содержание      ..     5      6      7      8     ..

Дельтапланы (Козьмин В. В., Кротов И. В.) - часть 7

Глава 7. ИЗ ЧЕГО СДЕЛАН ДЕЛЬТАПЛАН

Виной половины всех летных происшествий в США в 1975 году явилась конструкция, которая разрушалась из-за неправильного выбора материала или технологии изготовления детали.

Конструкция современных спортивных дельтапланов с большим удлинением и плавающей поперечной, переход к полетам в термических потоках, характеризующихся высокой турбулентностью, предъявляют повышенные требования к надежности и работоспособности силовых элементов сверхлегких летательных аппаратов. Вспоминается, как на одном из первых соревнований группа спортсменов, подвесившись к центральному узлу дельтаплана, демонстрировала технической комиссии его прочность. Конечно, подобное «испытание», хотя и выглядит внушающим доверие, не может создать того распределения нагрузок, которое испытывает аппарат в реальных условиях полета. Ближе к действительным статические нагрузки,создаваемые с помощью мешочков с песком, как это принято в авиационной промышленности (статические испытания на прочность).
Оптимальным на сегодня методом является испытание на прочность на автостенде.

Это происходит так: 15 мин уходит на подготовку автостенда — автомобиля типа автобуса с укрепленной на крыше фермой для испытуемого аппарата и проверку измерительной аппаратуры. Дельтаплан устанавливается на ферму, и автостенд устремляется вперед. При скорости около 100 км/ч компьютер показывает суммарную нагрузку в 900 кГ. Если испытания на положительную нагрузку прошли успешно, то через 15 мин точно таким же образом аппарат проверяется на отрицательную перегрузку в 600 кГ. Через полчаса на стенде уже новый испытуемый аппарат.

Разумеется, это только часть общего объема испытаний на получение сертификата летной годности.

Автостенд для испытаний дельтапланов разработан в одном из дельтаклубов Прибалтики, но пока существует едва ли не в единственном экземпляре. А между тем испытаниям на прочность надо подвергать не только новые аппараты, но и находящиеся в эксплуатации, особенно после ремонта. В дель-таклубах Венгрии, например, подобные проверки проводят ежегодно перед началом летного сезона.

Современный аппарат обеспечивает достаточную надежность, если только пренебрежение инструкциями и азарт не берут в пилоте верх над летной дисциплиной. Так случилось с опытным московским спортсменом, который возомнил себя с небом «на ты» и решил попарить в надвигающемся грозовом фронте. Это было в Коктебеле, на горе Клементьева. Тучи еще были далеко и, казалось, полчаса есть в его распоряжении. Но на высоте скорости ветра другие, чем у земли. Уже через десять минут черная громада закрыла весь горизонт. Пилот решил крутыми виражами быстро сбросить высоту. Но не тут-то было! С каждым виражом высота все росла и росла. Оставшимся на горе казалось, что пилота уже поглотила туча. Сам пилот еще видел людей и землю. Над ним, напоминая формой медузу, простирался черный свод, по сторонам которого книзу клубились косматые пряди тумана. Если бы дельтапланерист оказался втянутым в тучи, то опасность резко возрастала не только потому, что он потерял бы ориентировку, но перегрузки, создаваемые потоками внутри тучи, могли разрушить дельтаплан.

Пилот был вынужден взять курс на море. Быстрые подъемы сменялись резкими потерями высоты. Скоро туча умчалась дальше, а пилот, развернувшись, спиралями сбрасывая
высоту, приземлился на берег моря. Аппарат выдержал толь ко благодаря грамотному выбору материалов, но выдержан на пределе своих конструктивных возможностей.


Купол и его материалы


Главным в дельтаплане является купол, или несущая поверхность крыла. Чаще всего он изготовляется из синтетической ткани. Основные требования к ней — это прочность воздухонепроницаемость и малая растяжимость.

На первых аппаратах самый большой запас прочности был у купола. Однако на современных аппаратах, где купольность мала и, следовательно, материал купола натянут, купол испытывает предельные нагрузки, Известны случаи у нас и за рубежом, когда недостаточная прочность элементов купола становилась причиной трагического исхода. Поэтому сейчас большое внимание уделяется швам, соединяющим полотнища, элементам крепления купола к каркасу, усилению наиболее нагруженных участков.

Чтобы лучше понимать свойства ткани, рассмотрим, как она изготовляется.

Обычно ткань делают следующим образом: на станине

ткацкого станка располагают нити, образующие основу ткани (продольные), и через них пропускают нить утка в поперечном направлении последовательно над нитью основы и под ней.

Если сила приложена вдоль основы, то ткань растягивается незначительно и ее деформация невелика. Если же сила приложена под углом к направлению нитей, по диагонали, то маленькие квадратики, образованные переплетением основы и утка, вытягиваются и приобретают ромбовидную форму. Ткань сдвигается под прямым углом к направлению растяжения. Если это произойдет на куполе, то он станет более плоским в местах, откуда сдвинута ткань, и получит дополнительно полноту вдоль натяжения. Поэтому ткань для дельтаплана подвергают дополнительной обработке — каландрированию. Ее прогоняют между нагретыми валками — каландрами, в результате чего происходит поверхностное спекание ткани, что делает ее более прочной и воздухонепроницаемой, менее подверженной растяжению. Таким способом производят дакрон, терилен, лавсан и другие полиэфирные ткани, идущие на купо-лы дельтапланов. Они в большей степени обладают всеми теми свойствами, которые предъявляются к материалу купола,— прочны, мало тянутся, не впитывают воду, могут быть сотканы достаточно плотно, чтобы обеспечить гладкость и воздухонепроницаемость.

За рубежом известны случаи изготовления куполов из специальных пленок. Такие материалы привлекательны своей малой стоимостью, однако срок их жизни невелик.

У нас в стране наиболее распространенным материалом для куполов стал каландрирован-ный лавсан «Яхта» (арт. 55093), у которого масса 1 м2 составляет 160—220 г/м2, производимый Каунасской фабрикой шелковых тканей, и новая ткань «Чайка».

Используется также материал с антипиреновым нитроцел-люлозным покрытием на перкалевой основе или капроновой основе типа АЗТ (табл. 2). Все ткани, различаясь по тканевой основе и цвету покрытия, обладают высокой прочностью, гладкой поверхностью, создающей хорошее обтекание крыла, практически воздухонепроницаемы.

Среди перспективных можно выделить ткань с триаксиаль-ным переплетением (рис. 46). У этой ткани нити утка переплетаются с основой под углом 60° вместо обычных 90°. Это дает возможность получить равномерное растяжение по всем направлениям и повышает сопротивление разрыву. Правда, рост качества вызывает и рост стоимости.

Вырезы под узлы каркаса, места установки элементов крепления купола к каркасу, концевые части крыла необходимо усиливать накладкой одного или двух слоев ткани или подгибом кромки материала. Для обеспечения равного растяжения по разным направлениям нагрузок рекомендуется применять шов типа «зигзаг». При равной прочности он меньше ослабляет ткань, чем прямой шов, а главное, не стягивает ее.
 

