Усовершенствованная технология изготовления лопасти винта вертолета из полимерных композиционных материалов

Технологические вопросы производства композитных конструкций летательных аппаратов

2026. Т. 33. № 3. С. 160-169.

Авторы

Бохоева Л. А.1, 2*, Шатов М. С.1**, Рогов В. Е.1, Чермошенцева А. С.3***, Иванов А. А.1

1. Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, ул. Ключевская, 40в, стр. 1, Улан-Удэ, Республика Бурятия, 670013, Россия
2. Иркутский филиал Московского государственного технического университета гражданской авиации, ул. Коммунаров, 3, Иркутск, 664047, Россия
3. ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана», 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, с. 1

*e-mail: bohoeva@yandex.ru
**e-mail: maksim.shatov.97@mail.ru
***e-mail: asch-13@ya.ru

Аннотация

Рассмотрено технологическое совершенствование процесса изготовления лопасти винта вертолета из конструкционных полимерных композиционных материалов с применением внутренней формообразующей силиконовой оправки. Актуальность исследования определяется необходимостью повышения стабильности формования многослойных оболочечных деталей сложного аэродинамического профиля, для которых локальные нарушения контактного давления приводят к пористости, складкам, расслоениям и отклонениям геометрии. Проанализированы ограничения традиционной схемы с эластичной диафрагмой: зависимость качества от герметичности пресс-камеры, трудность равномерного уплотнения поверхностей двойной кривизны, повышенная энергоемкость и значительная трудоемкость подготовительных операций. В качестве технологического решения обосновано применение силиконовой оправки из термостойкого эластомерного компаунда, создающей при нагреве распределенное давление за счет объемного расширения материала. Сформирована последовательность изготовления, включающая входной контроль материалов, получение препрега, раскрой заготовок, сборку пакетов, предварительное уплотнение, окончательное формование, механическую обработку и контроль качества. Выполнена сравнительная оценка традиционной и предлагаемой технологий по дефектности, энергоемкости, ресурсу оснастки, трудоемкости и продолжительности производственного цикла. Показано, что применение силиконовой оправки позволяет повысить воспроизводимость аэродинамического контура, снизить вероятность внутренних дефектов и уменьшить эксплуатационные затраты при изготовлении лопастей из полимерных композиционных материалов.

Ключевые слова:

усовершенствованная технология изготовления, композиционные материалы, лопасть винта вертолета, внутренняя формообразующая силиконовая оправка, автоклавное формование, пресс-форма, препрег, технологическое давление, контроль качества

Список источников

  1. Paek SW, Balasubramanian S, Stupples D. Composites additive manufacturing for space applications: A review. Materials. 2022;15(13):4709. DOI: 10.3390/ma15134709

  2. Wang X, Ma Y, Wang L, et al. Advances in the optimization design study for aircraft composite structure. Science China Physics, Mechanics & Astronomy. 2018;48(1):014602. DOI: 10.1360/SSPMA2017-00043

  3. Towsyfyan H, Biguri A, Boardman R, et al. Successes and challenges in non-destructive testing of aircraft composite structures. Chinese Journal of Aeronautics. 2020;33(3):771-791. DOI: 10.1016/j.cja.2019.09.017

  4. Mohamed MH, Wetzel KK. 3D woven carbon/glass hybrid spar cap for wind turbine rotor blade. Journal of Solar Energy Engineering. 2006;128(4):562-573. DOI: 10.1115/1.2349543

  5. Salifu S, Desai D, Ogunbiyi O, et al. Recent development in the additive manufacturing of polymer-based composites for automotive structures – a review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022;119(11):6877-6891. DOI: 10.1 007/s00170-021-08569-z

  6. Гусев Ю.А., Усачева М.Н., Парахин И.В. и др. Применение композиционных материалов и полимерного заполнителя в конструкции лопасти вертолета // Труды ВИАМ. 2025. № 9(151). С. 50–62. DOI: 10.18577/2307-6046-2025-0-9-50-62

  7. Гребеников А.Г., Дьяченко Ю.В., Коллеров В.В. и др. Конструктивно-технологические особенности несущих поверхностей вертолета из полимерных композиционных материалов // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. 2019. № 84. С. 11–21.

  8. Бохоева Л.А., Пнев А.Г., Дамдинов Т.А. Моделирование и технология изготовления лопасти вертолета из композиционных материалов // Системы. Методы. Технологии. 2011. № 2(10). С. 16–20.

