Способ защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа (варианты) Российский патент 2024 года по МПК B64C11/26 

Группа изобретений относится к авиационной промышленности, может быть использована при производстве лопастей винтов вертолетов и воздушных винтов самолетов, беспилотных и других летательных аппаратов и направлена на защиту лопастей воздушных винтов от эрозионного и абразивного износа с целью повышения ресурса и надежности, особенно в условиях интенсивного воздействия песчано-пылевых частиц и твердых кристаллов льда и снега в пустынных и арктических зонах эксплуатации.

Лопасти воздушных винтов работают в высокоскоростном воздушном потоке, зачастую несущем пыль, песок, кристаллы льда различной концентрации, в зависимости от региона эксплуатации, высоты полета, времени года и т.д. Поэтому контактирующие с воздушным потоком поверхности лопастей подвергаются интенсивному эрозионному и абразивному износу, от которого необходимо лопасть защищать.

В соответствии с геометрией лопасти и направлением воздушного потока (аэродинамической картины обтекания воздушным потоком) угол воздействия потока изменяется от 90° (область передней кромки) до 0° (боковая поверхность пера лопасти).

Соответственно меняется и характер износа от эрозионного (передняя кромка лопасти) к смешанному эрозионно-абразивному и к преимущественно абразивному (боковая поверхность пера лопасти).

Особенно интенсивному воздействию подвергается зона передней кромки лопасти, которая встречает высокоскоростной воздушный поток, и обычно защищаемая металлической оковкой. Под передней кромкой обычно понимается передняя часть лопасти шириной до 30 % от хорды лопасти в данном поперечном сечении лопасти, чаще в пределах 10%.

Исторически первоначально лопасти винтов самолетов изготавливались из высококачественной авиационной древесины (авиационной планки). По мере роста скоростей самолетов, увеличения числа оборотов авиационных двигателей, возникает необходимость защиты передней кромки лопастей от эрозионного износа. Для защиты по передней кромке лопастей механически стали закреплять накладки (оковки), выполненные из латуни, стали, нержавеющей стали, толщиной 300 мкм и более. С появлением композиционных материалов для изготовления лопастей на смену механическому креплению оковок пришло приклеивание, в том числе титановых оковок, которые стали использовать уже на современном этапе развития лопастного производства. Для придания металлической оковке демпфирующих свойств в качестве промежуточного слоя между оковкой и собственно лопастью стали использовать резину.

Оковки предварительно изготавливаются, как правило, штамповкой.

Такое решение имеет ряд существенных недостатков, учитывая, что приклейка осуществляется на готовую лопасть из стекло- или карбопластика.

Для обеспечения прочности клеевых соединений одним из важнейших условий является совпадение профилей соединяемых поверхностей, обеспечивающее минимизацию остаточных напряжений в клеевом слое. Учитывая, что профиль лопасти по передней кромке имеет некоторый естественный разброс размеров, добиться полного совпадения профилей практически не удается. Поэтому приклейка оковок ведется при давлении, нивелирующем несовпадение профилей, а это в свою очередь закладывает некоторый уровень остаточных напряжений в клеевом слое. Особенно опасны остаточные напряжения растяжения, которые вызываются большей полнотой оковки, т.е. если внутренние размеры оковки больше наружных размеров кромки лопасти. Длительное воздействие остаточных напряжений растяжения, уровень которых максимален у кромки оковки, приводит к ослаблению прочности клеевого соединения.

Поскольку материалы лопасти и оковки различны по своей природе, имеют различный коэффициент термического расширения, а диапазон температур эксплуатации лежит в интервале от -60 до +90°С, причем температура у поверхности земли и на высоте резко различны и меняются при взлете и наборе высоты достаточно быстро, то возникающие термические напряжения в клеевом слое тоже могут приводить к отклейке оковки.

Как следствие, при совокупном воздействии перечисленных факторов, в процессе эксплуатации лопастей возможна расклейка, обычно начинающаяся с кромок оковки и идущая вглубь, вплоть до полной отклейки оковки. Поэтому в регламент обслуживания лопастей заложен периодический осмотр лопастей для своевременного обнаружения начинающегося дефекта.

Для защиты наружных поверхностей остальной части лопасти (пера лопасти или хвостовых отсеков) используют различные системы лакокрасочных покрытий (ЛКП).

Для покрытия этой части лопастей используют ЛКП, которые, наряду с устойчивостью к воздействию климатических факторов и декоративными свойствами, также должны быть устойчивы к абразивно-эрозионному износу.

В патенте RU 2616707 (опубл. 18.04.2017) предложен способ создания металлического покрытия передней кромки лопастей термическим напылением металла, металлического сплава или металлокерамики, при этом толщина покрытия варьируется от 0,5 мм до 20мм. При толщинах менее 0,5 мм получение сплошного монолитного покрытия становится проблемой, при этом для обеспечения надежного закрепления покрытия на кромке лопасти из композиционного материала предложено по обе стороны от передней кромки выполнять продольные канавки, куда тоже наносится металл покрытия для механической фиксации покрытия, что еще в большей утяжеляет формируемую напылением оковку. Для сравнения, на лопасти хвостового винта вертолетов МИ приклеивается оковка из нержавеющей стали толщиной не более 300 мкм. Выполнение продольных канавок механической обработкой режет волокна армирующего наполнителя, что снижает прочностные свойства, а формованием в оснастке значительно усложняет оснастку и вносит дополнительные изгибы волокон в зоне формования, что тоже снижает прочность изделия.

Кроме того, для обеспечения адгезии предлагается подготовка поверхности механической зачисткой, нанесением подслоя или приклейкой металлической фольги. Для обеспечения нанесения напылением на строго ограниченную поверхность кромки лопасти, остальную поверхность лопасти необходимо защищать от попадания. Все это делает процесс еще более трудоемким и нетехнологичным.

В патенте RU 2767574 (опубл. 17.03.2022) предложено включить металлическую оковку лопасти в интегральную конструкцию лопасти и устанавливать ее по всей длине носовой части лопасти до комлевых сечений, в качестве не только защищающего, но и силового элемента лопасти, что также может существенно утяжелять лопасть.

В последнее время появились технические решения по защите передней кромки лопасти воздушного винта с помощью полиуретанового покрытия (см. например, Ю. А. Михайлин. Конструкционные полимерные композиционные материалы, https://studfile.net/preview/9881472/page:10/ рис. 55-57; Винты 84П/Л, 87П/Л правого и левого вращения, https://rostovvint.ucoz.ru/index/vinty_84_87/0-14).

Наиболее близким к предложенным способам является принятый за прототип способ защиты лопасти воздушного винта от эрозионного износа, в котором предлагается наклеивать на переднюю кромку лопасти накладку из композиционного материала, связующим которого является термореактивная или термопластичная смола, а на накладку и на остальную поверхность лопасти наносят или приклеивают готовую полиуретановую пленку для защиты лопасти от эрозии (US 11, 401,823 B2, выдан 2 августа 2022 года).

Недостатком данного способа является недостаточная защита остальной поверхности пера лопасти от абразивного износа, которому она подвергается в большей степени, чем передняя кромка лопасти, поскольку угол воздействия воздушного потока близок или равен 0°, когда воздушный поток движется параллельно поверхности лопасти. Износ при этом носит преимущественно абразивный характер, твердые абразивные частицы в воздушном потоке механически повреждают (царапают) поверхность покрытия. С переходом в область передней кромки угол воздействия воздушного потока увеличивается, вплоть до 90°, на самой передней кромке лопасти. При этом меняется характер взаимодействия твердых абразивных частиц с поверхностью лопасти на преимущественно ударный, с увеличением вклада эрозионного износа. Эффективная защита зоны передней кромки полиуретановой пленкой объясняется высокой упругостью материала, работающего на отскок твердых частиц при ударе, в то же время недостаточная твердость полиуретана снижает его стойкость к абразивному износу.

Кроме того, сложно приклеить пленку с равномерным прижатием и без складок по всей поверхности лопасти, имеющей сложную геометрию.

Техническая проблема, решаемая группой изобретений, состоит в создании способов защиты лопасти воздушного винта как от преимущественно эрозионного износа в области передней кромки лопастей, так и защиты боковой поверхности пера лопасти от абразивно-эрозионного износа.

Технический результат, позволяющий решить указанную проблему, заключается в повышении надежности защиты боковой поверхности пера лопасти от абразивного износа.

