Текст
Печатается по решению
РЕДАКЦИОННОЙ КОЛЛЕГИИ ОТРАСЛЕВОЙ библиотеки
«технический прогресс и повышение квалификации»
ББК 39.53.
6Т5.1
УДК 629.735.33.024.002
Гсс. губ."* жая
ИЯучм« , г* •: ’ ,вская
биЗ/Аеи .'>а СССР
ЭЧ*г,|^ЛЯ1»
ЧИТА.Г';4'ОГО ЗАЛА
!№
Белянин П. Н.
Б43 Производство широкофюзеляжных самолетов в
США — М.: Машиностроение, 1979 — 256 с. ил.
В пер.: 2 р. 70 к.
В 1973 г. в составе делегации специалистов автор ознакомился с производ-
ством широкофюзеляжиых самолетов в США. Представленные фирмами ма-
териалы были использованы при написании этой книги. В ней приведены
краткие конструктивно-технологические характеристики широкофюзеляжных
самолетов и двигателей для них. Описаны специфичные технологические про-
цессы производства этих самолетов.
Книга предназначена для специалистов авиационной промышленности. Она
может .быть также полезна студентам вузов соответствующих профилей.
31808-430
038(01 )-79
без объявл.
2201000000
ББК39.53
6Т5.1
[6) Издательство «Машиностроение», 1979 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
22 декабря 1976 г. совершил свой первый полет советский само-
лет-аэробус Ил-86 на 350 пассажиров, созданный в чрезвычайно ко-
роткий срок в конструкторском бюро, возглавляемом Героем Соци-
алистического Труда Г. В, Новожиловым.
На самолете установлено четыре турбореактивных двигателя,
конструкция которых разработана под руководством Героя
Социалистического Труда, академика Н. Д. Кузнецова. Эти двига-
тели имеют отличные характеристики тяги, они экономичны, на-
дежны и имеют хороший ресурс.
Первым в мире широкофюзеляжным самолетом был советский,
самолет Ан-22 («Антей»), созданный коллективом конструкторов и
производственников под руководством Героя Социалистического
Труда, академика О. К- Антонова.
За границей уже несколько лет эксплуатируются американские
широкофюзеляжные самолеты * В-747, L-1011 «Тристар» и DC-10 и
европейский самолет-аэробус А-300В.
Все широкофюзеляжные самолеты имеют диаметр фюзеляжа
~6 м.
Создание самолетов-гигантов и использование их для перевозок
пассажиров было вызвано .бурным ростом авиаперевозок во всех
экономически развитых странах.
Объем воздушных перевозок в капиталистических странах за
последние 20 лет увеличивался в среднем на 14% в год, что харак-
теризует авиацию, как одну из наиболее быстроразвивающихся
отраслей транспорта. Прогнозы начала шестидесятых годов пока-
зывали, что к 1976 г. объем пассажирских перевозок в капиталис-
тических странах должен возрасти в три раза, а объем грузовых
перевозок — в шесть — восемь раз по сравнению с 1966 г.
Эксплуатировавшиеся в тот период самолеты не могли удовлет-
ворить потребностям увеличивающегося роста перевозок и неизбеж-
но привели бы к образованию «пробок» в аэропортах в часы «пик».
Подсчитано, что к 1980 г. потребовалось бы 24 млн. самолето-выле-
тов в год. Фирма «Боинг» одной из первых приступила к созданию
нового поколения гражданских транспортных реактивных самоле-
тов большой вместимости и дальности полета В-747. Фирмы «Мак-
* Здесь и далее под названиями В-747, В-707, В-727 и в других аналогичных
случаях подразумеваются самолеты Боинг 747, Боинг 707, Боинг 727 и т. д.
(Прим. ред.).
3
доннел — Дуглас» и «Локхид» также осуществили программу стро-
ительства такого же класса самолетов DC-10 и L-1011, получивших
название «широкофюзеляжных».
Ввод в эксплуатацию подобного класса самолетов позволяет
избежать перегрузки аэропортов благодаря резкому сокращению
количества самолетов-вылетов.
Проектирование широкофюзеляжного самолета В-747 было на-
чато в июле 1965 г., а летные испытания — в феврале 1969 г. С ян-
варя 1970 г. до середины 1978 г. фирма «Боинг» поставила заказчи-
кам 330 самолетов В-747. Три крупнейшие авиационные корпора-
ции США, изготавливающие широкофюзеляжные самолеты —
«Боинг», «Макдоннелл — Дуглас» и «Локхид»,— в начале 1973 г.
имели заказы на 618 самолетов В-747, DC-10 и L-1011.
Создание широкофюзеляжных самолетов стало возможным бла-
годаря разработке новых мощных турбореактивных двигателей
(ТРД) с большим коэффициентом двухконтурности, обладающими
большой взлетной и крейсерской тягой, меньшим удельным расхо-
дом топлива и обеспечивающими большую дальность полета, боль-
шую тяговооруженность и более низкий уровень шума.
Три крупнейшие двигателестроительные фирмы «Роллс-Ройс»
(Великобритания), «Джеиерал электрик» (США) и «Пратт-Уитни»
(США) создали примерно в одно и то же время двигатели RB-211,
CF-6 и JT9, близкие по своим эксплуатационным данным. Эти дви-
гатели развивают тягу порядка 20 тс и обладают высокими эконо-
мическими показателями. Двигатель фирмы «Роллс-Ройс» предназ-
начался, в частности, для широкофюзеляжного самолета «Тристар»
L-1011 фирмы «Локхид». В настоящее время находятся в эксплуа-
тации модификации самолета В-747 с двигателями RB-211.
Разработка и производство широкофюзеляжных самолетов име-
ют хорошую перспективу, поэтому понятен интерес, проявляемый
к этим типам самолетов как за рубежом, так и в СССР.
Автор выражает глубокую благодарность В. Ф. Васькиной,
С. А. Голубеву, И. В. Семенченко, М. И. Слесаревой, В. Б. Стулову
и доктору техн, наук В. В. Швецу за помощь, оказанную при работе
над книгой.
Глава 1
ХАРАКТЕРИСТИКА ФИРМ, ВЫПУСКАЮЩИХ
ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫЕ САМОЛЕТЫ *
1.1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ
ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
В послевоенные годы развитие воздушного транспорта характе-
ризовалось устойчивой тенденцией появления на рынке каждого
нового типа самолетов с более высокой производительностью, чем
предшествующие. Так, производительность созданных в конце 50-х
годов самолетов с ТРД в среднем в два раза превышала произво-
дительность самолетов с турбовинтовыми и поршневыми двигате-
лями (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Динамика производительности различных типов
магистральных самолетов
Самолет Год ввода в эксплуа- тацию Тип двигателя на самолете Рейсовая скорость, км/ч Пассажиро- вмести- мость, чел. Годовое исполь- зование, ч Годовая произво- ди! ель - ность, млн. место-км
Ближнемагистральные
Конвер-240 1948 Поршневой 280 40 1700 19
«Вайкаунт» 1953 Турбовин- товой 400 Я) 1900 38
«Каравелла» 1959 Турбореак- тивный 550 75 2200 90
Дальнемагистральные
L-1049 1953 Поршневой 460 70 2500 80
«Британия» 1957 Турбовин- товой 540 100 3000 162
В-707-320 1962 Турбореак- тивный 810 140 3250 370
Примечание. Годовая производительность обусловливается треми по-
казателями: рейсовой скоростью, коммерческой нагрузкой (пассажировместимо-
стью) и интенсивностью полетов самолета в течение года.
Высокая производительность самолетов с ТРД позволила значи-
тельно снизить прямые расходы: по сравнению с поршневыми этот
показатель для самолетов с ТРД в среднем ниже на 25%.
* Глава 1 написана совместно с В. М. Макаровым.
5
Благодаря существенному снижению прямых эксплуатационных
расходов авиакомпании значительно сократили стоимость проезда
на воздушном транспорте, что в свою очередь явилось основной
предпосылкой высоких темпов роста воздушных перевозок. За
1959—1967 гг. среднегодовой темп роста воздушных перевозок со-
ставил 14—16%. В результате сложившейся обстановки возникла
необходимость замены первого поколения самолетов с ТРД новы-
ми, более производительными.
Рост производительности самолетов благодаря значительному
увеличению интенсивности их использования ограничен, поэтому
повысить их производительность в основном можно резким увели-
чением скорости или коммерческой нагрузки (пассажировмести-
мости) .
При создании дальномагистральных самолетов авиастроитель-
ные фирмы решили использовать оба пути. Такие фирмы, как БАК,
«Аэроспасьяль», «Боинг», «Локхид», «Норт Америкен», усиленно
исследовали возможность создания сверхзвуковых пассажирских
самолетов (СПС). Эти исследования завершились созданием англо-
французского СПС «Конкорд». В США конкурентную борьбу за
создание СПС выиграла фирма «Боинг». Однако в 1970 г. прави-
тельство США из-за высокой стоимости прекратило финансирова-
ние разработки СПС В-2707.
Так как второй путь повышения производительности — за счет
увеличения коммеоческой нагрузки самолетов — наиболее экономи-
чен и связан с меньшим техническим риском, он стал практически
единственным решением при замене первого поколения ближних и
средних магистральных самолетов с турбореактивными двига-
телями. Таким образом, создание широкофюзеляжных самолетов с
высокой грузоподъемностью для дальних, средних и ближних авиа-
линий представляло собой одно из самых эффективных технических
решений на новом этапе развития авиастроения (в конце 60-х го-
дов).
Экономическая эффективность создания широкофюзеляжных
самолетов складывалась из следующих составляющих:
1) относительно низких расходов на разработку проекта и про-
ведение летных испытаний по сравнению с расходами на создание
СПС и самолетов с вертикальным взлетом и посадкой. Стоимость
разработки самолета В-747 составила около 650 млн. долл., а са-
молетов DC-10, L-1011 и А-300В — в среднем около 500 млн. долл.
Этот же показатель для СПС «Конкорд» составляет около
2400 млн. долл. Высокая стоимость разработки проектов СПС o6yv
словливает высокую продажную цену, что в ,не малой степени огра-
ничивает масштабы сбыта продукции на мировом рынке. Так, цена
самолета В-747 находилась в пределах 25—28 млн. долл., а СПС
«Конкорд» — около 41 млн. долл. (1975 г.);
2) относительно низких уровней прямых эксплуатационных рас-
ходов. Увеличенная пассажировместимость, большой объем грузо-
вых отсеков, низкий расход топлива на пассажиро-километр и дру-
гие факторы позволяют, сократить прямые эксплуатационные рас-
6
ходы по сравнению с предыдущим поколением самолетов на 25—
30%;
3) стабилизации интенсивности движения на основных трассах
и в крупнейших аэропортах мира. В результате бурного роста воз-
душных перевозок в 1958—1967 гг. увеличился мировой парк само-
летов и возросла интенсивность его использования. При этом ча-
стота рейсов в основных аэропортах мира опережала темпы обнов-
ления системы управления и контроля за воздушным движением.
Перегруженность основных аэропортов стала причиной многочис-
ленных задержек вылетов самолетов, продолжительного их барра-
жирования в зонах ожидания, из-за чего убытки авиакомпаний
исчислялись десятками миллионов долларов. Увеличение самолет-
ного парка на таких трассах практически уже не способствовало
росту объема воздушных перевозок. Возникла резкая необходи-
мость в создании самолета со значительно большей провозной спо-
собностью;
4) повышенного комфорта в пассажирских салонах. Ширина фю-
зеляжа нового типа самолетов, увеличенный объем салона, прихо-
дящийся на пассажирское кресло, позволили разработать интерьер
пассажипских салонов на принципиально новой основе, что, по мне-
нию специалистов фирм-разработчиков магистральных самолетов,
должно было способствовать дальнейшему росту воздушных пере-
возок;
5) увеличения степени использования. Повышение регулярности
полетов самолетов за счет повышения их безотказности, а также за
счет эксплуатации самолетов при неблагоприятных метеорологи-
ческих условиях, возможность эксплуатации в ночное время с аэро-
дромов, расположенных вблизи городов, благодаря низкому уров-
ню шума двигателей обеспечивают значительный рост интенсив-
ности использования широкофюзеляжных самолетов.
По мнению многих специалистов, указанные факторы должны
были обеспечить (и обеспечили) массовый сбыт этих самолетов.
1.2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ
ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
В капиталистических странах идея создания большегрузного
широкофюзеляжного самолета, предназначенного для ближних и
средних маршрутов, зародилась в Западной Европе в конце 50-х го-
дов, когда были составлены первые прогнозы роста воздушных
перевозок на 70-е. годы. В Европе протяженность почти 80% мар-
шрутов не превышает 2000 км, поэтому все проблемы, связанные
с высокой интенсивностью движения в основных аэропортах и на
магистральных трассах, в первую очередь вызваны большим коли-
чеством ближних и средних магистральных самолетов.
В начале 60-х годов все ведущие авиастроительные фирмы Ве-
ликобритании, Франции, ФРГ приступили к исследованию различ-
ных вариантов широкофюзеляжных самолетов, получивших в За-
падной Европе название аэробусов. В ФРГ была создана специ-
7
альная научно-исследовательская группа, в которую вошли пред-
ставители пяти ведущих самолетостроительных фирм.* Группой
были разработаны проекты самолетов Н-30-002, Т-25-002, Т-25-100.
Самолетостроительные фирмы ФРГ не собирались самостоятельно
приступать к разработке и производству аэробуса. Указанные про-
екты послужили основой для переговоров с фирмами Франции и
Англии о международном сотрудничестве. Во Франции две фир-
мы— «Сюд авиасьон» и «Дассо» разработали совместный проект
аэробуса «Галион». В Англии фирма «Хоукер Сиддли» разрабо-
тали аналогичный «Галиону» самолет НВ-100.
На создание европейского аэробуса большое влияние оказал
симпозиум, организованный в октябре 1965 г. английской авиаком-
панией БЕА в Лондоне, на котором присутствовали основные авиа-
компании Европы. Этот симпозиум, цель проведения которого за-
ключалась в определении требований к будущему самолету, послу-
жил и началом интернационализации программы европейского
аэробуса. В сентябре 1966 г. состоялась встреча представителей
фирм «Сюд авиасьон», «Хоукер Сиддли» и «Дойче эрбас». В октяб-
ре того же года представители этих фирм обратились к своим пра-
вительствам с предложением финансировать один общий проект,
который являлся синтезом проектов самолетов «Галион», НВ-100,
Т-25-002, Т-25-100. В результате совместных усилий европейских
фирм был создан проект аэробуса А-300, который впервые получил
межправительственное одобрение в 1967 г. в «Меморандуме о взаи-
мопонимании». В течение 1968 г. характеристики самолета, особен-
но пассажировместимость и дальность, несколько раз пересматри-
вались и только в конце декабря 1968 г. авиакомпаниям была пре-
доставлена возможность ознакомиться с проектом аэробуса А-300В.
В начале 1969 г. правительство Великобритании предложило
странам — участникам консорциума прекратить разработку проек-
та А-300В и вложить средства в английский аэробус БАК-311 фир-
мы БАК. В связи с тем, что Франция и ФРГ отказались поддержать,
это предложение, Великобритания в апреле 1969 г. заявила о вы-
ходе из консорциума.
В мае 4969 г. члены правительств Франции и ФРГ подписали
соглашение о совместном создании европейского аэробуса А-300Й
с двигателем CF-6. Несмотря на отказ правительства Англии при-
нять участие в финансировании общеевропейского проекта, фирма
«Хоукер Сиддли» решила вложить в программу аэробуса собствен-
ный капитал. В нюне 1969 г. было принято решение об осуществле-
нии программы А-300В. Для выполнения работ заинтересованные
стороны создали межнациональную компанию «Эрбас индастриз
В 1969—1970 гг. между компанией «Эрбас индастри» и фирмой
БАК велась острая конкурентная борьба за заказы европейских
авиакомпаний. Однако в 1970 г. правительство Англии, стремясь,
стать членом «Общего рынка», отказалось финансировать самолет
БАК-311.
* В 1967 г. на базе этой группы была создана компания «Дойче эрбас», ко-
торая представляла ведущие-фирмы ФРГ в европейском консорциуме.
Если в Европе длительное время решался вопрос, кто будет при-
нимать участие в разработке и производстве аэробуса и на каком
проекте остановить выбор, то в США события развивались значи-
тельно быстрее.
В начале 60-х годов ВВС США потребовался транспортный са-
молет с большей вместимостью и грузоподъемностью, способный
эксплуатироваться на протяженных маршрутах. В конкурсном про-
ектировании участвовали фирмы «Боинг» и «Локхид». Лучшим был
признан проект фирмы «Локхид» (самолет С-5А). Потерпев пора-
жение, фирма «Боинг» решила создать большегрузный самолет для
транспортных авиакомпаний. Воплощению этой идеи в жизнь спо-
собствовали высокие темпы роста воздушных перевозок на протя-
женных маршрутах за предшествующий период и обнадеживающие
прогнозы применения на ближайшее десятилетие большегрузных
самолетов. Предполагались также и более высокие темпы роста
(до 20% в год) грузовых перевозок на дальних маршрутах. Это
предопределило создание самолета В-747 в трех основных.вариан-
тах: в пассажирском, грузо-пассажирском и грузовом. Фирма
«Локхид» предложила авиакомпаниям проект большегрузоного са-
молета L-500, разработанный на базе военного самолета С-5А.
Предварительное проектирование самолета В-747 было начато
в середине 1965 г. В апреле 1966 г., получив крупный заказ от авиа-
компании «Пан Америкен», фирма «Боинг» приступила к органи-
зации серийного производства самолетов. Первый пассажирский
широкофюзеляжный самолет капиталистических стран — самолет
В-747, был введен в эксплуатацию в январе 1970 г.
Фирма «Локхид» предложила авиакомпаниям широкофю-
зеляжный самолет средней дальности L-1011. Работы по проекту
были начаты в середине 1966 г. Несколько позднее (в сентябре
1966 г.) к разработке самолета DC-10 приступила фирма «Макдон-
нелл— Дуглас», первоначально планируя его как дальнема-
гистральный с пассажировместимостью около 600 человек, что
означало создание прямого конкурента самолету Боинг-747. Про-
анализировав рынок сбыта гражданских самолетов, фирма считает,
что перспективными будут среднемагистральные самолеты.
Фирма «Боинг» также работала над проектом широкофюзеляж-
ного самолета В-757 (вариант конца 1960-х годов), поставки кото-
рого намечались на 2—3 года позже самолетов L-1011 и DC-10.
Весной 1968 г., подписав контракты с крупнейшими компаниями,
конкуренты корпорации «Боинг» — фирмы «Локхид» и «Макдон-
нел — Дуглас» — приступили к рабочему проектированию и произ-
водству самолетов L-1011 и DC-10. Фирма «Боинг», установив, что
выходит на рынок сбыта со своим изделием слишком поздно, пы-
талась форсировать работы созданием различных модификаций
самолета В-747. Президент корпорации «Боинг» Вильям Аллен и
представители фирмы посетили крупнейшие авиакомпании мира,
пытаясь заинтересовать их своими проектами. Получив отрицатель-
ный результат, фирма «Боинг» вынуждена была прекратить разра-
ботку этого самолета и форсировать создание самолета В-747.
9 ,
1.3. ОСОБЕННОСТИ РЫНКА СБЫТА
ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
С конца 60-х годов объемы продаж и доходы авиационной и ра-
кетно-космической промышленности (АРК.П) США постоянно сни-
жались и достигли наименьшей величины в 1972 г., когда объем
продаж авиакосмической техники упал примерно на 23% по срав-
нению с 1968 г.
Начиная о 1973 г. финансовое положение и показатели АРКП
США стали улучшаться. В значительной мере это было достигнуто'
за счет роста (на 39%) объема продаж гражданских самолетов с
газотурбинными двигателями (ГТД). Только одна фирма «Боинг»
в 1973 г. построила более половины гражданских реактивных само-
летов, выпущенных за этот период во всех других странах мира, за
исключением СССР. С 1970 по 1973 гг. установился достаточно
высокий среднегодовой темп роста перевозок (6%), выполняемых
транспортными авиакомпаниями США, причем в ближайшем деся-
тилетии предполагалось сохранение темпа роста перевозок на та-
ком же уровне и даже некоторое его увеличение.
Эксплуатация широкофюзеляжных самолетов быстро подтвер-
дила экономическую эффективность их использования на маршру-
тах с большой плотностью пассажиропотоков, что при высокой сте-
пени надежности и комфорта существенно повышало конкуренто-
способность таких самолетов. По оценке Главного финансового
управления США, сделанной в 1972 г., мировой рынок сбыта толь-
ко трехдвигательных широкофюзеляжных самолетов составлял
1300—1400 единиц.
Различные фирмы и организации, проводившие во второй поло-
вине 60-х годов анализ емкости рынка сбыта широкофюзеляжных
самолетов, также пришли к единому мнению, что этот тип самоле-
та, особенно для обслуживания средних и ближних авиалиний, в
ближайшее время займет ведущее положение на мировом рынке.
Фирма «Боинг» предполагала продать к 1978 г. до 600 дальнема-
1истральных самолетов В-747, а общий сбыт этих самолетов с уче-
том модификаций, по подсчетам фирмы, мог составить 750—800
единиц. Пи прогнозам фирмы «Локхид», уже к 1975 г. авиакомпа^
ниям должно потребоваться около 500 широкофюзеляжных само-
летов, в том числе 334 — для авиакомпаний США, 88 — для запад-
ноевропейских авиакомпаний и 78 — для остальных авиакомпаний
капиталистических стран.
В стоимостном выражении общая емкость оынка сбыта широко-
фюзеляжных самолетов к 1980 г., по оценке американских фирм,
должна превысить 30 млрд. долл. Для сравнения можно указать,
что за 1958 — 1968 гг. авиакомпаниям было поставлено дальнемаги-
стральных реактивных самолетов на общую сумму в 14 млрд. долл.
Большая емкость рынка сбыта и перспективы сбыта на будущее
предопределили острую конкурентную борьбу крупнейших самоле-
тостроительных фирм США и Европы за заказы авиакомпаний.
Тон в конкурентной борьбе за рынки сбыта широкофюзеляжных
10
самолетов задала фирма «Боинг». Несмотря на то, что фирма была
единственным поставщиком дальнемагистральпых широкофюзе-
ляжных самолетов, сбыту самолета В-747 могли препятствовать
как дозвуковые (первоначальный вариант DC-10, L-500), так й
сверхзвуковые самолеты («Конкорд», В-2707). Ввод в эксплуата-
цию СПС мог способствовать быстрому моральному старению са-
молета В-747. Высокие запросы рынка сбыта, с одной стороны, и
угроза быстрого морального старения, с другой — предопределили
необходимость не только разработки проекта в кратчайшие сроки,
но и высокие темпы производства самолета. Предполагалось, что
через четыре года после начала рабочего проектирования фирма
доведет темпы производства до 10—12 самолетов в месяц.
Условия конкуренции за рынки сбыта широкофюзеляжных са-
молетов средней дальности были еше более жесткими из-за:
одновременной разработки фирмами «Локхид»и «Макдоннелл—
Дуглас» — практически аналогичных самолетов;
более раннего выхода на рынок сбыта и высоких темпов произ-
водства самолетов В-747, что могло значительно расширить геогра-
фию его сбыта и затем облегчить продвижение на рынок средне-
магистрального самолета В-757 или модификаций самолета В-747;
потенциальной конкуренции с создателями европейского аэро-
буса.
Не менее напряженная борьба за рынки сбыта аэробусов раз-
вернулась между западновропейскими государствами.
В начале 70-х годов, после замораживания проекта самолета
БАК-311, перспективы сбыта аэробуса А-300В практически не улуч-
шились, так как сложившаяся в то время конъюнктура благоприят-
ствовала сбыту усовершенствованных вариантов неширокофюзе-
ляжных самолетов, в частности самолета В-727-200.
В условиях резкого обострения проблемы сбыта широкофюзе-
ляжных самолетов их создатели стали использовать принципы но-
вой концепции хозяйственной деятельности — концепции марке-
тинга, согласно которой сбыт самолета можно увеличить путем
дифференцированного удовлетворения требований авиакомпаний
в зависимости ст назначения самолета, т. е. созданием в сжатое
время различных вариантов самолета, каждый из которых рассчи-
тан на определенную авиакомпанию или группу авиакомпаний.
Работы по повышению конкурентоспособности авиационной техни-
ки потребовали от фирм определения четкой производственной
стратегии в начальной стадии разработки широкофюзеляжных
самолетов.
