Устройство и способ изготовления лопасти несущего винта вертолета (варианты)

 

Изобретение относится к технологии изготовления лопастей несущих винтов вертолетов. Для изготовления лопасти несущего винта вертолета имеется зажимно-уплотнительное устройство для сборки и уплотнения полусборки лопасти и устройство 50 для натяжения и укладки обшивки 120 носка лопасти на полусборку ее в процессе уплотнения. В состав зажимно-уплотнительного устройства входят нижняя конструкция 12 с профилированной верхней подложкой 14, установленной на опорном каркасе, и верхняя конструкция с пресс-камерой, укрепленной на профилированной плите по всей ее площади. Эта плита присоединена к несущей балке. После соединения верхней и нижней конструкций друг с другом в пресс-камеру подают избыточное давление для уплотнения составных частей собранной полусборки лопасти. Устройство 50 состоит из подвижной рамы 52, верхнего и нижнего удлиненных суппортов 60U, 60L, установленных на раме с возможностью синхронизированного перемещения относительно нее, а также рядов чашечных присосок, установленных на каждом суппорте. С присосками сообщают источник разрежения 68, предназначенный для создания в них сил вакуумного притяжения, притягивающих обшивку носка лопасти, что приводит к ее натяжению. Натянутую обшивку носка лопасти перемещением подвижной рамы укладывают на полусборку лопасти в процессе его уплотнения. Технический результат реализации изобретения заключается в упрощении и повышении качества изготовления лопастей несущих винтов вертолетов. 4 с. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к промышленным устройствам и способам, а более конкретно к устройствам и способам изготовления лопасти несущего винта вертолета.

Композиционные материалы в авиастроительной промышленности применяются во все возрастающих масштабах. Одним из направлений применения композиционных материалов является производство лопастей несущего винта для вертолетов.

В условиях широкого использования композиционных материалов в изготовлении лопастей несущего винта вертолетостроительными компаниями проводится постоянный поиск возможностей совершенствования технологической оснастки и/или способов, применяемых при изготовлении лопастей несущего винта с тем, чтобы снизить себестоимость единицы продукции. Как правило, вследствие частичной отбраковки или необходимости доработки готовых изделий по завершении процесса изготовления лопастей несущего винта, реальная стоимость изготовления одной лопасти превышает требуемый уровень. Обычно изделия бракуются в том случае, когда характер дефектов композиционного материала, возникших в процессе производства, делает доработку изделия экономически нецелесообразной, либо в случае превышения предельных допусков, установленных на параметры изделия. Доработка изделия выполняется при выявлении производственных дефектов композиционных материалов, если ремонт этих повреждений может быть экономически оправдан.

Компанией "Сикорски Эйркрафт" разработана технология параллельного изготовления лопастей несущего винта вертолетов, согласно которой обшивка носка лопасти изготавливается отдельно от лопасти в состоянии полусборки и параллельно с ней, затем эти готовые сборочные единицы соединяются. Процесс изготовления лопасти заканчивается полимеризацией в условиях избыточного давления. Эта технология нашла широкое практическое применение, поскольку опыт эксплуатации лопастей несущего винта показал, что передняя кромка лопасти в различной степени подвержена эрозионному износу абразивного характера. Вследствие такого эрозионного износа некоторые участки передней кромки лопасти несущего винта вертолета становятся аэродинамически непригодными для дальнейшей эксплуатации. Было установлено, что конструкция лопасти со съемной обшивкой носка лопасти позволяет действенно и экономически выгодно восстанавливать лопасти несущего винта с эрозионным износом - в отличие от замены лопасти целиком.

Ранее разработанные способы изготовления заготовок лопастей предусматривали использование грейферных зажимных приспособлений, а также применение способа "сырой" укладки составных частей из композиционных материалов. Было установлено, что доля уходящих в брак полусборок лопастей, изготовленных с применением грейферных зажимных механизмов и способа "сырой" укладки составных частей из композиционных материалов, является неприемлемой в современных условиях конкурентной борьбы производителей. Надежность и точность грейферных зажимных механизмов зависели от устойчивости укладываемых шаблонов и оправок, правильной установки и фиксации всех базовых и крепежных элементов, а также от степени стабильности уплотняющего давления. Применение грейферных зажимных механизмов и способа "сырой" укладки составных частей из композиционных материалов сопровождалось усадкой конструкции и выходом ее параметров за пределы допусков, что вынуждало браковать изделия. Сама конструкция грейферных зажимных механизмов способствовала несимметричному распределению уплотняющего давления по размаху собранной полусборки лопасти.

Еще одна идея, заложенная в технологию параллельного производства, касалась приспособления для натяжения, используемого для монтажа обшивки носка лопасти на полусборки лопасти. Дело в том, что обшивка носка лопасти в готовом виде имеет форму, которая не позволяет установить ее прямо на полусборку лопасти. Более того, для установки на полусборку лопасти обшивка носка лопасти должна натягиваться за задние кромки. Приспособление для натяжения обшивки предшествующего уровня техники имеет вид секторных захватов из листовой нержавеющей стали, устанавливаемых вдоль размаха лопасти на задних кромках обшивки носка лопасти, сцепляясь с ее внутренними поверхностями (выполненными из композиционного материала), определяющими профиль обшивки носка лопасти. Каждый сектор такого захвата тянется индивидуально посредством кулачкового рычага. Натягивая обе задние кромки обшивки, захваты создают в ее внутренних поверхностях напряжения сдвига. Эти напряжения сдвига, возникающие при использовании захватов, приводили к образованию трещин и расслоению композиционного материала, вследствие чего изделие отбраковывалось или требовало ремонта. Наряду с описанными выше недостатками приспособления для натяжения обшивки предшествующего уровня техники отличаются тем, что секторы захватов тянутся индивидуально и поочередно, т.е. процесс натяжки всей обшивки носка лопасти является многоступенчатым. Такой процесс является не только трудоемким и продолжительным, а следовательно - и дорогостоящим, но и может привести к возникновению нежелательных напряжений в области задних кромок обшивки носка лопасти.