Технический результат достигается cпособом защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа по первому варианту, заключающимся в нанесении эрозионностойкого покрытия из полиуретанового эластомера на зону передней кромки лопасти, при этом на остальную поверхность лопасти наносят абразивостойкое покрытие из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с наполнителем сферокорундом, содержащимся в материале в количестве 20-70 об.%.

Технический результат также достигается способом защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа по второму варианту, заключающимся в том, что на зону передней кромки лопасти наклеивают эрозионностойкую пленку из полиуретанового эластомера, при этом на остальную поверхность лопасти наносят абразивостойкое покрытие из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с наполнителем сферокорундом, содержащимся в материале в количестве 20-70 об.%.

Технический результат также достигается способом защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа по третьему варианту, заключающимся в том, что к зоне передней кромки лопасти присоединяют накладку, наносят на накладку эрозионностойкое покрытие из полиуретанового эластомера, при этом используют накладку, выполненную из композитного материала, из которого выполнена обшивка лопасти, и на остальную поверхность лопасти наносят абразивостойкое покрытие из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с наполнителем сферокорундом, содержащимся в материале в количестве 20-70 об.%.

В способе по третьему варианту присоединение накладки к зоне передней кромки лопасти можно осуществлять путем ее приклеивания или в процессе формования лопасти.

Также в способе по третьему варианту нанесение эрозионностойкого покрытия на накладку можно осуществлять до ее приклеивания или после ее приклеивания к зоне передней кромки лопасти.

Технический результат также достигается способом защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа по четвертому варианту, заключающимся в том, что к зоне передней кромки лопасти приклеивают накладку, наносят на накладку эрозионностойкое покрытие из полиуретанового эластомера, при этом используют накладку, выполненную из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с волокнистым наполнителем, содержащемся в количестве от 30 до 70 мас.%, и на остальную поверхность лопасти наносят абразивостойкое покрытие из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с наполнителем сферокорундом, содержащимся в материале в количестве 20-70 об.%.

В способе по четвертому варианту в качестве волокнистого наполнителя предпочтительно использовать тот же волокнистый наполнитель, который использован в композитном материале обшивки лопасти.

Также в способе по четвертому варианту нанесение эрозионностойкого покрытия на накладку можно осуществлять до ее приклеивания или после ее приклеивания к зоне передней кромки лопасти.

Сущность группы изобретений заключается в том, что используется единый матричный (пленкообразующий) полимер с максимально упругими свойствами - полиуретан, а состав покрытия меняется в зависимости от зоны покрытия, для придания покрытию в зоне передней кромки лопасти эрозионной стойкости за счет упругости (упругий отскок твердых и капельных частиц в воздушном потоке), и абразивостойкости в зоне покрытия пера лопасти. В первом и втором вариантах способа непосредственно на переднюю кромку лопасти наносят полиуретановое покрытие или наклеивают или приформовывают полиуретановую пленку. В третьем и четвертом вариантах приклеивают или приформовывают на переднюю кромку лопасти композитной накладку с нанесенным слоем полиуретана, либо покрытие наносят на уже приформованную в процессе формования самой лопасти композитную накладку, выполненную из композитного материала на основе полиуретана или композитного материала самой лопасти.

Это исключает целый ряд недостатков и слабых мест, свойственных использованию металлических оковок, а единый матричный (пленкообразующий) полимер полиуретан в системе покрытий исключает слабые места в переходной зоне между эрозионностойким и абразивостойким покрытиями.

Проанализировав существующие на практике и описанные в патентах материалы и способы защиты лопастей воздушных винтов, условия и характер обтекания воздушным потоком лопасти, авторы поставили задачу создания способа защиты лопасти от эрозионно-абразивного износа, лишенной ряда недостатков, свойственных описанным выше и одновременно технологичной и обеспечивающей уровень защиты как наиболее интенсивно изнашиваемой части лопасти - зоны передней кромки на уровне используемых в настоящее время металлических оковок, так и остальной части лопасти (пера).

С этой целью на первом этапе был проведен сравнительный анализ стойкости широкого ряда материалов к эрозионному износу в условиях, имитирующих обтекание кромки лопасти воздушным потоком, содержащим определенную концентрацию абразивных частиц. За эталон стойкости была принята фольга из нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 300 мкм, используемая в настоящее время для изготовления оковок передней кромки рулевых винтов вертолетов МИ.

