Формовка лонжерона для карбоновой лопасти
Интересуют способ формовки и материал лонжерона для карбоновой лопасти вертолёта.
Моменты на которые хотелось бы обратить внимание и найти ответы:
-
стальной прут расположен по центру (показан на 0:45). интересно как выглядит процесс формовки в данном случае. Это две половины матрицы под лонжерон или как-то по другому, чтобы добиться положения прута по центру. Как примерно выглядит оснастка под такую формовку - прут с грузом нужно зафиксировать.
-
сам материал лонжерона. визуально это смола с неким стекло наполнителем, возможно стеклошницель или что-то ещё. не уверен что там есть ровинг. Лонжерон очень жесткий на изгиб.
-
как сформировать оснастку, чтобы формовать сразу несколько лонжеронов, и потом их можно порезать фрезером. Т.е. условная плита с залитыми прутам. Т.е. чтобы не было поштучного формования - 1 лонжерон за раз, выемка, разделитель и по новой ещё 1 лонжерон.
Дополнительно про наполнитель. Интересен вопрос, как происходит процесс заполнения пеной и что это за материал. Никаких разумеется технологических отверстий в лопасти нет.
Очень большая просьба не предполагать - интересуют только ответы из реальной практики и опыта.
интересуют только ответы из реальной практики и опыта
И вот сейчас сбежиться народ рассказывать о секретных технологиях…
интересуют только ответы из реальной практики и опыта
И вот сейчас сбежиться народ рассказывать о секретных технологиях…
Секретная технология формовки лонжерона в конце 2021 года?
Изучив более подробно лонжерон такие выводы:
2 фторопластовые (не уверен на 100%, но похоже что он) пластины. Можно точно установить материал лабораторным путём.
Между пластинами смесь из рубленного стекла определённой нарезки, и стеклопудры.
Лонжерон - стеклоровинг, сколько tex не ясно (но вариантов не так много на самом деле), предполагаю массовая доля ровинга в ~63-65%.
Формовать можно двумя способами
Протяжкой (пультрузией) со стороны комля, предварительно заложив корд с грузом, две пластины под комель, т.е. протяжка и заход пропитанного ровинга идёт со стороны комля и далее идёт на уменьшение сечения под переднюю кромку. Форма-она же фильера. Протянули ровинг. Залили кашу в комель, нагрели, остудили - вынули готовый лонжерон с комлем.
В матрице. Уложили предварительно пропитанный ровинг. Закладка в две половины формы, 2 пластины фотропласта, каша из стеклошницеля.
Скорее всего используется первый способ. Тестовая оснастка достаточно просто прототипруется с помощью 3д принтера. Вопрос только в пропитке пожалуй и смоле.
Вариант 3. Убираем “секретные” технологиии и печатаем лонжерон из выскопрочного материала сопоставимого со стеклопластиком или прочнее волокнами по направлению главных напряжений в лонжероне и комле.
Ну вот все и прояснилось - никаких секретных технологий, все просто и по описанию можно повторит без проблем. 😃
Там эти всякие пустяки типа допущений/допусков/условностей/ипрочейсеретнойхуйни могут быть компенсированы ахулиардом секунд потерянного времени на указанные попытки и почти таким же количеством бабла, потраченного на материалы для этих изысканий. И никакой секретности и главное все бесплатно 😃
Ну вот все и прояснилось - никаких секретных технологий, все просто и по описанию можно повторит без проблем. 😃
Там эти всякие пустяки типа допущений/допусков/условностей/ипрочейсеретнойхуйни могут быть компенсированы ахулиардом секунд потерянного времени на указанные попытки и почти таким же количеством бабла, потраченного на материалы для этих изысканий. И никакой секретности и главное все бесплатно 😃
Да всё проще:
Bestfilament Nylon Carbon. 540 МПа на разрыв на сечении в 1мм^2
Сечение лонжерона ~15мм2 для 380ых лопастей.
Скорость ротора 3600 об/мин. или ~189 м/c
Масса груза (тестового) 15грм. или 0,015 кг
Сила натяжения в Ньтонах: 0,015 * 189^2 / 0.5 = 1071 Н.
1071 / 15 = 71 на 1мм ^ 2. Т.е. до 540 очень и очень далеко. И это будет красивый, чёрный карбоновый лонжерон сразу с комлем и очень жесткий.
для 380ых лопастей
А принтер с подходящим размером стола есть - лопасть великовата…
А принтер с подходящим размером стола есть - лопасть великовата…
360 х 360 в доступе есть, лонжерон влезет под 380ые в рабочее поле. Если не застряну на каком-то этапе, то можно потом и под 600ые сделать на заказ. В прошлый раз я обломался имеенно с лонжероном.
