Вертолёт, 2003 № 03 - страница 5
Впервые в мире ПКМ, в том числе и гибридные, были применены для лопастей вертолетов ОКБ Камова. Сначала разрабатывалась конструкция и технология изготовления лопасти Б-7 из стеклопластика для легких вертолетов Ка-15 и Ка-18. Эти лопасти должны были заменить находящиеся в эксплуатации серийные деревянные. Конструирование лопасти Б-7 было, в основном, завершено в 1962 году. Из трех рассмотренных вариантов конструкции лопасти, представленных на рис. 1, был выбран последний.
Основным силовым элементом лопасти традиционно является полый лонжерон, внешняя поверхность которого выполнена по аэродинамическому контуру передней части лопасти. Лонжерон занимает 40% хорды. Изготавливается он горячим прессованием листов стеклоткани сатинового переплетения, пропитанной эпоксидным связующим, в специальной прессформе. Предваряющий данную завершающую операцию технологический процесс заключается в раскрое плоских листов ткани, пропитанной связующим, по шаблонам, дальнейшей их укладке на болванки в пакеты, предварительной опрессовке пакетов, дальнейшей их сборке на резиновой пресскамере с остальными элемента.ми конструкции лопасти, такими, как противообледенительная система, противофлаттерные грузы и др., создании равномерного давления пресскамерой на жесткую прессформу. Как выяснилось, этот простой и дешевый способ оказался наиболее эффективным и дающим возможность укладывать основу наполнителя под любым углом для получения необходимой жесткости лопасти в плоскости взмаха, вращения и при кручении, а также применять два или более наполнителя для тех же целей, не меняя при этом, аэродинамическую компоновку лопасти и ее массу. Также при этом способе легко достигается идентичность лопастей и, в конечном, счете, их полопастная взаимозаменяемость.
Задняя часть лопасти образована хвостовыми секциями, приклеенными к лонжерону. Каждая секция состоит из стеклопластиковой обшивки и пенопластового заполнителя. Лопасть сравнительно легко поддается доводке, требуемой по результатам. стендовых и летных испытаний. Не меняя конструкции, размеров и массы лопасти, можно, варьируя силовым набором лонжерона, получать требуемые ее жесткостные и частотные параметры.
Приоритет ОКБ Камова в создании конструкции и способа изготовления лопастей из полимерных композиционных материалов подтвержден авторским свидетельством № 431733 от 27 мая 1963 года. Впоследствии были получены патенты в пяти ведущих в области авиации странах: США, Англии, Франции, Германии и Италии.
Рис. 1. Варианты конструкции стеклопластиковых лопастей
>Показатель | >Сталь | >Алюминиевый сплав АВАТ | >Стеклопластик Э | >Стеклопластик ЭФ 32-301 | >Стеклопластик | >Углепластик |
>Плотность ρ, г/см³ | >7,85 | >2,8 | >1,85 | >1,85 | >1,95 | >1,4 |
>Предел прочности σ-1 даН/мм² | >110 | >33 | >38 | >50 | >100 | >80 |
>Предел выносливости σ-1 даН/мм² | >30 | >6,5 | >12 | >18 | >40 | |
>Модуль упругости. даН/мм² | >21000 | >7200 | >2750 | >3500 | >5000 | >15000 |
>σ-1/ρ * 10-7, даН * см/(см²*г) | >14,0 | >11,8 | >20,5 | >27,0 | >51,3 | >57 |
>(Е/р) *10-4, даН * см/(см²*г) | >26,7 | >26,7 | >14,9 | >18,9 | >25,6 | >107,1 |
>(σ-1/Е) * 10 3 | >1,43 | >0,9 | >3,4 | >3.6 | >2,7 |
Сразу же после отработки конструкции и технологии приступили к изготовлению малой серии лопастей для уточнения заданных параметров и проведения стендовых и летных испытаний. В ходе летных испытаний вертолета с лопастями из ПКМ исследовали их влияние на тягу вертолета, распределение нагрузок и напряжений в лопастях и в элементах управления несущей системой аппарата.
Замеры напряжений в лопастях в полете и динамические испытания натурных образцов показали, что срок службы лопастей по условиям выносливости (ресурса) составляет более 5000 часов, о чем 21 февраля 1966 года Ухтомский вертолетный завод и ЦАГИ оформили «Заключение по предварительному сроку службы опытных лопастей Б-7 вертолета Ка-15 по условиям выносливости».
Благодаря большей жесткости стеклопластиковой лопасти (по сравнению с деревянной) уменьшилась ее динамическая крутка и увеличилась эффективность управления вертолетом. Летные испытания шести комплектов лопастей на вертолете при скорости до 170 км/ч показали отсутствие признаков колебаний типа «флаттер». С деревянными лопастями ЛД10-М вертолеты Ка-15 и Ка-18 имели ограничение по скорости до 130 км/ч, с лопастями Б-7 это ограничение было снято. Результаты летных испытаний одного и того же вертолета в одинаковых условиях с деревянными, металлическими и стеклопластиковыми лопастями показали: стеклопластиковые лопасти увеличивают тягу на 4,6% см. рис. 2, статический потолок – на 141%, коммерческую нагрузку – на 87,5%. Из табл. 2 видно, что экономический показатель эксплуатации стеклопластиковых лопастей в 6,7 раза выше, чем. аналогичный показатель металлических лопастей.
