СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ ЛОПАСТЬ К ЛЕГКОМУ АВТОЖИРУ 

В конце 80-х - начале 90-х годов автор в инициативном порядке разработал конструкторскую и технологическую документацию на стеклопластиковую лопасть к легкому (Gвзл=250 кг) автожиру. Была разработана и изготовлена оснастка и выпущена установочная партия лопастей. В работе автор использовал свой опыт по данной тематике на Уральском филиале фирмы "Камов".

Вместе с тем был произведен ряд серьезных упрощений в конструкции и технологии для удешевления производства и в целях сокращения количества оснастки.

Что собой представляет данная лопасть? Конструктивно она состоит из лонжерона, хвостовой секции, узла крепления лопасти, центровочного груза, балансировочного груза, триммера, противоэрозийной оковки.

Рис.1. Лопасть легкого автожира

Рис.2. Сечение лопасти легкого автожира

В качестве прототипа для разработки конструкции была использована лопасть к буксируемому автожиру-планеру, чертежи которого были опубликованы в журнале "Моделист-конструктор" №10 за 1969 г. и №№3,5,6,7 за 1970 г.

В конструкцию лопасти был внесен ряд серьезных изменений, связанных с конструктивными и технологическими особенностями изготовления пластиковых лопастей. К примеру, на лопасти применена очень глубокая модификация профиля NACA 230-12, хотя это изменение было вызвано только технологическими возможностями и при определенных условиях не является обязательным.

Рассмотрим более подробно конструкцию лопасти (см. рис.1 и рис.2).

Лонжерон представляет собой пустотелую стеклопластиковую балку переменного по длине сечения.

Сечение с r = 0,006 до r = 0,06 - прямоугольное;

с r = 0,24 до r = 0,98 - часть профиля лопасти.

Лонжерон изготовлен методом горячего прессования в металлической (из алюминиевого сплава) прессформе. Пластик состоит из стеклоткани Т-25(ВН)-78 и связующего 5-211Б. Замкнутый контур образован десятью слоями ткани, из которых у восьми слоев нити основы расположены по отношению к продольной оси лопасти под углом 0 град, а у двух слоев - под углом 45 град. Толщина одного слоя - 0,28 мм, удельный вес - 1,95 г/кв.см.

В местах установки узла крепления, противофлаттерного и центровочного грузов вклеены буковые вкладыши. Также на клее К-153 приклеена оковка из листового материала 12Х18Н9Т.

Центровочный груз представляет собой пустотелую стальную деталь, внутрь которой залит сплав ПОС-30. Высверливанием лишнего сплава производится центровка лопасти. Балансировочный узел состоит из ряда грузов. Балансировка лопасти производится на специальном приспособлении.

Хвостовая секция лопасти составная (см. рис.2). Это решение вынужденное, и при соответствующих условиях хвостовая секция может быть выполнена как единая деталь.

Хвостовая секция состоит из 2-х обшивок (верхней и нижней) и пенопластового (ПС-4) заполнителя.

Обшивки получены методом горячего вакуумного прессования из 2-х слоев ткани Т-10 на связующем 5-211Б. К пенопластовому заполнителю они приклеены клеем К-153 по соответствующему технологическому процессу. Направление нитей основы обшивок под углом 45 градусов к оси лопасти.

Окончательная сборка лопасти производится в очень простом приспособлении и заключается в приклейке хвостовой секции к лонжерону. Установка узлов крепления, центровочного и балансировочного грузов, триммера - внестапельная. Окраска лопасти - эмаль ЭП-140.

При разработке оснастки и технологического процесса автор исходил из принципа максимального упрощения и удешевления производства без ущерба для аэродинамических и прочностных характеристик лопасти.

Для изготовления лонжерона была изготовлена прессформа. Это самая сложная и дорогая оснастка. Ряд изменений, внесенных в конструкцию лопасти и технологический процесс, дали возможность изготовления прессформы на обычном фрезерном станке. Окончательная механическая обработка (зачистка) канала секций прессформы по очень маленькому припуску (не более 0,5 мм) проводилась фрезой, изготовленной из быстрорежущей стали, по внешнему контуру лопасти (с соответствующим припуском) на том же фрезерном станке.

Полировка рабочих каналов прессформы и проверка их по шаблонам проводилась вручную после сборки секций. В общем трудоемкость изготовления прессформы для подобного типа изделий не такая уж и большая, как это может показаться со стороны.

Нагрев прессформы производился при помощи специально изготовленных нагревателей. Нагреватели имеют очень простую конструкцию, в качестве нагревательного элемента использован лист из 12Х18Н10Т толщиной не более 0,1 мм.

