Проекты

Винт вертолёта из углепластика

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект — от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 8–9 классов

Направление работы: Машиностроение, Транспорт
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1231
Предметы: Физика, Химия
Классы: 9 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2020 года

Актуальность

В современной авиации все чаще на замену металлу приходят детали, сделанные из композиционных материалов. Так, например, в новейшем авиалайнере Boeing 787 фюзеляж и крылья выполнены из углепластика, хотя раньше изготавливались из алюминиевого сплава. Благодаря применению композитов, которые легче алюминия, прочнее стали и практически не подвержены коррозии, удаётся снизить расход топлива и увеличить полезную нагрузку. Композиционные материалы не обошли стороной и вертолётную отрасль; в частности, на сегодняшний день «Вертолёты России» изготавливают из углепластика силовые элементы своих машин, а именно несущий винт. Снижение массы лопастей уменьшает момент инерции ротора, что приводит к уменьшению требуемой мощности для изменения скорости вращения в большую или меньшую сторону. Таким образом, управление подъёмной силой вертолёта становится менее инертным.

Цель

Разработка прототипа рулевого винта вертолёта, выполненного из композиционных материалов.

Задачи

1. Изучение конструкции механизма подвижности рулевого винта вертолёта.

2. Моделирование прототипа хвостового винта, просчёт кинематики.

3. Изготовление оснастки лопасти.

4. Создание лопастей винта вертолёта методом прессования.

5. 3D-печать механизма подвижности винта вертолёта.

6. Механическая обработка всех деталей.

7. Сборка конструкции винта вертолёта.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Autodesk Inventor 2019 — ПО для 3D-моделирования

• 3D-принтер Maestro SOLO

• Maestro Wizard - ПО для 3D-принтера

• Фрезерный станок Росфрезер ARF12STM

• Смола ElanTas EC 157 с отвердителем HR

• Различные инструменты (пресс, печь, пневмолобзик и др.)

Описание

Первым делом автор изучил конструкцию механизма рулевого винта вертолёта и принципы его работы. Затем была создана 3D-модель и разработаны управляющие программы для фрезеровки оснасток. Следующим этапом стала печать на 3D-принтере оснастки (матрицы) из МДФ и её последующая пропитка эпоксидной смолой. После формовки оснастки методом прессования были изготовлены лопасти и произведена обработка деталей. В завершение на 3D-принтере из ABS-пластика были напечатаны шлицевая ступица и ползун и произведена сборка винта в единую конструкцию.

 

Результат

В ходе проекта был создан хвостовой винт самолёта из углепластика, выдерживающий более высокие нагрузки и имеющий меньшую массу по сравнению с его аналогами из металла. Кроме того, на изготовление продукта требуется меньше ресурсов, что потенциально делает продукт более экономичным в производстве.

Перспективы использования результатов работы

Продукт может быть использован вместо его обычных металлических аналогов. Кроме того, его использование приведёт к улучшению управляемости вертолёта и уменьшит его стоимость.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Технопарк «Инжинириум МГТУ им. Н.Э. Баумана»