Поэтому необходимо иметь устройство, натягивающее обшивку носка лопасти для ее установки на полусборку лопасти, не вызывая при этом развития трещин и/или расслоения композиционного материала обшивки носка лопасти. Предпочтительно, чтобы это устройство натягивало обшивку носка лопасти в один этап, что позволило бы уменьшить затраты времени на процесс укладки обшивки носка лопасти. Также существует потребность в таком зажимно-уплотнительном устройстве для сборки и уплотнения полусборки лопасти, которое обеспечивает равномерное распределение уплотняющего давления, что облегчило бы использование предварительно пропитанных композиционных материалов и гарантировало бы правильное базирование составных частей полусборки лопасти по ее хорде и размаху в зажимно-уплотнительном устройстве. Существует также потребность в устройстве для натяжения обшивки и зажимно-уплотнительном устройстве, совместное применение которых упростило бы укладку обшивки носка лопасти на полусборки лопасти.

Данная заявка входит в серию двух родственных заявок, состоящую, кроме данной заявки, также из одновременно поданной заявки на изобретение того же заявителя "Устройство (варианты) и способ разметки кромок" с тем же приоритетом.

Одной из задач изобретения является разработка устройства для натяжения и укладки обшивки, натягивающего обшивку носка лопасти, не вызывая при этом развития трещин и/или расслоения ее композиционного материала.

Следующая задача изобретения заключается в разработке устройства для натяжения и укладки обшивки, растягивающего обшивку носка лопасти в один этап.

Следующая задача изобретения состоит в разработке зажимно-уплотнительного устройства для базирования и уплотнения составных частей полусборки лопасти, которое обеспечивает равномерное распределение уплотняющего давления.

Следующая задача изобретения заключается в разработке зажимно-уплотнительного устройства, которое обеспечивает правильное базирование собранных в зажимно-уплотнительном устройстве составных элементов полусборки лопасти по ее хорде и размаху.

И еще одна задача изобретения состоит в разработке устройства для натяжения и укладки обшивки и зажимно-уплотнительного устройства, совместное применение которых существенно упростило бы укладку обшивки носка лопасти на полусборку лопасти.

Эти и другие задачи изобретения реализованы в виде предлагаемого устройства для натяжения и укладки обшивки, предназначенного для натяжения обшивки носка лопасти и укладки натянутой обшивки на полусборку лопасти. Устройство для натяжения и укладки обшивки состоит из подвижной рамы, верхнего удлиненного суппорта, подвижно установленного на подвижной раме, и нижнего удлиненного суппорта, подвижно установленного на подвижной раме. Как на верхнем, так и на нижнем суппорте установлены наборы чашечных присосок. Имеются также средства синхронизированного привода верхнего и нижнего суппорта, передвигаемых между тремя положениями: разведенным положением - когда обшивка носка лопасти может быть установлена между наборами чашечных присосок, имеющихся на верхнем и нижнем суппортах, без соприкосновения с ними; контактным положением - когда ряды чашечных присосок прилегают к соответствующим внешним поверхностям носка лопасти; и рабочим положением - когда обшивка носка лопасти натянута для укладки на полусборку лопасти. Для того, чтобы чашечные присоски могли удерживать соответствующие внешние поверхности обшивки носка лопасти так, что при последующем синхронизированном разведении верхнего и нижнего суппортов в рабочее положение обшивка носка лопасти натягивалась, предусмотрены средства создания притягивающих вакуумных сил в чашечных присосках. Для укладки натянутой обшивки носка лопасти на полусборку лопасти также предусмотрены средства привода подвижной рамы.

Устройство для натяжения и укладки обшивки также оборудовано средствами индикации полной укладки натянутой обшивки носка лопасти на полусборку лопасти. Средства синхронизированного привода подвижных частей устройства состоят из набора пневматических цилиндров, соединенных с верхним удлиненным суппортом и подвижной рамой, набора пневматических цилиндров, соединенных с нижним удлиненным суппортом и подвижной рамой, а также источника давления, сообщающегося с воздушными полостями цилиндров. При подаче управляющего сигнала на источник давления сжатый воздух подается к пневмоцилиндрам, в результате чего верхний и нижний удлиненные суппорты синхронно передвигаются между следующими положениями: разведенным положением - когда обшивка носка лопасти может быть установлена между рядами чашечных присосок, имеющихся на верхнем и нижнем удлиненных суппортах, без соприкосновения с ними; контактным положением - когда ряды чашечных присосок прилегают к соответствующим внешним поверхностям обшивки носка лопасти; и рабочим положением - когда обшивка носка лопасти натянута для укладки на полусборку лопасти. В рассматриваемом варианте устройства на верхнем и нижнем удлиненных суппортах установлено по девяносто чашечных присосок.

Перед натяжением и укладкой обшивки носка лопасти на полусборку лопасти обшивка носка лопасти устанавливается между верхним и нижним рядами чашечных присосок, затем верхний и нижний ряды чашечных присосок синхронно перемещаются в контактное положение, в котором чашечные присоски прилегают к соответствующим внешним поверхностям обшивки носка лопасти, затем в верхних и нижних чашечных присосках создается разрежение, благодаря чему они удерживают соответствующие внешние поверхности обшивки носка лопасти. После этого верхний и нижний ряды чашечных присосок синхронно переводятся в рабочее положение, растягивая тем самым обшивку носка лопасти, и затем натянутая обшивка носка лопасти укладывается на полусборку лопасти.

