Формовка лонжерона для карбоновой лопасти

Jocker_cms

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.

Lazy

интересуют только ответы из реальной практики и опыта
И вот сейчас сбежиться народ рассказывать о секретных технологиях…

Jocker_cms
Lazy:

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?

Jocker_cms

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.

Airliner-rc

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 😃

Jocker_cms
Airliner-rc:

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.

Марат
Jocker_cms:

для 380ых лопастей

А принтер с подходящим размером стола есть - лопасть великовата…

Jocker_cms
Марат:

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.

Марат
Jocker_cms:

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…

Jocker_cms
Марат:

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.

МАЯТНИКФУКО
Jocker_cms:

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.

Марат:

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.

Jocker_cms
МАЯТНИКФУКО:

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:

Jocker_cms

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?

Марат
Jocker_cms:

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…

МАЯТНИКФУКО
Jocker_cms:

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.

Марат

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.

Jocker_cms

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

Марат

Интересно будет узнать результат вашего запроса.

Марат

Задал вопрос по поводу расположения центра тяжести - теоретически в самой толстой части профиля, но чем ближе к передней кромке, тем лучше авторотационные свойства, чем дальше к задней кромке тем лучше для пилотажных качеств…
В лопасти которая на фото, ЦТ был точно в середине хорды …

Марат

Произошла досадная ошибка - речь шла о ЦТ лопасти. В продольном направлении ( т.е. по длине лопасти) - чем дальше от оси вращения тем лучше авторотация, чем ближе к оси вращения, тем лучше пилотажные свойства… В поперечном сечении - в самой толстой части профиля.

Jocker_cms
Марат:

Произошла досадная ошибка - речь шла о ЦТ лопасти. В продольном направлении ( т.е. по длине лопасти) - чем дальше от оси вращения тем лучше авторотация, чем ближе к оси вращения, тем лучше пилотажные свойства… В поперечном сечении - в самой толстой части профиля.

Насколько я понимаю из теории несущего винта и той скудной информации, что у меня есть на данный момент.
Поперечный и продольный ЦТ. Они образуется путём геометрического смещения и подбором веса груза внутри лопасти.

Продольный ЦТ:
Чем дальше груз от комеля лопасти, тем больше будет гироскопический эффект и модель будет стабильнее, а так же авторотация более эффективной.

Поперечный ЦТ:
выступающая лопасть вперёд цапфы: менее стабильная, но более менёвреная
по центру крепёжного отверстия: нейтральная
отступающая за цапфу: стабильная.

Как совместить и просчитать хотя бы в грубой теории эти два ЦТ я пока не знаю, кроме, как распилить готовую лопасть и всё замерять по граммам. Но хотелось бы понимания как, это работает и считается, а не методом клонирования.

Как оценить, что является нейтральной-стабильной-манёвренной в цифрах тоже вопрос.