1.4. НОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОРГАНИЗАЦИИ И СТРАТЕГИИ
ПРОИЗВОДСТВА ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
Для мирового самолетостроения характерна устойчивая тенден-
ция роста стоимости при создании принципиально новых самолетов.
Особенно значительно по сравнению с затратами на создание пред-
шествующих поколений самолетов возросли капиталовложения
фирм при разработке и производстве широкофюзеляжных лайне-
11
ров. Так, фирма «Боинг» еще до начала поставок самолета В-747
затратила на разработку конструкции, испытания, строительство
производственных зданий, подготовку производства и изготовление
оснастки, около 1,3 млдр. долл.
По программе создания самолета DC-10 фирма «Макдоннелл —'
Дуглас» затратила около 1,5 млрд. долл. В программу создания,
самолета L-1011 «Тристар» фирмой «Локхид» и фирмами-субпод-
рядчиками было вложено около 1,4 млрд. долл, (по курсу доллара
1971 г.), в том числе на разработку исходной конфигурации само-
лета 375 млн. долл. Стоимость всей программы создания самолета
А-300В оценивалась в начале работ суммой в 1 млрд. долл.
Стоимость только одной разработки самолета В-747 составила
около 650 млн. долл., а самолетов DC-10, L-1011 и А-300В — в сред-
нем около 500 млн. долл, на каждый (для сравнения следует ука-
зать, что стоимость разработки сверхзвукового пассажирского са-
молета «Конкорд» приблизилась к 2,4 млрд. долл.). Тенденция
.роста стоимости разработки пассажирских и транспортных самоле-
тов США в последние 40 лет соответствует следующей приближен-
ной статической зависимости *
£—-100,1^-139,3
где S — стоимость разработки самолета, млн. долл.; N—год пере-
дачи его в эксплуатацию.
Расчетный расход на разработку самолета В-747 при сдаче его
е эксплуатацию в 1970 г. (Л'-=1970) по приведенной формуле бли-
зок к фактическим затратам (677 против 650 млн. долл.).
Затраты на создание каждого из трех современных широкофю-
зеляжных самолетов США составили 1—il,5 млрд, долл., что незна-
чительно отличалось от средств, выделенных для этого каждой
из фирм.
Как считают специалисты, стоимость разработки дозвукового
транспортного самолета нового поколения с большой пассажиро-
вместимостью составит 2—4, а сверхзвукового — 3—5 млрд. долл.
Финансовый риск зарубежных фирм при создании новых самолетов
будет чрезвычайно большим, при этом фирмам придется делать
займы или объединять капиталы. Пойти на такие шаги фирмы ре-
шатся только при устойчивой конъюнктуре рынка и наличии тако-
го количества заказов, которое позволит не только окупить затра-
ты, но и получить прибыль.
Естественно, стоимость разработки самолета зависит от его
взлетной массы. Эта зависимость для транспортных и пассажир-
ских самолетов, выведенная на основании статистических данных
США, описывается следующей приближенной эмпирической фор-
мулой: lgS=0,971gGB3JI-2,45,
где S— стоимость разработки самолета, млн. долл.; бВзл — макси-
мальная взлетная масса самолета, кг.
Все формулы, приведенные в книге, сугубо эмпирические и пригодны толь-
ко для приближенных расчетов.
Высокая стоимость и длительные сроки разработки определя-
ются большой трудоемкостью этапа создания новых самолетов.
Например, затраты труда только на предварительное проектирова-
ние и определение оптимальной аэродинамической схемы и компо-
новки самолета L-1011 с 1966 по 1968 гг. превысили 2 млн. чел.-ч.
Объем испытаний моделей самолета в семи аэродинамических тру-
бах превосходил 13000 ч — было изучено 45 проектов крыла, 11 кон-
фигураций носовой и 12 — хвостовой частей фюзеляжа.
Определить объем трудозатрат на разработку новых самолетов
самого различного назначения можно по следующей приближенной
эмпирической зависимости, выведенной на основании статистичес-
ких данных США:
1цТ=0,053 (ДГ-1948),
где Т — трудоемкость инженерных работ, выполненных при разра-
- ботке самолета, млн. чел.-ч.
Устойчивость тенденции роста трудоемкости и стоимости раз-
работки самолетов с 1930 г. объясняется необходимостью постоян-
ного улучшения летных характеристик, в результате чего усложня-
ются конструкции авиационной техники. Создание таких конструк-
ций опирается на все возрастающие объемы научных исследований
и экспериментальных работ не только в области аэродинамики и
прочности, но и в области технологии и экономики производства.
Возможность создания и освоения производства новых самолетов
со все более высокой степенью трудоемкости определяется уровнем
технических знаний, опытом специалистов и темпами научно-техни-
ческого прогресса.
От начала проектирования современных самолетов до ввода их
в эксплуатацию проходит не менее 4—5 лет, в будущем этот пери-
од существенно увеличится. Расходы на разработку дозвуковых
транспортных самолетов за каждые 10 лет увеличиваются пример-
но в 10 раз. Разработка таких самолетов обходится фирмам в
2300—3300 долл, на 1 кг взлетной массы, поэтому создание новых,
особенно тяжелых и крупногабаритных самолетов, становится все
более трудным и рискованным делом для частных фирм.
Затраты на разработку одного нового самолета могут превы-
шать весь капитал фирмы, поэтому для уменьшения риска в США
и других странах происходит слияние фирм, используются ассигно-
вания правительств, а также разрабатываются многонациональные
программы.
Осуществлению крупных капиталовложений способствует высо-
кая степень монополизации, которая особенно характерна для
фирм— производителей гражданских самолетов: 100% магистраль-
ных пассажирских самолетов в США выпускают три фирмы —
«Боинг», «Макдоннелл — Дуглас» и «Локхид». Эти же фирмы вы-
пускают в настоящее время почти 90% самолетов для всех зару-
бежных авиакомпаний (рис. 1.1).
Крупным фирмам предоставляются государственные кредиты
И субсидии. Правительство предоставляет фирмам льготы, включа-
13
ющие ускоренную амортизацию основного капитала, а также сис-
тему приоритетов, обеспечивающую внеочередные поставки сырья,
займы и т. п. Например, в августе 1971 г. в связи с резким ухудше-
Рис. 1.1. Диаграмма стоимости аэрокосмической
продукции, проданной девятью основными фирма-
ми США в 1972 г.
нием финансового со-
стояния (в частности,
из-за банкротства фирмы
«Роллс-Ройс» — постав-
щика двигателей для са-
молета L-1011 «Тристар»)
по решению конгресса
США фирме «Локхид»
был предоставлен заем в
сумме 250 млн. долл, на
пять лет.
Крупные фирмы, под-
держиваемые государст-
венными и политическими
кругами, оказываются в
предпочтительном поло-
жении при заключении
контрактов, в том числе
с зарубежными авиаком-
паниями. Так, фирмы «Бо-
инг», «Макдоннелл—Дуг-
лас» и «Локхид» в конце
1973 г. имели заказы на
поставку в 1974 г. и по-
следующие годы 573 тран-
спортных самолетов, при-
чем 378 самолетов, или
66% всех заказов, пред-
назначались для поставки
в другие страны.
Фирмы-гиганты при
выполнении работ по программам создания новых самолетов при-
влекают большое количество субподрядчиков, что сокращает сроки
проведения работ, повышает качество продукции, а главное, поз-
воляет уменьшить риск отдельных фирм и их убытки в случае не-
удачи программы. Высокий уровень кооперации — определяющая
черта программ создания широкофюзеляжных самолетов.
Субподрядные работы, связанные с созданием самолета В-747,
распределены между 1500 крупными и 15000 мелкими фирмами,
расположенными в США и шести других государствах. На долю
субподрядчиков приходится разработка и производство 70% дета-
лей, узлов и систем по весу, что составляет более половины стои-
мости самолета. При разработке самолета DC-10 на долю фирм-
субподрядчиков пришлось более четверти всех проектных работ.
В производстве планера самолета L-1011 45% работ по стоимости
выполняется субподрядчиками. В табл. 1.2—1.4 приводятся основ-
14
j
Таблица 1.2
Основные фирмы-субподрядчики по программе создания самолета В-747
(рис. 1.2)
Фирма Поставляемая продукция
«Аэроика инкорпорейтед»
«Аэроспейс корпорейшн»
«Бендикс корпорейшн»
«Бивер Пресижн продакте ин-
корпорейтед»
«Герретт корпорейшн» (отделение
«Эйрисерч Менюфекчуринг»)
«Гудьир аэроспейс корпорейшн»
«Дженерал моторе корпорейшн»
«Кертисс Райт корпорейшн»
«Коллинз рэдио компани»
«Кливленд Пньюметик Тул ком-
пани»
«Дженерал электрик компани» или
«Пратт-Уитни»
«Крейн корпорейшн» (отделение
«Гидроэйр»)
«Линг-Темко-Воут инкорпорейтед»
«Нортроп корпорейшн»
«Норт Америкен Рокуэлл корпо-
рейшн»
«Норер компани»
«Рокуэлл интернейшил инкорпо-
рейтед»
«Рор корпорейшн»
«Тул компани»
«Уэстерн Гир корпорейшн»
«Фэрчайлд индастриз корпо-
рейшн»
«Хониуэлл аэроспейс интернасья-
наль»
Агрегаты реверса тяги двигателя и реб-
ра жесткости крыльев самолета
Хвостовой отсек фюзеляжа
Колеса, тормоза и электрогенераторы
Силовой винтовой привод
Система силовых приводов для ревер-
са тяги двигателя и для вентиляторов
самолета
Центроплан, створки люков, шасси
(5,26)*
Инерциальная навигационная система
Силовые шарнирные приводы закрыл-
лов (посадочных щитков)
Навигационные системы и системы уп-
равления полетом
Шассн (18, 24)
Двигатели (36)
Тормозная система
Хвостовое оперение и хвостовая часть
фюзеляжа (14—17)
Основные секции фюзеляжа (средняя
часть, 9 панелей для передней части и
подфюзеляжный обтекатель) (11—
13, 20)
Неподвижный носок крыла, нижняя
секция средней части фюзеляжа (35)
Детали фюзеляжа (8—9)
Детали центроплана
Гондолы и пилоны двигателей (37, 38)
Воздушные компрессоры, элероны,
спойлеры, закрылки н предкрылки
Погрузочно-разгрузочная система гру-
зовых отсеков
Предкрылки, закрылки и другие элемен-
ты механизации крыла (29, 30, 32, 34)
Топливные расходомеры, индикаторы
заправки топливом
14
Продолжение табл. 1.2
Фирма Поставляемая продукция
«Хардман аэроспейс компани» «Электро Дивелопмент компанн» Пассажирские кресла Индикаторная система расхода топ- лива
«Юнайтед эркрафт корпорейшн» (отделение «Гамильтон стандарт») «Темко Воут» Система герметизации и кондиционн- . рования воздуха кабины Хвостовое оперение
* Позиции в таблице соответствуют обозначениям на рис. 1. 2.
Таблица 1.3
Основные фирмы-субподрядчики по программе создания самолета DC-10
(рнс. 1.3)*
Фирма Поставляемая продукция
«Аэрфер компаии» (Италия) Киль (6)
«Абекс аэроспейс компани» (Ка- нада) Носовая опора шасси
«Бендикс корпорейшн» Систем а автом этического управления -полетом
«Вестингауз электрик компани» Электрические генераторы
«Геррет корпорейшн» (отделение «Эйрисерч Менюфекчуринг») - Агрегаты систем управления, оборудо- вание кабины, вспомогательная, силовая установка
«Дженерал Дайнемикс корпорейшн» (отделение «Конвер») Фюзеляж (кроме носовой и хвостовой частей) (/)
«Линг-Темко-Воут инкорпорейтед» Стабилизатор, рулн высоты (5)
«Дженерал электрик компанн», «Пратт-Уитни» Двигатели, электрические генера- торы (3)
«Рор корпорейшн» Гондолы двигателей
«Сандстренд корпорейшн» Приводы постоянных оборотов элек- трогенераторов
«Хаумет корпорейшн» (отделение «Аэросистемз») Главные опоры шасси (4)
«Эриталия» (Италия) Киль, панели фюзеляжа
«Мицубиси» (Япония) Хвостовой обтекатель
* Позиции в таблице соответствуют обозначениям на рис. 1. 3.
16
Таблица 1.4
Основные фирмы-субподрядчики по программе создания самолета L-1011
(рис. 1.4)*
Фирма
Поставляемая продукция
«Аэронка инкорпорейтед»
«Авко корпорейшн»
«Бристоль аэроспейс Лимитед»
(Канада)
«Гамильтон стандарт компани»
«Герретт корпорейшн» (отделение
«Эйрисерч Менюфекчуринг»)
«Гриме Менюфекчуринг компани»
«Гудьир Тайр энд Раббер компани»
«Гудрич аэроспейс энд Дефенс ком-
лани»
«Инструмент системз корпорейшн»
«Кавасаки эркрафт компани» (Япо-
ния)
«Кертисс Райт корпорейшн»
«Когран Уэетерн компани»
«Гримз Менюфекчуринг корпо-
рейшн»
«Лир — Сиглер инкорпорейтед»
«ЛТВ электросистемз инкорпорей-
тед»
«Мартин-Мариэтта корпорейшн»
«Менаско Менюфекчуринг компани»
«Мэрдок машин энд инджиниринг
компани»
«Нэшнл Вотор лифт компани»
«Норсвэст индастриз инкорпорей-
тед» (Канада)
«Роллс-Ройс .компани» (Англия)
«Сандстренд корпорейшн»
«Сперри Флайт системз компани»
Закрылки, части крыла
Крыло (2)
Воздухозаборник центрального двига-
теля (5)
Агрегаты пневмосистемы, вспомога-
тельная силовая установка
Система аварийного торможения
Детали внутреннего освещения, быто-
вое оборудование
Система противоскольжения
Колеса, покрышки, тормоза
Система обслуживания и посадки пас-
сажиров
Пассажирские и грузовые двери
Задние кромки крыльев, система уп-
равления закрылками
Система контейнерной загрузки
Детали внутреннего освещения, быто-
вое оборудование
Инерциальная навигационная система,
электрогенераторы
Система управления триммерами
Система управления стабилизатором
Главные и носовая опоры шасси (7)
Пилоны двигателей (8)
Элероны, система управления элерона-
ми и рулями направления
. Панели пола кабины, герметичные
перегородки (6)
Двигатели (9)
Агрегаты гидросистемы, предкрылки,
органы управления предкрылками
Бортовые вычислительные устройства
для обработки полетных данных
«Сперракии корпорейшн»
панели
| экземпляр
i ЧИТАЛЬНОГО 3,
17 ,
Продолжение табл. 1.4’
Поставляемая продукция
Фирма
«Сперри-Ренд корпорейшн»
«Уэстерн Гнр корпорейшн»
«Хне Текна корпорейшн»
«Коллинз рэдно компани»
«Техас инструмент инкорпорейтед»
«Дженерал Даннемнкс корпо-
рейшн» (отделение «Конвер»)
Насосные агрегаты, пилотажно-навн-
гационные приборы
Погрузочно-разгрузочное оборудова-
ние
Обтекатели, кресла экинажа
Автоматическая система управления
полетом
Радиолокационная система автономной
посадки, агрегаты электросистемы
Часть фюзеляжа (пять секций общей
длиной 39,01 м)
* Цифры в таблице соответствуют обозначениям на рис. 1.4.
ные субподрядчики по программам производства самолетов В-747,
DC-10 и L-1011 «Тристар» (большинство субподрядчиков — фирмы
США). Технологическое членение указанных самолетов приведено
на рис. 1.2—4.4.
Несмотря на широкую кооперацию специализированных фирм,
участвующих в производстве широкофюзеляжных самолетов США,
трудоемкость и стоимость производства, а следовательно, и цена
таких самолетов оказались высокими.
Анализ цен широкофюзеляжных самолетов (табл. 1.5) еще раз
подтверждает устойчивость тенденции их роста в течение несколь-
ких последних десятилетий. Эта тенденция для пассажирских и
транспортных самолетов США выражена следующей приближенной
эмпирической зависимостью:
lgC= 1,5+0,06 (А7— 1925),
где С — цена одного самолета, переданного в эксплуатацию в год
N, тыс. долл.
Цена самолета В-747, эксплуатация которого началась в 1970 г.
(N= 1970), равнялась 15,8 млн. долл., что оказалось несколько
меньше фактических данных (см. табл. 1.5). Стоимость граждан-
ских самолетов в США увеличивается в 10 раз каждые 23 года.
Следует отметить, что вместе с увеличением цен на основные
пассажирские самолеты США растет их часовая производитель-
ность. Статистические данные по динамике роста производительно-
сти самолетов до 1975 г. достаточно хорошо аппроксимируются
следующей эмпирической формулой:
lg/? = 0,053 (TV-1925),
где R —производительность одного самолета, переданного в экс-
плуатацию в год Л', тыс. место-км/ч.
18
Рис 1. 2. Схема технологического членения самолета В-747
Рис. 1. 3. Схема технологического членения самолета DC-Ю
19
4
5
.9
Рис. 1. 4. Схема технологического членения самолета L-1011
оО°'
3
Таблица 1.5
Цена зарубежных пассажирских самолетов
(по курсу доллара в соответствующем году)*
Модель самолета Цена одного самолета, млн. долл. США
1972 г. 1973 г. 1974 г. 1975 г. 1976 г.
В-737-200 5,2 6,2—6,6
В-727-200 8,5 — 1 i 8,6—9,1 —
В-707-320 9—10 — — 13,8—14,2 —
В-747 (базовая модель) 24 — — 30,5—35,2 —
В-747 SR — — — 27,67 31—33
В-747 SP 26 — — — г
В-747-200В 24—25 — 27-35,2 — —
B-747-200F 19 — — — —
DC-10-10 18—20 — — 17—21 —
DC-10-30 22—24 22,5 — 26,72 —
DC-10-40 ~22 — . — 22,5 25,5
L-1011-1 18 — — 20 —
L-IOU-IOO 18** — — 20 • —
A-300-B1 •— 17 — — —
A-300-B2 — 17,5 17,5 21 —
* Разброс цен в таблице объясняется некоторым расхождением данных в
различных источниках. Инфляция стала одной из причин повышения цен в 1978 г.
на самолеты В-747 до 40—55, DC-10 до 30—38, L-1011 до 30 и А-300В до
27 млн. долл. США.
** Цена одного самолета по расчету, проведенному в 1967 г., составлял*
15,25 млн. долл.
20
Удельная (приходящаяся на единицу стоимости самолета) про-
изводительность гражданской авиации за ,последние 30—40 лет
практически не изменилась, хотя комфорт, скорость и безопасность
увеличились значительно.
Можно ожидать, что повышение цен на авиационное топливо
вызовет увеличение эксплуатационных расходов в гражданской
авиации всего мира, в результате чего авиатранспортные компа-
нии будут испытывать, а некоторые уже испытывают значительные
экономические трудности, которые окажут влияние на развитие са-
молетостроения.
Приведенные конъюнктурные, технические и экономические
факторы оказали решающее влияние на стратегию производства
широкофюзеляжных самолетов, сущность которой заключается в
следующем:
быстрое освоение серийного производства;
достижение высоких темпов производства в кратчайшие сроки;
одновоеменное производстве различных вариантов самолетов,
т. е. обеспечение гибкости производства, позволяющей вносить в
конструкцию самолета значительные изменения с целью удовлет-
ворения быстроменяющихся требований рынка;
низкие издержки производства, обеспечивающие конкурентоспо-
собную цену;
относительно короткая продолжительность и низкая стоимость
технического обслуживания.
Поставленные в начальной стадий создания широкофюзеляжных
самолетов производственные задачи предопределили организацию
и управление производством, выбор оборудования и освоение но-
вых технологических процессов.
К претворению в жизнь выработанной стратегии производства
на авиастроительных фирмах США приступили в начальной ста-
дии предварительного проектирования. Процесс предварительного
проектирования не ограничивается определением облика самолета
и его отдельных компонентов, он включает и технологические воп-
росы, и вопросы организации производства и закупки нового обо-
рудования, так как уровень издержек производства и эксплуатаци-
онных расходов во многом зависит от совершенства технологичес-
ких процессов и используемого оборудования. Авиастроительные
фирмы разработали специальные программы, способствующие до-
стижению высокой экономической эффективности конструкторских
решений широкого круга вопросов, возникающих в начальной ста-
дии предварительного проектирования. В частности, программа соз-
. Дания самолета В-747 предусматривала:
выбор оптимального варианта конструкции каждого компонен-
та, обеспечивающего минимальный уровень издержек производст-
ва и эксплуатационных расходов самолета;
выбор места для строительства нового завода;
выбор транспортных средств для доставки компонентов само-
лета на сборочный завод;
выбор производственного оборудования.
21
Для повышения эффективности конструкторских решений в на-
чальной стадии предварительного проектирования создавалась
специальная группа (или группы), в состав которой входили пред-
ставители основных функциональных отделов фирмы: конструктор-
ского, производственного, технологического, отдела снабжения, от-
дела послепродажного обслуживания и т. д. При анализе проекта
той или иной детали или компонента самолета члены группы ис-
следовали возможность снижения издержек производства с одно-
временным обеспечением характеристик изделия требованиям,
предъявляемым представителями каждого отдела, участвующими
в работе группы. 1акой анализ обычно называют функционально-
стоимостным анализом проектируемых изделий, а созданные груп-
пы— рабочими группами по функционально-стоимостному анализу
(ФСА). Так, рабочая группа фирмы «Боинг» предложила в конст-
рукции лонжерона крыла одной из моделей своего самолета ис-
пользовать прямые элементы жесткости вместо этих же элементов,
имеющих на обоих концах подсечки, что позволило значительно
сократить издержки производства.
Сокращение издержек производства может быть достигнуто
и совершенствованием технологических процессов. В частности,
при создании самолета В-737 некоторые панели обшивки крыла с
заданной кривизной изготавливали на специальном прессе. При
проектировании обшивки крыла самолета В-747 специалисты груп-
пы определили, что более экономичным способом изготовления
таких деталей является дробеструйное формование на специальном
оборудовании. Дробеструйная обработка деталей была использо-
вана не только как метод более экономичного формообразования,
но и как средство увеличения усталостного ресурса материала, спо-
собствующего повышению эксплуатационных характеристик.
Один из методов снижения издержек производства и сокраще-
ния продолжительности производственного цикла—'уменьшение ко-
личества комплектующих деталей в конструкции исследуемого ком-
понента самолета. При сокращении комплектующих деталей умень-
шается потребность в крепеже, снижается трудоемкость и продол-
жительность изготовления компонента (в процессе изготовления
каждая деталь проходит до 20 производственных операций) и тру-
доемкость его сборки. При создании широкофюзеляжных самолетов
перед конструкторским составом была поставлена задача изыскать
возможности сокращения количества комплектующих деталей в
проектируемых ими изделиях. Один из путей решения этой задачи—
создание компонентов планера (лонжеронов, шпангоутов, стринге-
ров и т. д.) с возможно меньшим количеством технологических
разъемов. Возросшие габариты широкофюзеляжных лайнеров по
сравнению с предшествующим поколением самолетов и принятая
ориентация проектировать компоненты планера с меньшим коли-
чеством комплектующих деталей, а иногда и монолитными, позво-
лили авиастроительным фирмам еще на стадии предварительного
проектирования предусмотреть необходимость создания и исполь-
зования нового, с увеличенными габаритными размерами, техноло-
22
гического оборудования — металлорежущих станков, печей для на-
грева и термообработки, ванн для гальванопокрытий и химического
травления, камер и автоклавов для склеивания заготовительно-
штамповочного и клепального оборудования и т. д.
Применение склеивания металлических деталей также сокра-
щает издержки производства, снижает массу конструкции, повыша-
ет ее ресурс. Этот способ производственного соединения деталей
широко использовали при создании самолета L-1011.
Сокращение издержек производства может быть достигнуто и
созданием деталей такой конструкции, которая позволяет автома-
тизировать производственные процессы. В связи с этим на стадии
предварительного проектирования предусматривалось использова-
ние автоматической клепки, станков с ЧПУ и т. д.
На стадии предварительного поое.ктирования большое внимание
уделялось снижению стоимости технического обслуживания само-
лета, например, благодаря обеспечению высокого ресурса силовых
элементов.
Решение приведенных задач на стадии предварительного проек-
тирования существенно повлияло на выбор материалов, оборудо-
вания, технологических процессов. После проработки основных
конструктивных решений и выбора технологических процессов этой
стадии составлялись планы закупоки оборудования.