Предлагаемое в изобретении зажимно-уплотнительное устройство предназначается для сборки и уплотнения полусборки лопасти, состоящей из верхней и нижней обшивок из композиционного материала, сотового заполнителя и узла лонжерона лопасти (собственно лонжерона с, по крайней мере, одним прикрепленным к нему балансировочным грузом в виде противовеса). В состав зажимно-уплотнительного устройства входит его нижняя конструкция с опорным каркасом, а также профилированная верхняя подложка, установленная на опорном каркасе. Профилированная верхняя подложка имеет внешнюю поверхность, отображающую аэродинамический профиль верхней обшивки лопасти из композиционного материала, набор позиционирующих стержней для базирования верхней обшивки из композиционного материала и сотового заполнителя на профилированной верхней подложке и набор толкательных стержней для базирования лонжерона на профилированной верхней подложке в направлении хорд лопасти. На комлевом и концевом торцах верхней профилированной подложки установлена подпорка лонжерона, предназначенная, соответственно, для базирования узла лонжерона на профилированной верхней подложке в направлении его размаха. Кроме того, зажимно-уплотнительное устройство имеет верхнюю конструкцию, включающую в себя несущую балку, прикрепленную к ней профилированную плиту и прикрепленную к профилированной плите по всей ее площади пресс-камеру, размеры которой соответствуют размерам полусборки лопасти по хорде и размаху. Для обеспечения возможности фиксации и уплотнения полусборки лопасти, собранной на нижней конструкции зажимно-уплотнительного устройства, имеются средства соединения верхней и нижней конструкций зажимно-уплотнительного устройства между собой. Для уплотнения полусборки лопасти, собранной на соединенных верхней и нижней конструкциях, предусмотрены средства подачи избыточного давления воздуха в пресс-камеру. Кроме того, в состав зажимно-уплотнительного устройства может входить выравнивающая плита, устанавливаемая между его верхней и нижней конструкциями с целью равномерного распределения сжимающего давления по полусборке лопасти, уложенной в зажимно-уплотнительном устройстве, в процессе ее уплотнения.

Для сборки и уплотнения полусборки лопасти предусматривается использование зажимно-уплотнительного устройства, описанного в предыдущем абзаце и выполненного из композиционных материалов. Верхняя обшивка из композиционного материала и сотовый заполнитель, соединенные между собой, укладываются на профилированную верхнюю подложку. На профилированной верхней подложке базируется по хорде и размаху узел лонжерона, после чего на узел лонжерона и сотовый заполнитель укладывается нижняя обшивка из композиционного материала. Верхняя и нижняя конструкции зажимно-уплотнительного устройства соединяются друг с другом, и для уплотнения собранной полусборки лопасти в пресс-камеру подается давление.

Изобретение, его особенности и преимущества более детально представлены в следующем подробном описании, изложенном со ссылками к прилагаемым чертежам: фиг.1A - вид сверху лопасти несущего винта вертолета H - 60, являющейся типовым вариантом лопасти, фиг. 1B - поперечное сечение лопасти несущего винта, изображенной на фиг. 1A, по линии 1B - 1B, фиг. 1C - увеличенная аксонометрическая проекция обшивки носка лопасти, показанной на фиг.1B, фиг. 1D - увеличенная аксонометрическая проекция балансировочного противовеса типовой лопасти несущего винта, показанной на фиг. 1A, фиг. 2 - аксонометрическая проекция зажимно-уплотнительного устройства и устройства для натяжения и укладки обшивки, предлагаемых в изобретении, фиг. 3 - частичный вид в плане устройства, показанного на фиг. 2, фиг. 3A - аксонометрическая проекция фрагмента устройства для натяжения и укладки обшивки, показанного на фиг. 3, фиг. 4A - блок-схема, описывающая способ сборки и уплотнения, предлагаемый в изобретении, фиг. 4B - блок-схема, описывающая способ натяжения и укладки обшивки, предлагаемый в изобретении.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Рассматриваемые ниже устройства и способы являются составной частью оборудования и технологии изготовления лопастей несущего винта для вертолетов H-60 производства компании "Сикорски Эйркрафт", входящей в корпорацию "Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн". В частности, эти устройства и способы специально адаптированы к процессу изготовления лопасти несущего винта вертолета H-60, разработанного компанией "Сикорски Эйркрафт". Следует, однако, учитывать, что рассматриваемые здесь устройства и способы могут быть использованы при изготовлении, вообще говоря, любых лопастей несущего винта.

Типовой вариант лопасти 100 несущего винта вертолета H-60 показан на фиг. 1A-1D. Лопасть имеет переднюю кромку 102 и заднюю кромку 104, расстояние между которыми является хордой лопасти 100, комель 106 и законцовку 108 (стреловидная часть законцовки лопасти 100 несущего винта с углом поперечного "V", отделенная на фиг. 1A от остальной части лопасти пунктирной линией 109, изготавливается отдельно, как съемный элемент лопасти 100 несущего винта). Расстояние между комлем и законцовкой составляет размах лопасти 100. Лопасть 100 несущего винта имеет верхнюю и нижнюю обшивки 110, 112, выполненные из композиционного материала, которая определяет соответственно верхнюю и нижнюю аэродинамические поверхности лопасти 100. Лопасть 100 несущего винта состоит также из сотового заполнителя 114, лонжерона 116, одного или нескольких балансировочных противовесов 118 и обшивки 120 носка лопасти. На задней кромке 104 имеются триммерные пластины 130 (в данном варианте две пластины). Верхняя и нижняя обшивка из композиционного материала 110, 112, сотовый заполнитель 114, лонжерон 116 и противовесы 118 в собранном состоянии составляют полусборку 132 лопасти.

Обшивки 110, 112 представляют собой готовое изделие, выполненное из нескольких слоев предварительно пропитанного композиционного материала любого типа, известного специалисту. Например, в рассматриваемом варианте таким композиционным материалом является намотанное стекловолокно в матрице из подходящей для этих целей смолы. В верхней обшивке 110 из композиционного материала имеется несколько базовых отверстий 134 (см. фиг. 1A), предназначенных для базирования узла лонжерона 116/118 в зажимно-уплотнительном устройстве способом, более подробно раскрываемом ниже. Для придания верхней обшивке из композиционного материала 110 аэродинамической чистоты базовые отверстия 134 по окончании сборки лопасти 100 несущего винта заделываются композиционным материалом. Сотовый заполнитель 114 играет роль легкого подкрепляющего элемента конструкции, устанавливаемого между верхней и нижней обшивками 110, 112, и изготавливается из материала, обычно применяемого для этих целей. К примеру, в рассматриваемом варианте таким материалом является номекс (NOMEX®- зарегистрированный товарный знак компании "E.I. du Pont de Nemours & Co", Уилмингтон, штат Делавэр для арамидных волокон и тканей).