Стойкость к износу оценивали по уносу материала образца в миллиграммах за секунду. Изучение характера и скорости абразивно-эрозионного износа образцов с покрытием из испытываемых материалов осуществляли методом ударно-динамического взаимодействия струйной воздушно-абразивной смеси с поверхностью образца при различных углах атаки, имитируя углы обтекания различных участков лопасти, от 90° до 15°.

Выбранные параметры экспериментальных исследований были основаны на следующих допущениях:

- проведение испытаний базируется на интенсификации процесса абразивного износа за счет использования параметров воздушно-абразивного потока, приближенных к максимальным значениям его воздействия при эксплуатации воздушных винтов (число оборотов и диаметр лопасти в пересчете на линейную скорость воздушного потока, действующего на кромку лопасти) и таких характеристик, как угол атаки потока и концентрация твердых частиц, приводящих к ускоренному развитию износа;

- значение скорости воздушно-абразивного потока составляет 170 м/с;

- значения углов атаки воздушно-абразивного потока в 30°, 45° и 60° были взяты на основании литературных данных, свидетельствующих, о том, что абразивное воздействие при данных углах атаки воздушного потока приводит к максимальному разрушению для пластичных материалов (в зависимости от физико-химических свойств), которыми являются исследуемые экспериментальные образцы без и с покрытиями;

Таким образом при проведении экспериментальных исследований были обеспечены следующие параметры абразивно-эрозионного воздействия: скорость воздушно-абразивного потока - 170 м/с; скорость твердых частиц в ядре потока - 30÷35 м/с; угол атаки воздушно-абразивного потока 30°, 45°, 60°; концентрация частиц в потоке - 300 г/м³; материал твердых частиц - кварцевый песок, фракция 200÷600 мкм.

При предварительных испытаниях было определено, что наиболее интенсивный износ имеет место при угле атаки 45°. Поэтому все дальнейшие эксперименты проводились при угле атаки 45°.

Образцы для испытаний представляли в виде пластин из стекло- или углепластика, на поверхность которых наносили или приклеивали испытываемый материал.

Результаты испытаний сведены в таблицу 1. Приведены усредненные данные по результатам испытаний не менее 5 образцов по каждому варианту состава покрытия. Таблица 1

№
п.п. Образец Унос,
мг/сек 1. Фольга из нержавеющей стали 12Х18Н10Т (эталонный образец) 4,24 2. Покрытие алюминиевой подложки микродуговым оксидированием (МДО) 8,79 3. Образцы с покрытием карбидом вольфрама (WC) методом газоплазменного напыления на стеклопластик 13,43 4. Образцы с покрытием WC методом газопламенного напыления на алюминиевую подложку 15,8 5. Образцы с покрытием эрозионностойкой эмалью
ЭСП 5 24,28 6. Образцы с покрытием эмалью ЭСП 5 с добавкой наночастиц углерода (2 мас.%) 29,32 7. Образцы с покрытием эмалью ЭСП-5, наполненной полым сферокорундом HCM-L (60 об.%) 31,55 8. Образцы с покрытием эмали АЭ ТЭП 11,36 9. Образец с покрытием ПУ на основе ненаполненной матрицы на стеклопластиковой подложке 1,67 10. Образцы с покрытием на основе ПУ, наполненного в объеме частицами корунда (50 об.%) 24,64 11. Образец с покрытием ПУ с углеродным наполнителем (2 мас.%) 1,89

В качестве объектов исследования были выбраны:

- неорганические керамические покрытия с высокой твердостью (пп. 2, 3 и 4 таблицы 1), традиционно рекомендуемые для повышения стойкости к эрозионному и абразивному износу;

- эмали на основе полиуретанового пленкообразующего, рекомендуемые производителями в качестве эрозионностойких ЭСП-5, ТУ 20.30.12- 001-55180710-2019 и АЭ ТЭП, ТУ 20.30.12.150-015-28151798-2022, (пп. 5, 8 таблицы 1);

- эрозионностойкая эмаль ЭСП-5 с добавками, повышающими стойкость к эрозионному и абразивному износу (пп. 6 и 7 таблицы 1);

- покрытие из полиуретанового эластомера СКУ-ПФЛ-100 (ТУ 2294-003-46898377-2001), отверждаемого отвердителем МОСА, известного, как один из наиболее износостойких литьевых полиуретанов (для получения покрытия приготавливали его раствор в бутилацетате) (пп. 9, 10, 11 таблицы 1).