Рис. 46. Из чего сделан купол дельтаплана:
 

Элементы крепления купола к каркасу должны изготовляться из прочных и долговечных материалов, не боящихся
влаги. В полете они подвергаются большим нагрузкам, а обрыв их может привести к критическим ситуациям. Во время одной из тренировок москвичи оказались очевидцами случая, когда оборвалось крепление хвостовой части купола к килевой балке. Сдвинувшийся вперед купол заставил аппарат совершить полтора витка обратной петли Нестерова. Полет завершился падением с поломкой каркаса и травмой пилота.

К слову, купол — это не только самая главная часть аппарата, но также самая трудоемкая и дорогая. На него приходится более половины всей стоимости аппарата. Насколько важны рассмотренные выше требования, предъявляемые к материалу купола, свидетельствует случай, приключившийся с одним московским пилотом.

Построив собственными руками аппарат, он появился на
склонах Крылатского, чтобы облетать «новорожденного». Но аппарат оказался с норовом. Несмотря на все усилия пилота, со старта он разворачивался, боком и в таком положении продолжал свой короткий полет до посадки. Как выяснилось позднее, для пошива купола был использован сильно тянущийся материал. Нанесенное кустарным способом покрытие только усилило неравномерность растяжения. Крыло получилось несимметричным и никакая точность в изготовлении каркаса не могла спасти положение.
 

Таблица 2

Физико-механические показатели материи

Каркас и крепеж

Сплавы алюминия и сталь — основные металлы, используемые в конструкции крыла.

Основным материалом балок, идущих на каркас дельтаплана, являются трубы из дюралюминия Д16Т. При малой плотности он обладает высокими прочностными характеристиками (рис. 47, о). В обычных условиях сплав имеет хорошую коррозийную стойкость, которая может быть повышена за счет анодирования, но чувствителен к концентраторам напряжений. Небольшая трещина может быстро вызвать разрушение всей детали. К этому же может привести и небрежно, с рваными кромками, выполненное отверстие.

Чтобы не допускать ошибок в выборе нужного материала, необходимо познакомиться с маркировкой, выбиваемой на заготовках. Так, для деформируемых сплавов на основе алюминия буква М (мягкий) означает отожженный, Т (термически обработанный) — после закалки и естественного старения, Т1 — после закалки и искусственного старения, Н — нагарто-ванный, ТН (термообработанный, нагартованный) — нагар-тованный после закалки и естественного старения, например Д16ТН.

Рис. 41. Материалы каркаса:

а — зависимость прочности дуралюминов от соотношения меди и магния при их постоянном суммарном содержании 5%; б — труба каплевидного сечения (ГОСТ 18475—73); в — скорость коррозии стали в зависимости от содержания в ней хрома (нержавеющие стали); г — механические свойства углеродистой стали в нормализованном состоянии в зависимости от содержания углерода; д — влияние легирующих элементов на ударную вязкость стали

Кроме сплава Д16 в конструкции дельтаплана используются также сплавы Д1, В95, АМгб. Все они, как и сплав Д16, близки по своим физикохимическим свойствам, обладают небольшой плотностью, в три раза меньшей, чем у стали. По прочностным характеристикам сплав В95 несколько превосходит, а Д1 и АМгб уступают сплаву Д16. АМгб выделяется своей пластичностью, поэтому он рекомендован для рукоятки управления на учебных аппаратах. Жесткие посадки, характерные для новичков, смягчаются за счет деформации рукоятки. Образующиеся прогибы труб легко выправляются от руки. Конкретные характеристики круглых и каплевидных (рис. 47, б) труб из алюминиевых сплавов, выпускаемых нашей промышленностью, указаны в ГОСТ 18475—73.

Выросла нагрузка на плавающую поперечину, повысились и требования, предъявляемые к прочности труб. Для дельтапланов обычной схемы при длине полупролета до 2,8 м должны использоваться трубы размером 40X1,5 мм, а при длине от 2,8 до 3,15 — 45X1.5 мм. Для изготовляющихся в настоящее время дельтапланов эти размеры должны быть несколько иными: при полупролете поперечины до 2,8 м — 45X 115 мм, от 2,8 до 3,0 м — 48Х 1,5 мм, от 3,0 до 3,15 м — 50Х 1.5 мм, от 3,15 до 3,3 м — 52Х 1,5 мм.

В современных аппаратах, имеющих большое удлинение, размер поперечной балки иног-да превышает 6 м. Самой нагруженной балкой стала поперечная. Для нее сейчас используют самые прочные трубы в каркасе, так как на первых аппаратах были отмечены случаи разрушения поперечной балки. В целом надо отметить, что тонкостенные трубы, применявшиеся в ранних конструкциях, с переходом пилотов к полетам в термических потоках, к выполнению фигур высшего пилотажа типа петли Нестерова, перестали удовлетворять требованиям, предъявляемым к их прочности. Если стандарт Рогалло рассчитывали, исходя из максимальной эксплуатационной перегрузки, равной 3, то спортивные аппараты должны выдерживать максимальные положительные перегрузки, равные 4, и отрицательные, равные 2. Последние зарубежные модели проверяются на перегрузки, троекратно превышающие нормы для стандартного класса.

Отдельные детали, крепеж и тросы в дельтаплане изготовляют из стали типа ЗОХГСА или ст. 45, а также нержавеющих сталей. Все стали, кроме нержавеющей, необходимо защищать от коррозии (рис. 47, в). Это может быть нанесение защитного слоя методом цинкования или кадмирования. Чистота обработки поверхности металла также увеличивает стойкость против коррозии. Поэтому даже детали из нержавеющих сталей лучше шлифовать, а из стали 12Х18Н10Т подвергать электрохимической полировке.

Эти стали обладают высоки-ми прочностными характеристиками. И хотя есть более прочные марки закаленных сталей, но они не рекомендуются для дельтапланов, так как хуже переносят ударные нагрузки (рис. 47, г).

Наиболее сильно повышают твердость при нормализации стали такие легирующие элементы, как кремний, марганец и никель. При этом они мало влияют на пластичность. Большинство легирующих элементов снижают ударную вязкость стали. Исключение составляет никель. Марганец и хром при содержании до 1% повышает ударную вязкость. Поэтому для высокопрочных болтов рекомендуется сталь ЗОХГСА, которая легирована хромом, марганцем и кремнием (рис. 47, д).

Важным силовым элементом конструкции является система тросовых растяжек. Нижние тросы в полете служат несущими, поэтому к их прочности предъявляются более высокие требования. Диаметр их должен быть не менее 2,5 мм, в то время как для верхних допустим 2,2 мм. Для аппаратов с большим удлинением и плавающей поперечиной боковые нижние тросы должны иметь диаметр не менее 3 мм и состоять из семи прядей по семи проволок в каждой или шести прядей по 19 проволок в каждой (типа КСАН — канат стальной, авиационный, нераскручиваю-щийся). Обрыв нижних тросов в полете неминуемо приведет к аварии, поэтому на них не разрешается устанавливать тандемы или какие-либо разъемные соединения.
 

На передних нижних тросах должно быть пластиковое покрытие, предохраняющее пилота от травм при грубой посадке.