Лонжерон 116 является заранее изготовленным основным силовым элементом конструкции лопасти 100 несущего винта, воспринимающим действующие на нее в процессе работы несущего винта крутильные, изгибные, сдвиговые и центробежные динамические нагрузки. В данном варианте лонжерон 116 изготовлен из композиционного материала и имеет конструкцию, изложенную и заявленную на изобретение, называющееся "Лонжерон из армированного волокнами композиционного материала для летательного аппарата с вращающимся крылом" в заявке США N 07/995,219, поданной заявителем настоящего изобретения 22 декабря 1992 года и находящейся в стадии рассмотрения совместно с настоящей заявкой. Лонжерон 116, изготовленный из композиционного материала, имеет верхнюю и нижнюю боковые стенки, прилегающие, соответственно, к верхней и нижней аэродинамическим поверхностям, переднее и заднее закругления, обращенные, соответственно, к передней и задней кромкам лопасти 100 несущего винта. Верхняя и нижняя боковые стенки состоят из предварительно отформованных пакетов, каждый из которых содержит силовые слои и вспомогательные слои предварительно пропитанного связующим композиционного материала, т.е. волокон, связанных смолистой матрицей. Силовые слои с продольной (вдоль размаха) ориентацией волокон имеют равную толщину и заканчиваются ступенчато так, чтобы кромки верхней и нижней боковых стенок лонжерона имели сужение. Вспомогательные слои с ориентацией волокон ±40^o относительно продольной оси лонжерона имеют переменную толщину, образуя по периферии переднего и заднего закруглений узел соединения встык. В рассматриваемом варианте изобретения лопасть 100 несущего винта имеет лонжерон 116, выполненный из композиционного материала, однако специалисту должно быть понятно, что устройства и способы, предложенные в настоящем изобретении, могут быть также использованы применительно к изготовлению лопастей несущего винта с металлическим, например, титановым, лонжероном.

Для статической и динамической балансировки лопасти 100 несущего винта 100 используются один или несколько балансировочных противовесов 118, один из которых более подробно показан на фиг. ID. Противовесы 118 изготавливаются из разных материалов с возрастанием их плотности по размаху от комля 106 к законцовке 108. Например, в рассматриваемом варианте изобретения такими материалами являются, соответственно, пена, вольфрам, свинец. Такая схема соответствует требуемому распределению массы противовесов, обеспечивающему статическую и динамическую уравновешенность лопасти 100 несущего винта. В конструкции противовесов 118 предусмотрены выступы, предназначенные для упора во внутреннюю поверхность обшивки 120 носка лопасти. Противовесы 118 соединяются с лонжероном 116 склеиванием, в результате чего получается узел лонжерона 116/118. При этом противовесы 118 находятся между передней кромкой лонжерона 116 и обшивкой 120 носка лопасти.

Обшивка 120 носка лопасти, более подробно показанная на фиг. 1C, заранее изготавливается из композиционных материалов и устойчивых к абразивному износу материалов. Обшивка 120 носка лопасти имеет примерно V-образную форму, соответствующую форме передней кромки 102 лопасти 100 несущего винта. Обшивка 120 содержит один или несколько слоев 122 предварительно пропитанного композиционного материала, например, в данном варианте - намотанного стекловолокна на основе матрицы из подходящей смолы. Профиль обшивки 120 носка лопасти соответствует внутреннему обводу носка лопасти. Кроме того, обшивка 120 носка лопасти содержит первую и вторую противоабразивные накладки 124 и 126. В рассматриваемом варианте обшивки 120 носка лопасти первая противоабразивная накладка 124 выполнена из титана, а вторая противоабразивная накладка 126 - из никеля. На концевом участке 108 обшивки 120 носка лопасти, как показано на фиг. 1C, никелевая накладка 126 соединена с титановой накладкой 124. Обшивка 120 носка лопасти получается при склеивании предварительно пропитанных слоев композиционного материала 122 с титановой и никелевой накладками 124 и 126. Участки 128 предварительно пропитанных слоев композиционного материала 122, не защищенные противоабразивными накладками, обеспечивают хорошую адгезию при наклеивании обшивки 120 носка лопасти на полусборку 132 лопасти. Незащищенные участки 128 заканчиваются кромками 128A (способ и устройство для разметки подлежащих обработке кромок 128A обшивки 120 носка лопасти описаны в заявке США на изобретение "Устройство (варианты) и способ разметки кромок" (S - 4887), поданной заявителем настоящего изобретения и находящейся в стадии рассмотрения совместно с настоящей заявкой), которые обработаны так, чтобы обеспечить точную укладку обшивки 120 носка лопасти на полусборку 132 лопасти. Обшивка 120 носка лопасти, а в особенности - ее титановая и никелевая накладки 124 и 126, защищают переднюю кромку 102 лопасти 100 несущего винта от абразивного износа. Также при укладке обшивки 120 носка лопасти заданные обводы и размеры лопасти 100 несущего винта подгоняются в диапазон установленных допусков.

Согласно фиг. 2, 3, 3A предлагаемое в настоящем изобретении устройство включает в себя зажимно-уплотнительное устройство 10 и устройство 50 для натяжения и укладки обшивки. Зажимно-уплотнительное устройство 10 состоит из нижней конструкции 12 и верхней конструкции 30, которые в соединенном состоянии обеспечивают уплотнение полусборки 132 лопасти. В нижней конструкции 12 имеется профилированная верхняя подложка 14, установленная на опорном каркасе 16. Поверхность 18 профилированной верхней подложки 14 отображает внешний обвод верхней аэродинамической поверхности лопасти 100, т.е. профиль ее верхней обшивки 110 из композиционного материала.

На внешней поверхности 18 профилированной верхней подложки 14 установлен набор позиционирующих стержней 20 (в данном варианте их число равно пяти). Позиционирующие стержни 20 предназначаются для базирования верхней обшивки 110 из композиционного материала на верхней профилированной подложке 14. Также на внешней поверхности 18 профилированной верхней подложки 14 установлен набор толкательных стержней 22 (в данном варианте их число равно трем). Толкательные стержни 22 предназначаются для базирования в направлении хорд лопасти узла лонжерона 116/118 относительно верхней обшивки 110 из композиционного материала с сотовым заполнителем 114, уложенными на профилированной верхней подложке 14. Размеры толкательных стержней 22 позволяют им проходить через базовые отверстия 134, выполненные в верхней обшивке 110 из композиционного материала.

