ЛЕКЦИЯ 3. Конструктивно-технологические особенности клепаных авиационных конструкций

Клепаные конструкции, входящие в состав планера самолета или вертолета, можно разделить на две основные группы. К первой группе относятся обводообразующие панели одинарной и двойной кривизны, состоящие из листов обшивки и профильного силового набора, соединяемых с помощью заклепочных, болт-заклепочных, болтовых соединений или их комбинаций. Ко второй группе относятся плоские каркасные элементы (шпангоуты, секции шпангоутов, нервюры и др.), которые состоят из плоских листов и силового набора различного сечения, размеров, соединяемых аналогичным образом.

Методы сборки авиационных конструкций, находясь в достаточно большой зависимости от конструкции летательного аппарата, одновременно могут влиять на нее. Конструкция самолета, вертолета и технология их изготовления находятся в тесной взаимосвязи со структурой технологического процесса сборки, схемой базирования и рядом других факторов. На механизацию и автоматизацию клепально-сборочных работ существенно влияют конструктивные особенности и предъявляемые технические требования, к которым можно отнести:

- сложность геометрических форм;

- малую жесткость;

- наличие большой гаммы типоразмеров и форм панелей для каждого агрегата, узла и секции планера летательного аппарата;

- ограниченный односторонний, а в некоторых случаях и двухсторонний доступ к рабочей зоне для образования заклепочного соединения;

- высокую точность внешних поверхностей, контурных и контактных поверхностей, обеспечивающих взаимное пространственное расположение частей планера летательного аппарата;

- высокую точность расположения осей заклепок по дистанциям и клепаных швов;

- большие габаритные размеры собираемых панелей и узлов;

- наличие в пакете деталей с разными физико-механическими свойствами.

Эти особенности во много предопределяют выбор технологических процессов сборки клепаных панелей, использование при этом соответствующего технологического оборудования, оснастки, инструмента и в конечном итоге возможные уровни механизации и автоматизации операций образования заклепочных соединений и технологических процессов сборки клепаных панелей и узлов.

В производстве летательных аппаратов клепаных конструкций, исходя из особенностей их сборки и условий эксплуатации, применяются специфические методы задания допусков на геометрические размеры, форму и расположение поверхностей сопряжений. К ним относятся:

- разбиение поверхностей агрегатов на зоны с разными допустимыми отклонениями изготовления;

- задание точности агрегатов не с помощью допусков, а указанием допустимых отклонений от теоретического контура;

- использование реперных точек и специальных систем координирования определения заданного расположения агрегатов;

- требования к волнистости наружной поверхности агрегатов, ограничения на выступание и западание крепежных деталей (заклепок, винтов и т.п.).

Поэтому детали, узлы и агрегаты, поступающие на сборку, должны удовлетворять условиям общей или функциональной взаимозаменяемости.

Для обеспечения взаимозаменяемости жестких конструкций с правильной геометрической формой поверхностей геометрическая точность размеров, формы и расположения задается единой системой допусков и посадок (ЕСДП). При изготовлении конструкций малой жесткости, значительных габаритных размеров и сложной формы, а также при сборке сборочных единиц и агрегатов из недостаточно жестких деталей и узлов, изготовленных из листового и профильного материала, применение системы допусков невозможно. В самолето- и вертолетостроении для обеспечения взаимозаменяемости конструкций малой жесткости используется метод взаимной увязки их с оснасткой и инструментом.

Согласование размеров, формы и расположения поверхностей деталей, узлов и агрегатов с оснасткой производится при помощи плоских и пространственных носителей формы и размеров и математических моделей. Роль жестких носителей размеров и форм выполняют взаимоувязанные между собой плазы, шаблоны, эталоны поверхности, макеты стыков и мастер-плиты. С этих жестких носителей передаются размеры и формы на элементы сборочной оснастки методом прямого копирования или обработкой поверхностей на стенках с копировально-следящими системами программного управления.