Как видно из таблицы 1, наибольшей стойкостью к износу в условиях, имитирующих работу оковки лопасти, обладают покрытия из полиуретанового эластомера СКУ-ПФЛ-100 (п. 9 таблицы 1).

Стойкость покрытия в 2.5 раза выше, по сравнению со стойкостью эталонной оковки из нержавеющей стали (п.1 таблицы 1).

Полученные данные подтвердили наше первоначальное предположение, что при углах воздействия 90-30°, для увеличения эрозионной стойкости необходимо использование покрытий из материалов, обладающих повышенной упругостью.

Механизм взаимодействия абразивных частиц неправильной формы (кварцевого песка) с поверхностью описан в статье «Модель отскока и рассеивания несферических частиц при высокоскоростном взаимодействии с обтекаемой поверхностью», С.В. Панфилов, Ю.М. Циркунов, Журнал теоретической физики. 2022 г. Том 92. Вып. 5.

При соударении с упругим материалом взаимодействие твердых частиц проходит преимущественно по механизму упругого отскока, при котором поверхность контактируемого упругого материала повреждается в минимальной степени или не повреждается вовсе.

При этих же углах взаимодействия твердые покрытия, даже керамоподобные (пп. 2, 3, 4 таблицы 1), имеют значительно меньшую стойкость.

Показательны испытания образцов из полиуретанового эластомера с введенными в состав твердыми частицами корунда (п. 10 таблицы), для которого эрозионная стойкость составляет 24,64 мг/сек при 1,67 мг/сек для ненаполненного полиуретана. То же наблюдалось для образцов эрозионностойкой эмали ЭСП 5. Унос с поверхности покрытия из собственно эмали ЭСП-5 составляет 24,28 мг/сек, введение модифицирующих добавок, повышающих твердость покрытий (п.6 и п.7 таблицы), увеличивает унос, т.е. снижает стойкость покрытия.

Вероятно, при дальнейшем уменьшении угла взаимодействия с воздушно-порошковой струей все больший вклад вносит абразивный износ и при 0° (перо лопасти) износ носит преимущественно абразивный характер. В этом случае, как известно, введение в состав покрытий в качестве добавок твердых частиц существенно повышает стойкость к абразивному износу.

Для проверки этого предположения мы использовали методику испытаний стойкости покрытий к истиранию по Таберу, ASTMD 40 60 (абразивные диски CS1, нагрузка 1000 г, 1000 оборотов).

Испытания проводились на образцах, собственно самого покрытия ЭСП 5, и покрытия из ЭСП 5, содержащего 60 объемных частей частиц полого сферокорунда НСМ-L.

Результаты приведены в таблице 2.

В таблице 2 приведены средние значения по результатам испытаний 5 образцов на каждый состав.

Таблица 2

Наименование показателя Вид покрытия Показатель износа (унос массы), мг Стойкость к истиранию
(по Таберу) Образцы с покрытием эмалью ЭСП 5 - 0,4 Образцы с покрытием эмалью ЭСП 5, содержащей 20 об.% сферокорунда HCM-L +12 Образцы с покрытием эмалью ЭСП-5, содержащей 40 об.% сферокорунда HCM-L +52 Образцы с покрытием эмалью ЭСП-5, содержащей 60 об.% сферокорунда HCM-L +63

Как видно из таблицы 2, введение сферокорунда приводит к тому, что в условиях испытаний наблюдается не износ покрытия, сопровождающийся уносом массы покрытия. а прирост массы покрытия за счет переноса абразива с истирающих дисков на поверхность покрытия.

Результаты, приведенные в таблицах 1 и 2, подтвердили, что составы покрытия для защиты от износа передней кромки лопастей воздушных винтов и пера лопасти должны разрабатываться с учетом характерной картины обтекания лопасти воздушным потоком и обеспечивать в первом случае максимальную упругость покрытия и работать по принципу упругого отскока соударяющихся твердых частиц, во втором (для пера лопасти) стойкость к преимущественно абразивному износу.