На опорном каркасе конструкции 12 у комлевого и концевого торцов верхней профилированной подложки 14 установлены подпорки 24 лонжерона. Подпорки 24 лонжерона обеспечивают базирование по линии размаха лопасти узла лонжерона 116/118 относительно верхней обшивки 110 из композиционного материала с сотовым заполнителем 114, уложенными на профилированной верхней подложке 14. Кроме того, с каждой стороны опорного каркаса 16 установлено по паре фиксаторов 26. В структуру опорного каркаса 16 также входят один или несколько жестких упоров 28 (см. фиг. З).

Верхняя конструкция 30 включает в себя пресс-камеру 32, профилированную плиту 34 и несущую балку 36. Размеры пресс-камеры 32 соответствуют размерам полусборки 132 лопасти по хорде и размаху. В рассматриваемом варианте лопасти 100 несущего винта размеры пресс-камеры 32 приблизительно составляют: по хорде - 3 фута (0,9 м), по размаху - 24 фута (7,2 м). Пресс-камера 32 укреплена на профилированной плите 34. В процессе уплотнения полусборки 132 лопасти сжимающая сила создается при подаче в пресс-камеру 32 избыточного давления воздуха. Профилированная плита 34 воспринимает усилия, возникающие от расширения пресс-камеры, а ее профиль отображает внешний обвод нижней аэродинамической поверхности лопасти, т.е. нижней обшивки 112 из композиционного материала.

Благодаря размерам пресс-камеры 32, сила, создаваемая при ее надуве в процессе уплотнения полусборки лопасти, имеет значительную величину (в пределах 52000-103000 фунтов (231-462 кН)). Несущая балка 36 в процессе уплотнения полусборки лопасти должна выдерживать такие большие нагрузки, обеспечивая тем самым прочность всей верхней конструкции 30. На каждом конце несущей балки 36 имеются пара ответных фиксаторов 38. При монтаже верхней конструкции 30 (например, с помощью лебедки) на нижнюю конструкцию 12 ответные фиксаторы 38, взаимодействуя с фиксаторами 26, обеспечивают разъемное (например, штифтовое) соединение верхней и нижней конструкций 30, 12, необходимое для осуществления процесса уплотнения полусборки лопасти. Для подачи газа под давлением в пресс-камеру 32 в процессе уплотнения полусборки лопасти полость пресс-камеры сообщается с источником давления 40.

Ввиду того, что технология изготовления лопасти 100 несущего винта предусматривает совместное функционирование зажимно-уплотнительного устройства 10 и устройства 50 для натяжения и укладки обшивки, эти устройства устанавливаются вплотную друг к другу, как видно из фиг. 2 и 3. Роль устройства 50 для натяжения и укладки обшивки в процессе уплотнения полусборки лопасти, совершаемого зажимно-уплотнительным устройством 10, заключается в том, что оно должно монтировать обшивку 120 носка лопасти на полусборку 132 лопасти, собранную в зажимно-уплотнительном устройстве 10. В состав устройства 50 для натяжения и укладки обшивки входит удлиненная рама 52, длина которой соответствует размаху обшивки 120 носка лопасти, подвижно установленная на элементах качения 54. Элементы качения 54 контактируют с рельсами 56, укрепленными на удлиненной опорной станине 58, таким образом, чтобы обеспечить возможность перемещения рамы 52 относительно зажимно- уплотнительного устройства 10. Для обеспечения возможности укладки обшивки 120 носка лопасти на полусборку 132 лопасти в процессе его уплотнения опорная станина 58 точно установлена по отношению к нижней конструкции 12. Далее, устройство 50 для натяжения и укладки обшивки содержит верхний и нижний удлиненные суппорты 60U, 60L, подвижно установленные на удлиненной раме 52. Верхний и нижний суппорты 60U, 60L функционально соединяются с удлиненной рамой 52 посредством набора пневматических цилиндров 62U, 62L соответственно. Полости пневматических цилиндров 62U, 62L сообщаются с источником давления 64, нагнетающим воздух в цилиндры для синхронизированного перемещения суппортов 60U, 60L относительно рамы 52 в разведенное положение, в контактное положение и в рабочее положение. В рассматриваемом варианте изобретения зажимно-уплотнительное устройство 10 и устройство 50 для натяжения и укладки обшивки работают от раздельных источников давления 40, 64. Однако следует учитывать то, что вместо рассматриваемых раздельных источников давления 40, 64 возможно также использование общего источника давления для предлагаемых зажимно-уплотнительного устройства 10 и устройства 50 для натяжения и укладки обшивки.

На суппортах 60U, 60L установлены наборы чашечных присосок 66U, 66L, расположенных рядами по размаху суппортов. В рассматриваемом варианте изобретения количество чашечных присосок 66U, 66L, установленных на соответствующих суппортах, равно ста восьмидесяти (по 90 присосок на каждый суппорт). Каждая отдельная чашечная присоска 66U, 66L имеет форму сильфона (обеспечивающую плотное прилегание присосок к профилированным поверхностям, соответствующим внешнему обводу обшивки 120 носка лопасти) при внешнем диаметре, равном примерно 2,5 дюйма (5,3 см). Сила, с которой каждая чашечная присоска 66U, 66L притягивает поверхность, составляет примерно 100-175 фунтов (4,45-7,79 кН). На практике в предлагаемом устройстве могут использоваться чашечные присоски типа производимых фирмой "PIAB AB", Акерсберга, Швеция. Внутренняя полость каждой чашечной присоски 66U, 66L сообщается с источником разрежения 68, генерирующим в ней вакуум. Чашечные присоски 66U, 66L при включении в работу источника разрежения 68 притягивают соответствующие внешние поверхности обшивки 120 носка лопасти и удерживают их. При последующем синхронизированном переводе соответствующих суппортов 60U, 60L в рабочее положение обшивка 120 натягивается, что облегчает ее укладку на полусборку 132 лопасти.

На одном конце удлиненной рамы 52 укреплен торцевой упор 70, а по длине удлиненной рамы 52 на ней установлено несколько упоров 72 передней кромки (см. фиг. 3A). Торцевой упор 70 обеспечивает равномерный по размаху захват обшивки 120 носка лопасти верхними и нижними чашечными присосками 66U, 66L, что является необходимым для ее правильного монтажа на полусборку 132 лопасти. Упоры 72 передней кромки служат для придания правильного положения обшивке 120 носка лопасти между верхними и нижними чашечными присосками 66U, 66L, обеспечивающего надежный контакт чашечных присосок 66U, 66L c внешними поверхностями обшивки 120 носка лопасти.

