книги / Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов

во заборных клапанов на вакуумном мешке определяют для каждого конкретного случая согласно условию равномерного обжатия формуемого рефлектора. Для снижения градиента тем­ пературы охлаждаемого пакета оправка снабжена встроенными нагревательными элементами, которые регулируют отставание в разогреве оправки, закрытой отверждаемым изделием и ва­ куумным мешком от воздействия конвективного теплового по­ тока.

Тепловой поток

Рис. 6.29. Схема автоклавного формования параболического рефлектора:

/ —оправка; 2 —цилиндрический элемент; 3 - слой препрега (обшивка); 4 - пленочный клей; 5 —перфорированный сотовый заполнитель; 6 - дренажный материал; 7 —вакуумный мешок; 8 —жгут-паста; 9 —разделительная пленка; 10 —нагревательные элементы

Рассматриваемая технология позволяет выполнить основ­ ное требование, предъявляемое к конструкции параболическо­ го рефлектора, используемого в качестве остронаправленной антенны, —минимальное отклонение рабочей поверхности при заданных градиентах температур.

Изготовление створки грузового отсека

Для изготовления створки грузового отсека спасаемого блока многоразового космического аппарата была разработана технология изготовления трехслойных панелей одинарной кри­ визны методом безматричного формообразования.

Технологическая схема изготовления такой панели показана на рис. 6.30.

П

Элемент внутреннего КОНСТРУКТИВНОГО

КАРКАСА-ФОРМОНОСМ ГЕЛЯ

Рис. 6.30. Технологическая схема изготовления трехслойной панели створки: 1 —окантовывающий силовой каркас; 2 —внутренний каркас-формоноситель; 3 —нижняя и верхняя обшивки —несущие слои (НС); 4 —сотовый заполнитель; 5 —герметизирующая лента; 6 —пленочный клей

Процесс формообразования состоит из семи основных эта­ пов. На этапе I собирают и склеивают окантовывающий каркас из углепластикового профиля. После завершения этапа II (сборки и склеивания внутреннего каркаса) подготовлен носи­ тель формы, который является основой последующих сбороч­ ных процессов. На этапе III неотвержденную углепластиковую обшивку, сформированную из прессованных монослоев с раз­ личными схемами армирования, фиксируют на нижней поверх­ ности внутреннего каркаса-формоносителя с помощью специ­ альных зажимов и крепежных элементов. После этого на ниж­ нюю обшивку выкладывают пленочный клей типа ВК-36 и перфорированный сотовый заполнитель (этап IV). На этапе V, после выполнения необходимых подготовительных работ, на

6

Рис. 6.33. Последовательность проведения ремонта плоской трехслойной панели:

а — поврежденная панель; б — удаление поврежденных слоев; в — порядок сборки; г —контурная герметизация

При ремонте плоских трехслойных панелей, имеющих по­ верхностные дефекты, используют следующий технологичес­ кий процесс (рис. 6.33, а). Фрезерованием удаляют поврежден­ ные несущий слой и сотовый заполнитель (рис. 6.33, б). В обработанное пространство устанавливают вкладыши, вставки, заплатки, перемежая их пленочным клеем (рис. 6.33, в). Вставку сотового заполнителя с сотовым заполнителем ремонтируемой панели склеивают пленочным вспенивающимся клеем. Вы­ кладку вставок и заплатки выполняют из заготовок-полуфаб­ рикатов, состоящих из двух слоев углеродной ленты с пленоч­ ным клеем ВК-36 и вырезанных по шаблону.

прошивка сухих пакетов и прошивка пропитанных лент. В частности, метод прошивки положен в основу технологии из­ готовления детали входного устройства сверхзвукового лета­ тельного аппарата (рис. 6.34), представляющей собой сложный элемент конструкции из сшитых многопрофильных элементов. В процессе изготовления отдельных элементов конструкции прошивке подвергаются пакеты из углеродных лент (табл. 6.11), состоящие из восьми слоев общей толщиной 1,8 мм. Для про­ шивки используют углеродные нити, характеристики которых приведены в табл. 6.12. Пакеты набираются из углеродных монолент, ориентированных один относительно другого под углом 45°, что обеспечивает снижение анизотропии физико­ механических характеристик конечного пакета.

В связи с тем, что при сухой сшивке трудно сохранить заданную ориентацию монослоев вследствие их смещения ме­ ханизмом подачи швейной машины, и при этом часть волокон прорубается при прохождении иглы через прошиваемый пакет, в технологии изготовления используют метод прошивки про­ питанных связующим углеродных монолент.

В качестве таких связующих служат три типа полимерных композиций: жидкое стекло, поливиниловый спирт (ПВС), карбометилцеллюлоза. Все эти матрицы водорастворимы и легко удаляются при температуре до 60 °С. Наилучший резуль­ тат получают при использовании в качестве связующего 3%-ного раствора ПВС, которым пропитывают пакет слоев монолент и смачивают углеродную нить.

