книги / Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов

Сшивные соединения стеклопластика на основе ткани ТСУ-8/3-ВМ—78 выполняют нитками из органоволокон от одного до пяти рядов. После сшивки проводят отверждение связующего ЭДТ-10.

Игольчатые соединения осуществляют двумя способами: запрессовкой игл в стыковой шпангоут и механической обра­ боткой предварительно выдавленных ребер на многошпиндель­ ном полуавтомате. Последующее соединение выполняют в про­ цессе намотки оболочки и одновременной замотки стыковых и игольчатых элементов.6

6

Рис. 4.13. Сравнительная характеристика прочности сшивных и игольчатых соединений:

а —коэффициент увеличения прочности; 6 —коэффициент увеличения долго­ вечности; в — сравнительная характеристика соединений; / - клеевые; 2 - клепаные; 3 —резьбовые; 4 —игольчатые (запрессовка); 5 - игольчатые (меха­ ническая обработка); г —тип образца

Сравнительная характеристика прочности сшивных соеди­ нений представлена на рис. 4.13. Анализируя результаты испы­ таний соединений на прочность, выяснили, что с уменьшением диаметра отверстий под КЭ увеличивается не только прочность шва, но и долговечность. Поэтому дальнейшая отработка тех­ нологии изготовления сшивных и игольчатых соединений и создание специализированного полуавтоматического оборудо-

вания для их выполнения являются насущной задачей, решение которой позволит резко расширить объем применения КМ в силовых конструкциях.

4.9. Примеры выполнения соединений высоконагруженных узлов и деталей

Соединения обшивок с элементами каркасов. Самими много­ численными и ответственными в конструкциях летательных аппаратов являются соединения обшивки с элементами каркаса (стрингерами, шпангоутами, лонжеронами и нервюрами), на­ груженные в большинстве случаев касательными напряжения­ ми. Конструкторско-технологические решения для соединения обшивки из композита (углепластика) с металлическим и ком­ позитным лонжеронами представлены на рис. 4.14.

Наибольшей несущей способностью и жесткостью обладает КТР, в котором металлическая полка лонжерона снабжена крепежными элементами и приформована к обшивке (рис. 4.14, а). Для соединения композитных конструкций эле­ ментов крыла наиболее оптимальными являются КТР, пред­ ставленные на рис. 4.14, б, в).

Стыки и соединения лонжеронов и силовых нервюр. Конструк­ ция лонжерона из КМ представлена на рис. 4.15. Напряжения с полок лонжеронов на обшивку крыла передаются с помощью двух накладок из сплава Д16АТ, образующих горизонтальный стыковочный узел. Внутренние накладки изготовлены заодно со стойкой, которая заформована между несущими слоями трехслойной стенки лонжерона. На накладках и стойке фрезе­ рованием образованы пирамидальные крепежные элементы (см. рис. 4.15).

Конструкция нервюры элевона крыла из углепластика марки КМУ приведена на рис. 4.16. Нижний узел нервюры является осью вращения элевона, а к верхнему присоединяется управляющий (отклоняющий) силовозбудитель. Нервюра пред­ ставляет собой два пояса двутаврового поперечного сечения, формуемые за одну технологическую операцию совместно с трехслойной общей стенкой с заполнителем типа ПСП (сотопласт). Стыковые вилки узлов образованы внутренними фитин­ гами (4 шт.), имеющими приваренные крепежные элементы диаметром 1,5 мм и приформованными к полкам поясов при

Рис. 4.14. Конструкторско-технологические решения соединения об­ шивки с лонжероном:

а —соединение углепластиковой обшивки с металлическим лонжеро­ ном; б — соединение углепластиковой обшивки с углепластиковым лонжероном; в —соединение углепластиковой обшивки с трехслойным композитным лонжероном

Калл

Рис. 4.15. Конструкторские решения соединений композитного лонже­ рона и силовых нервюр

изготовлении нервюры. После извлечения конструкции из ос­ настки и подготовки поверхности устанавливают на клее ВК-36 внешние охватывающие фитинги и дополнительно соединяют­ ся с внутренней композитной (или металлической) стойкой при помощи болтов диаметром 4...5 мм.