Ниже приведены примеры реализации предложенных четырех вариантов способа защиты лопастей воздушных винтов от эрозионного и абразивного износа с использованием покрытий из полиуретанового эластомера как одного из самых известных на настоящее время упругих и одновременно износостойких материалов, обладающих необходимой морозо- и теплостойкостью, водостойкостью, масло- и топливостойкостью.

В качестве конкретных марок полиуретанового эластомера (ПУЭ) были выбраны отечественные марки двухкомпонентных полиуретанов СКУ-ПФЛ- 100, Адипрен L-100, Адипрен L-167, Вибратан-8000, которые имеют близкие свойства и характеризуются стойкостью к абразивному и эрозионному износу, при устойчивости к воздействию прочих факторов в условиях эксплуатации (см. сводные таблицы свойств а интернет-сайте ООО «Фирма Элмика» http://elmica.ru/nasha-produkciya/poliuretan.html). Также в предложенных способах могут быть использованы ПУЭ других марок, имеющие близкие свойства, например, ЛУР-90, ЛУР-СТ, СКУ-7Л.

Общим для всех вариантов способа является приготовление композиций, входящих в систему эрозионностойкого и абразивостойкого покрытий, известное из уровня техники и описанное ниже на примере марки полиуретана СКУ ПФЛ-100, ТУ 2294-003-46898377-2001.

Пример 1. Приготовление эрозионностойкой композиции

1. Форполимер ПУЭ взвешивали в необходимом количестве и для снижения вязкости нагревали до 40°С.

2. Аминный отвердитель МОСА взвешивали в количестве 18% от массы форполимера, растворяли в бутилацетате (200% от массы МОСА) при температуре 60-70°С, раствор охлаждали до 50°С.

3. Компоненты смешивали при температуре 35-40°С.

4. Перед нанесением вязкость раствора регулировали количеством растворителя (бутилацетат, этилацетат) в зависимости от значения, необходимого для выбранного метода нанесения (кистью, воздушным или безвоздушным распылением и др.).

5. При температуре раствора 30-40°С раствор должен быть использован для нанесения в течение не более 60 мин.

Пример эрозионностойкой композиции:

- 1000 грамм (1 кг.) ПУЭ, или 100% масс.;

- 180 грамм (0.18 кг) МОСА. или 18% масс.;

- МОСА растворяем в 360 граммах (0,36 кг) бутилацетата;

- смешиваем раствор МОСА с ПУЭ, при необходимости разбавляем бутилацетатом до необходимой для выбранного метода нанесения вязкости.

Пример 2. Приготовление абразивостойкой композиции

Отличалось от приготовления эрозионностойкой композиции введением в готовую композицию по п.п.1-2-3, необходимого количества сферокорунда - компонента, повышающего абразивную стойкость покрытия, в количестве от 20 об.% до 70 об.% на 100 мл. готовой композиции, см. п.п.1-2-3 примера 1, т.е. на 100 мл. готовой композиции (ПУЭ + раствор МОСА) вводили 20-70 мл сферокорунда. В разных опытах вводили 20, 40, 60, 70 об.%.

Сферокорунд представляет собой легкосыпучий порошок белого цвета и легко дозируется по насыпному объему.

При необходимости снизить вязкость, разбавляем полученную композицию дополнительным введением бутилацетата.

Использовали сферокорунд компании «HCM Group», марки НСМ-100. Количество вводимого сферокорунда определяли исходя из требуемой вязкости композиции, в свою очередь определяющей метод нанесения покрытия. В диапазоне 40-60 об.% вводимого сферокорунда, абразивная стойкость покрытия меняется незначительно в сторону повышения. Для придания декоративных свойств также возможно введение тех или иных красителей.

Сферокорунд в минимальной степени снижает вязкость композиции вследствие сферической формы частиц и даже при достаточно высоком содержании частиц в указанном диапазоне содержаний, вязкость композиции позволяет использовать различные методы нанесения распылением. Остальные операции идентичны приведенным в примере 1.

Пример 3. Нанесение эрозионностойкого покрытия непосредственно на переднюю кромку лопасти (по первому варианту способа)

1. Подготовка поверхности.

Поверхность передней кромки лопасти воздушного винта обезжиривали и сушили. Выбор растворителя, метода обезжиривания, сушки определяли в зависимости от материала лопасти. При необходимости поверхность зачищали шкуркой.