Тк его ручная формовка все равно даёт посредственное и нестабильное качество, плюс сильную разницу по весу, плюс если матрица металл - попробуй её потягай да перворачивай, натирай, отмывай. Балансировать через дырочки потом… Ну и в целом это морока - 1 или 2 шт можно сделать, но не 20-30-50 штук. Городить бальзовой-кевларовый-карбоновый с промазкой передней кромки и заливкой комля и всё это руками, куча смолы, потёки и прочее это точно не интересно в 2021 году, прошлый век…
Строить пультрузионную линию - не по моим возможностям. Поэтому и спрашивал может есть кейсы интересные. Но похоже так и осталось как 10 лет назад - часть специалистов все так же бояться сказать сколько они Ларита мешают с микросферой )) А то вдруг я сделаю Fun Key 2 и как начну мешками грести, а они без работы останутся! 😁
Корки - преперг 210 грамм. Финишь - препрег смола, т.к. легкого препрег-стекла под финиш 50 грм нет препрега готового. Но возможно попробую и стекло на препрег-смолу. Склейка на угольный жгут + полоски препрега смолы, чтобы как можно меньше мазюкать кисточкой и меньше человеческого фактора в изделии.
Матрицы “гибкие”, сразу под пару лопат. Пару сотен съемов они позволят сделать, а то и больше. Металлические я уже натягал и пальцы поотбивал себе. При очень большом желании или может кто подсобит с $$$ ) можно купить печку она уже с вакуумом - процесс ещё сильнее упрощается, а качество изделия будет выше, мешки скорее всего можно тогда исключить полностью.
Лонжерон сразу печатается с местом под крепление груза, вопрос только в корде безопасности (стальной прут с закреплённым на нём противофлаттерным грузом, который обёрнут вокруг root’а лопасти) - можно ли его будет класть сразу чтобы печатать вокруг и поверх прута. Лонжерон из двух половинок скорее всего, т.к. объемная печать вряд-ли будет возможна при горизонтальном расположении модели лонжерона, но посмотрим, это уже 3д принтер специалисты подскажут когда будет лонжерон рассчитан на нагрузки и 3d модель сделаю.
Всё остальное классика, как на видео. Вопрос ещё с пеной и обрезкой материала - резать до укладки (очень большая морока и ровно уложить сложно будет) или после. Если после, то нужен фрезер, который по кромке обрежет облой - т.е. снимается матрица верхняя, лопасти прижимаются чем-то упругим но не жестким - идёт проход фрезером по контуру. Ну не руками же дремелем 😁
Конечная цель - супер мелко серийное производство качественных (сравнимых с тем что есть на рынке сейчас) авторских лопастей 380, 580(600), 690(700). Не как основной профиль деятельности - мне интересно решать сложные задачи и получать результат который можно выразить в цифрах потом.
стальной прут с закреплённым на нём противофлаттерным грузом, который обёрнут вокруг root’а лопасти
Я тут пообщался со специалистами по изготовлению лопастей - они говорят, что вместо стальной проволоки можно укладывать нейлоновый шнур… Этот элемент конструкции необходим только для обеспечения безопасности при крэшах, чтобы обломки не разлетались в разные стороны. Сама формованная конструкция спокойно выдерживает все нагрузки на разрыв…
Я тут пообщался со специалистами по изготовлению лопастей - они говорят, что вместо стальной проволоки можно укладывать нейлоновый шнур… Этот элемент конструкции необходим только для обеспечения безопасности при крэшах, чтобы обломки не разлетались в разные стороны. Сама формованная конструкция спокойно выдерживает все нагрузки на разрыв…
Спасибо, хорошая подсказка! Дешевле чем сталь и легче.
И это будет красивый, чёрный карбоновый лонжерон сразу с комлем и очень жесткий.
Модуль будет сильно меньше, чем у угольного вдоль волокон. И он будет хреново клеиться. Ну, наверно, лучше, чем голый полиамид, но всё равно хреново.
проволоки можно укладывать нейлоновый
Нафига его укладывать, если человек всю палку нейлоновую собрался тиснуть?
Отчасти возражу сам, шнур не сломается, а палка сломается.
Но остальное в силе. За счёт плохой адгезии силовая часть конструкции будет разомкнута, будут работать по отдельности оболочка и нейлоновая вставка.
Модуль будет сильно меньше, чем у угольного вдоль волокон. И он будет хреново клеиться. Ну, наверно, лучше, чем голый полиамид, но всё равно хреново.
Нафига его укладывать, если человек всю палку нейлоновую собрался тиснуть?
Отчасти возражу сам, шнур не сломается, а палка сломается.Но остальное в силе. За счёт плохой адгезии силовая часть конструкции будет разомкнута, будут работать по отдельности оболочка и нейлоновая вставка.
Модуль на разрыв меньше, даже чем у стеклопластикового. Но отформовать качественный стеклопластиковый лонжерон протяжкой с нагревом в домашних условиях нереально, я уже не говорю про автоклав и уголь. Никто не будет заморачиваться ради 30-100 лонжеронов мне делать за недорого на заводе где это возможно.
Самый продвинутый филамент Markforged Carbon - на разрыв 800 МПа, но он супер дорогой - 50 см3 стоит $175. Т.е. такой лонжерон выйдет золотой. Другие сильно скромнее, но тут думаю важно сечение самого лонжерона и направление волокон при печати, а так же можно полноценный объёмный лонжерон напечатать с распорками или двойной (между которыми проложить шнур), благо экспрементировать с 3д печатью относительно недорого, но в любом случае надо определить критические нагрузки, чтобы работать с нужным филаментом, а не гадать перебором.