Требования к качеству внешней поверхности планера летательного аппарата определены из условия снижения дополнительного лобового сопротивления, обусловленного производственными неровностями, и выступающими в поток деталями до 3% от значения сопротивления аэродинамически гладкого самолета. Точность изготовления аэродинамических обводов летательного аппарата зависит в первую очередь от скорости обтекания воздушным потоком, а также от зоны обтекания агрегата.

Авиационные клепаные панели и узлы, подлежащие сборке на сверлильно-клепальном оборудовании, должны соответствовать определенным требованиям и ограничениям:

- по материалу – они должны быть из алюминиевых и магниевых сплавов;

- по габаритам – должны соответствовать технико-эксплуатационным характеристикам сверлильно-клепаного оборудования и сортаменту выпускаемого в отрасли листового и профильного проката и соответствующих материалов;

- по диаметру заклепки – от 2,5 до 8 мм, а по толщине соединяемого клепкой пакета от 2,5 до 30 мм;

- количество типоразмеров заклепок должно быть минимальным и унифицированным по формам головок, диаметрам и длине;

- по доступности подхода оснастки и инструмента в рабочую зону – подход может быть открытого и закрытого типов;

- по специальным требованиям, оговариваемым в конструкторской документации и технических условиях, допуск на величину перемычки (расстояние от кромки профиля силового набора до оси заклепки) (рис. 3.1), допуск на размер шага клепки t, допуск на перпендикулярность оси заклепки относительно поверхности клепки dº.

При этом важными требованиями после клепки панели являются сохранение ею заданных пространственных форм. На поверхности панелей не должно быть местных деформаций и выпукло-вогнутых зон (хлопунов). Одновременно с этим должны быть сохранены перпендикулярности осей отверстий для стыков нервюр и шпангоутов.

Обязательными требованиям к клепальным панелям является наличие припусков на обработку после клепки:

- процесс сборки элементов должен обеспечивать все требования технологического процесса сборки, исключающего дополнительную разборку;

- в узлах с переменной толщиной пакета, где нельзя избежать применения заклепок двух, трех и более типоразмеров, унифицировать швы по зонам. При проектировании панелей рекомендуется не применять клиновидных пакетов;

- в конструкциях узлов, подлежащих соединению на клепальных автоматах и установках, не применять двустороннее расположение элементов жесткости закрытого типа;

- при проектировании сборочного узла целесообразно выделять элементарные подсборки с разработкой чертежа под автоматическую клепку на каждую подсборку в отдельности.

Рис. 3.1. Участок клепаной панели: 1 – обшивка; 2 – стрингер; 3 – заклепка.

Основные конструктивно-технологические параметры клепаных панелей предопределяют схему сборки, виды сборочного оборудования и оснастки, структуру технологических процессов, организацию производства и пр. Для определения оптимального технологического процесса внестапельной сборки клепаных панелей и выбора соответствующего сверлильно-клепального оборудования. На рис. 3.2 представлена их классификация.

В классификации объекты сборки подразделяются по следующим признакам: габаритным размерам, форме обвода, наличию составных частей и проемов на поверхности панели, толщине пакета, расположению силового набора и форме его сечения, виду заклепочного соединения и типу закладной головки заклепки, форме клепаного шва.

Основными конструктивно-технологическими параметрами собираемого изделия, определяющими степень автоматизации технологического процесса сборки, являются его габаритные размеры и форма обвода. В результате проведенного анализа сборочных единиц и сверлильно-клепального оборудования, выпускаемого в отрасли и находящего в эксплуатации на предприятиях, клепаные панели и узлы по габаритным размерам можно разделить на три группы: малые (1000 мм ´ 2000 мм), средние (1500 мм ´ 4000 мм) и большие (2500 мм ´ 12000 мм). Форма панели определяет технологическое оснащение процесса сборки и группу сложности сверлильно-клепаного оборудования.