Известно, что в авиационно-космической технике широко применяется в качестве конструкционного материала титан и его сплавы. Это объясняется его малой плотностью (4,5 г/см'!), большой проч-ностью и высокой коррозийной стойкостью.

Австрийские спортсмены, готовящиеся к полету с Эвереста, использовали в конструкции титановые сплавы, создав аппарат массой всего в 7 кг. Необходимо знать, что пластинки из титана могут перетирать стальные коуши или «подрезать» болты, и учитывать это при конструировании.

Высокая стоимость не позволяет применять титан в дельтапланеризме в широких масштабах.

Как правило, наибольшие нагрузки дельтаплан испытывает не в полете, а при грубых посадках — ударах о землю и при транспортировке. Для спортивных аппаратов надо учитывать перегрузки, возникающие в парящих полетах от повышенной турбулентности атмосферы. Отечественный и зарубежный опыт, подтвержденный расчетами, выработал определенные нормы и конструктивные требования к силовым элементам аппарата. Расскажем о них подробнее.

Одним из наиболее нагруженных мест в конструкции является боковой узел — место соединения поперечной и боковой труб. Этот узел воспринимает

крутящие и изгибающие моменTы, усилия от верхних и нижних роковых тросов и в то же время ослаблен отверстиями под болты диаметром 8 мм. Посадки с креном, когда аппарат встречает землю консольной частью боковой балки, подвергают этот узел дополнительным значительным нагрузкам. Эту часть боковой балки-трубы необходимо усиливать. Для этого в районе отверстия внутрь балки вставляют усилительные втулки или поперечные трубки с внутренним диаметром 8 мм, развальцованные в отверстиях под болт бокового узла.

При создании дельтаплана необходимо учитывать коррозийные характеристики используемых материалов. Коррозия усиливается, если образуется гальваническая пара с большой разностью потенциалов. В прил. 5 приводится гальванический ряд металлов и сплавов, разбитых на группы для определения допустимого сочетания.

Допустимым сочетанием, не образующим сильно корродирующую гальваническую пару, считается такое, при котором разность между номерами групп будет не более двух. Как видно из приложения, фосфатные и оксидные пленки покрытия раздвигают номера групп на единицу, а анодирование — на две.

Воздушные винты из металлов

Для сверхлегких летательных аппаратов единственными сплавами, которые можно приме-нить для воздушных винтов, будут сплавы на магниевой основе. Они прекрасно механически обрабатываются, а свариваемые сплавы типа МА2-1 позволяют создавать пустотелую конструкцию с очень тонкими профилями винта. Прочность этих сплавов уступает сплавам на алюминиевой основе, а сплав МАЮ по прочности равен дюралюминию, но с более высокой удельной прочностью св/о, что позволяет создать более легкую конструкцию, а в данном случае, разгрузить вал двигателя. Неудобства в технологии изготовления лопастей из сплавов на магниевой основе создает необходимость подогрева при обработке пластины лопасти и обязательное нанесение антикоррозийного покрытия (слой грунта и два слоя краски на эпоксидной основе) на хорошо подготовленную поверхность.

Надо полагать, что для СЛА лопасти воздушных винтов из сплавов на алюминиевой основе — это вчерашний день. И дело не только в том, что они достаточно тяжелы, а прежде всего в том, что высокопрочные дюралюминиевые сплавы требуют точного соблюдения химического состава и режима термической обработки. Отступления способствуют усилению развития коррозии за счет выделения по границам зерен упрочняющих фаз.

В большой авиации для изготовления лопастей винтов применяются сплавы В95-1 и Д1.

Магниевые сплавы могут быть оправданы в конструкции каркасов дельтаплана из-за

своей малой плотности (1,8 г/см3) только для горных полетов, но при наличии строгого контроля за всей поверхностью деталей из этих сплавов (в том числе и внутренних поверхностей труб). По своей хрупкости они близки дюралюминиям.

Относительная прочность и жесткость

Какой же материал лучше? Во-первых, необходимо учитывать, в каких условиях будет эксплуатироваться аппарат. Применение неблагоприятных гальванических пар и сплавов на магниевой основе исключает применение аппарата в морском воздухе. Этот воздух благоприятствует быстрому развитию коррозии. Даже для обычных условий магниевые сплавы требуют надежной антикоррозийной защиты (оксидирования с лакокрасочным покрытием), но это не всегда удобно в эксплуатации. Анодирование магниевых сплавов, которое не требует лакокрасочной защиты, еще не получило широкого распространения.

И во-вторых, не одна плотность определяет легкость детали. Так как любая деталь должна быть прочной, то при расчете летательного аппарата вводится такое понятие, как удельная прочность, а это отношение предела прочности ав к плотности д. Этим параметром пользуются для определения наивыгоднейшего материала, детали из которого работают на растяжение и под-чиняются закону Гука. Например, тросы и элементы в их системе, центральный болт, горизонтальная труба рулевой трапеции.

Но удельная прочность может подсказать оптимальный материал не при всех видах деформации. Если деталь работает на сжатие, срез (сдвиг, как большинство болтов), изгиб или кручение, то необходимо пользоваться пределами прочности этих видов деформации. Но есть деформации, при которых определяющими будет не предел прочности, а жесткость.

Томас Юнг в свое время пришел к выводу, что если пользоваться не абсолютным значением сил и смещений в конструкциях, а напряжениями и деформациями, то закон Гука можно записать в виде отношения напряжения к деформации б/e = const. Вывод Юнга был таков, что эта константа является характеристикой каждого вещества и представляет его жесткость Е. Эту константу называют также модулем Юнга или модулем упругости. Прочность и жесткость — это не одно и то же. Жесткость Е показывает, насколько податливым является материал, а прочность ст, т характеризуется напряжением, необходимым для того, чтобы этот материал разрушить.

Отношением E/q целесообразно пользоваться для определения наивыгоднейшего материала боковых труб крыла, которые работают как консоли, закрепленные одним кон-цом.
 

Композиционные материалы

Композиционными называются сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся по свойствам нерастворимые или малорастворимые друг в друге компоненты, разделенные в материале ярко выраженной границей.

Принцип создания композиционных материалов заимствован у природы. Примером естественных композиционных материалов могут служить стволы и стебли растений, кости человека и животных. В дереве волокна целлюлозы соединены пластичным лигнином, в костях тонкие, прочные нити фосфатных солей — пластичным коллагеном.

Особенностью композиционных материалов является то, что в них проявляются достоинства компонентов, а не их недостатки. Для оптимизации свойств композиций выбирают компоненты с резко отличающимися, но дополня-ющими друг друга свойствами.

Перспективно использование в конструкции дельтаплана высокопрочных слоистых пластиков, имеющих в качестве наполнителя стеклянные и угольные волокна. Композиционные материалы по удельным прочности и жесткости, сопротивлению усталостному разрушению превосходят все конструкционные сплавы. Этим материалам при их изготовлении и стараются придать по возможности форму, максимально приближающуюся к форме будущей детали или узла.

Основой композиционного материала служит матрица, которая связывает композицию, придает ей форму. От свойств матрицы зависит технология получения композиционного материала и эксплуатационные характеристики: сопротивление усталостному разрушению, воздействие окружающей среды, плотность и удельная прочность. В матрице равномерно распределены наполнители. Поскольку они играют главную роль в упрочнении материала, их иногда называют упрочнителями, а иногда армирующими компонентами. С увеличением модуля упругости и временного сопротивления наполнителя повышаются и свойства композиционного материала.

