

Готовое связующее передавать в производство в герметично закрытой таре, снабженной биркой или свидетельством с указанием марки, даты приготовления и номера партии связующего, концентрации связующего.

Все работы по приготовлению связующих производить только в вытяжных шкафах или в смесителях и реакторах, снабженных местной вытяжной вентиляцией.

2.2.3 Приготовление препрегов

Изделия из КМ получаю двумя способами _ «мокрым» и «сухим». При «мокром» способе наполнитель пропитывается связующим непосредственно при выкладке. При «сухом» способе пропитка выделена в самостоятельную операцию, в результате которой из арматуры и связующего получают препреги (нити, ленты, ткани, которые после пропитки просушиваются для частичного удаления летучих веществ).

Процесс приготовления препрегов разделяют на две стадии:

нанесение связующего на армирующий материал;

частичное удаление растворителей (подсушка препрегов).

Пропитку армирующего материала связующим осуществляют в ваннах пропиточных машин или вакуумной пропиткой в закрытых формах. Основными требованиями данной операции являются поддержание заданной постоянной концентрации и вязкости связующего, оптимального содержания летучих веществ.

Длительная сушка и повышение температуры в перпреге могут ухудшать качество нанесенного на армирующий материал связующего за счет преждевременной полимеризации.

Важно фиксирование нанесенного на армирующий материал связующего путем сушки. Для этого необходимо рационально выбрать следующие параметры:

температуру сушки (Т_с);

время сушки (т_с).

Конечное содержание летучих продуктов после сушки должно быть 6−9%, связующего _ 35−38%, растворимой смолы _ не менее 95%.

Процесс пропитки и сушки стеклоткани необходимо проводить в вертикальной пропиточной машине. Перед началом пропитки необходимо:

конец пропитываемого наполнителя присоединить к заправочному полотну сваркой полиэтиленовой пленкой, второй конец заправочного полотна пропустить через систему валков пропиточной машины; на рис. 2 показана схема заправки ткани по тканепроводу установки УПСТ-1000М;

1 _ разматывающее устройство; 2 _ зажимное устройство;

3 _ рулон сухой ткани; 4 _ механизм соединения ткани; 5 _ накопитель;

6 _ пропиточная ванна; 7 _ пропиточный вал; 8 _ отжимное устройство; 9 _ валки тянущие; 10 _ разделительная пленка; 11 _ валки подающие;

12 _ рулон препрега; 13 _ приемное устройство.

Рис. 2 Схема заправки ткани по тканепроводу установки УПСТ-1000М установить температуру по зонам в шахте пропиточной установки в соответствии с данными, приведенными в табл.2.1.

Таблица 2.1 Технологические параметры пропитки армирующих наполнителей

проконтролировать чистоту валков установки;

отрегулировать свободное сматывание материалов с подающих бобин и обеспечить плотное и равномерное натяжение слоев с помощью тормозных колодок;

в ванну пропиточной установки залить приготовленное связующее до уровня оси валков (температура связующего в ванне пропиточной установки должна быть (205)⁰С).

для предотвращения слипания пропитанных материалов при намотке необходимо применять разделительный слой из полиэтиленовой пленки. Применяемая пленка должна быть гладкой равномерной толщины и шире пропитываемого материала на 20−30 мм.

При наносе связующего необходимо контролировать:

равномерность натяга пропитываемого материала;

скорость перемещения армирующего материала по тракту пропиточной машины;

уровень связующего в пропиточной ванне;

вязкость связующего в пропиточной ванне.

Для контроля пропитанного материала отбираются образцы 200×200 мм в начале, середине и в конце 50−100 метров рулона. Если рулон меньше 50 м, то на пробу вырезать образцы в начале и конце рулона.

2.2.4 Подготовка трубчатого заполнителя

Трубчатый заполнитель представляет собой прямоугольные трубки с поперечным сечением 20×25 мм.

Подготовить трубчатый заполнитель:

проверить комплексность резиновых оправок, визуально проконтролировать качество поверхности;

протереть оправки влажной салфеткой, растворитель не применять, просушить на воздухе при температуре воздуха в цехе;

обмотать оправки фторопластовой пленкой.

Произвести намотку стеклоленты ЛЭС-0,15×35−76 (поз. 5) на оправки

(согласно чертежу _ 77.00.6906.770.000СБ): угол намотки 16, перехлест 6 мм, второй слой намотки сместить на полшага _15 мм.

Контролировать качество намотки трубчатого заполнителя согласно требованиям чертежа (поз. 5, сеч. А-А).

Упаковать и хранить оправки с намотанным трубчатым заполнителем при температуре (18−25)⁰С в герметичных мешках из ткани 500 или полиэтиленовой пленки согласно ТИ 59−1033−87 раздел 11. Хранение оправок в неупакованном виде более 4 часов не допускается.

2.3 Разработка техпроцесса формообразования детали

2.2.1 Выбор и обоснование метода формообразования

Технологическим процессом формообразования называется комплекс технологических и контрольных операций, обеспечивающих изделию в формообразующей оснастке заданной, но обратимой формы.

Выбор метода формообразования изделий из композиционных материалов (КМ) зависит от назначения изделия, состава связующего, габаритных размеров и др.

Наибольшее распространение получили следующие методы формообразования: выкладка, намотка, напыление, пултрузия.

Методом выкладки изготавливают силовые и несиловые плоские и объемные детали сложной конфигурации.

Намоткой могут изготавливаться преимущественно изделия осесимметричные объемные, а также силовые плоские элементы конструкций, «вафельные» панели.

Напыление редко встречается при производстве летательных аппаратов, потому что этот метод позволяет изготавливать несиловые изделия сложной формы.

Методом пултрузии получают профильные подкрепляющие элементы, разные по форме и размеру поперечного сечения и неограниченной длины с однонаправленным размещением армирующих волокон.

Комбинированное формообразование изделий из КМ включает в себя элементы разных методов, что позволяет получать силовые профильные элементы с улучшенными наперед заданными характеристиками.

Технологический процесс выкладки в зависимости от геометрии деталей и возможностей производства по способу выполнения разделяется на ручной, автоматизированный и механизированный.

Ручная выкладка применяется при производстве малогабаритных деталей, а также для изготовления любых деталей сложной конфигурации.

Автоматизированная выкладка применяется при производстве деталей плоской формы и одинарной кривизны с углом подъема кривой менее 5⁰.

Механизированную выкладку применяют для изготовления детали двойной, а также одинарной кривизны с углом наклона более 5⁰.

Методом выкладки получают подавляющее число плоских, криволинейных и объемных деталей сложной конфигурации с любым количеством слоев, с закладными элементами изменяющейся толщины.

Способ ручной выкладки позволяет в полной мере решить задачу локального изменения схем армирования, приближая их к оптимальному.

В нашем случае для изготовления панели из КМ применяется ручная выкладка.

Ручная выкладка заключается в послойном наборе пакета из заранее раскроенных заготовок в соответствии со схемой выкладки. Раскрой заготовок проводят средствами малой механизации из предварительно пропитанных лент после их выдержке 2,0…2,5часов при температуре цеха (в случае хранения материала в холодильнике).

Заготовки из однонаправленных лент выкладывают встык на форму или лист с обработанной поверхностью или проложенной разделительной пленкой. Для сложных по конфигурации деталей допускаются нахлесты или зазоры 1,5…2,0 мм, при этом в схеме выкладки должно быть предусмотрено смещение нахлестов в слоях. После выкладки каждого слоя пакет уплотняется обогревающим роликом через разделительную пленку для удаления воздушных включений и усиления соединения слоев.

Выкладка включает в свой состав такие ТП:

1) подготовка оснастки;

2) выкладка разделительного слоя (антиадгезионных специальных составов или полипропиленовой пленки) на поверхность формообразующей оснастки (ФО);

3) выкладка слоев и пакета на ФО;

4) выкладка разделительного слоя;

5) укладка цулаги;

6) выкладка дренажного слоя;

7) изготовление вакуумного мешка;

8) герметизация оснастки специальными приспособлениями или клеем.

При выкладке изделий используют такую оснастку: инструмент для резки и раскроя препрега на заготовки, прикаточный ролик с обогревом для уплотнения пакета, шаблоны для раскроя препрега на заготовки и шаблоны для выкладки.

Шаблоны для раскроя изготавливаются из метала или из неметаллических материалов толщиной 1,5…2,0 мм. Количество шаблонов отвечает числу разных заготовок, указанных в схеме выкладки.

Прикаточный ролик изготовлен из метала, имеет массу _ 2,0…2,5 кг. Диаметр ролика _ 0,075…0,1 м при длине 0,05…0,3 м. Температура поверхности ролика _ 40…120⁰С.

2.3.2 Разработка схемы раскроя и укладки

После того, как препрег с полиэтиленовой пленкой будет закреплен в зажимном устройстве и раскатан на всю длину раскроечного стола, на препреге располагают шаблоны согласно рисунку. Шаблоны нужно выкладывать по кромке препрега. Наносятся базовые риски через прорези на шаблонах (наносить карандашом). Вырезается необходимое количество заготовок вместе с пленкой. При раскрое необходимо контролировать соответствие направления ткани направлению основы на шаблонах; качество обрезки препрега по контуру шаблона; отсутствие посторонних включений на препреге.

Раскрой заготовок и выкладку преперга производить в помещении, снабженном приточно-вытяжной вентиляцией при температуре воздуха в цехе от +15 до +30 ⁰С и относительной влажности воздуха не более 75% на столах с бортовыми отсосами.

Работу выполнять при наличии чертежа, технологической карты или паспорта на деталь, предусматривающих роспись исполнителя и мастера на каждую операцию.

Укладка слоев: каждый последующий слой укладывается на предыдущий согласно схеме укладки. Так как при выкладке будет иметь место нахлест ткани, то ширина нахлеста должна быть 5 мм. Выкладка пакета производится согласно чертежу (схемы укладки слоев) и техпроцессу.

Произвести выкладку детали согласно чертежу.

При выкладке слоев учитывать направление основы, каждый выложенный слой прикатывать роликом, не допуская складок и морщин.

уложить обшивку поз. 1 и 2 слоев препрега Т₁₀_80_СП_97К_97К₅_211_БН, схема и угол укладки согласно чертежу;

уложить накладки из препрега Т₁₀_80_СП_97К_97К₅_211_БН детали поз. 2, 3, 4 из 5, 3, 3 слоев соответственно, сечения А-А, В-В, С-С, Г-Г, И-И, Т-Т, Ф-Ф, Р-Р;

уложить трубчатые оправки;

уложить накладки поз. 6, 7 поверх трубчатого заполнителя согласно чертежу сеч. А-А, В-В, С-С, Г-Г, И-И, Т-Т, Ф-Ф, Р-Р;

уложить внутренние обшивки поз. 8 поверх накладок и трубчатого заполнителя из 2 слоев препрега Т₁₀_80_СП_97К_97К₅_211_БН, схема и угол укладки согласно чертежу.

Внимание: ориентация основы слоев стеклоткани в заготовках накладок должна быть параллельна кромкам панели, см. п. 4 ТТ черт. 77.00.6906.770.000СБ.

Уложить перфорированную фторолакоткань, 2−3 слоя дренажной ткани Т-13. По периметру детали между слоями дренажной ткани установить вакуумные трубки, задренажированные стеклотканью.

Раскроить и склеить вакуумный мешок из пленки ППН-Т на герможгуте 51-Г27, проверить герметичность и отсутствие натяжения вакуумного мешка (см. раздел 10, 11 ТИ 59−1026−86).

Место укладки герможгута на форме и на вакуумном мешке обезжирить бензином, сушить 10−15 мин при температуре воздуха в цехе.

2.4 Разработка технологии формования изделия

2.4.1 Выбор и обоснование метода формования

Под технологическим процессом формования понимают процесс придания изделию на оснастке необратимой формы и свойств, соответствующих эксплуатационным. Каждый ТП формования характеризуется совокупностью технологических параметров: давлением формования, температурой и временем.

Методы формования изделий из КМ многообразны и их применение зависит от назначения изделия, его габаритных размеров, типа и состава связующего и других факторов. При этом тип связующего определяет, в основном, температуру формования, габариты конструкции _ ее изменение во времени, а геометрические параметры детали _ величину давления формования.

Все методы формования, получившие наибольшее распространение, можно разделить на три группы:

— формование под вакуумным давлением

— формование под воздействием вакуум-автоклавного давления;

— термокомпрессионное формование в жестких формах.

Каждый из методов характеризуется тремя параметрами: временем, температурой, давлением формования и способом создания этого давления. В зависимости от этих параметров различают такие разновидности формования, как свободное (контактное), вакуумное, автоклавное, а так же прессование, термопрессование и т. д.

Вакуумное формование (или формование с помощью герметичных эластичных диафрагм) проводят с применением специальных форм (негативных или позитивных), на которые после антиадгезионной подготовки (нанесение разделительного слоя, выкладка листового пленочного материала) выкладывают препрег. В отдельных случаях выкладывают сухую ткань с последующей ее пропиткой связующим.

На сложенный пакет заготовок нужной толщины после разделительного слоя выкладывают эластичную диафрагму, чаще всего резиновый чехол или мешок. Фланцы формы герметизируют прижимными планками. Дальше проводят отверждение при заданном термическом режиме, создавая вакуум между диафрагмой и формой.

Давление может создаваться вакуумированием, в пресс-камерах, в автоклавах и гидроклавах.

Термокомпрессионное формование требует незначительных финансовых затрат на оснастку, потому что при этом изготавливается только матрица или позитивная форма, а аппараты и устройства для отверждения связующего — универсальные.

Процесс вакуумного формования осуществляется за счет разности давления между наружным давлением и внутренним разряжением, создаваемым в полости вакуумного мешка.

Режим автоклавного формования по температуре и давлению назначается, исходя из вида применяемого связующего и размеров формуемого изделия.

Давление при формовании изделий влияет на регламентируемое объемное содержание армирующего материала, монолитность структуры, пористость. Поэтому выбор величины давления и времени его приложения имеет важное значение для получения структуры с необходимыми прочностными и упругими характеристиками.