В последние годы произошли значительные изменения в парке
станочного оборудования авиастроительных фирм. В первые после-
военные годы основу парка составляло металлорежущее оборудо-
вание. Так, в 1945 г. 88% парка оборудования авиастроительных
фирм США составляло именно такое оборудование. К 1968 г. доля
металлорежущего оборудования в аэрокосмической промышленно-
сти США сократилась примерно на 35%. Соответственно возросла
доля кузнечно-прессового, сварочного, литейного и другого обору-
дования.
Существенные сдвиги за послевоенный период произошли и в
структуре металлообрабатывающего оборудования. При общей тен-
денции сокращения этого вида оборудования в станочном парке
авиастроительных фирм происходит увеличение доли станков с
ЧПУ*. Так, на заводах фирм США, связанных с производством
летательных аппаратов, в 1968 г. было установлено 31075 метал-
лообрабатывающих станков. К 1973 г. их количество сократилось
до 25632 единиц. За этот же период количество станков с ЧПУ
возросло с 326 до 1246 единиц. На заводах фирм, связанных с
производством авиационных двигателей и запчастей, общее количе-
ство металлообрабатывающего оборудования в этот же период со-
кратилось с 134015 до 65350 единиц, а количество станков с ЧПУ
увеличилось с 2182 до 2848 единиц. Массовое внедрение станков с
ЧПУ в период с 1968 по 1973 гг. — период наивысших темпов про-
изводства широкофюзеляжных самолетов и двигателей к ним—-
объясняется высокой эффективностью такого оборудования.
* В аэрокосмической промышленности США первые станки с ЧПУ стали
применять в середине 50-х годов.
2S
Эти станки позволяют изготавливать детали повышенных габ^^Н
ритов с высокой точностью исполнения. Помимо этого, при исполи^И
зовании их сокращаются издержки производства за счет уменып^И|
ния расходов на заработную плату производственного персоналами
Так, многооперационный станок с ЧПУ по производительности экчИ
вивалентен примерно 10 обычным станкам. В связи с этим на ста-^И
дни предварительного проектирования широкофюзеляжных само-^И
летов было принято решение осуществлять производственные опе-^И.
рации основных компонентов самолета (лонжеронов, шпангоутов(И
стрингеров, обшивки и т. д.) в основном на станках с ЧПУ. Щ
В программу получения максимальной экономической эффек-|И
тивности от разработки и производства самолета на фирме «Боинг»™
ъходила за,чача выбора места для строительства нового завода поИ
лроизводству и сборке самолета В-747. Я
В основу выбора был положен комплекс следующих факторов:'®
наличие поблизости взлетно-посадочной полосы длиной 3000 м; Я
наличие железной дороги; 'Я
низкий уровень налогов; ®
низкая стоимомость земельного участка; Я
наличие квалифицированной рабочей силы. Я
Из 78 городов выбор пал на г. Эверетт (штат Вашингтон), так
как место, выбранное для строительства завода, в максимальной Я
степени отвечало перечисленным требованиям. Я
Сложность производства широкофюзеляжных самолетов заста- Я
вила фирмы перейти к широкой автоматизации планирования, рас- .1
четов и диспетчирования производства на базе применения ЭВМ и I
новой техники, (дисплеев, регистраторов, средств связи).
Интересы повышения эффективности производства самолетов Я
В-747, DC-10 и Б-1011 потребовали провести ряд мероприятий по Я
.повышению квалификации кадров. Так, в США высокая квалифи- Я
нация кадров рабочих и инженеров достигается путем специального Я
обучения (для рабочих фирмы «Боинг» обязательна 70-часовая 9
программа обучения выполнению операций по изготовлению широ- S
кофюзеляжпых самолетов) и закрепления кадров на необходимый' Я
«'пок работы. Стаж работы значительной части неувольняемых ра- И
(бочих и инженеров на одной фирме достигает 20 и более лет. Я
Технический уровень производства самолетов на фирмах «Бо- Я
инг», «Макдоннел—Дуглас» и «Локхид» достаточно высок, тех- Ц
нология стабильна, а применяемая оснастка и оборудование позво- Я
лили обеспечить достижение требовавшегося по расчетам прибыль- я
пости уровня трудоемкости производства. 9
Удельная трудоемкость производства широкофюзеляжных са- |
тмолетов в расчете на 1 кг массы ниже удельной трудоемкости про- I
изводства самолетов с узким фюзеляжем, но не более чем вдвое. I
Это объясняется большим объемом ручных работ, а также тем, что I
для выполнения требований по обеспечению высокого ресурса (30— ]
60 тыс. летн. ч) и всемерного уменьшения объемов ремонта само-
летов в эксплуатации необходимо более тщательное исполнение и
100%-ный контроль всех производственных операций.
24
1.5. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИРМ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ
РАЗРАБОТКОЙ И ПРОИЗВОДСТВОМ ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
Фирма «Боинг», основанная в 1916 г., является крупнейшей
авиационной и ракетно-космической компанией США.
Ниже приведены данные, характеризующие объем продаж и
чистый доход фирмы за период с 1972 по 1975 гг. *
Показатель, млн. долл. 1972 г. 1973 г. 1974 г. Первое полуго- дие 1975 г. 1975 г.
Чистый доход 30,4 51.2 72,4 38,4 76,3
Объем продаж 2369 3335 3730 1880 3720
До 9 августа 1977 г. фирма поставила заказчикам 3000 пасса-
жирских реактивных самолетов общей стоимостью 24,7 млрд, долл.,
из них 1806 самолетов на 13,1 млрд. долл, поставлены авиаком-
паниям США, а остальные за границу. На 31 августа 1976 г.
42 транспортные авиакомпании стран Северной и Южной Амери-
ки, Африки, Азии и Европы заказали 310 самолетов В-747 различ-
ных модификаций. Некоторые авиакомпании заказали и эксплуа-
тируют большое количество таких самолетов:
Авиакомпания Количество, заказов
«Пан Америкен» .... . . 38
«Джапан эрлайнз» . . . 28
«Бритиш эрвейз» .... . .' 24
«Эр Франс» . . 19
В табл. 1.6 приведены данные о поставках всех гражданских
самолетов фирмой «Боинг» за, 1969—1974 гг.
Таблица 1. &
Количество самолетов фирмы «Боинг»,
поставленных транспортным авиакомпаниям
Модель самолета Количество самолетов 1974 г.
1969 г. 1970 г. 1971 г. 1972 г. 1973 г. Всего На экспорт
В-707 59 19 10 3 11 21 21(100%)
В-727 115 54 33 41 92 91 55(60,4%)
В-737 114 37 29 22 17 55 39(70,9%)
В-747 4 92 69 30 28 22 • 19(86,4%)
Итого 292- 202 141 96 148 189 134(70,9%)
Экспортные поставки самолетов фирмы «Боинг» в 1974 г. со-
ставляли 76% от общего объема продаж (по стоимости) и 7.0,9%-
от общего количеству.
* Здесь и далее приведены итоги за один год по 31 декабря включительно.
‘25
В результате некоторого оживления деятельности отделени,
коммерческих самолетов фирмы в 1975 г. ежемесячно выпускал!
из сборочных цехов в городах Рентоне и Эверетте более пятнадца-’
ти самолетов — два самолета В-747, один — В-707, восемь — В-727
и пять — В-737.
Фирма «Боинг» состоит из различных отделений: 1) отделение
гражданских (коммерческих) самолетов с общей численностью
персонала приблизительно 31000 человек; 2) отделение аэрокос-
мической техники; 3) отделение в г. Вичите и 4) отделение верто-
летов.
Рис. 1. 5. Завод фирмы «Боинг» в г. Оберне
Отделение гражданских самолетов возглавляет вице-президент
фирмы, которому подчинены все службы, связанные с разработкой -
и созданием самолетов, изучением рынка и организацией сбыта.
Проектированием всех новых гражданских самолетов руководят
Вице-президент и главный инженер отделения.
Для производства гражданских самолетов организовано четы-
ре отдела: 1) самолетов В-707, -727 и -737; 2) самолетов В-747;
3) внутреннего и международного сбыта; 4) по изучению требова-
ний рынка.
Отделению гражданских самолетов подведомственны четыре за-
вода общей площадью 6,4 млн. м2, из которых 1,6 млн. м2 заняты
зданиями и сооружениями. На заводах установлено 11000 единиц
технологического оборудования. Максимальная численность произ-
водственного персонала на этих четырех заводах достигала в кон-
це 1960-х годов 83 тыс. человек.
Завод в г. Оберне (рис. 1 5) занимает территорию 1 млн. м2, из
которых 232 тыс. м2 занято под производственные помещения. За-
вод производит детали и узлы для гражданских самолетов много-
26
численной номенклатуры и поставляет их на сборочные заводы в
города Рентон и Эверетт. Корпус, где расположено металлорежу-
щее оборудование (механический цех), имеет площадь, равную
35 тыс. м2, на которой установлено 250 металлорежущих станков
(данные 1973 г.), в том числе 83 станка с ЧПУ. Для изготовления
деталей из титановых сплавов производство оснащено специальным
металлорежущим, сварочным, термическим и другим оборудо-
ванием.
Рис. 1. 6. Завод фирмы «Боинг» в г. Сиэттле
Цех для изготовления лонжеронов и обшивок площадью
66,8 тыс. м2 оснащен оборудованием для обработки листов шириной
3 м, длиной 35 м и массой до 3,6 т. Здесь установлены девять фре-
зерных станков, из которых семь — с ЧПУ (база станка 4X39,6 м).
Для обработки лонжеронов установлен 31 станок, в том числе
13 с ЧПУ (размеры рабочего стола станка — 1X38 м). Агрегатно-
сборочный цех имеет площадь 50 тыс. м2, на которой размещается
оборудование для химической обработки обшивок и склеивания,
а также печи и автоклавы. Цех может выпускать 20000 готовых па-
нелей в месяц. Цех трубопроводов и коробов занимает 16 тыс. м2.
Инструментальный цех площадью 22 тыс. м2 обслуживает все че-
тыре завода. Следует еще назвать цех пластмасс и гипсомоделей
и одно из важных вспомогательных сооружений-—комплекс систем
и установок для переработки промышленных отходов.
Завод в г. Сиэттле (рис. 1.6) располагает суммарной площадью
производственных помещений, равной 381 тыс. м2, на территории з
740 тыс. м2. На этом заводе изготовляют детали из листовых мате-
риалов, здесь же организовано испытание самолетов и обучение
персонала авиакомпаний-заказчиков. , . •
27
На заводе установлено технологическое оборудование для фор
мообразования и термообработки листовых деталей, в том числе
пресс усилием 680 тс для обтяжки обшивок, установка для формо-
образования титановых обшивок при температуре до 900° С; уста-
новка для термообработки деталей при температуре до 1050° С ве-
сом до 9 тс и длиной до 3 м.
Кроме технологического оборудования завод в г. Сиэттле рас-
полагает оборудованием для аэродинамических испытаний (транс-
и гиперзвуковые аэродинамические трубы), а также оборудованием
(включая тренажеры) для тренировки и обучения летного персо-
нала.
Рис. 1.7. Завод фирмы «Боинг» в г. Рентоне
В г. Сиэттле расположены также управление фирмой «Боинг»,
службы по разработке изделий, инженерные службы и летно-испы-
тательный центр.
Завод в г. Рентоне (рис. 1.7) суммарной площадью производст-
венных помещений в 589 тыс. м2 расположен на территории около
1,5 млн. м2. На заводе производится окончательная сборка самоле-
тов В-707, В-727 и В-737. Сборочный цех с пролетом шириной в
91,4 м оборудован крановой системой. На заводе установлено тех-
нологическое оборудование для механической обработки, формооб-
разования, термообработки, сварки, пайки, гальванопокрытий и
склеивания деталей и узлов в автоклавах, а также ванны для хими-
ческого травления (размерного фрезерования).
Завод в г. Эверетте (рис. 1.8) располагает суммарной площадью
производственных помещений, равной 372 тыс. м2, на территории
более чем 3 млн. м2. Завод изготовляет кессон крыла, декоративные
28
панели для интерьера самолета и осуществляет агрегатную и окон-
чательную сборку, а также окончательную окраску самолетов
В-747.
Сборочный цех завода высотой 34 м имеет пролет шириной
91,4 м, цех оборудован крановой системой с разводными мостами
в пролетах (высота до крюка крана 23 м). Каждый кран грузоподъ-
емностью 27 тс управляется с помощью ЭВМ, на одном мосту мож-
но поднять груз весом в 54 тс. Система мостовых кранов обслу-
живает площадь 120 тыс. м2.
Рис. 1. 8. Завод фирмы «Боинг» в г. Эверетте
Завод оснащен современным лабораторным и испытательным
оборудованием для контроля поступающих на завод материалов,
полуфабрикатов и готовых изделий. Установленное на заводе тех-
нологическое оборудование предназначено для изготовления элект-
рожгутов, декоративных панелей, сотовых конструкций из полиа-
мидной бумаги, а также для клепки агрегатов, сборки и окраски
•самолетов. Имеется много различных транспортных систем, легко
управляемых тележек и специальных транспортных устройств на
воздушной подушке.
Завод рассчитан на выпуск 8,5 самолетов В-747 в месяц, помо-
жет выпускать ежемесячно до 11 самолетов. В перспективе предпо-
лагается расширение завода.
Разработка и производство самолета В-747 осуществляется от-
делением гражданских самолетов. На программу испытаний само-
лета В-747, состоявшую из 300 отдельных подпрограмм, потребо-
валось пять лет. Для статических и усталостных испытаний
использовали два планера. Первые пять самолетов В-747 прошли
десятимесячные испытания для определения эксплуатационных ха-
рактеристик и сертификации.
29
В табл. 1.7 приведен^ трудоемкость и максимальное количеств»
едедиалистов и рабочих, занятых на основных этапах разработки
самолета В-747.
Таблица 1.7
Трудоемкость и количество занятых специалистов и рабочих
по программе создания самолета Боинг-747
Вид работ Трудоемкость, мли. чел.-ч Максимальное количество заня- тых, чел.
Проектио-конструкторские работы по созданию самолета 18,2 4800
Работы по эксплуатационной технологичности, обеспечению надежности самолета и безопасности полета 6 8 2700
Проектно-конструкторские работы основных фирм-субподрядчиков 2,7 1100
По данным фирмы, стоимость программы летных испытаний са-
молета В-747 составила 56 млн. долл., В-737— 17 млн. долл. Экс-
плуатирующиеся варианты самолета В-747 имеют степень преемст-
венности конструкции около 90%. По оценке фирмы, для безубы-
точного производства .необходимо продать 400 таких самолетов.
Производство единицы массы конструкции самолета В-747, соглас-
но данным фирмы, обходится дешевле, чем производство такой
же единицы массы любого другого самолета этой же фирмы. Так,
трудоемкость изготовления 1 кг массы конструкции 150-го само-
лета В-747, В-707 и В-727 равнялась соответственно 2,2, 4,0 и
4,2 чел.-ч (1 чел.-ч оценивается в 6—10 долл, или в среднем в
7,5 долл.).
Фактическая трудоемкость производства первых пяти самолетов
В-747 оставалась примерно на одинаковом уровне. Снижение тру-
доемкости производства следующих 65 самолетов шло по 50%-ной
кривой (при удвоении количества выпущенных самолетов трудоем-
кость производства 150—200-го самолетов составила около 4% тру-
темпы снижения несколько замедлились. В результате трудоем-
кость производства 150—200-го самолетов составила около 4% тру-
доемкости производства первого самолета.
Снижение трудоемкости было достигнуто благодаря значитель-
ным капиталовложениям в оборудование и оснастку, а также хо-
рошим конъюнктурным предпосылкам сбыта, что обеспечило высо-
кий темп производства с самого начала:
Год............................... 1970 1971 1973 1974 1978
Количество самолетов, выпущенных в месяц 7—8 5—6 2—3 1—2 3
Высокий темп выпуска в первый год производства характери-
зует преимущества фирмы «Боинг», полученные в результате опере-
жающих сроков выхода самолета В-747 на рынок. Снижение темпа
производства в последние годы обусловлено в немалой степени
30
тем, что фирмы «Макдоннелл — Дуглас» и «Локхид» начали по-
ставлять на рынок свои самолеты DC-10 и L-1011.
В период наиболее интенсивного выпуска самолета В-747 (в
конце 1970 г.) в производстве было занято 68 тысяч человек с го-
довым фондом зарплаты 500 млн. долл.
Производство характеризуется высокой гибкостью — одновре-
менной поставкой авиакомпаниям нескольких вариантов самолета
В-747 (табл. 1.8).
Таблица 1.8
Основные варианты самолета Боинг-747 (на середину 1977 г.)
Вариант Максималь- ная пасса- жировмес- тимость, чел. Коммер- ческая нагрузка, тс Расчетная дальность, км Дата сертифика- ции Количество выпущен- ных самолетов
В-747-100 500 76,4 6000 30.12.1969 166
В-747-200 500 68,4 7400 23.12.1970 95
Грузовой — 114,6 6500 7,3.1972 10 ’
Г руз о-пассажирский 500 96,1 6500 24.4.1973 6
B-747SR 537 61,2 4450 30.9.1973 7
B-747SP 360 43,1 10650 12.1976 15
Помимо указанных вариантов фирма выпускает самолет В-747.
По заявлению руководителей фирмы самолет В-747 и его модифи-
кации будут выпускать до 2000 г.
Фирма «Макдоннелл — Дуглас» входит в число крупнейших
авиаракетно-космических фирм США.
Фирма «Макдоннелл—Дуглас» образована в 1967 г. в резуль-
тате объединения авиационных компаний «Дуглас» и «Макдон-
нелл» и включает:
фирму «Дуглас эркрафт» (г. Лонг-Бич, шт. Калифорния);
фирму «Макдоннелл эркрафт» (г. Сент-Луис, шт. Миссури);
отделение фирмы «Макдоннелл — Дуглас» по астронавтике
(г. Хантингтон-Бич, шт. Калифорния);
отделение фирмы «Макдоннелл — Дуглас» йо международным
продажам (г. Сент-Луис, шт. Миссури);
отделение фирмы «Дуглас» по новым разработкам (Г. Айрвайн,
шт. Калифорния);
фирму «Дуглас эркрафт Канада» (г. Торонто, Канада);
отделение фирмы «Макдоннелл.— Дуглас» по автоматике
(г. Сент-Луис, шт. Миссури);
отделение фирмы «Макдоннелл — Дуглас» (Г. Талса, шт. Окла-
хома);
отделение фирмы «Макдоннелл — Дуглас» по электронике
(г. Сент-Черз, шт. Миссури);
. фирму «Эктрон индастриз инкорйорейтед» (г. Монровия, шт. Ка-
лифорния);
311
отделение фирмы «Макдоннелл — Дуглас» по финансам
(г. Лонг-Бич, шт. Калифорния).
Ниже приведены данные, характеризующие чистый доход и объ-
ем продаж фирмы «Макдоннелл — Дуглас» за 1972—1974 гг. и
первый квартал 1975 г.
Показатель, или. долл. 1972 г. 197а г. 1974 г. 1 Кв. 1975 Г.
Чистый доход 111,6- 133,3.' 106,7 22,4 .
Объем продаж 2725 3002 3075 998
Фирма «Макдоннелл — Дуглас» имеет высокий уровень чистого
дохода, что в значительной степени объясняется прибыльностью
производства и крупными поставками истребителей, а также кос-
мической техники.
Удельный вес правительственных заказов в общем объеме про-
даж фирмы в 1973—1974 гг. составлял 54%, а удельный вес граж-
данской продукции — 46%. Портфель заказов фирмы на конец
I квартала 1975 г. составляли 827 самолетов DC-9 и 221 самолет
DC-10. На 1 июля 1976 г. 35 транспортных авиакомпаний многих
стран заказали 268 самолетов DC-10 различных вариантов, из кото-
рых 223 были уже поставлены (двухсотый самолет DC-10 поставлен
20 июня 1975 г.). В табл. 1.9 приведены данные о поставках всех
гражданских самолетов в 1969—1974 гг. и I кв. 1975 г.
Таблица 1.9
Количество самолетов фирмы «Макдоииелл — Дуглас»,
поставленных транспортным авиакомпаниям
Модель самолета Количество самолетов
1969 г. 1970 г. 1971 г. 1972 г. 1973 г. 1974 г. I кв. 1975 г.
DC-8 85 33 13 4 — — —
DC-9 122 51 43 24 21 48 (без DC-9-50) 10.
DC-10 _ — — 13 52 57 47 21
Всего 207 84 69 «0 78 95 31
В середине 1973 г. на фирме работало 81740 человек, в том чис-
ле 16583 дипломированных инженера. На 31 декабря 1974 г. на
фирме работало 70739 человек, т. е. почти на 8000 человек меньше,
чем было занято в 1973 г.
Общая производственная площадь заводов фирмы «Макдон-
нелл — Дуглас» составляет 2570,9 тыс. м2, стоимость предприятий
превышает 800 млн. долл.
Рис. 1. 9. Организационная структура фирмы «Дуглас эркрафт» в конце 60-х годов
2 1922
33
Фирма «Дуглас эркрафт» (рис. 1.9) производит самолеты DC-8,
DC-9 и DC-40, включая грузовые и грузопассажирские модифика-
ции. Эта фирма ведет проектные исследования по программам соз-
дания больших пассажирских самолетов и космических аппаратов.
Суммарная площадь производственных помещений заводов в
городах Лонг-Биче, Палмдейле, Торрансе (шт. Калифорния) и Тал-
са (шт. Оклахома), принадлежащих фирме, составляет 450 тыс. м2,
а число работающих достигает 27,8 тыс. чел., в том числе на про-
изводстве— 14,5 тыс. чел.
На заводе в г. Лонг-Биче сосредоточены основные средства про-
изводства самолета DC-10. В 1973 г. здесь работало 27856 человек.
Завод располагает большим парком тяжелого прессового оборудо-
вания для формообразования панелей и обшивок, а также универ-
сальным заготовительно-штамповочным оборудованием необходи-
мой номенклатуры и шахтными агрегатами для термообработки
крупногабаритных плоских заготовок. Механическую обработку де-
талей проводят в нескольких цехах на универсальном и специаль-
ном оборудовании. Значительная часть заготовок поступает от
фирм-поставщиков в полуобработанном виде. На заводе в г. Лонг-
Биче широко используют станки с ЧПУ. Например, в цехе механи-
ческой обработки средних и крупных деталей типа фитингов, крон-
штейнов, сложных силовых пространственных узлов установлено
88 станков, из них половина — с ЧПУ. Всего на заводе в г. Лонг-
Биче 89 станков с ЧПУ, а на всех заводах корпорации в 1973 г. ра-
ботало 263 станка с ЧПУ общей стоимостью более 100 млн. долл.
В основном это фрезерные станки. На заводах фирмы используют
трех-, четырех-, пятикоординатные фрезерные станки с ЧПУ, в том
числе и многошпиндельные. Имеются трехшпиндельные станки с
ЧПУ с расстоянием между осями шпинделей по 250 и 500 мм (для
одновременного изготовления трех нервюр). Двухпортальные четы-
рехшпиндельные трехкоординатные фрезерные станки с ЧПУ имеют
длину рабочего стола 12 и 27 м. Фирма приобрела также пятико-
ординатные портальные и двухпортальные трех- и четырехшпин-
дельные фрезерные станки с ЧПУ. На заводах фирмы применяют
сверлильные станки с ЧПУ и с магазином инструментов, а также
измерительные машины с ЧПУ фирмы «Лукас». В металлорежущих
станках с ЧПУ предусмотрено адаптивное управление с коррекцией
программы на износ инструмента.
На заводе в г. Сент-Луисе в конце 1973 г. работал комплекс из
40 станков с ЧПУ, управляемый от ЭВМ (один вычислитель управ-
лял десятью станками, при этом коэффициент использования стан-
ков повысился на 40%). Фирма вела подготовительные работы по
расширению комплекса до 100 станков.
Специалисты фирмы используют ЭВМ для управления произ-
водством, включая подготовку сменных заданий рабочим, учет
сырья, заготовок, деталей и запчастей, расчеты по сбыту и т. п., а
также для проектирования деталей и узлов самолета, инструмента
.для контроля качества изделий и других целей.
34
ЭВМ используется для управления раскройным, формовочным,
испытательным и контрольным технологическим оборудованием,
при этом перфолента в качестве программоносителя не использу-
ется. В корпорации в 1973 г. в пяти центрах работало 84 ЭВМ об-
щей стоимостью 135 млн. долл.
На заводе в г. Лонг-Биче имеются два цеха изготовления трубо-
проводов малого и большого диаметров. В агрегатно-сборочных це-
хах наряду с клепально-прессовым оборудованием широко исполь-
зуется разнообразный ручной механизированный инструмент. В це-
хе окончательной сборки работает 550 человек.
Основной продукцией завода в г. Лонг-Биче является базовый
самолет DC-10 и его модификации. На фирму «Макдоннелл — Дуг-
лас» по основным субподрядам работают свыше 30 фирм. Субпод-
рядчики выполняют более 27% объема работ по изготовлению пла-
нера (по трудоемкости). "
На разработку и проектные исследования самолета DC-10 пот-
ребовалось более 20 млн. чел.-ч инженерных работ (аналогичные
данные для самолета DC-3—290 тыс. чел.-ч).
С начала 1971 г. по октябрь 1972 г. фирма «Макдоннелл — Дуг-
лас» выполнила большую программу усталостных испытаний само-
лета DC-10. Каждая из трех секций самолета прошла испытания в
условиях, имитирующих летные, в объеме 120000 часов, что равно-
значно 40 годам эксплуатации самолета на авиалиниях. Было про-
ведено 84000 испытаний, имитирующих выруливание, взлет, полет и
приземление самолета. Для расширения фронта испытательных ра-
бот и сокращения срока их проведения самолет был разделен на
три части (передняя часть фюзеляжа, средняя часть фюзеляжа и
крылья; хвостовая часть фюзеляжа и хвостовое оперение), что поз-
волило проводить испытания параллельно. На последнем этапе
программы разработки самолета проводилось исследование разви-
тия трещин под действием циклических нагрузок. Это позволило
определить пределы безопасного разрушения конструкции и уста-
новить сроки ее контроля и осмотров планера самолета.
,По оценке фирмы, для безубыточности производства необходимо
было продать 438 самолетов DC-Ю. В 1974 г. поставка самолетов
DC-10 снизилась по сравнению с предыдущим годом с 57 до 47 еди-
ниц. Одной из причин сокращения производства самолетов явился
энергетический кризис, поразивший экономику западного мира.
При выполнении программы создания самолета DC-10 был ис-
пользован метод секционной сборки самолета, при которой электро-
жгуты, трубопроводы, агрегаты самолета, декоративная облицовка
пассажирских салонов и другие узлы и детали устанавливаются на
каждой из четырех секций фюзеляжа до его стыковки, что дало
значительный выигрыш во времени.
Конструктивно-технологическими разъемами планер самолета
DC-10 разбит на большое количество простых деталей, узлов и сек-
ций, что позволило расширить фронт сборочных работ. При произ-
водстве агрегатов из-за большого диаметра фюзеляжа сборка час-
то ведется в двух ярусах, 80—95% сборочно-монтажных работ про-
2*
35
водят в агрегатных цехах, причем почти все бортовое оборудование
и большинство монтажей выполнено на панелях, что снижает тру-
доемкость сборочко-монтажных работ.
Значительное количество заготовок деталей поступает на завод
в г. Лонг-Биче раскроенными. Коэффициент использования метал-
ла (КИМ) при изготовлении деталей на станках с ЧПУ составля-
ет 0,2—0,4. Например, стрингер массой 112,5 кг делается из заго-
товки массой 360 кг.
При производстве самолета DC-10 применяют новое оборудова-
ние для клепальных работ и новую пластмассовую оснастку, в част-
ности для формообразования некоторых деталей механизации крыла.
Подготавливая серийное производство самолета DC-10, фирма
«Макдоннелл — Дуглас» для отработки конструкции, систем и обо-
рудования самолета широко применяла макеты элементов конст-
рукции и секций планера. На’заводе в г. Лонг-Биче было построено
20 полноразмерных макетов отдельных частей самолета, в том чис-
ле три макета части фюзеляжа, занятой пассажирским салоном.
Один из этих макетов предназначен для отработки компоновки
оборудования и декоративного оформления пассажирских помеще-
ний самолета. Этот макет используется также в рекламных целях
для ознакомления с самолетом возможных заказчиков и для со-
гласования с транспортными авиакомпаниями, заказавшими само-
лет, вопросов по оборудованию пассажирских помещений. На ма-
кете полностью воспроизведено оборудование салонов и буфетно-
кухонных помещений. Второй макет фюзеляжа служит для отра-
ботки конструкции входных дверей и' аварийных выходов, пасса-
жирских трапов, крепления пассажирских кресел, для увязки тру-
бопроводов системы кондиционирования воздуха и жгутов электро-
проводки с конструкцией фюзеляжа, а также для компоновочной
увязки оборудования гардеробных помещений, туалетов, полок для
легкого багажа пассажиров и т. д. Третий макет фюзеляжа пра-
вильнее называть полноразмерным металлическим макетом само-
лета, так как он включает кабину экипажа и установку хвостового
двигателя; этот макет сделан по рабочим чертежам самолета в пол-
ном соответствии с его действительной конструкцией. На макете
монтируются системы и агрегаты оборудования фюзеляжа, он ис-
пользуется также для эталонирования всех монтажей бортового
оборудования самолета.
Фирмой были изготовлены также три полноразмерных макета
кабины экипажа, один из которых служит для оценки освещенно-
сти приборов, пультов и другого оборудования кабины в ночное
время, а также макет секции фюзеляжа для натурной отработки
системы кондиционирования воздуха в различных искусственно со-
здаваемых условиях (при разной температуре воздуха).
Другие макеты, изготовленные в основном из дерева, воспроиз-
водят стойки шасси и отсеки для их уборки, отсек установки хвос-
•тового двигателя, багажно-грузовые помещения, а также ряд отсе-
ков фюзеляжа, в которых скомпонованы отдельные группы обору-
дования (отсек радиооборудования, отсек электрооборудования).
Количество самолетов DC-10, выпускаемых ежемесячно с 1971
по 1974 гг., приведено ниже:
Год.......................................... 1971 1972 1973 1974
Количество самолетов, выпущенных в месяц ... 1 4—5 5 4
Темп производства в 1976 г. снизился до десяти самолетов в год.
Трудоемкость изготовления самолета DC-10 распределяется ме-
жду заводами-изготовителями следующим образом:
Завод в городе „2^%,
Лонг-Биче....................... . 45,0
Дакане.............................12,3
Сент-Луисе.........................11,9
Санта-Моника....................... 3,7
Тулузе............................. 0.3
Работы по кооперации с другими
фирмами............................26,3
С момента получения заказа на самолет DC-10 до его поставки
проходит 15—16 месяцев, но фирма планирует уменьшить этот срок.
Программа производства самолета DC-10 характеризуется высо-
кой гибкостью — одновременно авиакомпаниям поставляются пас-
сажирский (DC-10) и грузопассажирский (DC-10-10 и DC-10-30)
варианты самолета. Фирма также предложила авиакомпаниям гру-
зовой и удлиненный варианты с повышенными пассажировмести-
мостью (430 мест в туристском варианте) и дальностью полета.
Авиакомпании «Бритиш Эрвейз» предложен самолет DC-10-30 с
двигателями RB-211.
Самолеты DC-10 после 31 декабря 1976 г. поставляются по по-
вышенной на 5% цене. Это второе увеличение цены на самолет
(первый раз она была увеличена на 4% в августе 1970 г.). По прог-
нозам фирмы, за период с 1976 по 1985 гг. будет поставлено немно-
гим более 200 самолетов DC-10 (сверх уже поставленных до
1976 г.).
Фирма «Локхид» — третья фирма — производитель широкофю-
зеляжных самолетов, одна из крупнейших фирм АРКП США.
Фирма основана братьями Локхид в 1916 г. Как компания она
зарегистрирована в 1932 г. Фирма была одним из основных постав-
щиков гражданских самолетов в первый послевоенный период. В се-
редине 50-х годов она приступила к производству самолета с турбо-
винтовым двигателем «Локхид Электра», в то же время ее основные
конкуренты — фирмы «Боинг» и «Дуглас», а также французская
компания «Сюд Авиасьон» — работали над созданием реактивных
самолетов. В результате быстрого морального старения самолета
фирма «Локхид» понесла большие убытки и вынуждена была оста-
вить рынок магистральных самолетов. Первая попытка вернуться в
гражданский сектор авиастроения была предпринята фирмой в се-
редине 60-х годов, когда она конкурировала с фирмой «Боинг»
в создании сверхзвукового пассажирского самолета. Появление
широкофюзеляжного самолета L-1011 рассматривалось как новая
попытка вернуть потерянные позиции. Ниже приведены данные, ха-
37
растеризующие чистый доход и объем продаж фирмы «Локхид» за
период с 1972 по 1974 гг. и первое полугодие 1975 г.
Показатель, млн.-долл. 1972 г. 1973 г. 1974 г. Первое полу- годие 1975 г.
Чистый доход 16,2 18,2 23,2 24,7
Объем продаж 2470 2760 3280 1620
Удельный вес правительственных заказов в 1974 г. в общем
объеме продаж фирмы «Локхид» составил 62%, удельный вес
гражданской продукции (главным образом самолетов L-1011 «Три-
стар») — около 30%, прочие продажи — 8%. В 1974 г. объем,
экспортных продаж достиг наивысшего уровня — 650 млн. долл.,,
или 20% общего объема продаж.
В табл. 1.10 приведены данные о поставках транспортных само-
летов в 1969—1974 гг.
Таблица 1.10
Количество самолетов фирмы «Локхид»,
поставленных транспортным авиакомпаниям
Модель самолета Количество самолетов
1969 г. 1970 г. 1971 г. 1972 г. 1973 г. 1974 г.
C-130/L-100 13 25 13 34 29 Нет данных
L-1011 — — — 17 39 41
Портфель заказов фирмы «Локхид» в феврале 1975 г. включал
155 самолетов L-1011 «Тристар», в начале 1976 г. фирме было
заказано 213 этих самолетов. К маю 1975 г. самолеты эксплуатиро-
вались десятью авиакомпаниями и налетали 300 000 ч. Некоторые
авиакомпании заказали и эксплуатируют большое количество са-
молетов L-1011:
компания «Истерн эрлайнз» — 37 самолетов;
компания «ТВА» — 33 самолета:
компания «Дельта эрлайнз» и «Ол Джапан эрвэйз» по — 21 са-
молету.
На конец 1974 г. общая численность работающих на фирме рав-
нялась 62 100 человек, а в конце 1973 г. на фирме работало’
66 900 человек. По программе производства самолет L-1011 в нача-
ле 1976 г. работало около 12 000 человек (в 1972 г. было 16 000 че-
ловек). В последнее время численность работающих на фирме со-
кратилась, главным образом в калифорнийском отделении (г. Бер-
бенк), где осуществлялась программа разработки и производства
самолета L-1011. В качестве одной из причин сокращения числен-
38
ности представители фирмы называют снижение трудоемкости
производства этого самолета.
Общая площадь производственных помещений фирмы «Локхид»
равна 743 тыс. м2. Фирма включает следующие отделения:
«Локхид — Калифорния» в г. Бербенке (шт. Калифорния); «Лок-
хид— Джорджия» в г. Мариетта (шт. Джорджия); ракетной и кос-
мической техники; авиационной техники в г. Онтарио (шт. Кали-
форния); по проектированию и постройке аэропортов; электронных
систем в г. Эдисон (шт. Нью-Джерси); по проектированию, изго-
товлению и испытаниям ракетных двигателей; технического обслу-
живания самолетов; судостроения.
Основные заводы фирмы «Локхид», на которых организовано
производство самолетов L-1011, расположены в городах Бербенке
и Палмдейле.
Завод в г. Бербенке включает:
механические цехи, оснащенные разнообразным металлорежу-
щим оборудованием, в том числе станками с ЧПУ и установками
для упрочнения;
заготовительные цехи для формообразования листовых деталей
(обшивок), оснащенные соответствующим технологическим обору-
дованием, в частности обтяжными прессами усилием 500 тс;
несколько цехов для специального производства по изготовле-
нию клееных металлических панелей, оснащенного камерами по-
вышенной чистоты для нанесения клеев, лаков, красок, а также
конвейерными линиями и автоклавами для полимеризации клеев,
расположенными вне цеха;
цехи по изготовлению электрожгутов и трубопроводов;
цехи по изготовлению деталей интерьера и сотовых клееных
конструкций.
На заводе в г. Палмдейле проводят агрегатную сборку фюзеля-
жа и окончательную сборку самолета L-1011 «Тристар», а также
окончательную окраску самолета в малярном цехе, расположенном
в отдельном корпусе.
Трудоемкость окончательной сборки самолета L-1011 составля-
ла: для 12-го самолета — 730 000 чел.-ч, для 28-го самолета —
365 000 чел.-ч и для 100-го самолета — менее 150 000 чел.-ч.
По оценке фирмы, для безубыточности производства надо про-
дать не менее 350 самолетов L-1011. До 1985 г. фирма «Локхид»
рассчитывает продать до 500 самолетов L-1011, включая 100 само-
летов с большой дальностью полета.
Самолет L-1011, разрабатывавшийся одновременно с самолетом
DC-10, в связи с задержками поставок ТРДД RB-211 фирмой
«Роллс-Ройс» начал эксплуатироваться только в 1972 г. В связи с
этим «Локхид» потеряла позиции на мировом рынке, что привело к
значительному ухудшению ее финансового положения. Тем не ме-
нее к июню 1975 г. фирма продала 150 самолетов, а до конца
1977 г. планировались поставки еще 30 самолетов L-1011.
Производственные мощности фирмы «Локхид» рассчитаны на
максимальный выпуск почти 10 самолетов L-1011 в месяц. Факти-
39
ческий темп производства самолетов L-1011 в месяц за период с
1972 по 1975 гг. приведен ниже:
Год . .................. 1972 г. 1973 г. 1974 г. 1975 г.
Количество самолетов, выпущенвых
в месяц ......................... 1 3—4 3—4 2,5
Основной объем сборочных работ в производстве самолета
L-1011 приходится на завод в г. Палмдейле, на котором занято
свыше 5000 человек, и на завод в г. Бербенке, где занято 4000 чело-
век. На заводе в г. Палмдейле производится 70—90% сборочных
работ. Трудоемкость окончательной сборки 1 кг массы конструкции
100-го самолета L-1011 — меньше 2,0 чел.-ч. Трудоемкость изготов-
ления 1 кг массы конструкции 50-го самолета L-1011 равнялась
4,6 чел.-ч., а 100-го самолета — 3,2 чел.-ч. (для 150-го самолета по
расчету этот показатель должен был равняться 2,7 чел.-ч).
Характер, условия и уровень, производства европейского само-
лета-аэробуса А-300В мало отличается от производства широкофю-
зеляжных самолетов США.
Производство самолета А-300 организовано на базе широкой
кооперации. Французская фирма «Аэроспасьяль» изготовляет носо-
вой отсек фюзеляжа и кабину экипажа, пилоны двигателей и часть
центроплана, а также производит окончательную сборку самолета.
Объединение фирм ФРГ выпускает переднюю, среднюю и хвосто-
вую секции фюзеляжа, а также киль; английская фирма «Хоукер
Сиддли» делает крыло, включая кессон, а фирма КАСА (Испа-
ния) — горизонтальное оперение, створки шасси и двери. Органы
управления самолетом А-300 и механизации крыла поставляет
фирма «Фоккер — ВФВ» (Голландская — Западногерманская фир-
ма), а двигатели поступают из Франции. Летные испытания само-
лет А-300 проходит на сборочном заводе в г. Тулузе (Франция).
До конца 1976 г. планировалась поставка 43 самолетов А-300В,
однако этот план был выполнен только частично. К маю 1976 г. бы-
ли сделаны твердые заказы на 30 самолетов А-300В различных мо-
дификаций (всего к этому времени было заказано 57 самолетов для
десяти транспортных авиакомпаний различных стран Европы, Афри-
ки и Азии). До конца мая 1978 г. был поставлен 51 самолет А-300В.
Производственные мощности позволили в 1977 г. выпускать по
два самолета А-300В в месяц; санкционировано производство 84 се-
рийных самолетов. До 1990 г. изготовители предполагают продать
до 750 самолетов А-300В различных модификаций.
Программа разработки самолета А-300В потребовала затраты
больших средств — на выполнение программы к концу июля 1972 г.
было израсходовано 479,21 млн. долл., т. е. около 60% всех средств,
отпущенных на разработку самолета; уже тогда ожидалось превы-
шение сметы программы на 10—15% против расчетных сумм. Всего
в программе было занято примерно 13 000 человек.
В первой половине 1974 г. численностыперсонала международно-
го косорциума «Эрбас индастри», выпускающего самолет А-300В,
составляла 11 000 человек.
40
Глава 2
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
Широкофюзеляжные самолеты отличают крупные габариты, вы-
сокая надежность и экономичность в эксплуатации.
Для достижения высокой надежности и экономичности крупно-
габаритных самолетов особое внимание уделялось технологии про-
изводства и технологичности конструкций. Один из руководителей
фирмы «Боинг» Д. Саттер заявил: «Достижения в области техноло-
гии производства стимулировали усовершенствования конструкции
с тех пор, как была начата эксплуатация первого поколения граж-
данских самолетов».
Основные данные широкофюзеляжных самолетов США приво-
дятся в табл. 2.1. В табл. 2.2 для сравнения приведена конструк-
тивно-технологическая характеристика широкофюзеляжных само-
летов США и европейского аэробуса А-300В.
Таблица 2. 1
Основные характеристики широкофюзеляжных самолетов (базовые варианты)
Показатель В-747 DC-10-10 L-1011
Длина самолета, м 70,5 55,5 54,0
Размах крыла, м 59,7 47,4 47,0
Высота самолета, м 19,3 17,7 17,0
Диаметр фюзеляжа, м 6,5 6,0 5,9
Взлетный вес, тс 322 186 195
Посадочный вес, тс 256 150 162
Вес пустого самолета, тс 157 100 109
Число посадочных мест 366—490 270—380 272—400
Крейсерская скорость, км/ч 980 912 965
Дальность полета, км* 7400 5870 6300
Число и тип двигателей 4-ТРДД „Пратт- Уитни" 3-ГТ9-Д 3-ТРДД „Дженерал электрик" CF6-6A 3-ТРДД „Роллс- Ройс РВ-211-22В
Статическая тяга двигателя, кгс 19750 18140 19050
* С полной коммерческой нагрузкой и АНЗ
Для широкофюзеляжных самолетов США наиболее характерны
следующие конструктивно-технологические особенности:
неразъемная конструкция крыла;
крупные габариты панелей крыла и фюзеляжа;
41
to
Таблица 2.2
Конструктивно-технологическая характеристика зарубежных широкофюзеляжных самолетов
L-1011 DC-10 А-ЗООВ В-747
Кессон консоли крыла Состоит из двух лонжеро- нов, нервюр и обшивки, под- крепленной стрингерами, длина отсека 26,6 м, ширина 7,3 м Отсек загерметизирован под топливо (по две емкости в кры- ле), имеются лазы Обшивка фрезерованная на постепенно уменьшающуюся толщину, непрерывная от корня до конца, подкреплена стринге- рами Нижняя и верхняя обшив- ки — из алюминиевого сплава 7075-Т76. Стрингеры из алюми- ниевого сплава 7075 прессован- ные, приклепываются к обшивке крыла Лонжероны состоят из пресс- сов энных уголковых полок и стеночного набора Нервюры расставлены с ша- гом 600 мм, изготовлены из ли- стового металла и из отдель- /. Крыло самолета Состоит из двух лонже- ронов (от конца до кон- ца), нервюр и обшивки, подкрепленной стринге- рами Отсек загерметизиро- ван под топливо, лазы сделаны в верхней и ниж- ней обшивке Обшивка — механиче- ски обработанная на по- степенно уменьшающуюся толщину, вверху устанав- ливается три панели, вни- зу — четыре Стрингеры приклепы- ваются к обшивке, свя- заны с нервюрами штам- пованными фитингами Лонжероны собраны из прессованных уголковых полок и стеночного на- бора Нервюры имеют тита- новые полки крепления Состоит из трех лон- жеронов, обшивки и нер- вюр. Передний и задний лонжероны идут от корня до кончика, а средний — от корня до пилона дви- гателя Отсек загерметизирован под топливо Обшивка — монолит- ная, механически обрабо- танная, подкреплена стрингерами. Имеется по три панели вверху и вни- зу крыла. Две панели идут от корня до пилона, а третья — от пилона до кончика. В месте соедине- ния обшивок крепление осуществлено по обшив- ке и стрингерам Те панели, которые идут от корня до пилона, перед сборкой формуют- ся по профилю крыла, толщина панели у корня доходит до 25 мм Верхняя обшивка сде- лана из алюминиевого сплава с медью Состоит из трех лон- жеронов, обшивки и нер- вюр. Передний и задний лонжероны идут от корня до кончика, а средний — до пилона крайнего дви- гателя. Отсек загермети- зирован тиоколовым гер- метиком под топливо Обшивка — монолит- ная, механически обрабо- танная на постепенно уменьшающуюся толщи- ну (с 38 до 3,2 мм). Панели обшивки непре- рывны от корня до кон- чика (или до схода по переднему лонжерону), их длина доходит до 32 м На панелях в местах крепления нервюр утол- щения Верхняя обшивка из трех панелей — первая примыкает к заднему лонжерону и идет от кор- ня до кончнка, вторая и третья панели идут от корня и заканчиваются на переднем лонжерон© «В
иых механически обработанных
на уменьшающуюся толщину и
химически фрезерованных пла-
стин, к станкам приклепаны
стрингеры
Направляющие закрылка —
из стали
верхней обшивки крыла к
фюзеляжу
Направляющие за-
крылка — из титанового
сплава
Стрингеры — массив- ]
ные, открытые 1-образно-
го сечения, приклепыва-
ются к обшивке, макси-
мальная длина стринге-
ров 29 м
Передний и задний
лонжероны монолитно
отфрезерованы из катан-
ных или кованых плит из
алюминиевого сплава (та-
кие лонжероны дешевле и
легче по весу, чем
составные). Оба лонже-
рона снабжены титановы-
ми трещиноостановите-
лями
Средний лонжерон —
составной и имеет тре-
щиноостановители из лег-
кого сплава
Нервюры монолитные,
фрезерованные из катан-
ных пластин или поковок
(при толщине больше
100 мм)
Материал нервюр —
алюминиевый сплав
Направляющая закрыл-
ка— из легкого сплава
со стальной вставкой
Направляющая пред-
крылка— из титанового
сплава
Нижняя обшивка вклю-
чает пять панелей — пер-
вая панель (примыкаю-
щая к заднему лонжеро-
ну) и следующая за ней
вторая панель — непре-
рывны от корня до копчи-
ка крыла, остальные
три — заканчиваются на
переднем лонжероне
Верхняя обшивка — из
алюминиевого сплава
7075-Т651 (на цинке),
нижняя — из алюминие-
вого сплава 2024-Т35 (на
меди)
Стрингеры — прессо-
ванные, приклепываются
к обшивке, из алюминие-
вого сплава 2024-Т3511
(нижние) и 7075-Т6511
(верхние)
Полки лонжеронов —
прессованные, уголково-
го сечения, из алюминие-
вого сплава 7075-Т6511
Стенки лонжеронов —
механически обработан-
ные, из алюминиевого
сплава 7075-Т651
У большинства нервюр
полки прессованные, из
алюминиевого сплава
7075-Т6511
Направляющая закрыл-
ка — из модифицирован-
ной стали 4340
табл. 2.
