Введение к работе
Актуальность. В последнее время большой интерес проявляется к упрощенной конструкции втулки несущего винта (НВ) вертолета, в которой шарниры заменяются упругими элементами - торсионами. Такое усовершенствование направлено на повышение ресурса и снижение массы втулки, а также значительное уменьшение эксплуатационных расходов, при некотором удорожании производственного процесса.
Существует несколько вариантов конструкции упругих элементов. Конструктивно они зависят от того, как разработчик справляется с решением всех функциональных задач, выполняемых такой втулкой. Это разделение колебаний лопастей винта в плоскостях взмаха, вращения и кручения; частотную отстройку колебаний лопастей; обеспечение необходимого ресурса по условиям усталостной прочности. Выполнение этих условий накладывает определенные требования не только к конструкции упругого элемента, но и материалов, используемых в ней.
В настоящее время все более активно применяются различные типы полимерных композитных материалов (ПКМ). Они получили широкое распространение при проектировании конструкций, работающих в экстремальных условиях с жесткими весовыми ограничениями и повышенными требованиями к надежности. Это возможно благодаря исключительному сочетанию конструкционных и специальных свойств ПКМ.
Одним из главных преимуществ ПКМ перед традиционными изотропными и однородными материалами является возможность формирования их внутренней структуры и закономерностей распределения свойств в конструкции по усмотрению разработчика. При этом формирование материала и детали происходит одновременно. Особенностью композитных материалов является то, что из них могут быть созданы элементы изделий с заранее заданными физико-механическими свойствами (ФМС), наиболее полно отвечающими характеру и условиям работы детали и конструкции.
Проектирование ПКМ с необходимыми комплексами свойств базируется на соблюдении условий принципиального характера. Основополагающим принципом является представление о композитах как о сочетании компонентов, обеспечивающем новые качества, не присущие каждому из компонентов (матрице или армирующему волокну) отдельно. Это обусловливает фундаментальный принцип - разработку состава и структуры ПКМ в функциональной зависимости от их назначения, т.е. от факторов силового и внешнего воздействия на изделие.
Влияние факторов внешней среды таких как, влага, агрессивные среды, облучение и ультрафиолетовое излучение значимо только при долговременном воздействии, которое соизмеримо по времени с ресурсом самой конструкции. Наиболее существенным фактором является температура, которая наиболее быстротечно и значимо изменяет ФМС ПКМ.
Цель работы. Проведение расчетно-экспериментальных исследований по оценке влияния температурных условий эксплуатации на ФМС ПКМ материалов, балансировочные характеристики вертолета и нагружение элементов несущей системы.
Научная новизна. В данной работе впервые получены результаты расчетно-экспериментальной оценки влияния температурных условий эксплуатации на ФМС ПКМ, применяемых конструкции несущей системы и оказывающих существенное влияние на управляемость, прочность и ресурсы агрегатов вертолета.
В диссертации на защиту выносятся следующие основные результаты:
Экспериментальные исследования влияния температурных условий эксплуатации на физико-механические свойства полимерных композитных материалов (ПКМ), изготавливаемых в условиях производства ОАО «Казанский вертолетный завод».
Расчетно-экспериментальное исследование влияния температуры на характеристики деформирования торсиона бесшарнирной втулки НВ вертолета «Ансат».
Расчетное исследование влияния температурного состояния торсиона на балансировочные характеристики вертолета и уровень нагружения несущей системы.
Практическая ценность.
1. Результаты исследований позволяют прогнозировать нагруженность и
ресурс элементов несущей системы изготовленных из ПКМ при изменении
температуры.
2. Знание фактических физико-механических и прочностных свойств
ПКМ, полученных в условиях конкретного производителя, является важнейшей
составной частью работ по обеспечению конструктивных свойств и прочности
при проектировании и сертификации ответственных силовых агрегатов
планера, несущей системы, взлетно-посадочных устройств ЛА.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на всероссийской (с международным участием) молодежной научной конференции «XI Туполевские чтения» (Казань, КГТУ им. Туполева, 2003), на XVI всероссийской межвузовской научно - технической конференции (Казань, Михайловский военный артиллерийский университет, 2004), на всероссийской научно - практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, КГТУ им. А.Н. Туполева, 2004), на всероссийском семинаре, посвященном восьмидесятилетию Скимеля Виктора Николаевича (Казань, КГТУ им. А.Н. Туполева, 2005), на XVIII всероссийской межвузовской научно-технической конференции (Казань, Казанское высшее артиллерийское командное училище (военный институт) им. Маршала артиллерии М.Н. Чистякова, 2006), на международной конференции «Новые рубежи авиационной науки» (в рамках Международного авиационно-космического салона МАКС - 2007, Москва, ЦАГИ, 2007).
Объем работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и содержит 121 страницу машинописного текста.
