Проекты

Винт вертолета из углепластика

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Машиностроение, транспорт» среди работ учащихся 7−9 классов

Направление работы: Машиностроение, Инженерия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1231
Предметы: Физика, Химия
Классы: 9 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 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

  • Изучение конструкции механизма подвижности рулевого винта вертолёта.

  • Моделирование прототипа хвостового винта, просчёт кинематики.

  • Изготовление оснастки лопасти и создание лопастей винта вертолёта методом прессования.

  • 3D-печать механизма подвижности винта вертолёта.

  • Механическая обработка всех деталей и сборка конструкции винта вертолёта.

  • Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Autodesk Inventor 2019

  • 3D-принтер Maestro SOLO

  • Фрезерный станок Росфрезер ARF12STM

  • электроинструменты (пресс, печь, пневмолобзик)

  • Смола ElanTas EC 157 с отвердителем HR
     

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.

Результаты работы/выводы

В ходе проекта из углепластика был создан хвостовой винт самолёта, который выдерживает более высокие нагрузки и имеет 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

Использование данного продукта вместо обычных металлических аналогов приведёт к улучшению управления вертолётом и уменьшит стоимость его производства.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

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

Награды/достижения

Призёр конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату»

Мнение автора

«Конференция «Инженеры будущего» – это бесценный опыт, который, несомненно, пригодится в дальнейшем. В будущем планирую продолжить работу над проектом».