Когда такой материал производится в форме мелких частиц или тонких волокон, его полезная прочность становится гораздо выше. Например, оконное стекло — достаточно непрочный материал,

no стеклянная нить из тонких волокон имеет прочность на растяжение более 3 млрд паскалей (1 паскаль (Па) —сила в 1 ньютон (Н), распределенная по площади 1 м2). Для сравнения — прочность на растяжение обычной стали составляет 0,5 млрд Па. Заметное увеличение прочности на микроуровне обусловлено тем, что вероятность дефекта, достаточно большого, чтобы вызвать хрупкое разрушение, падает с уменьшением размера образца. Кроме того, если в стеклянной нити разрушилось одно волокно, дефект дальше не распространяется и не затрагивает остальные волокна. И наоборот, образовавшись в таком же объеме гомогенного материала, трещина может привести к его полному разрушению.

Композиционные материалы на неметаллической основе обладают хорошей технологичностью, низкой плотностью и высокой удельной прочностью и жесткостью. Среди неметаллических композиционных материалов наибольшее распространение получили композиции с полимерной матрицей: эпоксидной, фенолофор-

мальдегидной и полиамидной. В качестве упрочнителей используют высокопрочные и высокомодульные углеродные и борные, стеклянные и органические волокна в виде нитей, жгутов, лент, нетканых материалов. Жидкие эпоксидные смолы обладают лучшей среди других полимеров адгезией к наполнителям. Волокна обладают худшей адгезией. Энер-гию поверхности волокон дл? получения большей адгезиь повышают различными методами обработки поверхности — травлением, окислением, вис-керизацией.

Одним из способов улуч шения свойств композиционных материалов является увеличение жесткости матриць с помощью введения в ее структуру ионов металлов, которые усиливают взаимосвязь между полимерными молекулами.

Достоинством стекловолок-нитов является недефицит-ность и низкая стоимость упрочнителя, недостатком — сравнительно низкий модуль упругости, но по удельной жесткости они превосходят легированные стали и сплавы на основе алюминия, магния и титана. Частичная замена стеклянных волокон на углеродные повышает жесткость композита. Однако временное сопротивление и удельная прочность при любом соотношении стекло- и углеволокон не достигает уровня стеклопластиков.

По прочности при растяжении стеклянные волокна равны или даже превосходят углеродные — основу многих компонентов с хорошими композиционными качествами. Однако под действием высоких напряжений стекловолокно растягивается, и удлинение составляет несколько процентов. Поэтому в тех случаях, когда решающим фактором является жесткость в условиях высоких нагрузок, композиты, армированные стекло-волокном, не применяют. Тем не менее низкая стоимость обусловила их широкое распространение при создании изделий, к которым предъявляются менее высокие требования по жесткости.

Для использования в изделиях, требующих высокой ударной прочности, более пригодны другие, отличные от углеродных, армирующие волокна (рис. 48).

Органоволокниты обладают высокой удельной прочностью в сочетании с хорошими пластичностью и ударной вязкостью. Особенностью их является единая полимерная природа матрицы и армирующих

волокон. Матрица и наполнитель имеют близкие значения температурных коэффициентов линейного расширения, им свойственны химическое взаимодействие и прочная связь.
 

Эффективность армирования композита длинными волокнами выше, чем короткими волокнами или частицами. Есть еще одна причина, по которой длинные волокна стали основным армирующим элементом в перспективных композитах — их ориентация поддается строгому контролю. Это дает возможность сконструировать внутреннее строение композита с учетом нагрузок,
при которых он будет эксплуатироваться.

Внутренняя геометрия высокопрочного композита обычно напоминает строение фанеры: он состоит из тонких слоев, каждый из которых армирован волокнами, ориентированными в одном направлении. Такие слоистые структуры получают обычным способом производства перспективных композитов с полимерной матрицей — предварительной пропиткой лент или слоев и их сборкой вручную. Последовательные слои могут быть ориентированы в различных направлениях, что придает материалу прочность и жесткость в нескольких направлениях. Недостатком таких композитов является отсутствие поперечного армирования как между слоями, так и в одном слое. Под действием экстремальной нагрузки композит может расслоиться, а волокна внутри слоя разделиться.


Композиционные материалы в конструкции сверхлегких летательных аппаратов. Каркас кабины аппарата «Со-лар Челленджер» выполнен из углепластиковых трубок диаметром 50 мм с очень тонкой стенкой (0,254—0,38 мм) и спиральной ориентацией волокон, то есть конструкция, близкая к корпусам современных моделей ракет, технология изготовления которых достаточно отработана. Весьма сложную конструкцию имеет лонжерон крыла. Основной является внутренняя графитоэпоксидная труба со спираль-ной ориентацией волокон (±45°) диаметром 178 мм и толщиной стенки 0,254 мм. Дополнительно по бокам, снизу и сверху трубы уложены слои графитовой ленты с продольной ориентацией волокон, слой сотового заполнителя толщиной 6,35 мм из материала номекс и два внешних слоя кевларовой ткани.

Вес лонжерона крыла с узлами крепления концевых частей 8,2 кГ.

Продольная балка-«фюзе-ляж» имеет аналогичную конструкцию. Оба лонжерона стабилизатора близки по конструкции к лонжерону крыла. Отличаются меньшим диаметром и использованием пено-полистирола вместо сотового заполнителя. Нервюры крыла выполнены из пенополисти-рола и упрочнены кевларом или углепластиком.

Лопасти воздушного винта имеют углепластиковые лонжероны переменной толщины, на которые надеты формообразующие секции из пено-полистирола. Обшивкой служит углепластиковое полотно. Каждая лопасть весит 0,68 кГ.

Лопасти из стеклопластика (или других композиционных материалов) могут быть пустотелыми, как на аппарате «Со-лар Челленджер», или с пенопластовым наполнителем.

Пластмассы в конструкции. В конструкции дельтаплана находят применение и пластмассы. Пластмассовые трубки надевают на нижние тросы для предохранения повреждения открытых частей тела
при неудачной посадке. Иногда из пластмасс изготовляют фигурные шайбы-ложементы, равномерно распределяющие нагрузку по диаметру трубы, и зубчатые колеса.

На аппарате «Солар Чел-ленджер» тросы проводки управления имеют центральную часть из связанных однонаправленных волокон (кевлар 29) с дакроновой защитной оплеткой. Ацеталевая смола использована при изготовлении роликов системы управления.

На аппарате «Солар» фирмы Локхид используются эпоксидные углепластики. Обшивка крыла выполнена из пленочных материалов май-лара и тедлара.

Если бы в распоряжении конструктора были материалы 60-х гг., то мускулолеты и аппараты с фотоэлектрическими силовыми установками весили бы вдвое больше и не смогли бы летать.

Композиционные материалы на металлической основе. Для лопастей воздушных винтов, да и для каркаса дельтаплана, идеальными материалами, которые получат, видимо, распространение в недалеком будущем, являются волокнистые композиты на металлической основе. В этих материалах упрочнителями служат волокна или нитевидные кристаллы чистых элементов, а также проволока из металлов и сплавов (молибден, вольфрам, бериллий, высокопрочная сталь). Продольно расположенные по трубчатым элементам конструкции, они позволяют исполь-зовать наибольшие значения временного сопротивления и упругости материала.

Композиционный материал с матрицей из технического алюминия АД1, упрочненный волокнами бора, в направлении волокон имеет предел прочности в два раза выше, чем самые высокопрочные дюралюминии. По пределу выносливости композиционные материалы на алюминиевой основе превосходят лучшие алюминиевые сплавы в четыре раза.

Но на сегодня самым доступным материалом для изготовления винтов является дерево.


Деревянные воздушные винты

Деревянные винты были очень распространены на заре развития авиации. Им легко придать почти любую форму, они дешевы и легко ремонтируются (в выбитую переднюю или заднюю кромку врезается элемент типа «ласточкиного хвоста», рис. 49).

Большим недостатком деревянных винтов является их подверженность влиянию атмосферы: дерево легко от-

сыревает и сильно коробится, винт теряет заданную форму. Коробленые винты работают неправильно, вибрируют в работе и их приходится выбрасывать. Поэтому деревянные винты необходимо защищать покрытием, обладающим высокой влаго- и абразивостой-костью. Винт испытывает в работе большие напряжения. Поэтому выбор сорта дерева является основным вопросом при изготовлении деревянных воздушных винтов. Перед обработкой дерево подвергают искусственной сушке. Влажность должна быть не более 10%.

Наилучшим деревом для изготовления воздушных винтов является хороший орех.

Ореховые винты могут работать при очень больших окружных скоростях, когда другие сорта дерева оказываются непригодными. Но он дорог, встречается в виде пиломатериала редко, обработка его длительнее и дороже, чем других сортов древесины.

За рубежом наиболее часто употреблялось для винтов красное дерево. Оно уступает по прочности и колкости ореху, но хорошо обрабатывается и склеивается. Изготовление винтов из красного дерева допустимо для окружной скорости не свыше 300 м/с. При большей скорости возникают продольные трещины. Для воздушных винтов применяют и менее экзотические сорта древесины — ясень, клен, дуб, вяз, бук, граб. Все они довольно близки по физическим свойствам, однако однородность у них значительно ниже, чем у ореха и красного дерева. Особенно сильно колеблются свойства у дуба, в основном его удельная масса и модуль упругости на растяжение. Сказываются не только сорт дерева, но и условия его произрастания — почва, климат.

Предел упругости у этих
пород дерева равен лишь 75 % от предела упругости красного дерева и 60 % от хорошего ореха. Склеиваются и обрабатываются эти породы хорошо, но все же при их применении не получается столь чистых и аккуратных винтов, как из ореха и красного дерева.

Перечисленные породы хороши для винтов, работающих при окружных скоростях не выше 280 м/с. При больших скоростях они становятся ненадежными, легко ломаются. При предельных нагрузках винты начинают вибрировать.
 

Породы древесины для воздушных винтов. Основным материалом для изготовления деревянных винтов является б е-реза (прил. 7). В Советском Союзе растет сорок видов березы. Есть высокие березы — до 20 м высотой, а есть кустарнички не выше колена, вроде карликовой полярной березки. На Дальнем Востоке растет железная береза. Она так плотна, что тонет в воде.

Древесина березы — белого цвета, плотная, крепкая. Молодое дерево отличается гибкостью, старое — хрупкое. Хорошо обрабатывается и полируется. Древесина обыкновенной березы отличается однородной плотностью, ее годичные кольца слабо заметны. Она обладает большой сопротивляемостью раскалыванию, это качество делает березу особенно пригодной для изготовления из нее воздушных винтов с криволинейной осью. Древесина березы хорошо сохраняется только в сухом помещении, в сыром она быстро загнивает, имеет большую усушку.

Бук имеет мелкослойную древесину, которая хорошо обрабатывается режущим инструментом и полируется. Она розовато-белого цвета, твердая и вместе с тем вязкая, поэтому возможно изготовление гнутых деталей. В условиях переменной влажности имеет склонность к короблению и растрескиванию из-за большой усушки.

Граб — это белый бук, мелкопористый, очень твердый и трудно обрабатывается, хорошо полируется, сильно коробится, поэтому имеет малые возможности применения.

Клен обладает твердой однородной древесиной белого цвета, трудно колется, хорошо полируется, мало усыхает, имеет глянцевую поверхность. В условиях переменной влажности не прочен.

Дуб — твердый, вязкий, требует очень острого инструмента. У него желтовато-коричневый цвет. Волокна имеют не только продольную, но и радиальную направленность, этим объясняется его высокая прочность. Хорошо полируется.

Мелколистный дуб (Белоруссия) более мягок и легче поддается обработке, чем крупнолистный (Украина, Татарская АССР, Горьковская и Воронежская области). Большая пористость дуба затрудняет его полировку, для заполнения пор приходится дополнительно грунтовать отделываемую поверхность.

Ясень своей древесиной
похож на дуб, обладает высокими механическими свойствами, вязок, тверд и склонен к растрескиванию. Легко обрабатывается режущим инструментом, хорошо отделывается. Высокая упругость и вязкость позволяют применять ясень для изготовления деталей, работающих на удар и знакопеременную нагрузку.

Ильмы (вяз, берест, карагач) по прочности уступают только дубу и почти не подвержены червоточине.

Орех кавказский — это твердая порода с большой плотностью. Из древесины, имеющей бурый или серовато-коричневый цвет, хорошо изготовляются детали гнутой формы, поэтому возможно изготовление воздушных винтов не только с прямой, но и с изогнутой осью.

Груша имеет однородную и плотную древесину, которая прекрасно обрабатывается. Не подвержена ни растрескиванию, ни короблению. Плотность и механические характеристики различны в зависимости от возраста и сорта. Цвет древесины — от светло-розового до красного. Хорошо режется по всем направлениям, но трудно и плохо колется.

Для уменьшения коробления заготовку винта склеивают из тонких досок-дрок. Их располагают так, чтобы стремление к короблению было направлено в разные стороны.

Иногда винт склеивают из двух пород дерева. При этом дроки кладут, чередуя твердую и мягкую породу дерева.

Необходимо помнить, что склеенная заготовка должна высушиваться под давлением.

р последнее время появились винты, изготовленные из сосны, обклеенные стеклотканью. Если между сосновыми дроками проклеена стеклоткань, то такой винт не только хороню обрабатывается, но и по прочности не уступает ореховому.

Четырехлопастные винты образуют из двух скрещенных двухлопастных винтов, обрабатывая ступицу «в полтела».

Клеи для деревянных воздушных винтов. Прочность клеевого соединения обеспечивается силами сцепления затвердевшего клея с поверхностями склеиваемых деталей, а для древесины — отчасти впитыванием клея в поры. Наибольшая прочность склеенных конструкций получается при толщине клеевого шва около 0,1 мм.

Столярный клей очень чувствителен к жаре и влаге, поэтому непригоден для южных и влажных районов нашей страны.

В тридцатые годы единственным клеем для деревянных авиационных конструкций был казеиновый.

Казеин приготовляют из обезжиренного творога: это

содержащаяся в молоке сыворотка, которая выделяется из молока любой слабой кислотой, в технике — слабой соляной кислотой. Казеин медленно реагирует с известью, образуя нерастворимый в воде казеинат кальция.

Казеиновый клей не надо подогревать. Пользоваться им удобно. Разводится казеиновый порошок в холодной воде, размешивается, чтобы не было комков, и наносится на склеиваемые детали кистью. Полностью он схватывается за один-два дня, при этом швы получаются довольно влагостойкими. Хотя казеинат и нерастворим в воде, но при намокании немного размягчается. Если бы мир был стерильным, казеин был бы практически идеальным клеем. Но так как казеин представляет собой смесь творога и извести, то он так же, как творог, с течением времени портится. Он превращается в жидкость, выползающую из соединения, оставляя после себя лишь грязные пятна.

Другой недостаток казеина — это его большая объемная усадка Д.

Поливинилацетат-ная эмульсия (синтетический клей) имеет связующим материалом продукт полимеризации поливинилаце-тата в водной среде. Склеивает ткани и древесину в различных сочетаниях. Заменяет клеи на основе пищевого сырья — декстриновый, казеиновый и мездровый. Перед употреблением эмульсию перемешивают. До рабочей вязкости ее разводят водой. Прочностные характеристики эмульсии и стойкость в атмосфере с повышенной влажностью выше, чем у клеев на основе пищевого сырья. При статических нагрузках может наблюдаться ползучесть. Тем-пература эксплуатации ±60 °С. При склеивании древесины клей наносят одним слоем на обе поверхности и выдерживают 2—3 мин до образования поверхностной пленки. Выдержка при давлении 0,3 МН/м2 составляет 24 ч (до механической обработки). Усадка меньше, чем у казеинового и столярного клея (рис. 50).

Фенолформальде-гидная смола (или бакелит) позволила создать ряд очень хороших клеев. Правда, использовать их можно только в том случае, если возможна обработка теплом (при температуре около 150 °С) и давлением.
 

Клей ВИАМ Ф-9 связующим материалом имеет фе-нолформальдегидную смолу. Водо-, бензо-, масло- и грибостоек. Температура эксплуатации ±60 °С. Склеивает все древесные материалы. Детали перед нанесением клея рекомендуется разогреть, но предварительно проверить, нет ли на них пыли, жирных пятен и смолы. Наносить клей лучше

тонким слоем, причем делать это надо быстро, чтобы клей не начал схватываться раньше времени.

Клей ФР-12 имеет связующим материалом резорцино-формальдегидную смолу. Быстро отвердевает при нормальной температуре в присутствии как кислых, так и основных реагентов, водо-, бензо-и маслостоек. Температура эксплуатации от —60 до +80 °С.

Клей Д-9 (табл. 3) — эпоксидный клей холодного отверждения, применяется для склеивания древесины, гети-накса, текстолита, стеклопластиков, пенополистирола, пено-эпоксида, полиэтилена, фторопласта и металлов.

Клей состоит из эпоксидной смолы ЭД-20 или ЭД-16 (100 вес. ч.), дибутилфта-лата или полиэфира (10—15 вес. ч.), полиэтиленполиами-да (12—14 вес. ч.), пылевидного кварца или алюминиевой пудры (80—200 вес. ч.). Клей готовят на месте применения: вводят отвердитель

(полиэтиленполиамин) и перемешивают компоненты до однородного состояния. Пригодность приготовленного клея составляет 30—40 мин. Клей наносят кистью или шпателем в один слой на обе поверхности. Отверждение протекает под давлением 0,05—0,07 МН/м2. Расход клея составляет 1,5—2 г/дм2.

Клей ЭЗК-4 (клей-компаунд), Д-2 и Д-96 имеют связующим материалом эпоксидную смолу (табл. 4). Это эпоксидные клеи горячего отверждения при давлении 0,05—0,1 МН/м2. Механическая прочность их на 30—50 % выше, чем у клеев холодного отверждения. Обладают хорошей адгезией. Водо-, бензо-и маслостойки, а также стойки к разбавленным кислотам и щелочам.

Температура эксплуатации клеев ЭЗК.-4 и Д-2 находится и пределах от —60 до +120 °С, клея Д-96 от —60 до +150 °С. Эти клеи используются практически для всех материалов. Расход составляет 1,5—2 г/дм2.

Для приготовления клея смолу ЭД-6 разогревают до 120—130°С, а затем вводят в нее подогретый до той же температуры полиэфир и перемешивают 1,5—2 ч. После л-ого в смесь добавляют наполнитель, подогретый до 80 ± ±5 °С, а после него — маленький ангидрид, расплавленный при той же температуре (80± ±5°С), и вновь все перемешивают до однородного состояния.

Перед употреблением клей Разогревают до нужной вязкости, но часто разогревать клей не рекомендуется. Поверхности, подготовленные для склеивания, тоже подогрева-ют (до 50—70 °С). Все работы необходимо проводить в сушильном шкафу с вытяжкой, в резиновых перчатках и респираторе.

Иногда деревянные винты оклеивают тонкой тканью, что предохраняет их от мелких повреждений и нарушения полировки мелкими частицами грунта и жестким снегом, а также ледяной крошкой.

Но независимо от оклейки или ее отсутствия лопасти следует обрабатывать очень чисто, чтобы сохранить высокий КПД воздушного винта.

Из какого бы материала не был сделан воздушный винт, он обязательно должен быть отбалансирован.

Таблица 3

Режимы отверждения клея Д-9

Материалы и конструкция дельтаплана. Наибольшее распространение в различных странах получил учебно-тренировочный аппарат «Атлас», разработанный французской фирмой «Ля Мойет». Этот аппарат был лучшим спортивным аппаратом на чемпионате мира в Гренобле в 1979 году, а через два года на нем А. Кареткин завоевал титул чемпиона на первом чемпионате страны.
 

Технические данные «Атласа»

На нем могут летать пилоты массой от 65 до 95 кг. Каркас «Атласа» состоит из набора труб размером 47 X 1.3, 44X1.6 и 40X1,3 мм. Рукоятка управления и мачта изготовлены из труб 25 X Х2,0 мм. Отечественная промышленность такой сортамент труб не выпускает. Материал купола — дакрон. Известные московские дельтапланеристы А. Рябцев и А. Бабкин использовали для этой конструктивной схемы наш сортамент труб и материалов (рис. 51).

 

Таблица 4

Характеристики клеев ЭЗК-4, Д-2 и Д-96

Рис. 51. Учебно-тренировочный дельтаплан «Атлас»:

Дельтаплан «Атлас» спроектирован по классической схеме аппаратов четвертого поколения, однако в его конструкции имеются особенности, обеспечивающие высокие эксплуатационные качества. Сборка аппарата из длинного пакета осуществляется одним человеком за 5—7 мин, благодаря продуманной системе эксплуатационных разъемов, число которых минимально — центральный узел, низ руко-ятки управления и карабин на верхнем переднем тросе. У «Славутича-УТ»— для сравнения — таких разъемов семь. Фиксация разъемов осущест-вляется шпильками с шариковым замком, закрепленным с помощью тросика около соединительного узла.

Сдвижной центральный узел с фторопластовой втулкой обеспечивает «зонтичное» складывание аппарата. В центральном узле шарнирно крепятся рукоятка управления и оба пролета поперечины.

Для разборки аппарата достаточно сдвинуть вперед центральный узел, освободить низ рукоятки управления, расстыковать верхний карабин и отсоединить в носовом узле нижние тросы.

Для каркаса из отечественных труб используются дюралюминиевые трубы размером 45X1.5, 42X 1,5 и 40 X X 1.5 мм (Д16Т),для рукоятки управления и мачты трубы 25X2,0 мм (алюминиевый сплав АМгб). Нервюры изготовляют из труб размером ЮХ 1.0 мм (дюралюминий Д16Т). Для системы тросовых растяжек служит авиационный трос КСАН — 2,5.

Купол дельтаплана (рис. 52) сшит по обычной схеме, то есть полотнища располагаются параллельно килевой балке. Отверстия под мачту, верхние боковые и передний тросы в куполе усилены накладками из капроновой ткани. Предлагаемый чертеж купола рассчитан на применение лавсана.

Для определения формы дуги по передней кромке консоль нагружают усилием 10 кГ. После нескольких часов полета производят ушивки по задней кромке. Чтобы опре-делить величину ушивок, аппарат переворачивают на мачту и производят контрольные замеры в реперных точ-ках, указанных на чертеже.

Усиление задней кромки выполнено подворотом кромки и вставкой лавсановой ленты. В местах упора нервюр карманы для них усилены накладкой из лавсана. В материале обтекателя уток располагается вдоль боковой балки. За базовую линию при раскрое купола принята указанная на чертеже линия АС.

Материалы и конструкция мотодельтаплана
 

В 1983 году конструкторы французской фирмы «Ля Мо-йет», производящей дельта-планерную технику под руководством Ж. Гюи, заканчивали разработку нового шасси с двигателем мощностью 36,8 кВт (50 л. с.), предназначенного для многоцелевого моторного дельтаплана, который получил название «Космос».

Время маломощных, ненадежных, тарахтящих мотодельтапланов, едва отрывающихся от земли, уходило в прошлое. Рынок все более требовал высококачественных, надежных и комфортабельных аппаратов, позволяющих значительно расширить возможности мотодельтапланеризма. Многие страны заключили контракты на закупку «Кос-мосов», в том числе СССР. Веспой 1984 года была осуществлена буксировка дельтаплана-планера за «Космосом» 80-метровым нейлоновым тросом, который был пропущен через полую втулку воздушного винта, а затем — полеты с двумя дельтапланами на буксире одновременно. Начался новый этап в развитии дельтапланеризма — буксировочные полеты в равнинной местности. Те-перь такие полеты практикуются национальными дель-тапланерными клубами Франции, Италии, Австрии, ФРГ, Англии, Венгрии и других стран, в том числе и нашей.
 

Рис. 52. Устройство купола дельтаплана «Атлас»:

а — килевой карман; 6 — точки замера провиса вдоль линии перегиба ВД; в — провис вдоль поперечной трубы; г — размеры ушивок в носовой части; д— координаты передней кромки (шаг 500 мм); е базовый треугольник; ж—линия пришива нижней поверхности; 1 — обтекатель; 2 — купол; 3- нижняя поверхность; 4 — люверс крепления троса антипикирующего устройства

Рис. 53. Общий вид моторного модуля мотодельтаплана «Космос» (1985 г.):

а — вид спереди; б — вид сбоку; 1, 2 — балка диаметром 53X1.3 мм, усиленная внутри трубой диаметром 50X 1 мм (в местах сосредоточенных нагрузок установлены втулки диаметром 48X 1.3 мм, эти трубы вступают в работу как элементы многослойной рессоры); 3 — балка диаметром 50 мм; 4 — два нижних троса диаметром 4,5 мм; 5 — верхние тросы диаметром 2,2 мм. образующие элементы фермы, работающие на растяжение (имеет тандер); 6. 7 — тросы, работающие в вертикальной плоскости (трос 7 имеет эксплуатационный разъем для быстрой сборки и разборки шасси); # корзинка сиденья (трубы диаметром 25 X 2 мм), имеющая шарнир для складывании

Благодаря исключительно рациональной схеме и элегантной конструкции, техническая характеристика «Космоса» оказалась близка к классическому образцу многомест-ных, многоцелевых сверхлегких летательных аппаратов с балансирным управлением.



Техническая характеристика «Космоса»

Вес пустого аппарата (с крылом «Профиль-19М»), кГ 135

Вес крыла, кГ 45

Грузоподъемность максимальная, кГ 200

Скороподъемность, м/с:

с одним человеком 6

с двумя человеками 3,5

Скорость, км/ч:

максимальная 90

минимальная 45

Вертикальная скорость снижения с выключенным двигателем, м/с: с одним человеком 2,3

с двумя человеками 2,7

Продолжительность полета на одной заправке (11 л), ч 1

Длина пробега при взлете, м:

с одним человеком 35

с двумя человеками 50

Мощность двигателя, кВт (л. с.)32 (44) Тяга масимальная на месте, кГ 140 На рис. 53 приведены основные геометрические размеры «Космоса» выпуска 1985 года.



Особенности конструкции. Для безопасности внутри балки пропущен трос диаметром

4,5 мм от шарнира до верхнего болта крепления крыла, то есть создана напряженная конструкция.

Соединительные косынки выполнены из сплава на алюминиевой основе. Лист толщиной 3,5 мм анодирован в черный цвет. Верхнее крепление «корзины» осуществлено заодно с моторной рамой,

а нижнее крепление выполняет также роль узла крепления подножек пассажира.

В конструкции «Космоса» сталь использована в минимальном количестве: нижнее

и верхнее крепление сиденья, узел переднего колеса, рычаги подвески задних колес и две пластины шарнирного узла навески крыла.

На задних бестормозных колесах (с камерами низкого давления) в качестве амортизаторов установлены резиновые шнуры. Это существенно повышает живучесть кон струкции, поскольку обеспечи вает хорошую энергоемкость системы при жестких посадках. От разрыва в случае критической нагрузки резиновые шнуры предохраняются ограничительным тросом.

«Космосы» не всех серий имеют такую амортизацию, выпускаются модели и с жестко закрепленными осями задних колес.

Переднее, управляемое колесо имеет барабанный тормоз, приводимый в действие педалью, расположенной на левой стороне поворотной вилки. Колесо подрессорено двумя пружинно-гидравлическими амортизаторами. Предусмотрена регулировка жесткости перестановкой нижних головок амортизаторов в одно из двух отверстий шарнирного рычага. При этом изменяется плечо подвески.

Диаметр переднего и задних колес 400 мм. Покрышки практически лишены какого-либо протектора, чтобы обеспечить мотодельтаплану воз-можность проскальзывания при посадках с боковой составляющей. Этим уменьшается вероятность опрокидывания аппарата.

