4.2.3. Самозаклинивающиеся соединения.

Одним из способов местного повышения предельных значений сдвиговых характеристик КМ является использование действующей эксплуатационной нагрузки.

Суть процесса состоит в следующем: в профиль соединения вводят элементы, имеющие, как правило, двусторонние заклинивающие поверхности различной формы. При эксплуатации нагрузка преобразуется так, что в месте соединения возникают значительные радиальные силы, вызывающие местное радиальное сжатие слоев по всей толщине детали из КМ. Например, для оболочек давления чем больше внутреннее давление, действующее на соединяемые оболочки, тем большую нагрузку может выдержать место соединения. В свою очередь, наличие сжимающих сил приводит к увеличению сил сцепления между элементарными слоями КМ, а следовательно, и к резкому повышению предельных значений межслоевой жесткости и прочности. Значение радиальных сжимающих сил, а также местные значения предельных сдвиговых характеристик КМ пропорциональны значению действующей эксплуатационной нагрузки. Сравнительно равномерное распределение нагрузки по длине соединения можно получить специальным профилированием заклинивающихся поверхностей. Закон этого профилирования должен соответствовать эпюре распределения сдвиговых напряжений в соединении.

4.2.4. Сшивные и игольчатые соединения.

Как известно, с уменьшением диаметра крепежных элементов прочность соединений возрастает. Наиболее прочные соединения можно получить с применением сшивки материала (гибкие связи) и специальных иголок (жесткие связи). Было рассчитано, что при диаметре крепежного элемента d= 0,3...1,5 мм, коэффициент прочности шва φ ~ 100%. Выполнить соединения с такими размерами крепежного элемента на базе традиционных клепаных и болтовых соединений затруднительно, поэтому целесообразно осуществлять соединение КМ с помощью сшивных и игольчатых соединений. Экспериментальные исследования прочности сшивных и игольчатых пятирядных соединений показали, что прочность соединения близка к 100 % (92...96 %), а долговечность при циклических нагрузках соединений с отверстиямиd= 1 мм в 18 раз превышает долговечность соединений с отверстиямиd= 6 мм.

4.3. Комбинированные соединения.

Одним из наболее эффективных способов получения высокопрочной связи является клеемеханическое соединие. Особенно высокие результаты такое соединение показывает в случае добавления в зону соединения листов высокопрочной металлической фольги. Такая фольга воспринимает основную нагрузку, передаваемую болтом, и через клеевую пленку загружает прилегающие слои основного материала растягивающими усилиями. Практика показывает, что оптимальное соотношение суммарной толщины слоев фольги к толщине материала составляет от 0,1 до 0,4. При этом рекомендуется использовать фольгу толщиной, составляющей ~10 % от толщины монослоя.

5. Спец. Вопросы

Молниезащита.

Идеальной защитой от поражения молнией может служить токопроводящая внешняя поверхность, с непрерывными электрическими связями.

На практике, для защиты от молний, на поверхность элементов конструкций, армированных углеродным волокном, наносят слой изолирующей смолы и затем алюминиевую ткань. Металл не должен иметь прямого контакта с углеродом, чтобы избегать формирования карбида алюминия. Для этого, на поверхность углеродного слоя наносят тонкий слой арамидных волокон и эпоксидной смолы, сверху накладывают алюминиевую сетку, которая тоже закрепляется эпоксидной смолой.

При использовании никелированных углеродных волокон этот добавочный слой арамидных волокон не нужен. Достаточно наложить на поверхность никелированную углеродную ткань.Этим достигается защита от электромагнитного излучения и разрядов до 200 кА.

Для предотвращения искрения внутри закрытых отсеков (в частности, в топливных баках) на головки металлических крепежных элементов следует наносить изолирующий материал (например, полисульфид).

Как известно, носки и хвостовые части несущих поверхностей самолетов изготавливают из материалов типа СВМ, которые не являются защитой от поражения систем электромагнитным излучением. Проведенные исследования показали, что надежную защиту систем от электромагнитного излучения обеспечивают поверхностные слои из алюминиевой фольгитолщиной ~0,8 мм.

Противообледенительная защита.

Углеродные КМ могут быть использованы в качестве неконструкционных материалов для противообледенительной защиты двигателей и поверхностей самолетов. Можно выделить следующие методы противообледенительной защиты конструкций из КМ:

• электрический нагрев металлизированной ткани или слоя углеродного КМ постоянным электрическим током;

• нагревание жидкости в капиллярных трубках, внедренных в композит;

• испарение через пористую поверхность раствора антифриза.

Последний метод хорош для защиты крыльев, но не пригоден для двигателя, из-за образования токсичных дымов.

Электрические средства могут быть связаны с ограниченными энергетическими возможностями.

Применение лакокрасочных материалов.

Основным средством защиты агрегатов из ПКМ являются лакокрасочные покрытия, предохраняющие конструкцию от атмосферных воздействий, пониженных и высоких температур, солнечной радиации, химических сред, биологических факторов. Лакокрасочные покрытия могут быть эффективно использованы для придания поверхности самолета или его отдельных агрегатов антистатических свойств, препятствующих скапливанию на их поверхности электрических зарядов, защиты металлизированных слоев от внешних воздействий. Эти покрытия способствуют сохранению диэлектрических свойств деталей.

Технически правильно подобранные лакокрасочные материалы способны повышать твердость и, следовательно, износостойкость изделий из ПКМ, и стабилизировать их прочностные свойства.

Для повышения физико-механических и специальных свойств лакокрасочных покрытий применяется их горячая сушка при температурах до +180 ºС. Однако возможности сушки изделий из многих ПКМ ограничиваются технологическими нагревами до 90...100 ºС, в связи с чем вопросы выбора ПКМ должны решаться комплексно, с учетом их последующей защиты лакокрасочными покрытиями и получения при этом оптимальных свойств изделий.

Одним из важнейших факторов выбора лакокрасочных покрытий является их масса.

Ремонтопригодность.

В связи с использованием КМ в ЛА возникла естественная необходимость по разработке методов ремонта конструкций из КМ. В настоящее время разработаны следующие методы ремонта:

• с помощью накладок, устанавливаемых на клей и полимеризуемых местным вакуумированием и нагревом через резиновые накладки;

• с помощью титановых накладок, устанавливаемых на винтовой крепеж.

Для ремонта в полевых условиях разработан метод, заключающийся в установке впотай накладок, изготовленных из углепластика. Поврежденные элементы предварительно просушиваются. Приклейка осуществляется пленочным клеем с местным подогревом и вакуумированием.

60