В качестве источника тока может быть использовано устройство для зарядки аккумуляторов с мощностью около 4 Квт.

Давление создавалось при помощи резиновой пресскамеры от баллона с азотом.

Нагрев, подача давления и выдержка осуществлялась по соответствующему графику. Для ориентировки: температура выдерживалась около 150...160 град С, давление - 8...9 кг/кв.см. Стабильность технологического процесса очень высока. Об этом можно судить хотя бы по тому, что вес полученных и обрезанных в размер лонжеронов различался не более, чем на 5 гр.

Из технологического процесса была исключена пропиточная машина. После приготовления брали связующее в необходимой весовой пропорции к ткани и при помощи кистей равномерно втирали в ткань. Потери связующего при этом ничтожны и на качество препрега (пропитанной и высушенной ткани) никакого влияния не оказали. Сушка производилась при комнатной температуре не более 24 часов, и на следующий день препрег кроился по шаблонам.

Далее, согласно карте укладки, раскроенные слои препрега укладывались на деревянные оправки (рис. 4) и производилась предварительная опрессовка пакетов. Из этого процесса был исключен автоклав. Нагрев производился в приспособлении, представляющем собой трубу с двойными стенками, между которыми пропускалась вода из системы отопления. Температура воды около 80 град. Опрессовка производилась при помощи вакуумного насоса (р=0,7...0,8 кг/кв.см). После этого два пакета укладывались в прессформу (рис.5). Внутрь пакетов предварительно была вложена пресскамера из термостойкой резины и после закрытия прессформы производилась окончательная формовка лонжерона лопасти (см. рис.3).

По пунктам этот технологический процесс можно представить так:

1) приготовление связующего;

2) пропитка и сушка ткани (изготовление препрега);

3) раскрой препрега по шаблонам и укладка на оправки для предварительной опрессовки;

4) предварительная опрессовка пакетов;

5) окончательная формовка лонжерона лопасти в прессформе;

6) зачистка и обрезка в размер лонжерона;

7) контроль.

Технологический процесс изготовления обшивок был обычным для получения тонкостенного пластика и интересующиеся могут узнать о нем из любого учебника для авиационных вузов.

По окончании работ были проведены испытания материала лонжерона. Препарирование лонжерона проводилось по схеме, изображенной на рис.6.

Рис.6. Схема препарирования лонжерона 

Фото: автор на лопасти

Удельный вес равен 1,96 г/куб.см.

Содержание связующего 20,5...23,3%.

Предел прочности на изгиб s изг = 110 кгс/кв.мм.

Модуль упругости Е = 3776,7 кгс/кв.мм.

Для дальнейшего продолжения этой работы был изготовлен буксируемый гидроавтожир-планер, на который и был установлен пластиковый винт-ротор.

Диаметр винта 6,2 м

Коэффициент заполнения винта 0,039

Хорда лопасти 180 мм

Сужение 1

Профиль Модификация NACA 230-12

Крутка 0 град

Вес лопасти 4,35 кг

Статический прогиб 25 мм

Массовая характеристика 0,637

Радиус центра тяжести 164,7 см

Статический момент относительно О.В. 716,44 кгс*см

Момент инерции относительно О.В. 1,57 кг*м*сек"2

Центробежная сила 1709 кгс

Напряжения от центробежной силы 4,19 кгс/кв.мм

Напряжения от свеса 0,34 кгс/кв.мм

Эффективная центровка 0,24

Взлетный вес 145 кг

Вес пустого 70 кг

Диаметр ротора 6,2 м

Скорость отрыва 35 км/час

Диапазон скоростей буксирного полета 40...80 км/час

Этой работой был дан ответ на вопрос - возможно ли изготовление пластиковых несущих и рулевых винтов к винтокрылым летательным аппаратам с затратами, существенно меньшими, чем в большой авиации? Это относится и к автожирам, и к легким вертолетам, так как принципиальной разницы в конструкции и технологии изготовления лопастей между ними нет.

В последнее время в России и других странах СНГ появились легкие вертолеты зарубежных фирм. К автору уже неоднократно обращались владельцы таких вертолетов с просьбой изготовить один (два) комплекта лопастей на их вертолет.

В заключение хочется отметить, что автор будет считать цель публикации достигнутой, если читатель в результате прочтения этой статьи поймет, что к вопросам изготовления и установки на свой вертолет лопастей, изготовленных на стороне (не на фирме-изготовителе вертолетов) следует отнестись со всей серьезностью.