L-1011 DC-10 А-300В В-747
Кессон центро- плана Элементы меха- низации крыла и зализы / Загерметизирован для залив- ки топлива Спойлеры — алюминиевые, клееной сотовой конструкции с прессованными лонжеронами Внешние элероны — клееной конструкции, из легкого сплава состоят из нервюр, лонжеронов и обшивки. Задняя часть элеро- на — сотовой конструкции из алюминиевых сплавов Внутренние элероны по кон- струкции аналогичны внешним элеронам Закрылки, нервюры и лонже- роны из легкого сплава, клееные Задняя кромка — сотовой конструкции из алюминиевых сплавов Спойлеры — сотовой конструкции с прессован- ными лонжеронами (из алюминиевых сплавов). Задняя кромка элеро- нов — из армированного пластика Задняя кромка закрыл- ков — из армированного стеклопластика Предкрылки —. сотовой конструкции из алюми- ниевого сплава Обтекатели направля- ющих закрылков — из стеклопластика Строится интегрально с фюзеляжем Состоит из монолитных механически обработан- ных лонжеронов и верх- ней и нижней обшивки Кессон загерметизиро- ван и используется под топливо в вариантах са- молета большой дально- сти полета Строится интегрально с фюзеляжем Состоит из трех лонже- ронов, верхней и нижней обшивки и 1-образных стрингеров Спойлеры — сотовой конструкции с прессован- ными лонжеронами, из алюминиевых сплавов Лонжероны и нервюры внешних элеронов — из алюминиевого сплава с обшивкой сотовой конст- рукции из стеклопла- стика Внутренние элероны имеют два лонжерона й нервюры из легкого спла- ва с обшивкой сотовой конструкции из стекло- пластика Главное звено закрыл- ков имеет алюминиевую сотовую обшивку и нер- вюры; лонжероны из лег- кого сплава
Переднее звено закрыл-
ков — из стеклопластика
сотовой конструкции с
лонжеронами и нервюра-
ми из легкого сплава
Заднее звено — из стек-
лопластика
Обшивка прекрыл-
ков стеклопластика, а
нервюры из легкого
сплава
Обшивка нервюр и пе-
редняя кромка щитков
Крюгера — из легкого
сплава. Кончики крыла —
из стеклопластика
Малонагруженная кон-
струкция передних и зад-
них кромок крыла и обте-
кателей — из стеклопла-
стика и легкого сплава
Зализ крыла с фюзеля-
жем — сотовой стекло-
пластиковой конструк-
ции. Панели из пластико-
вых сот переменной вы-
соты, обкладываются ли-
стами из стеклопластика
из эпоксидной смолы. За-
тем на листы наносится
слой клея и напыляется
расплавленный алюминий.
Высота сот от 6 до
42 мм, толщина листов от
0,25 до 0,36 мм (по кра-
ям толщина листов
2,5 мм)
Продолжение табл. 2. 2
Количество сек
ций и тип конст
рукции
Обшивка
Стрингеры
L-1011 DC-10 А-ЗООВ
II. Фюзеляж самолета
Трн секции герметической
части
Листовая клееная с наклейкой
дублеров (усилителей) и тита-
новых полос (трещиноостанови-
телей) толщиной 0,5 мм и ши-
риной 114 мм
На герметические секции идет!
23 клееных панели размером
11,6 и 4,5 м
Миним альная
шнвки из алюминиевого сплава
2024-ТЗ в герметической части
фюзеляжа 1,9 мм, обшивка дру-
гих отсеков
миниевого
цинке)
Панель с отверстиями для
окон — из алюминиевого сплава
7075-ТС, более толстая с под-
клеенными дублерами и без
стрингеров
толщина об-
делается из
сплава 7075 (иа
алю-
В-747
Шесть секций гермети-
ческой части (первона-
чально) или четыре сек-
ции герметической час
ти (после промежуточ
ной сборки), стадий-
сборки), стадий-
ность сборки, связана с
перевозкой секций
самолете
Конструкция секций
состоит из часто располо-
женных
шпангоутов
Панели
обычные,
тонкие, соединены встык
и связаны накладками.
На обшивке изнутри
установлены стрингеры и
титановые трещинооста-
новители
Максимальный ' размер
панели 2,3X10,2 м
на
стрингеров,
и обшивки
обшивки —
сравнительно
Восемь разъемов по
шпангоутам 10, 18, 26, 40,
54, 58, 72 и 80 (первона-
чально), шесть секций
(после промежуточной
сборки со стыковкой в
сечениях 58 и 72)
Конструкция — обыч-
ный монокок из обшивки,
шпангоутов и 1-образных
стрингеров .<
Четыре секции гермети-
ческой части
Конструкция — полу-
монокок из обшивки,
стрингеров и шпангоутов
Обшивка носовой сек-
। ции, включающей пилот -
: скую кабину, монолитная,
химически фрезерован-
ная, без стрингеров; тол-
щина изменяется от 1,6
до 2 мм
В местах действия, кро-
ме давления наддува,
больших напряжений от
изгиба и кручения, об-.
шивка монолитная, меха- ные накладки из алюми-
нически обработанная, из ниевого сплава 2024-ТЗ
алюминиевого сплава на
меди
Стрингеры — прикле-
пываемые
Катаная или механиче-
ски обработанная из алю-
миниевого сплава 2024-Т-
351, стрингеры — прикле-
пываемые
Полосы и дублеры при-
клеены к обшивке в ме-
стах крепления к шпан-
гоутам, стрингерам и во-
круг вырезов. Полосы,
дублеры и соединитель-
Размер самых крупных
панелей обшивок 9X6 м.
Всего на фюзеляже
40 панелей, толщина по-
лотна панели от 1,5 до
9,5 м
Применение крупногабарит-
ных панелей и склеивания вдвое
уменьшило число соедииеиий на
самолете, на 250 000 деталей
сократилось число крепежа
Процесс изготовления кле-
еных панелей включает формов-
ку, примерку, химическую очи-
стку, грунтовку, наложение
клея и отверждение его в авто-
клаве (18,3X6,7 м) при 127 С.
Клей в своем составе имеет
эпоксидную смолу
Для обеспечения надежности
склеивания все операции склеи-
вания и контроля сконцентри-
рованы в отдельном техноло-
гическом комплексе
Обшивка подкреплена при-
клепанными стрингерами
Прочность обшивки по-
вышена за счет титано-
вых трещиноостановите-
лей (полос)
Обшивка
стрингерами
подкреплена
Обшивка (от сечения
17 до 80) подкреплена
приклепанными стринге-
рами открытого 1-образ-
ного сечения, изготовлен-
ными из листового мате-
риала
В носовой секции до
сечения 17, включающей
пилотскую кабину, стрин-
геров нет (из-за малых
изгибных нагрузок),
шпангоуты здесь стоят
чаще, обшивка моно-
литная
Типовой стрингер но-
совой секции 1-образного
сечения, катаный, из алю-
миниевого сплава 2024-С
с плакировкой НТ-Т42
Типовой стрингер пе-
редней, центропланнои
(вверху) и задней сек-
ций — I-образного сече-
ния, катаный из алюми-
ниевого сплава 7075-0 с
плакировкой НТ-16 или
без плакировки
Общая длина стринге-
ров на всем самолете
5,6 км
Стрингеры с постепенно
уменьшающейся толщи-
ной (для типовых стрин-
геров она уменьшается с
2,25 до 1,5 мм)
L-1011 DC-I0 А-зоов В-747
Шпангоуты и гермоднище Шпангоуты — из алюминие- вого сплава, типовой шаг — 508 мм Шпангоуты, связыва- ющие фюзеляж с центро- планом, из кованых или катаных профилей Задний шпангоут, сое- диняющийся с задним лонжероном крыла и не- сущий шасси, — титано- вый Большинство шпангоу- тов О-образного сечения из листового материала (алюминиевый сплав) Диаметр шпангоутов меньше, чем внутренний диаметр по обшивке фю- зеляжа Шпангоуты соединяют- ся с обшивкой и стрин- герами с помощью угол- ковых компенсаторов из листового материала, компенсаторы имеют вы- резы под стрингеры Переднее гермодни- ще — выпуклое, подкреп- лено жесткостями из листового материала Шаг большинства шпангоутов — 510 мм Типовой шпангоут но- совой секции — швеллер- ного сечения из алюми- ниевого сплава 7075-0 с плакировкой НТ-Т6 с ме- стными усилениями (на участках с большим изги- бающим моментом), прес- сованными бульбовыми уголками из сплава 2024-0 с плакировкой НТ-Т42, прикрепленны- ми к внутреннему фланцу. Внешним фланцем шпан- гоут присоединяется к об- шивке и там, где идут стрингеры, во фланце де- лается вырез Типовой шпангоут в передней центропланной (вверху) и задней секци- ях — О-образного сечения из алюминиевого сплава 7075-0 с плакировкой НТ-Т6 Шпангоуты имеют уголки и элементы связи, расположенные между стрингерами, которыми они присоединяются к обшивке. Стрингеры свя- зываются со шпангоута- ми отдельными скобами
<о
Соединение сек-
ций фюзеляжа
Усиление
вырезов
Килевая балка
В отличие от обычного мето-
да соединений (стыковки по
концевым шпангоутам, скреп-
ляемым болтами, которые рабо-
тают на растяжение) соедине-
ние секций осуществлено по
консольно висящим концам об-
шивки и стрингеров
Стрингеры склепываются
стрингерными перемычками,
а обшивка — клееными наклад-
ками (внутренними или наруж-
ными). Детали крепежа рабо-
тают на срез
Фюзеляж расчленен на сек-
ции по сечениям в середине
оконных вырезов
Вырезы под окна окантованы
приклепанными рамами
Стенки колодца под
носовое шасси — моно-
литные панели со стрин-
герами, работающие на
нагрузки от давления
наддува
Вырезы под окна и две-
ри усилены
Мощная килевая балка,
связывающая по центру
части фюзеляжа, ослаб-
ленные вырезом под ко-
лодцы главного шасси
Балки пола пассажир-
ской кабины — прессо-
ванные, О-образного сече-
ния (из алюминиевого
сплава). Панели пола —
сотовой конструкции со
сроком службы не менее
двух лет
Стыковка секций —
болтами
Фюзеляжная панель с
отверстиями под окна
фрезеруется с последую-
щими приклеиванием дуб-
леров и установкой кова-
ных рам, прикрепленных
болтами
Отверстие под дверь и
вырез под остекление фо-
наря усилены титановы-
ми дублерами
Балка — из легкого
сплава проходит ниже
центроплана и соединяет
переднюю и заднюю ча-
сти фюзеляжа
g
Продолжение та бл. 2, 2
L-1011 DC-10 А-300В В-747
Пол Фонарь Панели остекления—криво- линейные Поперечные балки — О-образного сечения, в колодцах шасси кова- ные Панели пола — сотовой конструкции Панели остекления — плоские Боковые задние пане- ли нагружены давлением воздуха Панели пола — сотовой конструкции толщиной 10 мм трех вариантов: 1) панели, применяе- мые в местах усиленного износа, с обшивкой из ти- танового листа толщиной 0,25 (вверху) и 0,127 мм (внизу); 2) паиели с .обшивкой из алюминиевого сплава толщиной 0,4 (вверху) и 0,25 мм (внизу); 3) панели с обшивкой из слоев углеволокна толщиной 1,27 мм и со- товым заполнителем (2,64 кг/м2) Панели «первых двух вариантов имеют запол- нитель из поливннилхло- ридового пенопласта, пре- пятствующего распрост- ранению пламени во вре- мя пожара Максимальный размер панели 3,6Х 1,2 м. Панели остекления — криволинейные Общая толщина лобо- вой панели, состоящей из трех слоев винила,
ел
Способ стыковки
с крылом
Технологические
особенности
Фюзеляж соединяется с цент-
ропланом, а после этого к цент-
роплану пристыковываются
крылья
Форма фюзеляжа сохранялась
путем создания в стапелях те-
рированного давления, благо-
даря чему на первом самолете
отклонения от заданной формы
по симметрии не превысили
0,8 мм на всем протяжении от
носа до хвостового оперения
Длина паиели 0,9 м
Толщина наружного уп-
рочненного слоя 2,2 мм,
а внутреннего термообра-
ботанного слоя — 12 мм
Вначале крылья состы-
ковываются с центро-
планом в одно целое,
а затем крепится фюзе-
ляж, после чего устанав-
ливается шасси. Обшивка
консолей крыла состыко-
вывается с обшивкой
фюзеляжа многоболто-
вым соединением, а лон-
жероны консолей связы-
ваются с лонжеронами
центроплана
двух слоев акрила, слоя
стекла и слоя связки —
51 мм
В фюзеляжных секци-
ях перед соединением нх
вместе монтируется бор-
товое оборудование —
устанавливается гндро-,
пневмо- н электропровод-
ка, декоративные панели
интерьера и другие узлы
и детали, благодаря чему
Вначале фюзеляж сое-
диняется с центропланом,
а затем центроплан сты-
куется с тремя лонжеро-
нами крыла
В креплении центро-
плана и фюзеляжа в сече-
ниях 40, 44 и 47 установ-
лены три мощных посте-
пенно утолщающихся
прессованных шпангоута,
которые крепятся к трем
лонжеронам центропла-
на. Под центропланом ки-
левой балки нет, так как
ширина фюзеляжа между
колодцами шасси доста-
точна для оформления
одного продольного сило-
вого кессона, состоящего
из продольных лонжеро-
нов и стрингеров 1-об-
разного сечения
Кромки сотовых пане-
лей срезаны под прямым
углом, а не отформованы
путем смятия
to ____________________________________________Продолжение табл. 2. 2
-7 ' L-10U DC-10 A-3Q0B _ В-747
Давление поддерживалось и при операции стыковки с крыльями обеспечивается широкий фронт работ, удобство сборки и сокращается трудоемкость
111. Общие данные
Типовое крепле- ние элементов кон- струкции Применяется склеивание, а также заклепки, цилиндриче- ский и конический крепеж с на- тягом (в критических местах по усталости) В высоконагруженных местах применяются ко- нические болты (в основ- ном титановые) В высоконагруженных местах применяются ти- тановые и стальные кре- пежные детали, в осталь- ном — обычный крепеж, включая болты, заклепки, точечную сварку, склеи- вание. Реализованы следую- щие принципы: 1) болтов, работающих на растяжение, избегать; б) болты, крепящие ла- зы, должны иметь одина- ковую длину (в случае разных длин применяют- ся болты разных диамет- ров) Применяется склеива- ние, заклепки и болт Все крепежные детали диаметром свыше 6,3 мм преимущественно кони- ческой формы. Для при- клепки стрингеров к верх- ней и нижней обшивкам используются клепальные автоматы. Они сверлят, зенкуют отверстия, встав- ляют охлажденные за- клепки, запрессовывают оба конца и фрезеруют головки. Для склеивания имеется автоклав, в кото- ром одновременно могут разместиться восемь па- нелей размером 2,5X5 м
Применение ти- тана и магниевых сплавов Применены титановые трещи- ноостановители и отдельные панели Применены титановые тр ещиноостановители, балки крепления шасси, титановая полка в стыке крыла с фюзеляжем и другие детали Магниевые сплавы не применяются Титан нашел неболь- шое применение, напри- мер, в крепеже и отдель- ных фитингах Общее применение ти- тана составляет около 4 т. Из титана отпрессо- вана балка крепления главного шасси, сделаны трещиноостановители об- шивки, дублеры рам фо- наря (вверху и внизу),
ПиО ~L
Методика испы-
таний на статиче-
скую прочность и
усталость
Были изготовлены образцы и
два специальных планера для
испытаний на усталость (сразу
после первого летного самоле-
та). Испытания на усталость
начались в январе 1971 г. и
проводились не в бассейне, а на
стенде
Статические испытания нача-
лись в начале 1971 г. Шасси ис-
пытано на усталость на пла-
нере
Отдельные части конструк-
ции испытаны на акустическую
усталостную прочность в специ-
альных камерах с акустическим
генератором мощностью 1 млн.
ватт. Размеры камер: ревербе-
рационной— 8X17X6,1 м (вы-
сота), безэховой 5,5X5,5 X
Х4,6 м (высота)
Специального планера
для испытаний на уста-
лость не строилось. Ис-
пытания на усталость на-
чинались с испытаний от-
дельных образцов и за-
канчивались испытаниями
крупных секций. Всего
было изготовлено 600 об-
разцов
Статическая прочность
проверялась испытанием
на земле на ограничен-
ную статическую нагруз-
ку на втором самолете.
Позже статическая проч-
ность проверялась в по-
лете на этом же самолете
с той же аппаратурой.
Для испытаний иа уста-
лость использовано мощ-
ное лабораторное обору-
дование
На специальном комп-
лектном планере проверя-
лась статическая проч-
ность до разрушения
Усталостная прочность
проверена в водном бас-
сейне
Акустическим испыта-
ниям подвергнута задняя
часть фюзеляжа
дублеры усиления выре-
зов под двери, обшивка
сотовых панелей пола,
крепежные и другие де-
тали
Два планера исполь-
зованы для испытаний на
статическую прочность и
усталость. Кроме этого
для испытаний на уста-
лость были изготовлены
многочисленные образцы
Испытания на уста-
лость проводились не в
водном бассейне, а на
стенде с заполнением фю-
зеляжа на 90—95% пла-
стиковыми гранулами.
Специально предусмот-
ренные проходы обеспе-
чивали доступ для осмот-
ра во время испытаний.
Один усталостный цикл
длится 8 мин
а
Основные пути повышении ресурса'.
Поиск
и
и с следова ние
оптимального
варианта
конструкции
Разработка
оптима льной
технологии
Производства
Оптима ль ное
конструк-
тивно -
-технологи-
ческое
решение
Неразъем/ал ть агрегатов
Применение кленки стержнями
Сборка болтами с натягом
Применение клееных панелей
Применение сотовых конструкций
Применение стеклопластиков
Упрочнение всех, силовых элементов
Применение профилей, гнутых из листа
Увеличение обьемов контроля и
диагностики
-------п
I
________I________
Экономически я
оценка решения
с учетом затрат
6 производство
а
. чкснлуитицт!
Реи лнзиция ,
решения
6 производстве
и эксплуатации
Рис. 2. 1. Типовая схема конструктивно-технологического обеспечения повышенного ресурса
силовых элементов широкофюзеляжных самолетов
большой удельный вес панелей сотовой клееной конструкции;
применение листовых многослойных клееных конструкций;
упрочнение всех силовых элементов;
широкое использование титановых сплавов;
относительно большой процент стеклопластиковых деталей;
сборка предварительно напряженных конструкций;
установка крепежных болтов с большим натягом, относительно
«большое количество конических болтов.
Заслуживает внимания методика конструктивно-технологичес-
жого обеспечения высокого ресурса силовых элементов широкофю-
зеляжных самолетов На рис. 2.1 приведена типовая схема осу-
ществления этой методики, на рис. 2.2 — пример реализации этой
схемы применительно к изготовлению кессона крыла самолета
В-747.
Самолет В-747. Конструкцию самолета отличает широкое ис-
пользование титана (более 3860 кг в планере) и слоистых панелей
•с сотовым заполнителем как из стеклопластика, так и из легких
•сплавов. Панели с состовым заполнителем покрывают половину
площади крыла и хвостового оперения.
На самолете применено 250 м2 панелей с сотовым заполнителем
из алюминиевых сплавов, 350 м2 — из стеклопластика и 400 м2 —
из полиамидной бумаги «Номекс».
Вся центральная секция фюзеляжа, сконструрированная и из-
готовленная фирмой «Нортроп», имеет обычную конструкцию из
шпангоутов и стрингеров с листовой обшивкой, усиленной сварными
пли клепаными накладками. Вокруг дверей и фонаря кабины эки-
пажа имеются титановые усиливающие панели.
Крыло самолета В-747 — цельное от корневой до концевой час-
ти, без технологических разъемов. Обшивка нижней поверхности
кессона и стрингеры изготовлены из сплава 2024, обшивка верхней
поверхности, стрингеры, лонжероны и шпангоуты — из алюминие-
54
vund» fiudOQD Dy
Рис. 2.2. Схема изготовления кессона крыла самолета В-747 (*— новый процесс)
nuaunu ndainndwj ndotgday
55
бого сплава 7075. Максимальные размеры панелей фюзеляжа 2,4х
Хб,7 м, крыла 2,5Х30м. Длила стрингеров крыла до 32 м. Боль-
шинство крепежных деталей диаметром более 6,4 мм представляет
собой конические винты или болты.
При изготовлении крыла широко использованы панели с сото-
вым заполнителем, в том числе и из стеклопластика. Панели с со-
товым заполнителем из алюминия используют для таких деталей и
агрегатов, как интерцепторы, капоты, носок киля и хвостовые части
щитков.
Самым круглым узлом, выполненным из титана, является балка
шасси, крепящаяся одним концом к шпангоуту центральной части
•фюзеляжа, а другим — к шарниру на заднем лонжероне крыла.
Хвостовое оперение представляет собой лонжеронно-стрингер-
ную конструкцию из легкого сплава с обшивкой из слоистых пане-
лей; поверхности управления состоят из обшивки с сотовым запол-
нителем и нервюр из листа.
Основные стойки шасси изготовлены из модифицированной ста-
ли 4340. Титановый сплав использован для изготовления высоко-
прочных узлов и соединений, работающих на кручение.
Самолет DC-10. Крыло самолета DC-10 выполнено без разъе-
мов. Оно представляет собой обычную двухлонжеронную конструк-
цию крыла-бака с нервюрами и обшивкой из алюминиевых сплавов
2024 и 7075. Максимальный размер обшивок крыла 2,5x20 м тол-
щиной от 12,7 до 3,2 мм.
Фюзеляж — обычной конструкции из шпангоутов и стрингеров
с листовой обшивкой. Шпангоуты хвостовой части фюзеляжа из ка-
таных и прессованных профилей, изготовленных из алюминиевых
сплавов 2024 и 7075. Шпангоуты средней части фюзеляжа изготов-’
лены из титанового сплава Ti—6 Al—4V. Из этого же сплава изго-
товлены направляющие двухщелевых закрылков, предкрылок и бо-
лее половины деталей крепежа (масса деталей из титановых спла-
вов составляет 3% от массы конструкции).
Хвостовое оперение по конструкции аналогично крылу.
На самолете применено 100 м2 панелей с сотовым заполнителем
из алюминиевых сплавов, 50 м2 — из стеклопластика и 300 м2 —
с бумажным заполнителем «Номекс». Применен также бальзовый
заполнитель.
Самолет L-1011. Одной из характерных особенностей самолета
является широкое применение клеевых соединений. Фюзеляж само-
лета представляет собой оболочку полумонококовой конструкции
диаметром около 6 м. Клеевое соединение используется по всей
длине герметизированной части (46 м) для присоединения усилива-
ющих двойных и тройных накладок вокруг вырезов в обшивке. Вы-
резы в обшивке окон в пассажирских салонах выполняют после пол-
ного изготовления фюзеляжа, перед отправкой его на окончатель-
ную сборку. Максимальный размер клееных панелей фюзеляжа
4,6X11,5 м толщиной от 0,8 до 12,7 мм. Обшивка и стрингеры под-
держиваются шпангоутами из листового металла, расположенны-
ми на расстоянии примерно 0,5 м друг от друга. Основной конст-
56
рукционный материал — алюминиевый сплав 2024. Усиливающие
ленты на панелях фюзеляжа выполнены из титанового сплава.
Крыло-бак кессонной конструкции, неразъемное по длине. Верх-
няя и нижняя обшивка из алюминиевого сплава 7075. Длина меха-
нически обрабатываемых панелей крыла — до 24,4 м, толщина —
до 12,7 мм. Длина стрингеров — до 28 м.
Крепежные детали по крылу, хвостовому оперению и фюзеляжу
устанавливаются с натягом, на жидком герметике.
На самолете применены 70 м2 панелей с сотовым заполнителем
из алюминиевых сплавов, 50 м2— из стеклопластика и 300 м2 — из
бумаги «Номекс». Площадь клееных обшивок составляет 500 м2.
Глава 3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ
ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
3.1. ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ
Для производства широкофюзеляжных самолетов характерны
чрезвычайно большие материальные потоки, определяемые много-
численной номенклатурой и большими объемами обращающихся
на заводах материальных ресурсов (материалов, комплектующих
изделий, узлов, деталей и т, п.). Организация материальных пото-
ков и управление ими в этих условиях является весьма сложной
технической задачей на всех стадиях производственного процесса,
начиная с входного контроля и организации хранения материаль-
Рис. 3.1. Лаборатория функциональных испытаний агрегатов гидравлических
систем
57
вых ресурсов, ria заводах фирмы «Боинг», а также на заводах дру-
гих фирм вопросам организации материальных потоков уделяется
большое внимание. Поступающие материалы и изделия строго под-
считываются и регламентируются едиными требованиями, удовлет-
воряющими заданным объемам производства. При организации
входного контроля и хранения разрабатываются требования на все
виды основных технологических операций: приемку, транспортиров-
ку, хранение, учет, выдачу, оценку качества материалов, деталей и
узлов. Все эти операции выполняются в отдельных складских зонах,
хорошо оснащенных лабораторными установками и оборудованием
для спектрографии, испытаний на прочность, проверки функцио-
нальной пригодности агрегатов гидравлических, электрических и
других бортовых систем самолетов, а также для проведения всех
видов анализов (рис. 3.1). На складах широко используют ролико-
вые контейнеры, всевозможные погрузчики, краны-штабелеры и на-
польные штабелеры.
Все крупногабаритные листовые детали и трубопроводы посту-
пают на склады и промежуточные операции упакованными в тон-
кую пленку.
Основной контроль поставляемых фирме «Боинг» полуфабрика-
тов и приборов по ее спецификации проводят фирмы-поставщикй
на своих заводах.