В устройстве предусмотрен механизм 74 перемещения удлиненной рамы 52 по рельсам 56 по направлению к полусборке 132 лопасти для укладки на него обшивки 120 носка лопасти, а также от зажимно-уплотнительного устройства 10 по завершении укладки обшивки 120 носка лопасти на полусборку 132 лопасти. Для рассматриваемого варианта устройства механизм 74 содержит один или несколько винтовых домкратов. На раме установлена одна или несколько индикаторных штанг 76, взаимодействующих при сближении рамы 52 и зажимно- уплотнительного устройства 10 с жесткими упорами 28, установленными на опорном каркасе 16. В рассматриваемом варианте устройства при взаимодействии жестких упоров 28 с индикаторными штангами 76 последние смещаются от своего начального положения. При дальнейшем приближении рамы 52 к зажимно- уплотнительному устройству 10 происходит дальнейшее смещение индикаторных штанг 76 до появления нанесенных на них красных ободков, свидетельствующих о правильном монтаже обшивки 120 носка лопасти на полусборке 132 лопасти. Специалисту должно быть понятно, что в устройстве возможно использование других средств, сигнализирующих о необходимости прекращения передвижения рамы 52 после того, как обшивка 120 носка лопасти займет правильное положение на полусборке 132 лопасти. Например, система индикаторных штанг 76 и ответных жестких упоров 28 может иметь конфигурацию, обеспечивающую автоматическое отключение механизма перемещения 74 и прекращение движения рамы 52 при контакте соответствующих индикаторных штанг 76 и ответных жестких упоров 28.

Этапы предлагаемого в настоящем изобретении способа сборки и уплотнения полусборки лопасти отображены на блок-схеме, фиг. 4A. Задачей такого способа является сборка описанных выше составных частей лопасти 100 несущего винта в положение готовности к полимеризации. В этом положении лопасть 100 несущего винта помещается в автоклав (на чертежах не показан) для окончательной полимеризации под давлением, завершающей процесс изготовления лопасти 100 несущего винта, показанной в типовом исполнении на фиг. 1 A. На первом этапе 202 рассматриваемого способа сборки и уплотнения верхняя обшивка 110 из композиционного материала и сотовый заполнитель 114 соединяются вместе в виде готового узла 110/114. Для этого соединения используется связующее, наносимое в виде слоя на сотовый заполнитель 114, который затем устанавливается на верхнюю обшивку 110 из композиционного материала, а полученное соединение полимеризуется. На этапе 202 готовый узел 110/114 укладывается на профилированную верхнюю подложку 14, при этом толкательные стержни 22 проходят через базовые отверстия 134 верхней обшивки 110, а задняя кромка 104 верхней обшивки 110 выравнивается по позиционирующим стержням 20. Несмотря на то, что предварительное соединение верхней обшивки 110 из композиционного материала с сотовым заполнителем 114 в единый узел 110/114 упрощает предлагаемый способ сборки и уплотнения полусборки лопасти, специалисту должно быть понятно, что укладка верхней обшивки 110 и сотового заполнителя 114 на профилированную верхнюю подложку 14 может выполняться раздельно, в несколько последовательных этапов.

После этого, перед установкой узла лонжерона 116/118 выполняется этап 204 - нанесение слоя связующего. Связующее можно наносить непосредственно на узел лонжерона 116/118 или, с другой стороны, на уложенную верхнюю обшивку 110 из композиционного материала. Затем выполняется этап 206 - укладка узла лонжерона 116/118 на уложенный узел 110/114, состоящий из верхней обшивки 110 и сотового заполнителя 114. Ровная установка узла лонжерона 116/118 по хорде лопасти достигается его упором в толкательные стержни 22, выступающие через отверстия в верхней обшивке 110 из композиционного материала. Ровная установка узла лонжерона 116/118 по размаху лопасти достигается его упором торцов в подпорки 24. Далее выполняется этап 208 - нанесение связующего на открытые поверхности сотового заполнителя 114 и узла лонжерона 116/118, после чего выполняется этап 210 - установка нижней обшивки 112 из композиционного материала на сотовый заполнитель 114 и узел лонжерона 116/118, покрытые слоем связующего. Верхняя обшивка 110 из композиционного материала в соединении с сотовым заполнителем 114, узел лонжерона 116/118 и нижняя обшивка 112 из композиционного материала в сборе составляют полусборку 132 лопасти, собранную на нижней конструкции 12 зажимно-уплотнительного устройства 10.

Перед тем, как опустить верхнюю конструкцию 30 и соединить ее с нижней конструкцией 12, предпочтительно выполняется этап 212 - установка выравнивающей плиты 42 между полусборкой 132 лопасти и верхней конструкцией 30 зажимно-уплотнительного устройства. Выравнивающая плита 42 выполнена из слоистого композиционного материала, например, для рассматриваемого варианта устройства - состоящего из 5-8 слоев предварительно пропитанного связующим стекловолокна. Выравнивающая плита 42, форма которой повторяет профиль нижней обшивки 112 полусборки 132 лопасти, служит для равномерного распределения уплотняющего давления по полусборке 132 лопасти. После выполнения необязательного этапа 212, заключающегося в установке выравнивающей плиты 42, выполняется этап 214, в ходе которого верхняя конструкция 30 опускается и соединяется с нижней конструкцией 12 посредством штифтов, вставляемых в соответствующие фиксаторы 26, 38. Предпочтительно, до соединения верхней и нижней конструкций 30, 12 на корневой и концевой участки 106, 108 полусборки 132 лопасти устанавливаются предохранительные блоки (на чертежах не показаны), предотвращающие закругление концевого и корневого участков полусборки 132 лопасти во время ее уплотнения.