2. Нанесение раствора полимерной композиции, полученной по примеру 1, на зону покрытия передней кромки.

Наращивание необходимой толщины (300-800 мкм) осуществляли послойным нанесением, после подсушивания и частичной полимеризации каждого предыдущего слоя, в течение 30-40 мин. при 50°С.

3. Сушка и отверждение.

Окончательную сушку и отверждение нанесенного покрытия проводили при 45-50°С в течение двух часов, затем в течение двух часов при 65-70°С. Возможно доотверждение при более низких температурах с увеличением времени доотверждения.

Пример 4. Нанесение абразивостойкого покрытия на остальную поверхность пера лопасти

Поскольку оба вида композиции выполнены на одном и том же форполимере, то выполняют операции 1-3, идентичные операциям 1-3 примера 3, но с использованием абразивостойкой композиции. Покрытие наносится послойно с промежуточной сушкой слоев, обычно до толщины в пределах до 300-400 мкм.

Можно отметить, что вследствие совместимости обоих типов покрытия нет необходимости четкого разграничения границ между двумя зонами, тем более что угол воздействия воздушного потока меняется постепенно от 90° до 0°.

Возможно нанесение с использованием трафаретов для разделения зон покрытия.

Пример 5. Изготовление композитной накладки и нанесение эрозионностойкого и абразивостойкого покрытий (по третьему варианту способа)

С использованием композитной накладки на переднюю кромку лопасти, толщина и соответственно количество слоев и геометрия накладки задаются конструктивно.

Изготовление композитной накладки осуществляли в двух вариантах.

1. Формование готовой накладки осуществляли из того же материала, что и обшивка композитной лопасти (например, из препрега АСМ102-С200Т, ТУ 23.99.14-102-61664530-2018), с последующим нанесением на накладку эрозионностойкого покрытия (аналогично примеру 3) и приклеиванием накладки с покрытием на переднюю кромку лопасти. Для формования готовой накладки использовали отдельную оснастку, воспроизводящую профиль передней кромки лопасти. Абразивостойкое покрытие наносили на перо допасти аналогично примеру 4.

2. Формование накладки осуществляли одновременно с формованием лопасти. В этом случае накладка, по сути, входила в состав неотвержденного пакета заготовки лопасти и являлась элементом усиления зоны передней кромки. Эрозионностойкое и абразивостойкое покрытия наносили аналогично примерам 3 и 4.

Накладка обеспечивает повышение механической прочности и стойкости к ударным нагрузкам передней кромки лопасти за счет своей толщины и наличия клеевого слоя (пленочный клей или клей холодного отверждения). Для приклеивания накладки из препрега АСМ102-200Т используется пленочный клей АСМ102к, ТУ 20.16.40-114-61664530-2018.

Пример 6. Изготовление композитной накладки и нанесение эрозионностойкого и абразивостойкого покрытий (по четвертому варианту способа)

В этом варианте накладку изготавливали из композиционного материала, в котором связующим служил полиуретановый эластомер, который использовали для защитных покрытий, а наполнителем те же виды волокнистого наполнителя, что и в препреге для изготовления обшивки композитной лопасти.

Кроме того, использовали накладку с органоволокнистым наполнителем (ткань техническая из арамидных волокон, артикул 86-136-03 ВО).

Содержание волокнистого наполнителя в материале накладки может составлять от 30 до 70 мас.%. В разных опытах содержание волокнистого наполнителя составляло 30, 45, 60, 70 мас.%.

Накладку приклеивали на зону передней кромки лопасти. Нанесение эрозионностойкого покрытия наносили либо на готовую накладку до ее приклеивания, либо после ее приклеивания на зону передней кромки лопасти. Нанесение эрозионностойкого покрытия на готовую накладку и нанесение абразивостойкого покрытия на перо лопасти осуществляли аналогично примерам 3 и 4.

Данная накладка также обеспечивает повышение механической прочности и стойкости к ударным нагрузкам передней кромки лопасти, при этом волокнистые наполнители во всем указанном диапазоне содержаний дополнительно усиливают демпфирующие свойства материала накладки.