Ввиду сложности организации входного контроля и хранения,
вызываемой значительным объемом грузопотоков и соответствую-
щей информации о них, заводы фирмы «Боинг» применяют авто-
матизированные системы, с помощью которых решают задачи как
организационно-экономического управления, так и управления
складскими машинами и механизмами.
При разработке генерального плана завода широко применяют
принцип расчленения его на зоны, уделяя большое внимание распо-
ложению зоны складов для обеспечения кратчайших и непересека-
ющи.хся транспортных связей. Посты контроля качества деталей
размещают непосредственно на производственных участках.
3.2. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ,
ОБШИВОК И ПАНЕЛЕЙ
В конструкциях широкофюзеляжных пассажирских самолетов
фирмы «Боинг», «Макдоннелл — Дуглас» и «Локхид» широко при-
меняют листовые обшивки из алюминиевых (редко титановых)
сплавов толщиной до 10 мм. Обшивки из алюминиевых сплавов
подвергают обработке на фрезерных станках. Объем химического
травления деталей в последнее время стал заметно сокращаться.
Длина листовых фюзеляжных обшивок самолета В-747 доходит
до 11 м, а в ряде случаев — до 15 м, длина фрезерованных обши-
вок крыла достигает 35 м. Часть обшивок выполняют из титановых
сплавов. Как уже отмечалось, масса титановых деталей в планере
около 4000 кг. Основные конструкционные материалы приведены в
табл. 3.1.
58
Таблица 3.1
Конструкционные материалы, применяемые при изготовлении
листовых обшивок широкофюзеляжиых самолетов
Материал Свойства Применение
Алюминиевые сплавы: 2024-ТЗ, 2024-Т4 (типа Д16) 7075-Т6 (типа В95) 7075-Т73 (типа В95) Титановые сплавы (Ti—6А1—4V) Стали: 4340 НУ-TUF 300М Прочные, с хорошей усталост- ной прочностью, сопротивляемо- стью Высокопрочный Хорошая сопротивляемость коррозии, вызванной * перена- пряжением металла; хорошая жесткость Жаропрочные, высокопроч- ные, с хорошим усталостным сопротивлением, хорошей вязко- стью Высокопрочные, с хорошей усталостной прочностью Обшивки фюзеляжа, нижняя обшивка крыла, обшивки поверхностей управления и ребра жест- кости Шпангоуты фюзеляжа н лонжероны Штамповки большого сечения, фитинги, под- вергаемые предваритель- ному нагружению Жаропрочные перего- родки, узлы предкрыл- ков и закрылков Шарниры для закрыл- ков, фитинги
Формообразование деталей
методами гибки-прокатки и обтяжки
Для формообразования деталей обшивки из листов и фрезеро-
ванных панелей широко применяют прогрессивные процессы гибки-
прокатки и обтяжки на новом оборудовании, изготовляемом фир-
мами «Шеридан», «Хаффорд», «Версон» и др. *.
Бее обтяжное оборудование можно разделить на четыре основ-
ных типа:
1) растяжно-обтяжные (рис. 3.2) и обтяжные (рис. 3.3, 3.4)
прессы с горизонтальным расположением зажимных устройств и
заготовки;
2) растяжно-обтяжные прессы с вертикальным расположением
зажимных устройств и заготовки (рис. 3.5);
3) комбинированные растяжно-обтяжные прессы с четырьмя
зажимными устройствами для выполнения различных видов обтяж-
ки с горизонтальным расположением заготовки;
4) универсальные гидравлические прессы с встроенными зажим-
ными устройствами для одновременного выполнения процессов об-
тяжки и вытяжки, гибки, подсечки, выдавливания и т. д. (рис. 3.6).
Все новые прессы, применяемые при гибке-прокатке и обтяжке,
отличаются широкими технологическими возможностями благодаря
* Фирмы «Шеридан» и «Хаффорд» в настоящее время объединены в ком-
панию «Шеридан-Грей».
59
Рис. 3.2. Растяжно-обтяжной пресс фирмы < Шеридан-Грей», модель
L-700-96C-40. Максимальный размер листовой заготовки 2,4X12,0 м
Рис. 3. 3. Обтяжной пресс усилием 500 тс фирмы «Шеридаи-Грей» модель
ТС-1000-168-20. Максимальный размер листовой заготовки 4,2x6,0 м
60
Рис. 3.4. Обтяжной пресс усилием 680 тс фирмы «Шеридан-Грей», эксплуати
руемый на заводе фирмы «Боинг»
Рис. 3.5. Растяжио-обтяжиой пресс фирмы «Хаффорд». Максимальный размер
листовой заготовки 1,6X4,7 м
61
модели
устрой-
Рис. 3.6. Универсальный пресс
L-250-85-84-7 с встроенными зажимными
ствами
350, 375, 500, 680, 750, 1000 и
дополнительным движениям
столов и зажимов, наличи-
ем шарнирных растяжных
губок с дополнительными ци-
линдрами для односторонне-
го натяжения заготовки при
несимметричных обшивках;
на многих из них предусмот-
рена возможность совмеще-
ния процесса обтяжки с дру-
гими процессами деформи-
рования. Максимальная дли-
на заготовок из листа при
обтяжке составляет 12 м.
Прессы с горизонтальным
расположением зажимных
устройств и заготовки выпус-
кает в основном фирма «Ше-
ридан-Грей». Фирма постав-
ляет прессы следующих мо-
делей: ТС-300-120-12; ТС-
1000-168-20; Т-500-168-12,
ТТ-750-144-24; ТС-750-144-
20; ТС-1500-192-30; L-700-
96С-40; ТС-750-72-20 и др.
с усилием стола 150, 200,
1500 тс. Пресс модели ТС-750-72-20
с усилием стола 1500 тс уникален, на нем можно обрабатывать де-
тали размером 4,8x42,2 м.
Большая часть обтяжных прессов оборудована каретками; мак-'
симальное усилие растяжения равно половине усилия стола пресса.
Зажимы листа выполнены не клиновыми, а прямого действия, что,
по-видимому, при том же усилии зажима листа позволяет умень-
шить их габаритные размеры.
Растяжно-обтяжные прессы с вертикальным расположением за-
жимных устройств (более десяти моделей — 44, 46, 50, 60, 87, 92 и
др.) усилием от 50 до 350 тс используются для обработки листов
с максимальной толщиной 10 мм (ихвыпускала фирма «Хаффорд»).
Эти прессы предназначены для изготовления листовых обшивок
двойной кривизны и формообразования сотовых панелей, на них
можно также изготавливать и детали из профилей. Прессы этой
группы оснащают сменными зажимными устройствами. Наличие в
конструкции перемещающихся рычагов (крыльев) с зажимными
устройствами позволяет производить формообразование деталей с
большим углом охвата (до 180°).
Для обтяжки листовых обшивок прессы вертикального исполне-
ния могут быть оснащены как криволинейными (рис. 3.7, 3.8), так
и прямолинейными (см. рис. 3.5) зажимными устройствами, что
62
Рис. 3. 7. Растяжно-обтяжной пресс фирмы «Хаффорд> с криволинейными
секционными зажимными губками
Рис. 3. 8. Криволинейные зажимные губки. Длина захва-
та 1,7 м
63
Рис. 3. 9. Растяжно-обтяжной пресс модели L-400-72C-22, совмещенный
с гидравлическим прессом
значительно расширяет их технологические возможности. Нормали- ,1
зованные зажимные устройства поставляются отдельно.
Комбинированные растяжно-обтяжные прессы различных моде-
лей поставляет фирма «Шеридан-Грей». Так, комбинированный
пресс модели ТС-750-72-20 предназначен для формообразования об-
шивок различными видами обтяжки. Максимальные размеры листа
1800X6700 мм, максимальное усилие стола 750 тс.
В производстве применяются узкоспециализированные прессы
фирмы «Шеридан-Грей» моделей TSD-333, TSD-200 и TSD-100 для
обтяжки узких лобовых обшивок крыла. Прессы могут компоно-
ваться из отдельных секций на длину лобовой обшивки до 6 м. Раз-
личаются указанные модели прессов только удельным усилием фор-
мообразования, которое изменяется от 170 до 50 тс/м.
Перечисленные выше растяжно-обтяжные и обтяжные прессы не ,
имеют ни стационарных, ни откатных порталов, за исключением ’
растяжно-обтяжного пресса модели L-400-72C-22 (рис. 3.9), совме- I
щенного с гидравлическим прессом С-образной станиной усилием
85 тс, который используется взамен портала. Отсутствие порта-
лов сужает технологические возможности прессов, поскольку это
не позволяет изготовлять на них детали с обратной кривизной.
Преимущество универсальных прессов со встроенными зажим-
ными устройствами состоит в том, что на них можно штамповать
крупногабаритные детали сложной формы. Оснастка в этом случае
включает только пуансон и матрицу. Роль прижима выполняют
универсальные зажимные губки. Фирма «Шеридан-Грей», выпуска-
ет такие прессы трех моделей:
64
Рис. 3. 10. Правильно-гибочный пресс фирмы «Шеридаи-Грей»
1) пресс SDP-250-85-84-7 с вертикальным усилием 250 тс и уси-
лием растяжных цилиндров 85 тс для формообразования листовых
деталей сложной формы из алюминиевых сплавов (максимальный
размер заготовки 2X2 м);
2) пресс SDP-400-300-84-12 с вертикальным усилием 400 тс и
усилием растяжных цилиндров 300 тс, максимальные размеры за-
готовки 2X4 м;
3) уникальный пресс LS-1200-72C-12 с вертикальным усилием
2400 тс и усилием растяжных цилиндров 600 тс. На этом прессе
проводится поперечная гибка впередвижку крупногабаритных об-
шивок и монолитных панелей по ширине заготовки.
Для формообразования методом гибки-прокатки панелей крыла,
сотовых панелей и других деталей одинарной кривизны толщиной
до 9 мм фирма «Макдоннелл—Дуглас» применяет трехвалковый
гибочный пресс усилием 1800 тс с длиной валков 12 м, изготовлен-
ный фирмой «Версон» с участием фирмы «Фарнхам». Фирма «Бо-
инг» также располагает мощными прессами для образования слож-
ных деталей замкнутой формы. Крупногабаритные бесшовные коль-
цевые детали, например, переднее кольцо воздухозаборника двига-
теля изготовляют на одном из таких прессов методом вытяжки за
шесть переходов.
Фирма «Макдоннелл — Дуглас» в цехе вырубки и формообра-
зования мелких и средних деталей использует большое количество
эксцентриковых прессов, главным образом фирмы «Данли», выпу-
щенных 15—20 лет назад. Операции подачи лент и заготовок в ра-
бочую зону штампа и снятия со штампов готовых деталей на этих
прессах механизированы.
Для правки и гибки листов и профилей на самолетостроитель-
ных заводах США применяют правильно-гибочные прессы, изготов-
3 1922
65
Рис. 3. 11. Роликовая листоправильная машина фирмы <Шеридан-Грей>
ляемые фирмой «Шеридан-Грей». На рис. 3.10 представлен пра- ’
вильно-гибочный пресс модели РВ-750-44 с максимальным усилием *
750 тс. Расстояние между колоннами 4,2 м. Рабочие части стола и
ползуна пресса — поворотные. Роликовая правильная машина пред- 1
назначена для правки листов шириной до 3,0 м (рис. 3.11). Шесть
пар хромированных роликов обеспечивают точную регулировку и
высокое качество правки.
Для раскроя листов фирма «Стилвелд» выпускает гильотинные
ножнипы почти 40 моделей с высокой степенью механизации и авто-
Рис. *3.12. Пресс для» термокалибровки листовых деталей усилием 150 тс
фирмы «Шеридан-Грей»
С-’-
66
Рис. 3. 13. Пресс для терлюкалибровки листовых деталей фирмы «Хаф- >
форд». Максимальный размер плит 0,6X0,6 м
матизированным регулированием основных параметров — зазора
между ножами, угла наклона ножей, расстояния до передних и зад-
них упоров и т. д. Длина реза у ножниц одной из моделей достигает
10 м.
Для штамповки эластичной средой деталей небольших размеров
на фирме «Макдоннелл — Дуглас» применяется полуавтоматиче-
ский пресс. Сравнительно небольшой рабочий ход пресса и относи-
тельно малая высота формуемых деталей способствует повышению
производительности пресса. Стол с подготовленными для формова-
ния заготовок форм-блоками подается в рабочее положение и осво-
бождается, когда контейнер поднят путем поворота вокруг гори-
зонтальной оси на угол ~30°. Заготовки поступают на стол
с конвейера периодического действия. •
Штамповку листовых деталей с нагревом заготовок обычно ве-
дут на прессах двух видов — прессах для термокалибровки деталей
после их предварительного формообразования и прессах для горя-
чего формообразования деталей в изотермических условиях.
Для термокалибровки деталей фирма «Шеридан-Грей» постав-
ляет прессы моделей НРЕ-70-25-34, НРЕ-150-75-45 (рис. 3.12). и
НРЕ-300-75-34, а фирма «Хаффорд» — пресс модели 173 (рис. 3.13).-
Эти прессы отличаются усилием (от 7 до 300 тс) и габаритами
нагреваемых плит. Заготовка вместе со штампом закладывается в
пресс и зажимается между двумя плитами, которые нагревают до
темлературы от 90 до 870° С. При калибровке заготовку выдержи-
вают в течение времени, необходимого для релаксации напряжений,
возникающих при нагружении в пределах упругих деформаций.
Кроме фирм «Шеридан-Грей» и «Хаффорд», подобные прессы выпу-
скают фирмы «Ай-Си-Клиринг», «Мордок», «Груммен» (США).
3*
67
Рис. 3. 14. Гидравлический ковочный
пресс усилием 3500 тс
На заводе в г. Сиэттле для горя-
чей калибровки листовых деталей из
сплавов титана используют оборудо-
вание с температурой нагрева до
900° С. Возможна перекомпоновка
таких прессов для горячей калиб-
ровки с целью более рационального
использования производственных
площадей. Максимальный размер
обрабатываемых деталей 4,3X6 м.
Для горячего формообразования
листовых деталей из титановых
сплавов и других высокопрочных
материалов по прогрессивной техно-
логии фирма «Шеридан-Грей» по-
ставляет оборудование типа прессов-
печей с надежным контролем и ре-
гулированием температур нагрева,
а также регулированием всех сило-
вых параметров (усилий вертикаль-
ного и горизонтального ползунов и
усилия выталкивателя). Нагрева-
тельные плиты пресса выполнены из
стали с высоким содержанием ни-
келя, при креплении плит предусмотрена компенсация от термичес-
кого расширения. Аналогичное оборудование разрабатывает и фир-
ма «Мордок».
Фирма «Хаффорд», креме прессов для термокалибровки и горя-
чего формообразования, выпускает печи сопротивления для нагре-
ва металла перед обтяжкой и штамповкой на падающих молотах.
Фирма «Шеридан-Грей» выпускает тяжелые гидравлические ковоч-
ные прессы. На рис. 3.14 представлен гидравлический четырехко-
лонный ковочный пресс усилием 3500 тс для горячей объемной ков-
ки-штамповки.
Формообразование деталей
дробеструйной обработкой и галтовкой
Для формообразования крупногабаритных деталей типа моно-
литных панелей применяют метод деформирования обдувкой
дробью или дробеструйную обработку, преимущество которой перед
другими методами заключается в меньшей стоимости инструмента
и оборудования и меньшей трудоемкости. Окончательная кривизна
детали зависит главным образом от интенсивности струи дроби н
толщины материала заготовки. Чем тоньше полотно, тем на мень-
ший радиус можно деформировать деталь. Дробеструйную обработ-
ку проводят: а) с одной стороны заготовки; б) с двух сторон, но с
разной интенсивностью при разной скорости дроби; в) с одной сто-
<68
Рис. 3. 15. Приспособления для предварительного изгиба заготовки
роны для предварительного напряжения материала заготовки пе-
ред окончательным деформированием.
Последний метод применяют главным образом для обработки
заготовок переменного поперечного сечения, при этом заготовка
зажимается с двух сторон (рис. 3.15). Монолитные панели обра-
батывают дробью после механической обработки, при этом утол-
щенный конец панели (законцовку) и поперечные ребра жесткости
предварительно изгибают в штампе на прессе, после чего панель
подвергают дробеметной обработке.
Деформирование дробью проводят на специальной машине
(рис. 3.16). Деталь укладывают на неподвижный стол, а портал
машины вместе с 15 дробеметными соплами перемещается над де-
талью. Оператор контролирует движение портала и сопл, а также
скорость и величину дроби; по ходу обработки он корректирует
режим обработки. После первого прохода форму обшивки подвер-
Рис. 3. 16. Машина для дробеструйной обработки деталей длиной
до 16 м
69
гают контролю по шаблонам. По мере необходимости обработка
всей обшивки или части ее может быть повторена. Средняя точ-
ность получения контура ±0,7 мм.
Во многих случаях применяют автоматизированную зачистку и
упрочнение мелких и средних листовых деталей методом галтовки
в барабанах.
В США организовано специализированное производство высо-
кокачественной дроби для упрочнения и формообразования, а так-
же производство абразивных гранул широкой номенклатуры для
галтовки.
Термообработка деталей после формообразования
На заводах фирм «Боинг», «Макдоннелл — Дуглас» и «Лок-
хид» крупногабаритные панели из алюминиевых сплавов одинарной
и двойной кривизны и листовые детали после формообразования
подвергают термообработке.
Детали под закалку нагревают в шахтных агрегатах с принуди-
тельной циркуляцией воздуха. Максимальная мощность печи со-
ставляет 1365 кВт. В качестве закалочной среды применяют вод-
ный 40%-ный раствор полиалкилингликоля. В закалочный бак вме-
щается 64 т раствора. По данным фирмы «Боинг», после закалки
панелей в водном растворе полиалкилингликоля правка не требу-
ется, так как в отличие от обычно применяемой закалки в воду при
использовании раствора скорость охлаждения снижается более чем
в два раза и, что особенно важно, значительно улучшается смачи-
ваемость детали, благодаря чему процесс охлаждения проходит
более равномерно и устраняются деформации.
Рис. 3. 17. Вертикальная печь для термообработки
70*
На заводе в г. Сиэттле установлены печи с газовым обогревом
для термической обработки при 650эС. Детали массой до 9 т и дли-
ной до 18,3 м могут быть помещены в закалочную емкость через
6—20 с с момента открытия двери печи.
На заводе в г. Оберне установлены вертикальные печи (рис.
3. 17), в которых нагревают до 1150° С детали массой 1 т и длиной
до 4 м. Центральный генератор нейтрального газа и пост управле-
ния обеспечивает инертную атмосферу в обеих вертикальных каме-
рах. Обе камеры оборудованы средствами для закалки в соляном
растворе, масле или горячей воде.
Термообработку и нормализацию качественных сталей для из-
готовления деталей самолета и инструмента, а также различных
сплавов проводят на этом же участке.
3.4. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПРОФИЛЕЙ
Для производства деталей из профилей самолетостроительные
фирмы располагают большим парком тяжелого уникального обору-
дования. В качестве формообразующего оборудования главным об-
разом применяют растяжно-обтяжные станки фирм «Шеридан-
Грей» и «Хаффорд» (рис. 3.18). Станки оснащены комплектом смен-
ных зажимов, позволяющих осуществлять формообразование не
только профильных, но и листовых заготовок. Профилегибочные
станки, насчитывающие примерно 11 типоразмеров, различны по
мощности и габаритам обрабатываемых деталей. Наибольшее уси-
лие растяжения при этом колеблется от 5 (модель 102 фирмы
«Хаффорд») до 290 тс (модель Е-600-24 фирмы «Шеридан-Грей»);
наибольшая длина заготовки от 1,8 (модель 102) до 8,5 м (модель
59, А-12 и А-14 фирмы «Хаффорд»), Применяется и профилегибоч-
ный станок с усилием растяжения 20 тс модели 121 (фирма «Хаф-
форд») для обработки деталей длиной до 55 м при большом угле
изгиба благодаря наличию поворотного крыла, привод которого
вокруг стола осуществляется червячной передачей. Помимо формо-
Рис. 3. 18. Растяжио-обтяжной профилегибочный станок с усилием рас-
тяжением 100 тс
71
Рис. 3. 19. Растяжно-обтяжной профилегибочный станок с усилием растяжения
75 тс. Длина заготовки до 8,5 м
Рис, 3, 20. Растяжно-обтяжной профилегибочный станок с подвижным силовым \
столом. Длина заготовки до 3,6 м
72
Рис. 3.21. Растяжно-обтяжной профилегибочный станок. Длина заготовки
до 5,0 м
Рис. 3.22. Прибор для определения величины деформаций при обтяжке про-
филей
73
Рис. 3. 23. Профилеправильный станок. Длина заготовки до 9,0 м
образования профилей, на станке обрабатывают листовые детали
с максимальной шириной до 5,6 м. Станок снабжен дополнитель-
ным роликом, позволяющим проводить местную обкатку профилей
и листов. Нашли применение два типа новых профилегибочных
станков: модель 59 (А-14) фирмы «Хаффорд» и модели Е-20-12,
Е-40-12 и Е-600-24 фирмы «Шеридан-Грей» (рис. 3.19—3.21). Ста-
нок модели А-14 с усилием растяжения 75 тс, предназначенный для
обработки деталей из профилей и листов длиной до 8,5 м с на-
ибольшим углом изгиба 180°, отличает встроенный нагрев и нали-
чие специальной головки с обкатным роликом. '
Станки моделей Е-20-12, Е-40-12 и Е-600-24 —одного конструк-
тивного исполнения, максимальные усилия растяжения станков
равны соответственно И, 19 и 290 тс, усилия стола 25, 45 и 560 тс,
максимальная ширина обрабатываемых листов 5, 6 и 19 м, а дли-
на — 37 и 48,5 м.
Станок модели Е-600-24 является уникальным. Оригинальная
конструкция крыльев с растяжными цилиндрами, подвижный сило-
вой стол, механизм получения обратной кривизны и специальный
механизм установки и крепления оправки на этих станках, а также
комплект различных зажимных устройств позволяют быстро и лег-
ко проводить установку и съем гибочных оправок, осуществлять
формообразование как листов, так и профилей, в том числе и с об-
ратной кривизной, проводить калибровку детали после обтяжки.
Все оборудование фирмы «Хаффорд», по желанию заказчиков,
может быть оснащено специальными устройствами для местной до-
водки профилей в процессе обтяжки, а также специальными прибо-
рами (рис. 3.22), позволяющими определять величину деформации
при обтяжке с помощью специальной деревянной оправки, контур'
74
которой соответствует контуру формоблока. Оборудование оснаща-
ется системами обратной связи.
К оборудованию для обработки профилей относятся и профиле-
правильные станки, например два типа станков фирм «Хаффорд» и
«Шеридан-Грей». Станки фирмы «Хаффорд» моделей 97, 98 и 189
(рис. 3.23) усилиями соответственно 120, 40 и 42 тс позволяют пра-
вить растяжением профили длиной 6,6; 7,5 и 9 м, а также формооб-
разовывать из них детали относительно малой кривизны, станок
фирмы «Шеридан-Грей» усилием 90 тс предназначен для правки
профилей длиной до 13,5 м за счет одновременного действия растя-
жения и кручения.
3.4. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТРУБ
В конструкции широкофюзеляжных самолетов применены тру-
бопроводы из алюминиевых и титановых сплавов и стали диамет-
ром от 6 до 150 мм, а в отдельных случаях свыше 200 мм.
Основной технологической схемой формообразования труб явля-
ется гибка-намотка с применением внутренних гибких вкладышей-
оправок. Для гибки труб диаметром до 50 мм обычно используют
станки с программным управлением, работающие в полуавтомати-
ческом режиме (рис. 3.24). Трубы диаметром от 100 до 250 мм из-
гибают на станках с ручным управлением. Имеются модели стан-
ков для гибки труб, с подогревом. Фирма «Пинес» выпускает тру-
богибочные станки с автоматической корректировкой угла гиба с
учетом отпруживания при снятии нагрузки (рис. 3.25). При гибке
труб для эффективного регулирования величины деформации в зо-
нах растяжения или сжатия трубы применяют локальную смазку
трубы и технологической оснастки, а также введение в определен-
ных зонах поверхности трубы и оснастки абразивного материала.