После соединения верхней конструкции 30 и нижней конструкции 12 носок собранной полусборки лопасти (обозначенный позицией 138 на фиг. 3) свободно выступает из зажимно-уплотнительного устройства 10, т.е. не контактирует напрямую с элементами зажимно- уплотнительного устройства 10. Этап 216 предусматривает включение в работу источника давления 40 и подачу избыточного давления в пресс-камеру 32, которая, расширяясь, оказывает давление на собранную полусборку 132 лопасти через выравнивающую плиту 42 (или непосредственно, если выравнивающая плита 42 не применяется). В рассматриваемом варианте устройства пресс-камера 32 накачивается сжатым воздухом так, чтобы величина создаваемого ею давления на полусборку лопасти находилась в пределах от 5 до 10 фунтов силы на квадратный дюйм (34,5-69,0 КПа). Далее выполняется этап 218, предусматривающий выдержку собранной полусборки 132 лопасти под давлением в течение некоторого времени. Для данного варианта лопасти 100 несущего винта описываемый способ сборки и уплотнения предполагает выдержку полусборки лопасти под давлением в течение 10-15 мин. Во время выдержки полусборки лопасти под уплотняющим давлением обшивка 120 носка лопасти натягивается и укладывается на свободный носок 138 собранной полусборки 132 лопасти предлагаемым в настоящем изобретении способом 300 натяжения и укладки обшивки, схематически отображенным на фиг. 4B. Перед укладкой обшивки 120 носка лопасти выполняется этап P1 - связующее наносится на соединяемую поверхность носка 138 лопасти (связующее можно также наносить на внутренние поверхности предварительно пропитанных слоев 122 композиционного материала обшивки 120 носка лопасти).

Далее выполняется этап 302, предусматривающий установку обшивки 120 носка лопасти между верхними и нижними чашечными присосками 66U, 66L, в то время как верхний и нижний суппорты 60U, 60L находятся в разведенном положении. Выполнение этого этапа при разведенном положении суппортов 60U, 60L удобно тем, что обшивка 120 носка лопасти легко устанавливается без касания чашечных присосок 66U, 66L. Правильность установки обшивки 120 носка лопасти между чашечными присосками 66U, 66L обеспечивается при ее касании торцевого упора 70 и упоров 72 передней кромки. Далее выполняется этап 304, когда включается в работу источник давления 64, приводящий в синхронное движение суппорты 60U, 60L, перемещающиеся в контактное положение, и чашечные присоски 66U, 66L прилегают к обшивке 120 носка лопасти.

За этим следует этап 306, когда включается в работу источник разрежения 68, в результате чего чашечные присоски 66U, 66L притягивают к себе соответствующие внешние поверхности обшивки 120 носка лопасти. Сила разрежения, создаваемого в чашечных присосках 66U, 66L, достаточна для того, чтобы обшивка 120 носка лопасти оставалась в контакте с чашечными присосками 66U, 66L, т.е. удерживалась ими. Далее включается в работу источник давления 64, обеспечивающий синхронизированное перемещение суппортов 60U, 60L в рабочее положение. Поскольку обшивка 120 носка лопасти удерживается чашечными присосками 66U, 66L, при синхронизированном движении суппортов 60U, 60L в рабочее положение участки 128 обшивки 120 носка лопасти, не защищенные противоабразивными накладками, вытягиваются. Для рассматриваемого варианта изобретения обработанные кромки 128A (см. фиг. 1C) незащищенных участков 128 обшивки 120 в обычном состоянии вытянуты на расстояние примерно полтора дюйма (3,8 см). Во время работы устройства для натяжения и укладки обшивки 50, когда суппорты 60U, 60L перемещаются в рабочее положение, обработанные кромки 128A незащищенных участков 128 обшивки 120 растягиваются в монтажное положение, характеризующееся расстоянием, равным уже около 2,5-3 дюйма (6,3-7,5 см). В этом натянутом положении обшивки носка лопасти 120 ее монтаж на соединяемый участок 138 полусборки лопасти 132 осуществляется более удобно.

Для укладки натянутой обшивки носка 120 лопасти, выполняемой на этапе 310, включается механизм 74 перемещения рамы, передвигающий раму 52 к зажимно-уплотнительному устройству 10. Правильное положение уложенной обшивки 120 носка лопасти определяется по появлению красного ободка на индикаторных штангах 76. Когда обшивка 120 носка лопасти уложена на соединяемый участок 138 полусборки лопасти 132 окончательно, выступы 136 противовесов 118 упираются во внутренний обвод обшивки 120 носка лопасти, незащищенные участки 128 из предварительно пропитанных слоев 122 композиционного материала перекрываются внахлест верхней и нижней обшивками 110, 112 из композиционного материала, а кромки верхней и нижней обшивок 110, 112 соединяются встык с кромками титановых накладок 124.

Как только укладка обшивки 120 носка лопасти на соединяемый участок поверхности 138 полусборки лопасти полностью завершена, начинается этап 312 - включается в работу источник давления 64, заставляющий верхний и нижний суппорты 60U, 60L перемещаться в контактное положение. При таком синхронизированном движении суппортов появляется возможность возвращения обшивки 120 носка лопасти из монтажного в нормально-натянутое положение, т.е. для рассматриваемого варианта изобретения с приблизительно 2,5-3 дюймов (6,3-7,5 см) при монтажном положении до приблизительно 1,5 дюйма (3,8 см). В нормально-натянутом положении обшивка 120 носка лопасти оказывает стягивающее действие на полусборку лопасти 132, что способствует их лучшему схватыванию. На этапе 314 источник разрежения 68 отключается, что приводит к прекращению действия сил вакуумного притяжения обшивки 120 носка лопасти к чашечным присоскам 66U, 66L. Далее, на этапе 316 включается в работу источник давления, заставляющий суппорты 60U, 60L перемещаться назад, в разведенное положение. И наконец, выполняется этап 318, когда рама 52 возвращается в исходное положение, после чего процесс натяжения и укладки обшивки может быть, при необходимости, повторен.

После окончания процесса уплотнения разблокируются фиксаторы 26, 38, и выполняется этап 220 - снятие верхней конструкции 30 с нижней конструкции 12 с помощью лебедки. Затем собранная лопасть несущего винта 100 снимается с профилированной верхней подложки 14, после чего подвергается полимеризации под давлением в автоклаве.