Склеивать лонжерон из двух половин очень не хочется - лишняя операция, погрешности в склейке, непонятно как будут работать волокна, может начать крутить со временем. В идеале - цельнонапечатанный за 1 раз.
Но есть и такие варианты конструции лонжерона:
Вопрос по расчёту прогиба лопасти (профилированной балки). Я правильно полагаю, что нужно посчитать подъемную силу ротора на максимальных углах атаки, при максимальных оборотах, и приложить эту силу к законцовке (концу балки закрпелённой с одной стороны) или же в точку ЦТ лопасти?
Какие ещё нужно учесть силы для того, чтобы расчёт был наиболее близок к реальному?
Склеивать лонжерон из двух половин очень не хочется - лишняя операция, погрешности в склейке, непонятно как будут работать волокна, может начать крутить со временем. В идеале - цельнонапечатанный за 1 раз.
Как-то проводил эксперименты с изготовлением винтов на 3Д принтере - через какое-то количество слоёв закладывал паузу в G-коде и укладывал на уже отпечатанное стеклоткань с большими расстояниями между ниток стекла, затем печатал ещё несколько миллиметров и снова укладывал стеклоткань. в конечном итоге получался напечатанный бутерброд из пластика и стекла. Прочность на излом и разрыв по ощущениям была намного выше - конечно измерений не проводил, но пробовал ломать… Ещё один вариант - В Simplify3D очень хорошо организована работа с профилями - можно задать, чтобы печать остановилась на определённой высоте - так вот создаёте модель с полостью для укладки нейлонового шнура. Задаёте в профиле 1 высоту до центра шнура, в профиле 2 остальную печать, Когда допечатается до центра шнура, принтер остановится - укладываем шнур и каким-то образом натягиваем его, затем продолжаем печать - получится почти цельная деталь - шнур будет почти склеен с материалом детали…
П.С. наверно правильнее будет называть эту деталь - передняя кромка лопасти…
Но отформовать качественный стеклопластиковый лонжерон протяжкой с нагревом
Подсказывали планерные парни прикольную технологию для угольных тяг (сам так делал пару раз, очень давно, правда) смоченный смолой ровинг затягивается в силиконовую трубку , затем трубка за концы растягивается… Получается довольно ровно 😃 А уж трубок силиконовых на али сейчас…
Колхоз? Да! Но работает.
Мне тут спецы подкинули видео о изготовление лопастей - www.youtube.com/embed/EmpnFXSbkqQ?wmode=opaque&sta…
Ну и его комментарий к этому видео :
Здравствуйте, Марат,
Я могу поделиться своим опытом использования легких 700 листов здесь:
Прочность на изгиб лопастей ротора достигается за счет лонжеронов / ровингов, которые расположены как можно дальше друг от друга (сверху и снизу). Для этого очень подходит самая толстая часть профиля.
Вертикальный лонжерон также увеличил бы жесткость на изгиб, но немного усложнил бы конструкцию, поскольку опорный материал должен был бы состоять из передней и задней части.
Прочность на скручивание достигается за счет внешних слоев ткани.
Для правильной установки опережения / запаздывания груз должен быть помещен в носовую часть лопасти ротора. Как уже говорилось, для этого подходят стальная проволока, свинец и т. Д. Центр тяжести лезвия можно легко измерить в CAD, и можно определить соответствующий вес материала.
Чтобы лопасти ротора не оторвались от ступицы, я накинул ровницы на ступицу.
Дополнительное тканевое усиление в области держателя лезвия также является преимуществом, поскольку оно увеличивает прочность на сжатие в этой точке.
И ещё один коллега поделился фоткой поперечного разреза лопасти, правда она старая…
И ещё очень важное дополнение, к которому единогласно пришли все, кто отвечал на мои вопросы - проволока предназначена больше для уравновешивания лопасти, чем для обеспечения прочности. Т.е. её вес и положение в лопасти должно быть точно рассчитано для обеспечения правильного положения Ц.Т.
Собственно решение есть:
На самом видео кратко про разные виды формовки в т.ч. препрег, фильера, и про их Anisoprint с укладкой непрерывного волокна.
Попробую скинуть им модель передней кромки с комлем и узнать стоимость печати.
Св-ва CF материала:
Плотность: 1,4 г/см3
Коэффициент Пуассона 31: 0,36
Модуль упругости при растяжении в направлении волокна: 64 ГПа
Предел прочности при растяжении в направлении волокна: 860 МПа
Предел прочности при сжатии в направлении волокна: 290 МПа
Прочность на изгиб: 520 МПа
Модуль сдвига 13: 430 МПа
Св-ва CF нити:
Диаметр нити, мм 0,35
Модуль упругости 149 ГПа
Прочность при растяжении 2206 МПа
Интересно будет узнать результат вашего запроса.