  9. Al-Furjan M, Shan L, Shen X, et al. A review on fabrication techniques and tensile properties of glass, carbon, and Kevlar fiber reinforced polymer composites. Journal of Materials Research and Technology. 2022;19(3):2930-2959. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.06.008

  10. Irving PE, Soutis C (eds). Polymer composites in the aerospace industry. 2nd ed. Cambridge: Woodhead Publishing; 2019. 690 p.

  11. Rodriguez-Garcia V, Herraez M, Martínez V, et al. Interlaminar and translaminar fracture toughness of automated manufactured bio-inspired CFRP laminates. Composites Science and Technology. 2022 219(6):109236. DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.109236

  12. Kumekawa N, Mori Y, Tanaka H, et al. Experimental evaluation of variable thickness 3D printing of continuous carbon fiber-reinforced composites. Composite Structures. 2022288(3):115391. DOI: 10.1016/j.compstruct.2022.115391

  13. Hanafee Z, Khalina A, Norkhairunnisa M, et al. The effect of different linear robot travel speed on mass flowrate of pineapple leaf fibre (PALF) automated spray up composite. Composites Part B: Engineering. 2019;156:220-228. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.08.090

  14. Senthil K, Arockiarajan A, Palaninathan R, et al. Defects in composite structures: Its effects and prediction methods – a comprehensive review. Composite Structures. 2013;106(2):139-149. DOI: 10.1016/j.compstruct.2013.06.008

  15. Абибов А.Л. Применение конструкционных пластмасс в производстве летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1971. 192 с.

  16. Резниченко В.И. Изготовление лопастей из неметаллических материалов. М.: Изд-во МАИ, 1977. 63 с.

  17. Слюсарь Б.Н., Флек М.Б., Гольдберг Е.С. и др. Технология вертолетостроения. Технология производства лопастей вертолетов и авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ, 2013. 230 с.

  18. Попов Ю.О., Колокольцева Т.В., Хрульков А.В. Новое поколение материалов и технологий для изготовления лонжеронов лопастей вертолета // Авиационные материалы и технологии. 2014. № S2. С. 5–9. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-s2-5-9

  19. Бохоева Л.А., Рогов В.Е. Разборная оснастка для изготовления консоли крыла беспилотного летательного аппарата. Патент RU 192733 U1. Бюл. № 27, 27.09.2019.

  20. Пнев А.Г., Федоров А.В., Номоев А.В. и др. Устройство для термокомпрессионного формования изделий из полимерных композиционных материалов. Патент RU 95311 U1. Бюл. № 18, 27.06.2010.

  21. Губарев Б.А., Шегас С.Л., Каюмов С.В. Лопасть несущего винта вертолета и способ изготовления лопасти из композиционного материала. Патент RU 2541574 C1. Бюл. № 5, 20.02.2015.

  22. Бохоева Л.А., Пнев А.Г., Филиппова К.А. Разработка алгоритма автоматической обработки результатов эксперимента образцов из композиционных материалов с дефектами // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2010. № 4. С. 10–16.

  23. Oliver WC, Pharr GM. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. Journal of Materials Research. 2004;19(1):3-20. DOI: 10.1557/jmr.2004.0002

  24. Рогов В.Е., Бохоева Л.А., Курохтин В.Ю. и др. Оценка процесса роста усталостных трещин в лопастях винта вертолета // Интернет-журнал «Науковедение». 2017. Т. 9. № 2. URL: http://naukovedenie.ru/PDF/80TVN217.pdf

  25. Бохоева Л.А., Пнев А.Г., Дамдинов Т.А. Моделирование и технология изготовления лопасти вертолета из композиционных материалов // Вестник машиностроения. 2007. № 1. С. 36–41.

  26. Бохоева Л.А., Курохтин В.Ю., Перевалов А.В. и др. Испытания элементов конструкций и узлов вертолета на усталостную прочность // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 1. С. 7–16.

  27. Бохоева Л.А., Балданов А.Б., Чермошенцева А.С. Разработка оптимальной конструкции многослойной консоли крыла беспилотного летательного аппарата с экспериментальным подтверждением // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 65–75. DOI: 10.34759/vst-2020-1-65-75

  28. Дорошенко Н.И., Чурсова Л.В. Эволюция материалов для лопастей вертолетов // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 2. С. 16–18.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026