Рис, 3.24. Трубогибочиый станок модели NC-2 фирмы «Пинес» с программным
управлением. Максимальный диаметр изгибаемых труб 51 мм
75
Рис. 3.25. Трубогибочный станок модели А-4 фирмы «Пииес» с автоматической
компенсацией пружииеиия трубы
Производительность при изгибе труб в различных плоскостях
на станках с программным управлением составляет около 5 гибов
в минуту; смена программы на станке занимает не более 10—
15 мин. Программа составляется с помощью ЭВМ, в память кото-
рой заложены сведения по оптимальным режимам гибки и последо-
вательности операций. Жесткость конструкции трубогибочных стан-
ков, высокая точность изготовления ответственных узлов этих стан-
76
Рис. 3. 27. Гибкие вкладыши-оправки с быстросменными шаровы-
ми элементами
Рис. 3. 28. Гибка труб на специализированном прессе
77
ков, хорошее качество систем программного управления и оснастки
обеспечивают высокую точность изгиба.
Применяемая при гибке-намотке оснастка состоит из намоточ-
ного шаблона — оправки, разглаживающего башмака, зажима
внутреннего вкладыша (рис. 3.26). Внутренний вкладыш обычнс
выполнен в виде многозвенной гибкой оправки. Применение раз
глаживающего башмака и внутренней оправки позволяет устранит!
гофрообразование при изгибе. Конструкция внутренней гибкой мно-
гозвенной оправки, применяемой при изгибе труб на станках фир
мы «Пинес», в последнее время неоднократно усовершенствовалась
Соединение отдельных ее звеньев осуществляется по типу «шар —
гнездо» (рис. 3.27), что позволяет: легко снимать и добавлять
звенья; сохранять гибкость оправки при изгибе с малыми
ми; обеспечивать высокую прочность и стойкость.
радиуса
Для изгиба труб диаметром от 30 до 65 мм при числе гибов не
более двух, преимущественно в одной плоскости, применяют спе-
циализированные прессы с производительностью до 2000 гибов в
час (рис. 3.28). ?
3.5. ЛИТЬЕ
Максимальная длина деталей для широкофюзеляжных самоле-
тов, получаемых литьем из стали и титановых сплавов, составляет
1,5 м, из цветных сплавов— 3,0 м. Масса отливаемых деталей ко-
леблется от нескольких граммов до 300—400 кг.
Для производства деталей из сталей и жаропрочных сплавов
применяют в 'основном литье по выплавляемым моделям и литье в
керамические фо-рмы («Шоу—процесс»),
Выооконагруженные детали планера изготавливают из стали,
с пределом прочности более 200 кгс/мм2. Так, сплав марки 870 име-
ет следующие характеристики: '
%=220 кгс/мм2; as= 161 кгс/мм2;
8=4,5%.
-При литье деталей планера из легких сплавов применяют литье
в землю и кокиль, а также литье под давлением, по выплавляемым
моделям и в гипсовые формы.
Фирмы США широко используют сплав К0-1, который облада-
ет высокой ударной вязкостью при относительно высоких прочност-
ных характеристиках. Химический состав сплава К0-1 следующий
(в %):
А1 — основа, 4,8 — Си, 0,3 — Мп, 0,18 — Mg, 0,4 — Zn, 0,27 — Ti,
0,64 — Ag. Механические свойства сплава К0-1 из вырезанных об-
разцов: ов=35,2 кгс/мм2, os=28 кгс/мм2, 6=3%.
Фирма «Макдоннелл—Дуглас» применяет сплав К0-1 в самоле-
тостроении дл-я изготовления дверных кронштейнов -и корпуса упор-
ного подшипника для горизонтального стабилизатора диаметром
254 мм и высотой 178 мм.
78
В настоящее время сплав
КО-1 используется для литья
деталей крыльчаток, рам, ко-
робок. патрубков по выплав-
ляемым моделям и в постоян-
ные формы.
Фирма «Стерлинг металз»
для самолетов фирмы «Боинг»
изготовляет отливки законцо-
вок крыла с толщиной стенки
0,76 мм и площадью до
2500 см2 (рис. 3.29).
В широкофюзеляжных са-
молетах значительно возрос
Рис. 3. 29. Литая панель законцовки крыла са-
молета В-747
удельный вес деталей из ти-
тановых сплавов, полученных литьем, горячей и листовой штам-
повкой. Титановые заготовки каркасного и панельного типа пос-
тавляет в основном фирма «Миско», получая их литьем в набив-
ные графитовые формы по выплавляемым моделям. Благодаря
разработанному фирмой «Моно-граф-процессу» поставляемые ти-
тановые отливки отличаются повышенной точностью.
3.6. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
На заводах фирмы «Боинг», «Макдоннелл — Дуглас» и «Лок-
хид» при механической обработке мелких и средних деталей само-
летов широко используют универсальное и специализированное
оборудование, а также станки с ЧПУ. Механическая обработка
крупногабаритных деталей—шпангоутов, лонжеронов и обши-
вок— осуществляется на специальных уникальных фрезерных
станках, в том числе с ЧПУ, имеющих длину стола до 35—46 м.
Парк станков с ЧПУ на заводах фирм «Боинг», «Макдон-
нелл — Дуглас» и «Локхид» составляет 150—200 единиц и более.
Так, например, на заводе фирмы «Макдоннелл —Дуглас» в г. Сан-
Луисе работает около 100 станков с ЧПУ, в основном фрезерных,
имеются трехкоординатные станки, пятикоординатные трехшпин-
дельные с вертикальным расположением шпинделей для одновре-
менной обработки трех деталей (например, балок и нервюр), четы-
рехшпиндельные двухпортальные станки со столом длиной 27 м
и другие. Фирмы располагают многопозиционными станками и
«обрабатывающими центрами» высокой точности и производитель-
ности. Конструкция деталей хорошо обработана, поэтому многие
детали запускаются в механообработку одновременно на всю годо-
вую программу (иногда до 5000 деталей в неделю).
На заводах фирмы «Боинг» механическую обработку обшивок и
лонжеронов крыла длиной до 35 м ведут на двух-, трехшпиндель-
ных станках с ЧПУ фирм «Цинциннати», «Сандстренд» и других.
Станки обеспечивают точность обработки по толщине полотна в
пределах ±0,08 мм.
79
Рис. 3. 30. Резка листов пламенем
На заводе в г. Оберне механическую обработку крупногабарит-
ных деталей, таких хак обшивки крыла, пояса лонжеронов крыла,
балки шасси и рельсы для закрылков, проводят в специализирован-
ных цехах.
Цех механической обработки лонжеронов и бшивок площадью
около 67 000 м2 разделен на четыре участка: фрезерования обши-
вок, фрезерования лонжеронов, контроля и химической обработки,
защитной окраски.
Заготовки крупных плоских обшивок самолета шириной 3 м,
длиной 35 ,м и массой 3,(6 т, изготовляемые из листов или плит алю-
миниевых сплавов, поставляют металлургические заводы в предва-
рительно обработанном виде.
Если поступившие с завода заготовки имеют значительный при-
пуск на механическую обработку, ,то для удаления излишнего ма-
териала применяют резку пламенем (рис. 3.30), а также различные
пилы, шлифовальные и строгальные станки.
На участке для фрезерования обшивок установлено девять фре-
зерных станков, из которых семь — с непрерывным числовым про-
граммным управлением —размещены в поточной линии.
Двухшпиндельныс вертикально-фрезерные станки (рис. 3.31),
имеющие рабочую площадь утола 4x46 м, могут обрабатывать од-
новременно две детали по трем координатам (рис. 3.32) шпиндель-
ными высокоскоростными головками с частотой вращения
3600 об/мин при мощности 76 кВт и 1800 об/мин при мощности
37 кВт для обработки алюминия или головками с частотой враще-
ния от 24 до 2400 об/мин при мощности 30,4 кВт для обработки
стали и титана. Стол станка оснащен вакуумным приспособлением
для зажима деталей. Система зажима разделена на секции, кото-
рые могут использоваться независимо друг от друга.
80
Рис. 3.31. Общий вид двухшпиндельных вертикально-фрезерных станков для
обработки обшивок
Некоторые фрезерные станки обсрудованы системой отвода
стружки из зоны резания (рис. 3,33). Вокруг фрезы находится кол-
лектор из листовой пластмассы, который удерживает стружку в
границах действия вакуума. Стружка отводится в подземную систе-
му (также вакуумную), откуда она передается в зону центрального
складирования для переработки.
Большая часть поверхности алюминиевой обшивки обрабатывав
ется фрезой диаметром 30,5 мм (р,ис. 3.34) при частоте вращения*
Рис. 3.32. Одновременная обработка обшивки из алюминиевого сплава дву-
мя фрезами на вертикально-фрезерном станке
81
Рис. 3. 33. Рабочая зона станка с вакуумной системой для
отвода стружки
Ряс. 3.34. Фреза для обра-
ботки обшивок
3600 об/мин с подачей 2540 мм/мин. Скорость обработки титано-
вых и стальных деталей выбирают в зависимости от стойкости ин-
струмента. Обработанная обшивка массой 1,1 т имеет профиль
а эро д инамической поверхности.
На участке для фрезерования лонжеронов (рис. 3.35) размещен
31 станок, из них 13 — с непрерывным числовым программным уп-
равлением. Обработку ведут на одно-, двухпортал иных фрезерных
станках с рабочей площадью стола 1X31 м.
Однопортальные фрезерные станки (рис. 3.36) оснащены как
высокоскоростными (3600, 6000, 8420 и 10800 об/мин), так и мало-
скоростными (24—2400 об/мин) шпинделя-
ми. Максимальная подача по оси X —
5 м/мин.
Двухпортальный фрезерный станок
«Фарнхэм» для обработки лонжеронов име-
ет один портал с тремя вертикальными
шпиндельными головками, а другой — с
двумя горизонтальными поворотными го-
товками (рис. 3.37, 3.38).
! Все станки для фрезерования лонжеро-
нов на фирме «Боинг» оснащены гидравли-
ческой зажимной системой, разделенной на
секции, что позволяет использовать ее при
обработке деталей разной длины. Зажим-
ные приспособления устанавливают на ра-
бочем столе, а их зажимы соединяют с гид-
82
Рис. 3. 35. Участок фрезерования лонжеронов
Рис. 3.36. Однопортальиый фрезерный станок для обработки
лонжеронов
83
Рис. 3. 37. Портал фрезерного станка с вертикальной головкой
Рис. 3.38. Портал фрезерного станка с горизонтальной головкой
84
Рис. 3. 39. Твердосплавные фрезы, применяемые при обработке титановых де-
талей
равлическими цилиндрами. Приспособления проектируют и изго-
тавливают на заводе фирмы «Боинг». Большинство приспособле-
ний— переналаживаемые, могут использоваться при обработке
групп однотипных деталей. Фрезы, применяемые при обработке
алюминиевых и титановых лонжеронов, как правило, оснащены
твердосплавными пластинами, которые припаивают или закрепля-
ют механически (рис. 3.39, 3.40). Применяют также сборные кон-
струкции фрез с неперетачиваемыми твердосплавными пла-
стинами.
Число зубьев фрез зависит от диаметра фрезы и обрабатывае-
мого материала: фрезы для обработки алюминия обыкновенно име-
ют два-три зуба, для обработки титана применяют многозубча-
тые фрезы. Концевые фрезы диаметром ДО' 25 мм изготавливают из
быстрорежущей стали.
При обработке алюминиевых лонжеронов для охлаждения ин-
струмента применяют водный раствор СОЖ, что обеспечивает вы-
сокую чистоту поверхности деталей. СОЖ также помогает удалять
стружку с рабочего стола.
Оборудование для непрерывного контроля качества продукции
размещено на производственных участках. Так, для контроля ка-
чества гладких и профилированных деталей применяют дуговой
оптический компаратор с отражающими устройствами. Экран раз-
мером 76 см обеспечивает три ступени увеличения для проверки
углов, радиусов дуг, точек касания и линейных размеров. Для не-
прерывного контроля применяют и трехкоординатную измеритель-
ную машину с числовым программным управлением. ЭВМ, состав-
ляющая основную часть этой машины, позволяет вычислять место
очередного контрольного замера на основе данных предыдущего
замера. Управление всем процессом полностью автоматизировано,
85
рис. 3.40. Фреза с механическим креплением твердосплав-
ных пластин
результаты измерений непрерывно регистрируются и выдаются вя
печатной форме. Я
На фирме «Боинг» детали типа балок шасси и рельсов для зак- Ц
рылиов поступает в цех механической обработки (площадью Я
35000 м2. В цехе размещено' 215 станков, 98 из которых — с про- я
граммным управлением — установлены на одном участке. Горизон- я
тальные и вертикальные одно-, двух- и трехшпинделыные фрезер- я
ньге станки с ЧПУ предназначены в основном для непрерывной об- Я
работки деталей. В цехе имеются также токарные станки с про- Я
граммным управлением, отличающиеся широким диапазоном око-Я
ростей, что позволяет обрабатывать детали из любого материа- Я
ла —стали, алюминиевых и титановых сплавов. Я
Рельсы для закрылков изготавливают из больших штамповок Я
стали 4340. Одна из наиболее сложных операций при изготовлении Я
-этих деталей — фрезерование в середине штамповки паза шириной Я
приблизительно 70 мм и глубиной 480 мм. Эта операция выпол- Я
няется на специальном станке фрезой диаметром 1070 ммдосна- Я
щенной твердосплавными пластинами. Выемки и поверхности
внешнего контура обрабатывают фрезами, изготовленными как из -I
быстрорежущей стали, так и из твердого сплава, на станках с ЧПУ, 1
а также на копировально-профильных станках.
Балки шасси самолета В-747 (рис. 3.41) изготавливают из круп- я
ной титановой штамповки длиной около 6 м и шириной до 230 мм. а
Обработку проводят по всей поверхности. При этом обрабатывает-
ся много глубоких выемок фрезами из Твердого сплава и быстро- Я
режущей стали. На рис. 3.42 показана одновременная обработка Я
трех деталей шасси самолета В-747 на трехшпиндельном станке с Я
ЧПУ фирмы «Цинциннати». ™
На рис. 3.43 показан один из трехшпиндельных трехкоординат-
ных вертикально-фрезерных станков фирмы «Боинг» с програм-
мным управлением л мощностью шпинделей 22 кВт. Максимальное
перемещение при помощи программного управления: по оси X—
S6
Рис. 3. 41. Балка шасси самолета В-747
6,20 м, до оси, У — 2,54 м и по оси Z — 0,46 м. Трехшпиндельные го-
ризонтальные профилировочные фрезерные станки имеют следую-
щий диапазон перемещений при помощи программного управления:
по оси X — 7,11 м, по оси Y— 1,52 м и по, оси Z — 1,22 м.
Фирма «Боинг» имеет универсальные пятикоординатные кару-
сельно-фрезерные станки с ЧПУ, предназначенные для обработки
деталей диаметром до 9,8 м и высотой до 3 м (рис. 3.44). Станки
оборудованы магазином на 40 различных автоматически заменя-
емых инструментов. Эти станки выполняют различные операции по
фрезерованию, сверлению и нарезанию резьбы.
В цехах для производства сотовых конструкций оборудование с
ЧПУ используется для обрезки плоских панелей по, контуру, свер-
ления в них отверстий, вырезки проемов и пр.
В цехе средних и крупных деталей на заводе фирмы «Локхид»
в г. Бербенке узлы самолета L-4011 обрабатывают на трехшпин-
дельном станке с ЧПУ, поставленном фирмой «Керней и Трейдер»
(рис. 3.45). В цехе имеется участок уникальных двухшпиндельных
фрезерных станков с ЧПУ фирмы «Керней и Треккер» для двусто-
ронней обработки деталей из титановых сплавов. Детали на пли-
те-спутнике, закрепляемой при перестановке со станка на станок с
помощью шпилек, ставятся на двухсторонний вертикальный стол
площадью 25x3 м.
В цехе механической обработки средних и крупных деталей-ти-
па фитингов, кронштейнов, сложных силовых пространственных уз-
лов фирма «Макдоннелл—Дуглас» использует 88 станков, полови-
ну которых составляют фрезерные станки с ЧПУ. На станках с
ЧПУ изготавливается большое количество сложных каркасных де-
талей. Так, шпангоуты мотогондолы (по девять штук на каждую
гондолу) изготавливают из цельных штамповок массой 2000 кг
87
Рис. 3. 42. Одновременная обработка трех балок шасси
самолета В-747 на трехшпиндельиом станке
Рис. 3. 43. Трехшпиидельиый вертикально-фрезерный станок с ЧПУ
$8
Рис. 3. 45. Одновременная обработка узлов
самолета L-1011 на трехшпиндельиом стайке
фирмы «Кернер и Треккер»
Рис. 3. 44. Универсальный пяти-
координатный объемио-копиро-
вальный фрезерный станок с
ЧПУ
при массе готовой детали 184 кг. Деталь имеет форму цельного
кольца с двумя приливами и внутренним диаметром около 2000 мм.
На обработку такой детали на фрезерном станке с ЧПУ затрачи-
вается более 95 ч.
Станкостроительные фирмы США получали заказы на но'вые
тяжелые фрезерные станки с ЧПУ повышенной жесткости. Для
закрепления обрабатываемых деталей на станках с ЧПУ, как и на
станках без ЧПУ, наряду с обычной широко применяется вакуум-
ная оснастка. Станочную оснастку, при проектировании которой все
шире применяют ЭВМ, выполняют часто из алюминиевых сплавов.
Фирма «Макдоннелл—Дуглас» разработала систему автомати-
ческого проектирования оснастки, включающую ЭВМ, чертежный
автомат CRT-2250 и другие устройства. Система позволяет конст-
руктору автоматически получить чертеж оснастки, не делая обыч-
ных вычислений и вычерчивания, что увеличивает производитель-
ность конструкторского труда более чем в 40 раз.
Значительное применение находит автоматизированное изготов-
ление сборочной и обводообразующей оснастки на оборудовании с
ЧПУ. Например, при изготовлении самолета В-747 практически
все детали и оснастку для деталей .наружного контура обрабатыва-
ют на станках с программным управлением.
Изготовление алюминиевых, стальных и титановых деталей на
фирме «Боинг» осуществляется ,по различным технологическим схе-
мам. Алюминиевые детали обрабатывают в закаленном состоянии.
После механической обработки детали очищают от заусенцев, кон-
тролируют, обрабатывают дробью и проверяют на равномерность
и полноту покрытия поверхности детали отпечатками от воздейст-
89
вия дроби и еще раз оижцают. Затем детали подвергают анодиро-
ванию и окраске.
Титановые сплавы, как правило, используют в отожженном
состоянии. Кованый и горячекатаный материал перед механиче-
ской отработкой очищают от окалины и протравливают дляудале-J
ния твердого окисного слоя. Затем детали подвергают механиче-Я
ской обработке, снимают заусенцы, контролируют, очищают, фос-1
фатируют и окрашивают. 1
Большую часть механической обработки стальных деталей про-1
водят до термообработки с припуском под чистовую обработку на!
ответственных участках. Перед термообработкой детали плакиру-я
ют медью, чтобы предотвратить обезуглероживание. После термо-!
обработки и окончательной механической обработки детали под-1
вергают обработке дробью, затем проводят хомингование отвер-Я
стий. Далее детали очищают, плакируют, хромируют и окрашивают.!
Особое внимание уделяют контролю режимов обработки стальных!
деталей, особенно окончательной, чтобы предотвратить образова-1
Ние остаточного аустенита в поверхностном слое. |
В табл. 3.2 показаны применяемые режимы обработки деталей 1
из различных материалов при концевом и торцовом фрезерова-1
НИИ. |
Таблица 3.2 1
Скорость резания при фрезеровании деталей концевым и торцовым инструментом
Вид обработки Инструмент Скорость резания при обработке^ м/мин ]
Алюминие- вый сплав Сталь Титаиовый сплав
4340—норм. 4340-200
Концевое рование фрезе- Фрезы из бы- строрежущей стали 915 12—21 5-9 9—14
Фрезы с твердо- сплавными пла- стинами 4500 45—90 40—75 23—45
Торцовое зерование фре- Фрезы из бы- строрежущей стали 600 10—18 9—13 9—12
Фрезы с твердо- сплавными пла- стинами 4500 45—75 30—60 22—33
Механическую обработку алюминиевых обшивок и лонжеронов
часто ведут при максимальной мощности станка (74 кВт). Детали
из титановых сплавов на трехшпиндельных портальных станках
также обрабатывают на предельных режимах (22 кВт). Для дости-
жения максимальной производительности при обработке той или
иной детали важное значение имеет выбор инструмента. Фирма'
«Боинг», по возможности, использует покупной стандартный инст-
90
румент. Но для удовлетворения специальных запросов большое
количество режущего инструмента проектируется и изготав-
ливается непосредственно на заводе фирмы, имеющей для этих
целей инструментальный цех (общей площадью 22 000 м2), где
размещены обычные копировально-фрезерные станки и станки
с ЧПУ.
Следует отметить, что заготовки деталей поступают, как прави-
ло, с фирм-поставщиков со значительными припусками, вследствие
чего коэффициент использования металла невысок. Так, напри-
мер, для изготовления на станках с ЧПУ законцовки стрингера
массой 100 кг на фирме «Макдоннелл — Дуглас» используют
заготовку массой 320 кг при изготовлении, шпангоута на фирме
«Локхид» КИМ составляет лишь 0,2.
На фирмах при механической обработке деталей самолетов, в
основном на зачистных работах, широко используют ручной труд.
Зачистку проводят после фрезерования перед упрочнением деталей
поверхностным пластическим деформированием для доведения тол-
щины стенок полотна до требуемых размеров, а также для умень-
шения шероховатости поверхности и др. Трудоемкость зачистных
работ на крупногабаритных панелях достигает 15—20 чел.-ч на
1 м2 зачищаемой поверхности. Ручные операции выполняются вы-
сококачественным механизированным инструментом. Ручной труд
используется также при выполнении ряда контрольных операций,
при обмере панелей по толщине. На фирме «Боинг» эта операция
выполняется ультразвуковым прибором.
3.7. ДРОБЕСТРУЙНОЕ УПРОЧНЕНИЕ
В целях повышения надежност:
ния стоимости формообразования
самолетов (панели, шпангоуты и
др.) на фирмах «Боинг», «Мак-
доннелл—Дуглас» и «Локхиц»
подвергают упрочнению дробью
на специально созданных (в неко-
торых случаях уникальных) ус-
тановках, изготавливаемых та-
кими специализированными фир-
мами, как «Карборундум ком-
пани» (отделение «Пэнгборн»),,
«Вилабратор корпорейшн»,
«Дженерал Дайнемикс», «Ваку-
Бласт», «Авко аэростракчер». В
этих установках для сообщения
энергии подаваемой дроби в
большинстве случаев используют
центробежные колеса типа R—Р
(рис. 3.46) мощностью от 10 до
74 кВт и производительностью
до 90 т дроби в час. Изменяя чис-
ло оборотов колеса с помощью
, снижения массы и> сокраще-
часть ответственных деталей
Рис. 3. 46. Дробеметное центробежное коле-
со типа R-P
91
Рис. 3.47. Дробеструйная установка фирмы «Вилабратор корпорейшн» для
упрочнения панелей крыла самолета В-747
программного управления, можно обрабатывать поверхность дета-И
ли с переменной интенсивностью, что позволяет совмещать процес*Я
сы упрочнения и доводки контура панелей или проводить упроч-Я
пение панелей без изменения формы. Я
При обработке глубоких внутренних каналов и карманов дляЯ
подачи дроби применяют комбинированные установки с сопловыми Я
пневматическими устройствами, в которых энергию дроби сообща- Я
ет поток сжатого воздуха. Так, для обработки наружной поверхно- я
,сти деталей шасси отделение «Пангборн» фирмы «Карборундум I
компани» разработало комбинированные установки с центробежны- Я
Мп колесами и для обработки внутренних поверхностей — сопло- Я
вые устройства. Эти установки использует фирма «Менаоко Техас Я
дивижн» для упрочнения стоек переднего и основного шасси са- а
молета L-1011. Установки оснащены дистанционным управлени- I
ем. Три системы ЧПУ позволяют выполнять обработку по предва- 1
рительно разработанной программе. I
Для формования и частичного упрочнения панелей и обшивок
самолетов L-1011 и DC-10 из листового алюминиевого сплава Я
7075-Т7651 используют установки фирмы «Авко». Установка, позво- Я
ляющая обрабатывать панели шириной 2 м и длиной 25 м имеет Я
пять центробежных колес типа —Р мощностью 14,8 кВт и произ-
водительностью 1,5 т дроби в час каждое. Панели крыла переме- 1
щаются вдоль установки со скоростью 0,06—0,18 м/мин. 1
Фирма «Боинг» для упрочнения дробью секций крыла самолета |
В-747 использует установку фирмы «Вилабратор корпорейшн» |
(рис. 3.47), оснащенную двигателями постоянного тока, которые )
приводят во вращение центробежные колеса, расположенные в спе- ]
циальной камере. Установка предназначена для обработки деталей j
92 J
Рис. 3. 48. Рабочая
фирме «Боинг» (а)
камера дробеструйной установки для упрочнения лонжеронов на
и схема дробеструйной обработки различных участков лонжерона
в рабочей камере установки (б)
шириной до 3,7 м и длиной до 36 м. Для обеспечения различной
интенсивности обработки все электродвигатели приводов работа-
ют с изменяемой скоростью вращения. Такое оборудование очень
эффективно с экономической точки зрения в сравнении с общепри-
нятыми воздушными дробеструйными установками, в которых при-
ходится применять компрессор. На установке обрабатывают шесть
верхний и десять нижних панелей крыла самолета В-747, а также
шесть нижних панелей обшивки крыла самолета В-727. Детали мо-
гут обрабатываться с одной или одновременно с двух сторон со
скоростью около 1 м/’мин. В установке имеется сепаратор, сортиру-
93
ющий целую и разбитую дробь »
подающий пригодную дробь на цент-
робежные колеса для повторного»
использования.
