Вертолёт, 2003 № 03 (Журнал «Вертолёт») - страница 6

Владимир ПАВЛОВ, Соросовский профессор, академик Академии Авиации и Воздухоплавания, профессор КГТУ нм. А.Н. Туполева (КАИ)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

В ОКБ Камова в середине пятидесятых годов родилась идея (и были предприняты первые попытки) использовать стеклопластик в качестве силового материала для производства лопастей несущего винта. Опробованный ряд конструкций и технологических приемов изготовления лопастей подтвердил возможность применения стеклопластиков в производстве.

Параллельно были спроектированы, изготовлены и испытаны металлические лопасти для вертолета Ка-25. Они пришли на смену лопастям из дерева, эксплуатировавшимся на вертолетах-предшественниках – Ка-15, Ка-18 и винтокрыле Ка-22. Основным. силовым элементом металлической лопасти являлся полый прессованный лонжерон 0-образного сечения из коррозионно-стойкого сплава АД-33, образующий переднюю часть профиля. К передней кромке лонжерона приклеивался нагревательный элемент электротермической противообледенительной системы. К задней части лонжерона приклеивались отдельные хвостовые секции, образующие хвостовую часть лопасти. Секции состояли из обшивки и сотового заполнителя, склеенных пленочным клеем. В передней части канала лонжерона размещались обрезиненные стальные противофлаттерные грузы. В комлевой части лонжерона на болтах крепился узел навески лопасти на втулку, а в концевой части под съемным обтекателем, располагались балансировочные грузы. Для повышения динамической прочности лонжерона после механической обработки он подвергался дробеструйному пневмодинамическому упрочнению. Следует отметить, что изготовление металлических лопастей требует сложного технологического оборудования и высокой квалификации исполнителей.

В случае близости собственных частот колебаний лопастей к частотам внешних возбуждающих сил на лопастях, втулке несущего винта, в системе управления и на планере возникают повышенные нагрузки. Процесс отстройки металлических лопастей от близости к резонансу достаточно сложен и трудоемок из-за специфических свойств металлов. Большая трудоемкость производственных процессов изготовления металлических лопастей, чувствительность металлов к концентраторам напряжения, сложность обеспечения полопастной взаимозаменяемости и варьирования частотными характеристиками винта заставили конструкторов искать новые материалы для лопастей и методы их изготовления.

Темпы роста требований к летно-техническим характеристикам вертолета и качеству лопастей значительно опережают темпы повышения уровня физико-механических характеристик металлических материалов. Если за последние 50 лет прочность алюминиевых сплавов возросла на 20%, а конструкционных сталей и титановых сплавов на 25-30%, то модуль их упругости остался неизменным. В связи с этим специалисты ОКБ Камова обратили внимание на полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе стеклянных и углеродных волокон, которые имеют лучшие, чем металлы, удельные механические характеристики (табл.1). Именно применение ПКМ на основе стеклянных и углеродных волокон с одним, двумя и более наполнителями позволяет успешно решить сложнейшую задачу создания качественных лопастей. ПКМ с несколькими наполнителями получили название гибридных (ГПКМ).