Для защиты крайних слоев пакета в процессе прошивки от механических повреждений в прошивочном тракте швейной машины имеются водонепроницаемые защитные пленки (полиэтиленовые, триацетатные и лавсановые). Наиболее эф ­ фективно использование лавсановой пленки, обладающей по­ вышенной формоустойчивостью при смачивании ее раствором ПВС. В качестве прошивочного агрегата применяют универ­ сальную швейную машину с усовершенствованным трактом подачи нити, максимально исключающим резкие перегибы углеродной прошивной нити по всему тракту. При этом натя­ жение прошивной нити по тракту составляет не более 0,1 кг, что исключает ее повреждение в процессе прошивки пакета. При прошивке используют несколько типов швейных игл диа­ метром от 1,5 до 3 мм. После прошивки детали подвергают сушке при температуре 100 + 20 °С.

Лавсановую пленку после изготовления детали удаляют с поверхности механическим путем.

Изготовление сложнопрофильных образцов типа тавра или коробчатых конструкций прово­ дится путем совместной про­ шивки отдельных элементов с последующей их фиксацией (с силой Р ) в специальных приспо­ соблениях-оправках (рис. 6.35) и сушкой в термопечи.

Тормозные диски из хаотич­ но армированных УУКМ широ­ ко используют в авиации и

ртранспорте. В технологическом

ве связующего — порошок резольной фенолформальдегидной смолы с добавками веществ — модификаторов коэффициента трения и износа (карбонат кальция, сульфит бария).

В основу получения хаотично армированного препрега по­ ложен метод гидросуспензионного формования при помощи вакуумного фильтра (нутч-фильтр).

Оборудование, используемое в промышленной технологии формования заготовок тормозных колодок, состоит из следу­ ющих технологических единиц: миксера для приготовления водных суспензий; миксера с регулируемой скоростью переме­ шивания для приготовления дискретно-волоконной массы; двух емкостей для оборотной воды; нутч-фильтра и вакуумного насоса; систем перепуска; термошкафа; карбонизатора.

Проектная мощность линии составляет 300...400 тормозных колодок в смену. Технологический процесс изготовления тор­ мозных дисков, основанный на методе нутч-формования препрегов дискретно хаотической структуры, включает в себя сле­ дующие операции.

1. Приготовление фрагментов углеродных нитей длиной 1...10 мм при помощи воздушно-механической мельницы. При этом используют различные типы наполнителей УКН-5000 и др.

2.Приготовление водяной суспензии связующего.

3.Механическое разноскоростное размешивание фрагмен­ тов нити в водяной суспензии до получения однородной во­ локнистой массы.

4.Нутч-фильтрация полученной массы.

5.Сушка в термошкафу при температуре 95 °С в течение 12 ч — получение препрега.

6.Закладка препрега в подогретую до 150 °С пресс-форму; прессование с удельным давлением 35 МПа; выдержка в тече­ ние 40 мин; распрессовка (прессование производится на ме­ таллическую основу).

7.Карбонизация при температуре 1000 °С при заданном усилии прессования.

8.Четыре цикла пропитки пеком с последующей карбони­ зацией.

9.После третьего и четвертого циклов графитизация при температуре 2400 °С в течение 1,5 ч.

Модификация свойств УУКМ позволила значительно рас­ ширить область их применения. Например, высокие фрикци­ онные свойства, малая скорость износа, сочетание высоких прочностных и теплофизических характеристик с малой плот­ ностью обусловили применение УУКМ в тормозных системах. Самолет “Конкорд” — первый гражданский самолет, на кото­ ром были установлены тормоза из УУКМ, что позволило сни­ зить массу самолета на 634 кг (по сравнению с тормозной системой из бериллия). Разработанный и успешно применяв­ шийся в отечественной практике УУКМ марки “Термар” имеет недостаточно высокий ресурс работы (не более 300...400 взлетов и посадок), в то время как в соответствии с современными требованиями к тормозным дискам количество взлетов и по­ садок должно быть не менее 1000.

В настоящее время разработаны два типа УУКМ для тор­ мозных дисков, полностью удовлетворяющие требованиям авиационной промышленности: коэффициент трения — 0,24...0,35; интенсивность износа —не более 2,0 мкм/торможение; коэффициент стабильности — не менее 0,75.

В процессе разработки материала был осуществлен полный комплекс исследований, включавший в себя этапы проектиро­ вания, технологической отработки, структурных исследований, определение физико-механических характеристик материала. Заключительной стадией работ стали испытания тормозных дисков. Эти испытания проводились с использованием устано­ вок серии “Трибовак”, работающих в соответствии с различ­ ными кинематическими схемами, при следующих условиях: среда в камере трения — воздух при атмосферном давлении; нагрузка на вращающийся образец — 5 МПа; скорость сколь­ жения — 0,345 м/с; начальная температура образцов — 20 °С.

Испытания моделей пар трения показали, что лучшими трибологическими характеристиками обладает материал струк­ туры 4Х> на основе высокомодульной нити УКН-5000, уплот­ ненный пироуглеродом из газовой фазы и донасыщенный каменноугольным пеком с последующей карбонизацией и графитизацией.

В производстве тормозных дисков используют следую­ щие режимы насыщения каркасов согласно пековой тех­ нологии: