Изготовление композитных баков и сендвичей

Про изготовление трёхслойных обшивок (сендвичей).

Как вы контролируете количество связующего для изготовления единицы площади готовой детали?

Контролировать это необходимо исходя из условия обеспечения надёжной пропитки стеклоткани, обеспечения прочной адгезии стеклоткани с пенопластом и снижения веса готовой конструкции.

При изготовлении трехслойных обшивок планёров в матрицах приходилось использовать "перфорацию" пенопласта специальным приспособлением.  Перфорация пенопласта обеспечивала перетекание (выдавливание при вакуумировании) излишков связующего на открытую поверхность пенопласта, образование "столбиков", которые защищали готовую корку от сминания в эксплуатации - при надавливании пальцем на трехслойную обшиву происходит местная деформация тонкого наружного слоя и сминание пенопласта. Образуется ямка. Теряется товарный вид. Кроме того, более "жесткая" связь разнесенных слоев обшивок обеспечивала гарантию от непроклеев и хлопунов и обеспечивала прочность (устойчивость) трехслойной обшивки. Шаг перфорации - 15...25 мм при тощине пенопласта 4...7 мм.
 
Количество связующего контролируется визуально. С нормальной эпоксидкой нет проблем непропитывания, если только не делать эту работу с завязанными глазами  😉. Таких проблем не возникает принципиально.

Стеклоткань не возьмет больше эпоксидки, чем необходимо при соответствующем навыке. Вакууммирование не обязательно для плоских поверхностей. Пенопласт при необходимости разрезается на квадратики и в разрезы проникает эпоксидка. То есть формируются не столбики, а соты. Это намного прочнее и проще, кроме того, надрезанный пенопласт легко формуется на гнутых поверхностях. Гарантию от непроклеев и хлопунов это не дает к сожалению. Некоторые сендвичи вообще не нуждаются в таких дополнительных ребрах жесткости.
 
"Культура" веса авиационной конструкции из КМ заставляет ограничивать количество используемого связующего. Применяли импирическое правило: количество связующего по весу на единицу площади=весу стеклоткани на этой площади. Приходилось довольствоваться "мизерной" порцией и "растаскивать" смолу равномерно по всей поверхности. Это довольно занудное, ответственное "занятие" и в серийном производстве врядли приживается. Но это позволило сделать первый образец планера АС-5 массой 105 кг.  В серии масса пустого стала более 120 кг.
 
Про перфорацию пенопласта в трехслойке.
Перфорацию делали с помощью "щётки", изготовленной из двух пластин 10 мм-ой фанеры 200х100 мм. В нижнюю пластину забивали гвозди D=1...2 мм, L=25 мм в шахматном порядке с интервалом 15 ... 25 мм. Сверху на винтах крепили вторую пластину с рукояткой. Пенопластовые заготовки клали под проволочную рамку на губку и "врукопашную" протыкали участок за участком всю площадь приготовленных пенопластовых заготовок.
Повторю достоинства перфорации: гарантирует отсутствие хлопунов или непроклеев при вакуумном формовании; повышает жесткость трехслойной обшивки; предотвращает появление вмятин в процессе эксплуатации готового изделия.
  Нанесение надрезов на пенопластовые пластины применяли для подгонки выкроек носовых обтекателей и капотов. Стыки старались подгонять, не допуская щелей. Иначе приходилось заливать пустые места смолой с микросферой или с аэросилом (на вертикальных участках аэросил оказывается более "цепким").
 
[quote author=EVA link=1125052635/0#3 date=1142525665]Приходилось довольствоваться "мизерной" порцией и "растаскивать" смолу равномерно по всей поверхности. Это довольно занудное, ответственное "занятие" и в серийном производстве врядли приживается.[/quote]

А что за смола бралась? И в чем проблема при густой смоле налить лишнего и после растаскивания промакнуть хоть туалетной бумагой?
 
в одной стране набюдал картину, когда рабочий в течении часа размазывал кисточкой 70 грамм смолы на непомню какую площадь.. 🙂 - технология одним словом.. все  рассчитывается надо полагать..ихний технолог в году месяца три проводит на различных выставках угле-стекло тряпок и смол 😉
 
Использовалась трехкомпонентная композиция ЭД20+полиэтиленполиамин+дибутилфтолат. Желатинизация начиналась через 35...40 минут при температуре в помещении 22С.

На серийных экземплярах смолы не жалели и для "промокания" излишков использовали мешковину, проложенную через перфорированную целофановую пленку для обеспечения лёгкого отрыва мешковины от изделия уже после полного отверждения смолы и отключения вакуумного насоса.
 
EVA - в принципе всё правильно  😀 Можно столбики делать, можно ребра жесткости, надрезами. Функциональность одинаковая получается. От хлопунов и непропитки не спасает к сожалению. Только жесткости конструкции придает и не проломишь потом. Смола ЭД20 это ..... прошлый век это, отсюда и боязнь непропитки и непроклея. Сейчас правильная смола с правильным стеклом вес 1:1 получается очень несложно и даже без вакуума некоторые детали. При этом пузырей/хлопунов/непропитки нет. Эпоксидка бывает и вареньем, с которым очень тяжело справляться вроде 100 раз прошелся по поверхности, а она не пропитывает между слоями стекла хоть тресни  😱. Мы пробовали баксу сразу по несколько слоев пропитывать при тестировании - получается легко, но такой техникой не пользуемся, хотя это возможно в принципе. Лучший и простой тест на уже пропитанный слой бросить без притирания стеклоткань и если она сама на 100% пропитается излишками из предыдущего слоя, смола пригодная для работы. Если нужно её вазюкать долго и втаптывать - не годится.
 
[quote author=EVA link=1125052635/0#7 date=1142606995]Использовалась трехкомпонентная композиция ЭД20+полиэтиленполиамин+дибутилфтолат. Желатинизация начиналась через 35...40 минут при температуре в помещении 22С.

На серийных экземплярах смолы не жалели и для "промокания" излишков использовали мешковину, проложенную через перфорированную целофановую пленку для обеспечения лёгкого отрыва мешковины от изделия уже после полного отверждения смолы и отключения вакуумного насоса.[/quote]

Эд20 это конечно тяжко. А "промокание" излишков лучше осуществлять до укладки. Пропитал хорошенько, положил полотенце бумажное, прокатал твердым валиком. Бумагу в помойку и укладываешь ткань в матрицу под вакуум или давление. Вот тогда и лишней массы взяться просто неоткуда. Даже современные смолы не могут обеспечить минимум миниморум, оставляя немного, но лишний слой на поверхности.  Вполне реально получать пропорции отличные от1:1 в пользу стекла на простых поверхностях.
 
На мой взгляд "сэндвичевый" бензобак делать не рационально по следующим причинам:
-сложно проконтролировать герметичность внутреннего слоя, в результате возникнет пропитка топливом пенопласта со всеми вытекающими последствиями. Покрытие внутренней полости бака различными герметиками так же не даёт 100% гарантии;
- при возникновении течи, крайне сложно установить её место и так же сложно отремонтировать;
- культура веса так же не маловажна. Вот здесь http://rsm.dn.ua/rus/pages/13.html имеется фото 15 литрового бак весом 715г вместе с штуцерами из нержавейки.
Количество связующего должно быть 30-40% - от его количества зависит не только вес, нои прочностные характеристики пластика, особенно напряжения сдвига и модуль упругости.
Достичь соотношения 30-40% без вакуума невозможно, а тем более обеспечить герметичность. Вакуумирование не такой  сложный процесс, но избавляет от целого ряда проблем, вплоть до центровки самолёта.
В качестве впитывающего слоя лучше брать синтипон (продаётся для пошива одежды). Для экономии денег лучше иметь синтипон различной толщины и в местах более толстого пластика, ложить более толстый синтипон, или несколько слоёв тонкого. Мешковина даёт рельефную поверхность с излишками смолы.
 
Герметичность проверяется не сложными методами  🙂. Пропитка топливом пенопласта не возникает по трем причинам:
1-пенопласт экструдированный и не гигроскопичный по своей природе
2-пенопласт используется типа dyvinicell он не боится бензинов, даже если они проникнут до него
3-пропитка производится не герметиками, а специализированными маслобензостойкими материалами на эпоксидной основе

течи обнаружить сложно, но это очень редкое событие, поддаются лечению

по культуре веса -
мы ремонтировали топливный бак от Аи-10. Очень легкий, но его прочность не выдерживает никакой критики. При легком нажатии бак трещал в руках  😱. Его и на ремонт принесли после того, как случайно цепанули веревкой чехлов трубку вентиляции бака и выдрали её с корнем. На том баке было хоть какое-то оребрение, на показанном выше баке этого нет  🙁. На фото ниже видно, как даже при небольшом давлении раздулись его стенки, т.е. композит деформировался, что может в дальнейшем привести к растрескиванию стенок и образованию течи  :IMHO.

20.JPG


Использование кессонных баков позволяет экономить в весе конструкции крыло+бак получая одновременно прочный бак и прочное крыло. Такие конструкции используются во многих американских китах самолетов и тысячами используются в течении многих лет.  
 
Для опрессовки баков мы используем высотомер  😎

- Высотомер выставляется в ноль при текущем давлении
- Затем высотомер включается в систему опрессовки.
- Накачиваем в систему 1000 метров глубины  😉
- Ставим термометр для контроля температуры воздуха
- Через сутки проверяем показания, температура должна быть неизменной (очень сильное изменение давления видно при изменении температуры)
 
Не совсем так просто с указанными свойствами пенопласта. Если бы он был таковым, то и внутреннего покрытия не нужно (кажется покрытие называли Джефко?).
Включение бака в силовую конструкцию не есть хорошо. Я не знаю конструкции бака АИ-10.
По нормам лётной годности бак должен выдерживать 0,2 атм, что и продемонстрировано на фото. "Трескаться" ему просто не от чего. У пластиков нет усталостных разрушений в отличие от пенопластовых сэндвичей.
1000 метров глубины - это около 0,13 атм, т.е. меньше 0,2.
Для полного исключения влияния количества топлива на центровку самолёта, у нас установлено 4 бака общей ёмкостью 60 литров
Уверен, что сэндвичевый бак любой конструкции, вскрытый Джефко, ёмкостью 60 литров не сможет весить 2,9 кг и выдерживать 0,2 атм. С пенопластовыми сэндвичами мы очень много экспериментировали. Тяжёлые они и самые непредсказуемые из всех видов пластиков.
 
Про Jeffco покрытие баков -
Американцы говорят - если строишь самолет для себя любимого - покрой Jeffco служить будет вечно, если планируешь продать - оставь обычную баксу, её лет на 20-30 хватит, а потом либо ишак сдохнет либо ....  😉 Укороченный смысл фразы - Jeffco серьезные понты  😎, обычным людям и без них можно прожить.
Не суть важно 0.13 или 0.2, я говорил в основном о большей точности показаний высотомера, возможности "прибить" стрелку к нулю и важности температуры в помещении. Кстати наимельчайшую течь высотомер ловит очень быстро. Можно давать давление и 1600 метров и более (за поправку всё равно спасибо   😀).  

По пене -
Её обычно для проверки в топливо бросают.

У пластиков нет усталостных разрушений в отличие от пенопластовых сэндвичей.
Будьте внимательны! Существует проблема микрорастрескиваний при значительных изгибах, которая не проявляется сразу.

Включение бака в силовую конструкцию не есть хорошо.
Однако на больших лайнерах это так, кроме того, множество алюминиевых и композитных ВС имеют подобную схему. Зачем делать прочное крыло отдельно и прочный бак отдельно? Другое дело ВС с крылом с тканевой обшивкой, там просто деваться некуда, а на жестком крыле  :IMHO более распостранены как раз кессоны.

Уверен, что сэндвичевый бак любой конструкции, вскрытый Джефко, ёмкостью 60 литров не сможет весить 2,9 кг и выдерживать 0,2 атм. С пенопластовыми сэндвичами мы очень много экспериментировали. Тяжёлые они и самые непредсказуемые из всех видов пластиков.

А суммарно с крылом ?

И как полезный м.б. совет - сделайте всё таки оребрение бака. Ёмкость потеряете минимально, вес почти не наберёте, а бак станет не таким "жидким". Пустите волну по стенкам бака как в шифере, 2-3 полоски, выравнивающиеся в плоскость к месту перегиба стенки бака.

Вам просто, а у меня баки по 100 литров каждый т.е. 200 литров суммарно, в них ниши шасси и куча проводов насквозь и вся конструкция расчетно +12/-9G должна держать. 3-х литровый расходный бак из композита имеет толщину стенки почти 3мм и при этом весь в ребрах. Мы переделали даже стандартную заднюю плоскую стенку, которая прилегает к шпангоуту на оребренную т.к. при испытаниях стенка "задышала", а при повышеном давлении мы получили внутреннее растрескивание на стыках, выполненых с малыми радиусами. Радиуса были выполнены по чертежам фирмы изготовителя, но теперь мы их значительно увеличили с нескольких миллиметров до 1 сантиметра.

В некоторых конструкциях наверное целесообразнее применять алюминиевые сварные баки. На Яках довольно легкие баки, но они имеют проблему с заклепками, которые держат нервюры внутри. При полетах с лыжами и более менее жесткой посадке (вполне нормальной для колес) они начинают безбожно течь (по рассказам эксплуатантов), так что не так всё просто с облегчением. Вроде и фирма серийная и Як-52 пилотажник, расчитанный на перегрузки, а чуть жесче встреча с землей и - прощай бак  :'(....

Не претендую на истину в крайней инстанции, но надеюсь, что наш спор/разговор будет Вам полезен. Композитчикам нужно общаться  :IMHO
 
Дима , а почему не применить технологию герметизации баков как на МИГ-29. Там влевают герметик специальный и вращают всё крыло по их технологии. Расход герметика 4 литра на одно крыло МИГ-29 . Я так ( по этой технологии )буду герметизировать дополнительные баки от ЗЛИНА
 
Ну эта..... у меня баки в наплывах конструкционно изготовленные как одно целое с центральным лонжероном и ... фюзеляжем. Вращалка будет размером с... БЕЛАЗ  😱 и потом, нервюр/перегородок внутри масса, а отверстия между отсеками небольшие, просто не прольется мазюка (хотя устройства для вращения своего самолета видел, но в основном якобы для облегчения "потолочных" работ с композитом. Мы справляемся и без этого  ;D, главное, слепо не следовать описанию изготовителя  😉).
Мы делаем как описано на ссылке в самом начале темы. Кстати, это не та технология, которая описана производителем, мы делаем намного прочнее и гарантированнее, этот метод (идея) был подсмотрен на одном из сайтов строителя Velocity и доработан у нас. Отдельно собирается вся нижняя часть, с фланцами и со всей внутрянкой и промазывается Jeffco (может быть другой материал, суть не в том) этот ФИНИШНО герметизирующий материал смешан с аэросилом, который не дает баксе Jeffco стекать вниз, в процессе сушки, с вертикальных и потолочных поверхностей. Затем, когда всё внутри окончательно готово и проверено, на подготовленные верхние фланцы нервюр наносим тот же Jeffco, но уже с рубленным стекловолокном или хлопком (кашка получается типа мёда), поверхность верхней крышки перед этим обработана Jeffco с аэросилом и слегка подсушена, но так, чтобы она ещё обладала хорошей адгезией без шкурения т.е. не чечет, но липнет(там около часа есть зазор времени). Лепим эту крышку сверху, прижимаем тяжелыми грузами (мешки с песком отлично подойдут) и затягиваем ещё переднюю кромку скотчем (верхнюю крышку к нижней) очень сильно. Операция, несмотря на сложное описание довольно простая и обложаться крайне трудно, ведь всё пригнано заранее и крышка встает как влитая и без напрягов, но грузы позволяют получить гарантированное склеивание без риска течей между крышкой и всей остальной конструкцией бака. При серьезной поломке бака операция обратная - просто срезать верхнюю крышку, отремонтировать всё где нужно и наложить новую.

Всё подробно описано тут с картинками и пояснениями:  http://www.velocityaircraft.ru/sandwich_fuel_tank.htm

НО! Ремонт композитных баков (любых) не очень благодарное дело т.к. композит (особенно голый, не защищенный спец.покрытиями) молекулярно напитывает топливо и без серьезной подготовки поверхности склейка может не получиться вовсе или быть ненадежной. Поэтому - РЕМОНТИРОВАТЬ ОЧЕНЬ ВНИМАТЕЛЬНО И ОСОБЕННО ОСТОРОЖНО!

Ну и запутанно я написал наверное  🙁

Конечно, на жизнь имеют право разные типы и конструкции баков, но наш мне кажется удачным в нашем контексте. Расходный бак был бы лучше алюминиевый штампованный, но даже не представляю сколько стоит такой штамп, вернее боюсь представить  😱.
 
Вот так рекоммендуют делать баки-кессоны - чтобы cоxранить бак при повреждении лобика:

ExpressSp.jpg


А ето самый современный прибор для испытания герметичности: 🙂

DigitalPressureGauge.jpg
 
В догонку, как полезная информация и размышления по бакам, изготовленным из сендвичей. Как Вы понимаете пенопласт отличный утеплитель и вследствии этого мы имеем топливные баки - термоса, которые обладают следующими интересными особенностями -
- пониженное образование конденсата (воды) в топливе при перепадах температуры день/ночь т.к. воздух термостабилнее (ставлю свой самолет с неполными баками и иногда надолго, пока ни разу конденсата в глаза не видел, а с алюминиевых собирают периодически)
- меньший риск получить так называемое "топливное обленинение". Это когда ВС стояло долго (например в холодную ночь) на отрицательной температуре, а взлет производится при температуре чуть выше 0. При этом поверхность крыла значительно холоднее и есть вероятность схватить льда на баки. Хотя ИМХО в такую погоду лучше вообще вместо полетов пиво пить в теплом авиационном кафе  😉.

Такой эффект (топливное облединение) на больших самолетах бывает, а кто нибудь сталкивался на маленьких?

А ето самый современный прибор для испытания герметичности:

А внутрь бака браги залить и к батарее поставить  :-?  ;D
или на следующий день проверить - стоит/не стоит  ;D видимо если не стоит - всё плохо  🙁
 
Мы переделали даже стандартную заднюю плоскую стенку, которая прилегает к шпангоуту на оребренную т.к. при испытаниях стенка "задышала", а при повышеном давлении мы получили внутреннее растрескивание на стыках, выполненых с малыми радиусами. Радиуса были выполнены по чертежам фирмы изготовителя, но теперь мы их значительно увеличили с нескольких миллиметров до 1 сантиметра.
 В общем то мы раскрыли достоинства и недостатки различных конструктивных решений. Кому что больше понравится, тот то и выберет. Как по мне так пусть лучше дышит. Тонкая обшивка может "дышать" сколько угодно. В сэндвиче при изгибе неизбежно возникает сдвиг (насколько он велик, можно прочувствовать, сложив две школьных линейки и начать изгибать). Сдвигаться начинает именно пенопласт. И что можно ждать от пенопласта? Расслоившийся сэндвич - уже совсем не сэндвич 🙂.
Как по мне, так лучший бак - "бензостойкий презерватив" - как делают моделисты. И ёмкость есть, и бензонасоса не нужно.
 
Назад
Вверх