Собираемая панель может быть односекционной, состоящей из листа обшивки и силового набора, или многосекционной, состоящей из нескольких секций. Сборка многосекционной панели может быть осуществлена с использованием оборудования, на котором собираются секции, или с помощью других видов оборудования.

Расположение силового набора во многом определяет последовательность и трудоемкость процесса сборки. Так, в случае продольного, поперечного и продольно-поперечного расположения набора в плоской панели позиционирование при механизированном сверлении или клепке осуществляется по одной из двух взаимно перпендикулярных координатных осей с корректировкой по другой. При сходящемся и произвольном расположении набора позиционирование происходит одновременно по двум координатам.

Рис. 3.2. Классификация клепаных панелей.

Рис. 3.3: а – технологическое членение шпангоута на секции 1, 2, 3, 4; 5, 6 – поясные стрингеры; б, в, г, д – типовые сечения стенки шпангоута и силового набора.

Существует ряд типовых сечений профиля силового набора. К ним относятся: Z-образный, Z-образный со скошенной стенкой, П-образный, трапециевидной и специальных форм. На рис. 3.3 показано членение шпангоута и типовые сечения силового набора.

Данная классификация объектов сборки по конструктивно-технологи-ческим параметрам может использоваться при разработке технологических процессов с оптимизацией схемы сборки, режимов обработки, систем управления оборудованием. В ее основе лежат признаки, используемые при выборе необходимой группы и типа сверлильно-клепального оборудования для сборки клепаных панелей и узлов и определения степени его автоматизации.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие методы задания допусков существуют в самолетостроении?

2. Какие основные факторы влияют на механизацию и автоматизацию клепально-сборочных работ?

3. Какие требования и ограничения характерны для авиационных клепаных конструкций?

4. Назовите основные классификационные признаки клепаных панелей.

5. Для чего необходимо технологическое членение клепаных конструкций в самолетостроении?

6. Какие основные параметры и критерии определяют последовательность и трудоемкость процесса сборки клепаных конструкций?

7. Какие основные параметры заклепочного соединения и клепального шва контролируются в процессе сборки клепаных панелей?

ЛЕКЦИЯ 4. Требования к волнистости, шероховатости и выступающим в поток деталям планера

На внешней поверхности планера допускаются выступающие в поток детали в минимальном количестве и только те из них, которые по своему назначению работают в набегающем потоке и необходимы для нормального функционирования самолетного оборудования. Эти детали должны иметь наименьшие размеры и оптимальные аэродинамические формы.

Общие требования

- Крепеж выступающих деталей необходимо обеспечить без крепежных площадок, а детали, используемые только на земле, следует выполнять съемными или убирающими во время полета.

- Головки несъемных болтов и винтов выполнять утопленными. Углубления более 0,05 мм заполнить специальной пастой. Выступание пасты за контур обшивки не допускается. Западные пасты – не более 0,05 мм.

- Зазоры на стыках листов обшивки и несъемных панелей должны быть заполнены заподлицо специальной пастой.

- Риски и царапины на обшивках и панелях после окончательной отделки самолета не допускаются. Требования к качеству внешней поверхности после окончательной отделки в серийном производстве и при ремонте приведены в табл. 4.1. (Взяты фрагменты из ОСТ 1.02507-84).

- Шлицы головок винтов замков эксплуатируемых люков должны быть повернуты по потоку.

- Щели и зазоры с перетеканием воздуха в крейсерском полете по контуру элементов механизации крыла, органов управления, створок, дверей, люков подлежат закрытию.

- На фюзеляже допускаются продольные стыки обшивки внахлест с образованием фаски или сглаживания уступа специальной пастой с уклоном более 1:5.

Окончательный контроль указанных в стандарте геометрических параметров дверей и люков фюзеляжа и т.д. производить на самолете в отнивелированном теоретическом положении.

На верхней поверхности хвостовой части фюзеляжа (по длине не более 15% длины фюзеляжа) допускаются заклепки с выступающими головками.