Замена в перспективных летательных аппаратах прессованных профилей гнутолистовыми повышенной жесткости - важная задача конструкторских бюро и производства

двигателей (ГТД) и др. Такие профили по своей несущей способности приближаются к прессованным, но выгоднее по массе, однородности механических свойств и качеству поверхности, имеют высокую технологичность, так как изготовление возможно на любом предприятии при любой форме их поперечного сечения. Это показали расчеты по технико-экономическому обоснованию внедрения профилей из алюмини-ево-бериллиевых и алюминиево-литиевых сплавов на БКС “Буран”.

Гнутолистовые профили из алюминиевых сплавов внедрены на турбовинтовых самолетах Ил-114 и др. В институте проводилась работа по созданию принципиально новых машин: летающего автомобиля, где было обосновано применение во всех панелях и каркасе гнутолистовых профилей и гофра с утолщением по зонам сгиба до 25-30%.

Эффективным способом изготовления профилей и гофров повышенной жесткости и точности размеров из низкопластичных металлов является их формообразование волочением [3]. По сравнению с известными процессами СИ волочение профилей в роликовых устройствах позволяет увеличить допустимые нормы степени деформации и снизить число переходов, уменьшить опасность закручивания заготовки из-за разных по высоте роликов линейных скоростей; изготавливать из низкопластичных материалов в холодном состоянии профили фасонного сечения; улучшить качество поверхности; значительно снизить трение; обойтись без калибровки с обеспечением высокой точности размеров [4].

Высокую эффективность можно получить, если формообразование профилей вести, создавая в очаге деформации тангенциальное, радиальное и аксиальное сжатие, величину и направление которых следует регулировать в зависимости от сложности геометрии поперечного сечения с использованием методов термомеханической обработки (ТМО) [2, 6]. Для этих целей целесообразно использовать, например, изготовленную на КнААПО в г. Комсомольск-на-Амуре волочильно-прокатную установку модели ВПУ-120/7,5, произведя ее модернизацию и схемы процесса, представленные на рис. 1.

В развитие ВПУ-120/7,5 и методов СИ, процесса волочения и его сочетания с прокаткой впоследствии разработаны новые модели волочильно-прокатного оборудования (рис. 2), авто- матизированные линии [7] (рис. 3), где предусматривается формообразование одновременно в два ручья, включенные в федеральный план перспективных разработок.

Перспективно работает по внедрению гнутолистовых профилей в строительные объекты и в авиакосмическую технику Ульяновский НИАТ, благодаря их научно-исследовательской деятельности в 1987- 2009 гг. гнутые профили используются в каркасах ЛА Ан-70, Ан-140, Ан-148, Бе-200, Ил-103, Ил-114, Ил-112, Ту-334. Значительные усилия принимались НИАТ совместно с кафедрой “Самолетостроение” ИАТУ (института авиационных технологий и управления) УлГТУ по внедрению гнутолистовых профилей в конструкцию изделий ЗАО “Авиастар-СП” (рис. 4), планеров Ан-124 и Ту-204 в разных модификациях [2].

Рис. 1. Схема формирования сечения гнутолистовых профилей на волочильно-прокатной установке типа ВПУ-120/75 по методу стесненного изгиба: а, б – наиболее целесообразные варианты

Рис. 2. Модель волочильно-прокатного оборудования способа регулировки зазора калибра на толщину профилируемой заготовки:

4, 5; 6, 7 - роликовые пары; 11 – ось профилирования; 12, 13 – рабочие валы; 14, 15 – электромагнитные катушки; 16 – источник постоянного тока; 17,18 - магнитопроводы; 19 - корпус; 20, 21 – роликовая пара

а)

Рис. 3. Автоматизированная линия:

1-заготовка; 2-рулонница подающая; 3-смазывающе-подающее устройство; 4-источник ультразвуковых колебаний; 5 - роликовый режущий нож; 6 - направляющий клин; 7 - устройство регулируемое; 8 - профилегибочный агрегат; 9 - отсчитывающее устройство; 10 - отрубные штампы (а - вид сверху, б - вид спереди)

По заданию предприятий отработана технология изготовления профиля с десятью зонами сгиба (рис. 5) за 8 переходов из заготовок толщиной 1,2-1,5 мм. Для транспортного самолета местных авиалиний Ил-112 УлНИАТ разработаны, изготовлены и поставлены три типоразмера профиля из материала В95 пчАТ-2 и 1163АТ-1 (табл. 1) толщиной 0,8, 1,0 и 1,2 мм.

Четыре типоразмера профилей толщиной 1,0, 1,2, 1,5 мм поставлены в силовые конструкции самолета Ан-148, более десяти профилей для несиловых внутрифюзеляжных конструкций. Все профили имеют отбортовки по обеим полкам, ширина которых 8,0 - 20 мм.

Конструкторские подразделения предприятий при изготовлении гнутолистовых профилей учитывают соотношение длины (высоты) и толщины профиля, поскольку соотношение длины и высоты не может быть больше 16-20, иначе их критические напряжения при сжатии значительно снижаются, что доказано экспериментальными исследованиями.

Однако сегодняшнее состояние финансирования перспективных технологий и оборудования не позволяет внедрять новейшие достиже- ния науки в производство и в конструкцию перспективных летательных аппаратов.

После опытного полета и ознакомления с конструкцией самолета пятого поколения “Су-пер-Джет-Сухой-100“, государством принято решение значительно изменить позицию по внедрению в конструкцию самолетов передовых методов и технологии, в частности по замене прессованных профилей на гнутолистовые, как в продольном, так и в поперечном наборе каркаса фюзеляжа.

Для большинства типоразмеров профилей технологией предусматривается создание аксиального сжатия, отработаны параметры интенсификации процесса. Ведутся работы по изготовлению бездефектных листовых профилей из металлокомпозиционных материалов, оборудования с автоматизированной настройкой на толщину профилируемой заготовки [8].

Повысить ресурс и конкурентоспособность отечественной авиатехники возможно только за счет повсеместного расширения использования тонколистовых конструкций, обеспечивающих снижение массы, повышения механических свойств и ресурса [2, 3].

С-С (1:1)

а

б

Рис. 4. Использование гнутолистовых профилей из Al-Li сплавов: а – в низинке шпангоута самолета Ан-124; б – в типовой панели фюзеляжа Ту-204

а

б

Рис. 5. Гнутолистовые профили:

а – используемый ПКП “САМ”; б – используемый в конструкции Ил-112

Следует отметить, что отечественные разработки успешно используются иностранными КБ и фирмами. Внедрение тонколистовых гнутых профилей в конструкцию самолетов создает предпосылки к снижению общей массы широкофюзеляжных самолетов всех модификаций как отечественных, так и зарубежных.