а) трехслойная панель; б) топливный бак; в) фюзеляж самолета; г) трубопровод; д) переходный отсек.

3.Объясните, как тип соединения влияет на герметичность собираемой конструкции. Нарисуйте эскизы соединения. На­ зовите технологические способы и приемы, повышающие гер­ метичность соединений.

4.Почему клееклепаные соединения по отвержденному кле­ евому слою будут более прочными, чем соединения по неотвержденному клею?

5.Перечислите области применения, основные достоинства

инедостатки сшивных и игольчатых соединений.

6.Выберите тип резьбы законцовки композитного трубо­ провода, работающего под внутренним давлением, для соеди­ нения его с отводом.

7.Какой тип механического соединения можно рекомен­ довать при сборке корпуса РДТТ и переходного отсека?

8.Перечислите достоинства и недостатки технологических способов получения отверстий и гнезд под соединения клепкой

вконструкциях из КМ.

5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИИ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИИ

ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В копилку знаний

Прочитав эту главу, читатель узнает:

•основные методы определения механических и теплофи­ зических характеристик КМ и их компонентов;

•физические основы методов испытания изделий из ком­ позитов на прочность и герметичность;

•природу дефектов в КМ и их влияние на работоспособ­ ность конструкций;

•достоинства и недостатки основных методов НК кон­ струкций из композитов;

•методы контроля и испытаний, обеспечивающие надеж­ ную работу композитных конструкций при эксплуатации.

5.1.Общая характеристика испытаний

Вконструкциях материалы могут испытывать различные воздействия, связанные с видом нагрузки (растяжение, сжатие, изгиб), характером нагружения (статический, динамический), действием окружающей среды (температура, влажность и т.п.).

Перечисленные факторы определяют комплекс конструк­ тивно-эксплуатационных требований, предъявляемых к кон­ струкционным материалам. Способность материалов удовле­ творять комплексу требований выявляется при анализе их ме­ ханических свойств, т.е. характеристик, определяющих поведе­ ние материала под действием приложенных внешних механи­ ческих сил.

5.1. Общая характеристика испытаний

Определяемые свойства материалов

При оценке механических свойств различают несколько видов показателей.

1.Показатели свойств материалов, определяемые вне зави­ симости от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти показатели определяют путем стандартных испы­ таний образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость. Проч­ ностные и пластические показатели свойств, выявляемые при статических испытаниях на гладких образцах, не полностью характеризуют прочность материала в реальных условиях экс­ плуатации. Полученные результаты можно использовать лишь для расчета деталей и конструкций, работающих при нормаль­ ных условиях и действии статических нагрузок.

2.Показатели конструктивной прочности материалов, ха­ рактеризующие их работу в условиях эксплуатации конкрет­ ного изделия. К этим показателям относятся характеристики долговечности изделий (усталостная прочность, износоустой­ чивость, коррозионная стойкость) и надежности материалов

визделии (вязкость разрушения, живучесть при циклическом нагружении и т.д.). Количественные характеристики пере­ численных свойств определяют при статических и динами­ ческих испытаниях образцов с острыми трещинами, анало­ гичными тем, которые имеются в реальных деталях конструк­ ций в виде надрезов, отверстий, дефектов материала (пор, микропустот, инородных включений и т.п.).

3.Показатели технолигичности конструкционных матери­ алов. Технологические свойства материалов должны обеспечи­ вать возможно меньшую трудомкость изготовления деталей и конструкций. Технологичность характеризуют способностью материала приобретать заданную форму при действии темпе­ ратурных факторов и давления, подвергаться механической обработке, соединяться различными методами и т.д. Различия упругих, прочностных и других свойств, присущих разным материалам, тесно связаны с их составом и структурой. Изме­ нения состава и структуры (внутреннего строения) определен­ ным образом отражаются и на свойствах материалов. Знание закономерностей, обусловливающих в материале наличие тех или иных физических, механических, теплофизических, техно­ логических и иных свойств, позволяет рационально использо-