Изобретение допускает различные технические изменения описанных выше устройств и способов изготовления лопасти несущего винта, не нарушающие изобретательский замысел. Поэтому следует учитывать, что изобретение в рамках совокупности его существенных признаков, указанных в прилагаемой формуле изобретения, технически осуществимо в виде, отличающемся от изложенного выше.

Формула изобретения

1. Устройство для изготовления лопасти несущего винта вертолета, в частности для натяжения и укладки обшивки носка лопасти на полусборку лопасти, содержащее подвижную раму со средствами перемещения для укладки натянутой обшивки носка на полусборку лопасти, отличающееся тем, что оно включает в себя верхний и нижний удлиненные суппорты, установленные с возможностью перемещения на упомянутой подвижной раме, наборы чашечных присосок, установленных на упомянутых верхнем и нижнем удлиненных суппортах, средства синхронизированного перемещения упомянутых верхнего и нижнего суппортов для их перемещения в разведенное положение установки обшивки носка лопасти между упомянутыми наборами чашечных присосок без соприкосновения с ними в контактное положение прилегания упомянутых наборов чашечных присосок к соответствующим внешним поверхностям обшивки носка лопасти и в рабочее положение натягивания обшивки носка лопасти для укладки на полусборку лопасти и средства создания притягивающих вакуумных сил в упомянутых наборах чашечных присосок в контактном положении для удерживания чашечными присосками соответствующих внешних поверхностей обшивки носка лопасти с обеспечением ее натяжения при последующем синхронизированном перемещении упомянутых верхнего и нижнего суппортов в рабочее положение.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит средства индикации полной укладки натянутой обшивки носка лопасти на полусборку лопасти.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые средства синхронизированного перемещения включают в себя наборы пневматических цилиндров, соединенных с упомянутыми верхним и нижним удлиненными суппортами и упомянутой подвижной рамой, источник давления, сообщенный с воздушными полостями упомянутых наборов пневматических цилиндров, причем упомянутые верхний и нижний суппорты установлены с возможностью синхронизированного перемещения в упомянутые разведенное положение, в контактное положение и в рабочее положение при подаче от упомянутого источника давления сжатого воздуха в упомянутые наборы пневматических цилиндров.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из упомянутых наборов чашечных присосок, установленных соответственно на верхнем и нижнем удлиненных суппортах, включает в себя по 90 чашечных присосок.

5. Способ изготовления лопасти несущего винта вертолета, в частности натяжения и укладки обшивки носка лопасти на полусборку лопасти, включающий в себя укладку натянутой обшивки носка на полусборку лопасти, отличающийся тем, что до упомянутой укладки обшивки последовательно осуществляют следующие этапы: установку обшивки носка лопасти между верхним и нижним рядами чашечных присосок, приведение верхнего и нижнего рядов чашечных присосок в синхронизированное перемещение к контактному положению, в котором чашечные присоски прилегают к соответствующим внешним поверхностям обшивки носка лопасти, создание притягивающих вакуумных сил в верхнем и нижнем рядах чашечных присосок для удерживания чашечными присосками соответствующих внешних поверхностей обшивки носка лопасти и синхронизированное перемещение верхнего и нижнего рядов чашечных присосок в рабочее положение для натяжения носка лопасти.

6. Устройство для изготовления лопасти несущего винта вертолета, в частности для сборки и уплотнения полусборки лопасти, состоящей из верхней и нижней обшивок из композиционного материала, сотового заполнителя и узла лонжерона, содержащее нижнюю конструкцию, включающую в себя опорный каркас, верхнюю конструкцию, включающую в себя несущую балку и профилированную плиту, прикрепленную к упомянутой несущей балке, пресс-камеру, прикрепленную к упомянутой профилированной плите по всей ее площади, причем размеры упомянутой пресс-камеры соответствуют размерам полусборки лопасти по хорде и размаху, средства соединения упомянутых верхней и нижней конструкций и уплотнения полусборки лопасти, собранной на упомянутой нижней конструкции, и средства нагнетания в пресс-камеру газа под давлением при соединенных друг с другом упомянутых верхней и нижней конструкциях для уплотнения полусборки лопасти, отличающееся тем, что упомянутая нижняя конструкция включает в себя профилированную верхнюю подложку, установленную на упомянутом опорном каркасе и имеющую внешнюю поверхность, соответствующую аэродинамическому профилю верхней обшивки из композиционного материала, набор позиционирующих стрежней для базирования верхней обшивки из композиционного материала на упомянутой профилированной верхней подложке и набор толкательных стержней для базирования узла лонжерона на упомянутой профилированной верхней подложке в направлении хорд лопасти, подпорку лонжерона, установленную на упомянутом опорном каркасе у комлевого и концевого торцов упомянутой профилированной верхней подложки для базирования узла лонжерона на упомянутой профилированной верхней подложке в направлении размаха.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно содержит выравнивающую плиту, жестко укрепленную между упомянутыми верхней и нижней конструкциями для равномерного распределения давления по полусборке лопасти в процессе ее уплотнения.

8. Способ изготовления лопасти несущего винта вертолета, в частности сборки и уплотнения полусборки лопасти, состоящей из верхней и нижней обшивок из композиционного материала, сотового заполнителя и узла лонжерона, включающий в себя подготовку зажимного устройства, изготовленного из композиционного материала и состоящего из нижней конструкции с опорным каркасом и верхней конструкции с несущей балкой, профилированной плитой, прикрепленной к несущей балке, и пресс-камерой, укрепленной на профилированной плите по всей ее площади, а также соединение верхней и нижней конструкции между собой и подачу избыточного давления в пресс-камеру для уплотнения полусборки лопасти, отличающийся тем, что на упомянутый опорный каркас нижней конструкции устанавливают профилированную верхнюю подложку, а до соединения верхней и нижней конструкций последовательно проводят следующие этапы: укладку соединенных друг с другом верхней обшивки из композиционного материала и сотового заполнителя на профилированную верхнюю подложку, укладку и базирование узла лонжерона в направлении хорд и размаха лопасти на профилированной верхней подложке и укладку упомянутой нижней обшивки из композиционного материала на узел лонжерона и сотовый заполнитель.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что он включает в себя дополнительно этап установки выравнивающей плиты между верхней и нижней конструкциями, выполняемый перед соединением верхней и нижней конструкций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5