Конструкторы «Космоса» уделили много внимания узлу навески крыла. С первого взгляда может показаться, что его конструкция несколько усложнена. Однако опыт эксплуатации показал, что узел имеет высокую надежность и очень удобен в эксплуатации. Монтаж крыла легко выполняется одним человеком, без применения инструмента.

Рис. 54. Узел навески крыла:
1 — резинометаллнческие блоки; 2 — основной болт крепления крыла; 3 — поддерживающий болт; 4 — обойма скольжения; 5 — вертикальная балка; 6 — пластины крепления (2 шт.); 7 — отверстие для килевой балки крыла

На рис. 54 показан эскиз узла навески крыла. В его конструкции применены в шарнирном соединении резинометаллические блоки 1. Это вы-звано стремлением снизить величину пиковых нагрузок от скручивания, возникающих от вращения крыла при рулении. Кроме того, крыло получает возможность рыскать по курсу до 10°, что улучшает взлетно-посадочные качества аппарата в условиях бокового ветра.

Полетные нагрузки воспринимает болт 2 диаметром 10 мм. Нагрузки от веса крыла, а также связанные с ним нагрузки, возникающие при грубых посадках, воспринимает нижний болт 3. Одновременно он является центрирующим элементом при сборке.

Текстолитовая обойма 4, соединяющая крыло с шасси, обеспечивает управление по крену и позволяет дискретно изменять центровку путем сдвижки обоймы вдоль оси х килевой трубы и фиксации его от осевого перемещения штифтом.

Двухсрезное соединение стальным болтом М10 обеспечивает многократный запас прочности. Тем не менее предусмотрена независимая страховочная петля из стального троса диаметром 4 мм, которая, охватывая килевую балку в районе мачты, крепится на отдельном болте.

Достаточно большая колея шасси повышает устойчивость дельтаплана во время сложных посадок при боковом ветре и выруливания к месту старта.

Моторная рама состоит из двух тонкостенных стальных профилей, лишь прихваченных в трех точках сваркой.

но на них крепится массивный двигатель, весом более 35 кГ. И кроме того, рама выдерживает 140 кГ тяги, которую развивает воздушный винт на взлетном режиме. Нелишне вспомнить, что дельтапланеристы долго боялись сварных конструкций.

Рама успешно выполняет свои функции благодаря тому, что конструкторы очень хитроумно распределили все составляющие силы на три элемента крепления: вес двигателя и нагрузки, связанные с ним, воспринимают два стальных троса, соединенных с двигателем через резинометаллические амортизаторы. Осевую нагрузку, то есть тягу непосредственно от воздушного винта, воспринимают стальные профили, из которых сварена моторная рама. Часть нагрузки воспринимает нижнее крепление двигателя к вертикальной балке. Это же крепление выполняет роль и гасителя колебаний работающего двигателя. Таким образом, оказывается, что в целом виде, как это привычно, моторной рамы не существует. Ее функции с высокой степенью надежности выполняют другие элементы конструкции.

Опытные дельтапланеристы знают немало примеров, когда причинами серьезных неприятностей становилось отсутствие надежной контровки резьбовых соединений. Предусмотренные ГОСТами разъемные соединения не во всех случаях соответствуют требованиям, которые предъявляет

новая дельтапланерная техника. Здесь требуются простые, надежные, а главное, более быстродействующие устройства, чем шплинтовые соединения.

На «Космосе» все эксплуатационные разъемы осуществляются при помощи шпилек с шариковыми замками, срабатывающими от одного нажатия на кнопку. Они просты, надежны, но не предусмотрены нашим ГОСТом.


Усталость конструкции. Этот вопрос для дельтапланеристов в тот период, когда выходило первое издание книги, не стоял. Но когда полеты в турбулентных потоках приобрели обычный характер и когда все больше становится мотодельтапланов, конструкция которых воспринимает вибрации от работающего двигателя, вопрос усталости конструкции стал правомерен для сверхлегких летательных аппаратов вообще, и для дельтапланов в частности.

Усталостное повреждение конструкции происходит из-за воздействия на нее повторных перегрузок. Разрушающая величина этих нагрузок может быть в несколько раз меньше максимальной статической нагрузки одноразового действия, которую способна выдержать данная конструкция. Поэтому конструкция современного дельтаплана должна подвергаться периодической проверке на отсутствие повреждений. Это может быть визуальный осмотр, магнитная дефектоскопия, ультразвуковой контроль и дру-гие виды контроля. Особенно это необходимо после полетов с большими вибрациями, болтанки и жесткой посадки.



Осмотр болтовых соединений. В процессе эксплуатации дельтаплана (или мотодельтаплана) необходимо уделять внимание усталостной прочности крепежных элементов, имеющих резьбу.

При проверке болтовых соединений следует обратить внимание на плотность посадки болтов. Статистика летных происшествий говорит, что болтовые соединения имеют усталостные разрушения, если болты работают на «чистый» срез, а отверстия под болты имеют увеличенные допуски. Именно в этих местах могут появляться трещины усталости и отсюда начинается разрушение конструкции.

Усталостное разрушение может произойти под воздействием пульсирующих растягивающих усилий.

Правильный выбор формы (в частности формы перехода к цилиндрической части тела болта), высокая чистота обработки и предварительная затяжка положительно влияют на прочность. Следует избегать концентраторов напряжений — канавки под сбег резьбы должны иметь радиусы.

На прочность болтов оказывают влияние способы их изготовления, особенно головки болта и резьбы.

У болта из углеродистых сталей наибольшее сопротивление усталости получается в том случае, если его головка
изготовлена методом горячей штамповки и обкаткой галтелью или же механической обработкой из прутка, а наименьшее, если головка изготовлена горячей штамповкой или же холодной высадкой с механической обработкой.

Резьбовая часть наибольшее сопротивление усталостному разрушению оказывает у тех болтов, где она изготовлена методом накатки после термической обработки или же механической после термической. Наиболее ненадежными признаны те болты, резьбовые части которых изготовлены накаткой или же механической обработкой до термической.

Очень важно во время сборки аппарата соблюдать требования предварительной затяжки болтов, необходимой для создания напряженной конструкции. Усилия предварительной затяжки не суммируются с внешней растягивающей нагрузкой и поэтому амплитуда напряжений значительно снижается. Удовлетворительная точность предварительной затяжки может быть достигнута только при применении тарированного (моментного) ключа.

Но следует помнить, что эти ключи измеряют крутящий момент, приложенный к гайке. Трение в резьбе и головке зависит от их смазки. Поэтому при одном и том же (замеренном на тарированном ключе) крутящем моменте можно получить различную предварительную затяжку болта.

При осмотре болтов необходимо пользоваться лупой четырехкратного увеличения и обращать особое внимание на переходы резьбы к цилиндрической части болта и от цилиндра к головке.

На трубах усталостные трещины могут быть в местах отверстий под болты. Трубу стараются разгрузить втулкой или в отверстие развальцовывают трубку под болт.

Другая характерная причина разрушения трубы из дюралюминия — это образование трещины коррозионного происхождения (рис. 55).

Усталостные разрушения тросов бывают только по местам перегибов, в местах установки коушей.

Профилактический осмотр всей конструкции — необходимое условие безаварийности полетов.

Рис. 55. Усталостные разрушения:

содержание      ..     5      6      7      8     ..