К вопросу о технологии производства панелей из композиционных материалов с использованием СИАЛ

ных «заломов», царапин, загибов, которые не устраняются в процессе формования листов в автоклаве и могут повлиять на механические характеристики панелей из СИАЛа. Для предотвращения возникновения дефектов на алюминиевых листах и искривления армирующих волокон при транспортировке собранного пакета в автоклав используют специальные прижимы и фиксаторы на оснастке.

Перед сборкой и склеиванием МПКМ (рисунок 1) листы алюминия подвергаются ано-

Рис. 1. Микроструктура 1441-СИАЛ-3-1 пятислойного строения (3/2) с перекрестным армированием (0/90) слоя пластика [4]

дированию для получения хорошей адгезии со стеклопластиком. Собранный и готовый к формованию пакет СИАЛа помещают в вакуумный мешок и вакуумируют. Это необходимо для постоянного выведения летучих веществ из межслойного пространства выложенных слоев препрега при предварительном их уплотнении. При отсутствии качественного вакуумирования механические свойства материала в изделии снижаются.

Методы изготовления крупногабаритных листов МПКМ включают ручную или автоматизированную выкладку слоев препрега с последующей пропиткой армирующих волокон полимерным связующим.

Применение метода VARTM – вакуумной пропитки позволяет понизить затраты и получать крупногабаритные панели. Эпоксидное связующее пропитывает слои ткани через специальные отверстия в трубках в слоях металла. Пропитка смолой осуществляется вдоль стеклоткани через отверстия в трубках в фольге.

Через микротрубки в конструкции возможна откачка побочных летучих компонентов в результате процессов формования панели с целью исключения дефектов формообразования конструкции. Осуществлено определение гидравлических потерь при армировании панели микротрубками, определен коэффициент гидравлического трения по длине микротрубок.

Энергия, затраченная на преодоление сопротивлений по длине между двумя сечениями трубок, может быть определена как разность полных удельных энергий в этих сечениях. Для расчета потерь по длине при движении связующего в трубопроводе круглого сечения используется формула Дарси–Вейсбагха.

На графике И. И. Никурадзе выделяются две характерные зоны течения жидкости:

I зона – зона ламинарного течения

II зона – зона турбулентного режима течения жидкости

График И. И. Никурадзе позволяет рассчитывать потери при движении связующего с учетом эквивалентной шероховатости, которая в свою очередь представляет высоту выступов равнозернистой шероховатости из однородного песка, при которой в квадратичной области сопротивления получается такое же значение λ , что и в рассматриваемой трубе. На рисунке 2 отражен график Никурадзе.

При расчете потерь напора по длине трубопровода наибольшую сложность представляет определение коэффициента гидравлического трения. Данный коэффициент зависит от числа Рейнольдса и относительной шероховатости стенок трубы и рассчитывается по эмпирическим формулам.

Возможно применение углеродных полых трубок, стенки которых образованы двумерным слоем углерода. Возможно использование однослойных углеродных микротрубок (ОУМт) из твердого полимера, преимущественно, полиакрилонитрильного строения, путем его стабилизации при повышенной температуре в окислительной среде и последующего пиролиза в инертной атмосфере. При этом в качестве сомономеров используют, по крайней мере, одно или более соединений, выбранных из ряда: акриловая кислота, метакриловая кислота, итаконовая кислота, метилакрилат, метилметакрилат, бутилакрилат, винилацетат, стирол. Возможно присоединение портативного соединительного устройства, трубчатых узлов, и адгезив и адгезионные композиции внутри трубчатых узлов.

Рис. 2. График И.И. Никурадзе [5]

На рисунке 3 представлен общий вид панели двойной кривизны носовой части отсека фюзеляжа, конструкторско-технологическое членение обшивки многослойной панели, смоделированной в системе NX.

Рис. 3. Панель двойной кривизны носовой части отсека изделия

На рисунке 4 представлен фрагмент панели изделия с размещением технологических микротрубок на краевых металлических обшивках многослойного пакета.

Рис. 4. Размещение технологических микротрубок на краевых металлических обшивках многослойного пакета

Произведен расчет (рисунок 5) на удар птицы, при нагружении избыточным давлением. При этом, моделировались разные параметры массы птицы и скорости столкновения.

2 341Е-005

2 049Е-005

I 756E-005

1 463E-005

I 171E-005

• ■ 8 78E-006

5 854E-006

2 927E-006

6 21E-010

Рис. 5. Деформации при нагружении избыточным давлением

Исходя из анализа модели наблюдается деформация в пределах допустимых значений. В результате конечно-элементного анализа панели, содержащей материал СИАЛ, конструк- ция выдерживает заданные нагрузки. В расчете применялась конструкция, оптимизированная по массе(рисунок 6).

Рис. 6. Фрагмент панели (обшивка из материала СИАЛ)

В результате прочностного расчета масса конструкции выдерживает заданные нагрузки.

Применение новых конструктивных элементов типа гибридного слоистого алюмостеклопластика в обшивках двойной кривизны пассажирского самолета позволит снизить вес конструкции, повысить ресурс конструкции, ее живучесть за счет сопротивления роста трещины усталости, увеличение противодействию пламени по сравнению с традиционными материалами.

Технология изготовления обшивок из чередующихся слоев алюминия и стеклоткани, которые благодаря этому сочетают в себе лучшие свойства как металлических обшивок так и обшивок из стеклопластика может позволить обеспечить птицестойкость панели с учетом сокращения количества элементов продольно-поперечного набора. Таким образом, применение технологии изготовления панелей с материалом СИАЛ позволяет снизить вес конструкции.