Пример 7. Изготовление накладки и нанесение эрозионностойкого и абразивостойкого покрытий (по второму варианту способа)

Накладку толщиной 0,3-5 мм (в зависимости от требований чертежа) изготавливали полностью из полиуретанового эластомера. В этом случае приготовленную эрозионностойкую композицию заливали в ограничительную форму, где формировался лист необходимой толщины, имеющий форму развертки накладки.

После заливки в форму сушку и отверждение осуществляли по следующему режиму:

- при температуре 45-50°С, выдержка в течение двух часов;

- подъем температуры до 65-70°С, выдержка в течение двух часов;

- после этого пленку извлекали из ограничительной формы и помещается в форму для доотверждения и придания пленке необходимой геометрии (формы накладки);

- форму с пленкой нагревали до 100°С в течение одного часа и выдерживали при этой температуре в течение 10 часов;

- форму охлаждали в сомкнутом состоянии до комнатной температуры, извлекали готовую накладку;

- осуществляется подготовка поверхности лопасти в зоне приклейки и приклейку накладки к передней кромке лопасти;

- нанесение абразивостойкого покрытия на перо лопасти осуществляли аналогично примеру 4.

Поскольку изготовление композитной накладки и приклейка готовых накладок являются типовыми для технологии изготовления изделий из ПКМ, подробно эти этапы не рассматриваются.

Способы по первому, второму и четвертому вариантам могут также использоваться для защиты от эрозионного и абразивного износа лопастей воздушных винтов, изготовленных из металла.

Изобретение относится к воздушным винтам летательных аппаратов. Способ защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа заключается в нанесении эрозионностойкого покрытия из полиуретанового эластомера на зону передней кромки лопасти. На остальную поверхность лопасти наносят абразивостойкое покрытие из материала, включающего полиуретановый эластомер с наполнителем сферокорундом, содержащимся в материале в количестве 20-70 об.%. Достигается повышение надежности защиты боковой поверхности пера лопасти от абразивного износа 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 пр.

1. Способ защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа, заключающийся в нанесении эрозионностойкого покрытия из полиуретанового эластомера на зону передней кромки лопасти, отличающийся тем, что на остальную поверхность лопасти наносят абразивостойкое покрытие из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с наполнителем сферокорундом, содержащимся в материале в количестве 20-70 об.%.

2. Способ защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа, заключающийся в том, что на зону передней кромки лопасти наклеивают эрозионностойкую пленку из полиуретанового эластомера, отличающийся тем, что на остальную поверхность лопасти наносят абразивостойкое покрытие из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с наполнителем сферокорундом, содержащимся в материале в количестве 20-70 об.%.

3. Способ защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа, заключающийся в том, что к зоне передней кромки лопасти присоединяют накладку, наносят на накладку эрозионностойкое покрытие из полиуретанового эластомера, отличающийся тем, что используют накладку, выполненную из композитного материала, из которого выполнена обшивка лопасти, и на остальную поверхность лопасти наносят абразивостойкое покрытие из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с наполнителем сферокорундом, содержащимся в материале в количестве 20-70 об.%.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что присоединение накладки к зоне передней кромки лопасти осуществляют путем ее приклеивания.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что присоединение накладки к зоне передней кромки лопасти осуществляют в процессе формования лопасти.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что нанесение эрозионностойкого покрытия на накладку осуществляют до ее приклеивания.

7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что нанесение эрозионностойкого покрытия на накладку осуществляют после ее приклеивания к зоне передней кромки лопасти.

8. Способ защиты лопасти воздушного винта от эрозионного и абразивного износа, заключающийся в том, что к зоне передней кромки лопасти приклеивают накладку, наносят на накладку эрозионностойкое покрытие из полиуретанового эластомера, отличающийся тем, что используют накладку, выполненную из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с волокнистым наполнителем, содержащимся в количестве от 30 до 70 мас.%, и на остальную поверхность лопасти наносят абразивостойкое покрытие из материала, включающего указанный полиуретановый эластомер с наполнителем сферокорундом, содержащимся в материале в количестве 20-70 об.%.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве волокнистого наполнителя используют тот же волокнистый наполнитель, который использован в композитном материале обшивки лопасти.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что нанесение эрозионностойкого покрытия на накладку осуществляют до ее приклеивания.

11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что нанесение эрозионностойкого покрытия на накладку осуществляют после ее приклеивания.