Установка, спроектированная
для обработки плоской обшивки
крыла, при соответствующей ори-
ентации струи дроби может быть
использована для обработки дета-
лей более сложной конфигурации^
например балок шасси, которые
обрабатывают в этой установке за
два прохода с поворотом на 90°.
Лонжероны, изготавливаемые из
алюминиевого сплава 2024-Т3511,
имеют длину 14 м и переменное
сечение, что затрудняет их дробе-
струйную обдувку обычными мето-
дами, так как невозможно равномер-
ное упрочнение всей поверхности.
На заводах фирмы «Боинг» созда-
на камера в виде стальной трубы
диаметром 508 мм (рис. 3.48, а),
в которой лонжероны перемещают
Рис. 3. 49. Робот фирмы «Версатран» СО СКОрОСТЬЮ 0,3 м/мИН При ПОМОЩИ
роликового транспортера. Вдоль
камеры в трех позициях расположены четыре группы воздушных
сопл, работающих при давлении воздуха, которое можно регули-
ровать в пределах от 2,8 до 5,6 кгс/см2 (рис. 3.48, б). На первой
позиции, расположенные одна против другой, две пары сопл рабо-
тают, обеспечивая упрочнение верхних и нижних кромок фланцев
лонжеронов, на второй — обрабатываются обе стороны перемыч-
ки, а на третьей — из одной группы сопл проводится обдувка внут-
ренних, а из другой — наружных поверхностей фланцев лонжеро-
нов. Равномерность дробеструйной обработки контролируется один
раз в сутки на контрольных лонжеронах.
В процессах упрочнения начинают применять промышленные
роботы. Для удовлетворения требований стабильности обработки
отделение «Пэнгборн» совместно с отделением «Вертол» фирмы
«Боинг» разработали и изготовили дробеструйную установку с
ЧПУ для обработки различных деталей самолета, в которой ис-
пользуется робот фирмы «Версатран» (рис. 3.49). Две форсунки'
управляются рукой робота, перемещающей их вокруг двух осей
запястья. Точность воспроизведения движений по координатам
+2,5 мм.
Для обработки отверстий и устранения дефектов упрочненной
поверхности (например, при случайных ее повреждениях) фирма
«Боинг» широко применяет устройство, показанное на рис. 3.50, в
котором использована твердосплавная дробь, прикрепленная к
94
e >v
Рис. 3. 50. Дрель с устройством (насадкой) для упрочнения отверстий
концам матерчатых щитков (которые вставляют в шпиндель дрели
или сверлильного станка). Качество обработки проверяют таким
же способом, как и после обычной дробеструйной обработки.
Дефекты поверхности обшивок крыльев устраняют с помощью
портативных пневматических установок в обычных условиях и в
специальных камерах (рис. 3.51—3.53).
На фирме «Локхид» при производстве самолета L-1011 для от-
делки и упрочнения мелких и средних деталей применяют обра-
ботку в виброгалтовочных установках, изготавливаемых специали-
зированной фирмой «Вилабратор». Эти установки оснащены высо-
копроизводильными устройствами для непрерывной загрузки и вы-
грузки деталей.
Стабильность обработки и получение желаемого качества де-
талей во многом зависят от качества дроби. Отделение «Пэнгборн»
фирмы «Карборундум» поставляет высококачественную дробь фир-
мам, производящим дробеструйную обработку. Стальная дробь
выплавляется из первосортного сырья. Термообработку дроби про-
водят в контролируемой инертной среде на полностью автоматизи-
рованном 'оборудовании. В зависимости от условий обработки при-
меняют стальную дробь трех типов, отличающихся друг от друга
твердостью по Роквеллу: А — 63—65, Б — 50—55 и В — 45—48
единиц. По размерам дробь разделяется на 11 номеров. В качестве
материала для дроби применяют также абразив, пластмассу, стек-
ло и т. п.
Для очистки и сортировки дроби созданы специальные устрой-
ства (рис. 3.54), обеспечивающие поступление в рабочую зону очи-
щенной от грязи и пыли дроби размером, соответствующим допу-
ску, и круглой формы.
Высокое качество обработки деталей обеспечивается примене-
нием в установках для дробеструйного упрочнения программного
управления, с помощью которого поддерживают заданные скорости
полета дроби, угол наклона «факела» дроби к обрабатываемой по-
верхности, время упрочнения и пр. Стабильность процесса контро-
лируют по величине прогиба эталонного образца, который подвер-
95
Рис. 3. 51. Портативная пневматическая установка для упрочнения деталей
Рис. 3. 52. Использование пневматического дробемета для ручной обработ-
ки деталей в камере
96
Рис 3. 53. Ручное дробеструйное упроч-
нение элементов каркаса крыла в каме-
ре при ремонте самолета В-747
(вид внутри камеры)
Рис. 3. 54. Схема устройства Н-69059 для
очистки и сортировки дроби
гается обработке совместно с деталью (метод Альмена). Критери-
ем достаточности упрочнения детали считается также 100%-ное
покрытие поверхности отпечатками дроби. Равномерность и полно-
та покрытия поверхности отпечатками проверяется с помощью лу-
пы с десятикратным увеличением или специальным микроскопом.
3.8. ПРОИЗВОДСТВО АВИАЦИОННЫХ НОРМАЛЕЙ
Производство авиационных нормалей, в основном болтов и га-
ек, сосредоточено на специализированных фермах, в том числе на
фирме «Кейлок».
Фирма «Кейлок» выпускает в основном самоконтрящиеся гай-
ки. Номенклатура выпускаемых гаек, которые применяют все
фирмы авиакосмической промышленности, включает более 4000
типоразмеров.
За счет снижения массы гаек, достигнутого фирмой «Кейлок»,
удалось снизить массу самолета В-747 на 260 кг.
Заготовки гаек изготавливают на холодновысадочных автома-
тах из бунта проволоки или из прутка, заготовки титановых гаек—
из мерных прессованных прутков.
Резьбу в гайках нарезают на резьбонакатных автоматах с ис-
пользованием метчиков. Все автоматы имеют загрузочные вибро-
бункеры. Гальванопокрытие гаек фирма «Кейлок» не проводит, эту
операцию выполняет другая специализированная фирма. Фирма
«Кейлок» проводит только кадмирование гаек и термохимическую
4 1922 • 97
обработку, а также выполняет термохимикомеханическое покрытие ;
гаек (для ГТД) из жаропрочных сталей специальной молибденовой
смазкой фирмы «Драй Луп», выдерживающей температуру до ;
650° С.
Кроме гаек, фирма «Кейлок» осваивает и производство бол-
тов, в том числе новых болтов с рифленой поверхностью стержня
(вместо гладкой). Фирма «Кейлок» выпускает также детали кре-
пежа из титанового сплава, но в ограниченном количестве, так как
из-за высокой цены на него отсутствует спрос. Фирма «Боинг», j
применявшая вначале титановый крепеж на самолете В-747, заме- !
пила его алюминиевым крепежом. На самолете DC-10 доля тита-
нового крепежа составляет свыше 50% (табл. 3.3). i
Таблица 3. 3
Применение крепежных элементов в самолете DC-10*
Тип крепежа Материал Применение Вид соединения Колич ество деталей крепежа на 1 самолет, шт. Масса деталей крепежа на 1 самолете, кг
Сплошные заклёпки .Алюминиевый Сплав В конструк- циях постоян- ной небольшой толщины 80% закле- почных соеди- нений 1250000 950
Штыри Титановый сплав, сталь В конструк- циях постоян- ной небольшой толщины 100% штыре- вых соединений 400000 850
Винты и бол- ты (утоплеийые винты) Титановый сплав В съемных конструкциях 50% винто- вых и болтовых соединений =100000 225
* Крепежный элемент из двух частей, например винт и ганка, считают
как один.
Все новые болты и гайки проходят прочностные, усталостны^,
коррозионные и другие испытания. Объем этих испытаний состав-
ляет несколько тысяч часов. Конструкции гаек фирмы «Кейлок»
соответствуют стандартам США на нормали.
На производственной площади 20250 м2, которой располагает
фирма «Кейлок», размещено девять цехов. Всего на фирме работа-
ет 500 человек, в том числе около десяти инженеров-разработчи-
ков. На заводе фирмы установлено около 500 станков и применя-
ется более 25000 различных приспособлений.
3.9. ФОРМОВАНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ И ДРУГИХ ДЕТАЛЕЙ
ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
При изготовлении элементов трубопроводных систем и других
.деталей из неметаллических материалов в производстве самолета
В-747 широко применяют различные способы формования: выклад-
98
Рис. 3. 55. Гипсовые оправки после иаиесеиия разделительной лаковой
пленки
Рис. 3.56. Гипсовые оправки для изготовления малогабаритных стек-
лопластиковых деталей
4*
99
ка на оправки (гипсовые формы одноразового применения), фор-
мование при сложном вращении, вакуумное формование, прессова-
ние стекловолокнистого мата.
Выкладка на оправки
Методом выкладки на оправки получают стеклопластиковые де-
тали сложных форм, не испытывающие силовых нагрузок, типа
труб, воздуховодов, коллекторов, патрубков.
При изготовлении оправок в специальном цехе в г. Оберне гипс
со связующим заливают в разъемные формы, выполненные с вы-
сокой степенью точности из стеклопластика. Полное заполнение
гипсомассы больших форм с толщиной стенок 25 мм обеспечивает-
ся вращением их в специальном приспособлении; при изготовлении
же малогабаритных оправок эту операцию выполняют вручную.
После отверждения гипсомассы оправку вынимают из формы и
сушат в печи 'воздухом, нагретым до 50° С, в течение 24—48 ч до
полного удаления из гипсомассы воды. Для герметизации и лучше-
го отделения гипсомассы от изготовленной детали на наружную
поверхность оправки напыляют слой специального лака толщиной
не менее 0,125 мм с последующей сушкой его на воздухе (рис. 3.55).
На рис. 3.56, 3.57 показаны готовые оправки.
В процессе изготовления детали на готовую оправку с большой
тщательностью (во избежание образования пузырей, складок и
других дефектов) выкладывают слои стеклоткани, пропитанной по-
лиэфирной смолой (препрега) до получения требуемой толщины
стенки. Препрег хранят в холодильнике при 7° С; перед выкладкой
его нагревают до комнатной температуры. Раскрой стеклоткани и
выкладку заготовок проводят вручную. Для улучшения условий
формования в местах изгиба материала и стыковки используют
паяльники и специальные утюги.
.Рис. 3. 57. Гипсовые оправки, закреплен-
ные в стойках
Рис. 3. 58. Печь для отверждения заготовок
№
Рис. 3. 59. Готовые детали простой (а) и сложной (б) формы, полученные методом
выкладки на гипсовые оправки
Собранный комплект вместе с оправкой помещают в мешок из
поливиниловой пленки и герметизируют его, затем с помощью'спе-
циально присоединенных трубок откачивают из него воздух, обес-
печивая вакуум ~500 мм рт. ст. Мешки с заготовками для отверж-
дения выдерживают в печи (рис. 3.58) при 120° С в течение 2,5 ч.
После охлаждения оправку разрушают ударами резинового молот-
ка. Для удаления остатков гипса и разделительной пленки деталь
помещают в резервуар с горячей водой. Механическую обработку
детали проводят высокоскоростной фасонной фрезой, режущая
часть которой покрыта алмазным порошком.
На получение готовой детали методом выкладки на оправку
(рис. 3.59), по данным фирмы «Боинг», затрачивается в среднем
3 чел.-ч. Фирма считает, что в связи с незначительными расхода-
ми на изготовление оснастки этот метод наиболее экономичен при
производстве небольших партий деталей или деталей сложной
формы.
Формование при сложном вращении самотеком
Метод формования при сложном вращении самотеком широко
используют при изготовлении полых деталей неправильной формы,
таких, например, как трубопроводы системы кондиционирования
воздуха, выпускаемых большими партиями. Время изготовления
этим методом одной трубы в среднем составляет 10 мин.
На самолете В-747 для изготовления деталей трубопроводов
формованием при сложном вращении самотеком используют в ос-
новном поликарбонат, применяются и другие материалы: найлон,
высокопрочный полиэтилен и т. п. Поликарбонатный порошок из-
за его гигроскопичности перед употреблением сушат при 125° С в
течение 20 мин, после взвешивания его засыпают в форму, изго-
товленную из литого алюминия или никелевого сплава (рис. 3.60).
Формование при сложном вращении самотеком проводят на
трехпозиционной камерной установке (рис. 3.61), оснащенной спе-
циальным приспособлением коленчатого типа, которое обеспечивает
ioi
Ряс. -3.60. Загрузка поликарбонатного
порошка в форму
непрерывное вращение закреплен-
ной в нем формы с наполнителем
по двум взаимно перпендикулярным
осям в позициях нагрева и охлаж-
дения. Управление вращением фор-
мы относительно каждой из двух
осей автономное; скорости их вра-
щения, как правило, разные, так
как определяются конструктивны-
ми особенностями деталей (слож-
ностью формы, толщиной стенок,
массой деталей и т. д.). Например,
при относительной частоте вращения
формы вокруг одной оси, равной
12 об/мин, частота вокруг другой
оси может быть равной 3 об/мин.
Конструкция приспособления позво-
ляет одновременно устанавливать
несколько форм. Максимальная масса вращающейся формы с на-
полнителем не должна превышать 750 кг, а объем — 8 м3.
Приспособление подает форму с загруженным порошком в
печь (рис. 3.62), где она нагревается до 265° С в течение 10 мин.
Под действием сложного вращения самотеком порошок равномер*
но распределяется по стенкам и дну формы, а с ростом темпера-
туры он постепенно приплавляется к ним, образуя таким образом
пустотелую оболочку из расплавленной пластмассы. Далее приспо-
собление направляет вращающуюся форму в следующую камеру
печи, где деталь охлаждается водой, распыляемой на форму
(рис. 3.63). Чтобы уменьшить усадку материала и увеличить ско-
рость охлаждения, что обеспечивает высокую прочность детали, в
форму подают инертный газ под давлением 1 кгс/см2.
Готовую деталь вынимают из формы (рис. 3.64) и облой удаля-
ют ленточной пилой.
Детали, изготовленные из поликарбоната формованием при
сложном вращении самотеком, имеют характерную блестящую по-
верхность; вес их выдерживается с точностью до 10%.
Вакуумное формование
Вакуумное формование применяют при изготовлении деталей
с декоративной поверхностью высокой чистоты из специальных
текстурных пластмассовых листов (рис. 3.65). При этом методе до-
стигается равномерность толщины стенок по всему объему, осо-
бенно в деталях, соотношение глубины к длине которых больше,
чем 0,5 : 1.
Для формования деталей применяют листы из материала АБС
(акрилонитрил-бутадиен-стирол), полиэтилена, поликарбоната и
других материалов, способных сохранять прочность при нагреве а
достаточно широком диапазоне температур.
102
Рис. 3.61. Установка для формования самотеком при
сложном вращении
Рис. 3. 62. Печь с вращающейся формой
103
Рис. 3. 63. Вращающаяся форма в камере охлаждения
Рис 3.64. Выемка детали
Рис. 3.65. Детали, изготовленные вакуумным формованием
Рис. 3. 66. Автоматизированная установка для вакуумного фор-
мования
105
Рис. 3. 67. Установка для вакуумного формования
Вакуумное формование может быть выполнено на простом
оборудовании. При изготовлении больших партий деталей этот про-
цесс автоматизируют, за исключением операций наладки и перио-
дической загрузки материала. На установке для формования (рис.
3.66) в специальном приспособлении крепится литая оправка из
алюминия с отверстиями для выхода воздуха, конструкция которой
сделана с учетом усадки пластика. Для повышения производитель-
ности процесса нагрев и охлаждение оправки осуществляют цир-
кулирующей водой. При габаритных размерах деталей 2ХЗХ1,2м
производительность одной установки — 60 деталей в час.
Для изготовления небольших партий деталей применяют оправ-
ки из пластмассы с использованием электронагрева и воздушного
охлаждения. Во время экспериментальных работ материалом оп-
равки могут быть твердые породы дерева, прессшпан или гипс.
Перед формованием лист термопластика укладывают под оп-
равку, нагревают в течение ~40 с до 200° С и герметизируют по
периметру оправки (рис. 3.67, 3.68). Внутри оправки создают ва-
куум, равный 700 мм рт. ст., под действием которого лист прини-
мает форму внутренней части оправки и в таком виде охлаждается.
Формованную деталь (рис. 3.69) подвергают чистовой обрезке,
после чего деталь готова для сборки.
Прессование мата
По сравнению с методом вакуумного формования,- метод прес-
сования мата обеспечивает получение деталей высокой прочности
с гладкими внешними и внутренними поверхностями при равно-
мерной толщине стенок по всему объему детали. Процесс ведут
на специальных прессах усилием от 9,1 до 450 тс (рис. 3.70). Краз*
106
Рис. 3. 68. Нагрев листа в установке для вакуумного формования
Рис. 3. 69. Деталь, полученная на установ-
ке вакуумного формования
107
Рис. 3. 70. Пресс усилием 18 тс для формования детали из стекловолокнистого
мата
Рис. 3. 71. Укладка стекловолокнистого мата в матрицу
108
Рис. 3. 72. Деталь, отпрессованная
из стекловолокнистого мата
мерам, форме, качеству рабочих поверхностей матрицы и пуан-
сона, а также к точности их изготовления предъявляют повышен-
ные требования.
Для получения декоративных поверхностей, а также при изго-
товлении больших партий деталей применяют стальные хромиро-
ванные штампы.
При прессовании стекловолокнистый мат размещают в матрице
(рис. 3.71), в которую заливают точно рассчитанное количество
полиэфирной смолы, предварительно смешанной с катализатором,
различными наполнителями и красителями. Под давлением пуан-
сона смола заполняет пустоты формы и выдавливается по ее кра-
ям. Равномерное распределение выдавливаемой смолы по всему
периметру мата гарантирует получение качественной детали. Да-
лее штамп нагревается паром до 140° С, и стекловолокнистый мат
при давлении 7 кгс/см2 в течение 2—8 мин прессуется, образуя
Деталь требуемой формы (рис. 3.72). Охлажденная деталь прохо-
дит чистовую обработку.
Иногда для прессования деталей используют листовые (ЛФС)
и насыпные формовочные (НФС) смеси, представляющие собой
стекловолокно, предварительно смешанное со смолой. При исполь-
зовании таких смесей сокращается время прессования, но удельное
давление пресса возрастает до 105 кгс/см2.
3.10. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЛОИСТЫХ КЛЕЕНЫХ ПАНЕЛЕЙ
И СОТОВЫХ КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Изготовление слоистых клееных панелей в виде обшивок с
Усиливающими накладками и клееных конструкций с сотовыми
109
заполнителями на фирмах осуществляют в специализированных
цехах. Эти цехи оснащены оборудованием, объединенным в кон-
вейерные линии. Общая протяженность конвейерной линии при
изготовлении двух-, трех-, четырехслойных клееных панелей фюзе-
ляжа самолета L-1011 в' цехе склеивания на заводе в г. Бербенке
фирмы «Локхид» составляет 8 км. Слоистые клееные панели фюзе-
ляжа этого самолета изготавливают из алюминиевых и титановых
сплавов максимальной длиной Ими шириной 4,6 м. Технологичес-
кий процесс изготовления таких крупногабаритных панелей состоит
из следующих операций:
1) визуального контроля заготовок обшивок из листового ма-
териала;
2) нанесения пульверизатором защитного эластомерного покры-
тия толщиной 0,1—0,2 мм на наружную поверхность заготовок.
Эту операцию проводят для предупреждения повреждения обшив-
ки на всех последующих этапах работы. Отверждение защитного
покрытия проводят инфракрасным излучением;
3) формообразования обшивок либо на растяжном прессе, либо
на трехвалковом гибочном станке. Так, на растяжном прессе фир-
мы «Цирил Бат» усилием 500 тс обрабатывают обшивки сложной
кривизны размерами 2,44X12,19 м. На трехвалковых (с пирами-
дальным расположением валков) гибочных станках, изготовленных
отделением «Фарнхэм» фирмы «Лиек Сэвори», получают с высокой
степенью точности обшивки одинарной кривизны длиной до 11,6 м
и толщиной до 8 мм;
4) предварительной сборки панелей;
5) обрезки обшивок по контуру пневмоинструментом на бол-
ванке с вакуумным отсосом стружки, подгонки в специальных при-
способлениях усиливающих элементов двух-, трех-, четырехслой-
ных накладок различной конфигурации к обшивке;
6) химической очистки элементов панелей, осуществляемой б
спецкамерах фирмы «Пурекс компани», общая протяженность ли-
нии составляет 43,5 м. В процессе химической очистки тщательно
контролируется и регистрируется концентрация химического сос-
тава используемых растворов. Поверхности деталей промывают
сначала раствором щелочи, нагретым до 71° С, а затем водопро-
водной водой. Следующей стадией очистки является травление
поверхности «хромовой смесью» (смесь концентрированной серной
кислоты с насыщенным раствором бихромата калия или натрия)
при температуре 71° С, после чего детали промывают деминера-
лизованной водой и сушат горячим воздухом. Во время оконча-
тельной промывки проводят визуальный контроль качества очист-
ки. Детали с неполностью обезжиренными участками повторно
проходят процесс очистки. Общая продолжительность химической
очистки элементов панелей составляет 28 мин;
7) напыления эпоксидной грунтовки на поверхности, подлежа-
щие склеиванию, на специальном участке с помощью установки
фирмы «Де Вилбис». Благодаря предварительному расчету траек-
110
тории движения головки пульверизатора, грунтовка равномерно
распределяется по поверхности деталей, что обеспечивает высокие
механические свойства клеевого слоя или шва и защищает детали
от коррозии в процессе эксплуатации.
Грунтовку сушат на воздухе для удаления летучих веществ в
течение 45 мин, а ее отверждение проводят в печи при 121° С в те-
чение 60 мин.
Затем детали подают на склад (расположенный на втором
этаже цеха) с контролируемой температурой и влажностью возду-
ха. Со склада обшивки вместе с комплектующими элементами,
также прошедшими химическую очистку и операцию нанесения
грунтовки, подают по конвейеру через люк в полу на участок сбор-
ки панелей;
8) сборки и склеивания панелей в специальном приспособлении,
фиксирующем обшивку по сборочным отверстиям; для предупреж-
дения относительного смещения усиливающих элементов использу-
ют нейлоновые ленты; склеивают панели с помощью высокотех-
нологичной эпоксидной клеевой пленки. Панели вместе с приспо-
соблениями помещают в пластиковые мешки, которые герметизи-
руют. В мешках создают разрежение, обеспечивая давление на
элементы панели, равное '-—0,7 кгс/см2.
В производственном помещении постоянно поддерживаются за-
данная температура, влажность и небольшое избыточное давление
воздуха. Содержание пыли в воздухе не допускается выше опре-
деленного уровня; в помещении через день проводят влажную
уборку. Постоянно открытые проемы в потолке и двери (типа под-
нимающихся штор), расположенные с двух сторон помещения,
снабжены воздушными завесами. Персонал, работающий на уча-
стке склеивания, носит белую спецодежду (колпак, халат, перчат-
ки) и специальную обувь;
9) отверждения панелей в автоклаве диаметром 6,7 м длиной
18,3 м и объемом 736 м3 (стоимость его 14 млн. долл.). Автоклав,
расположенный на расстоянии 45 м от места сборки, состоит из
двух основных узлов: цилиндрического сосуда высокого давления
массой 300 т со стенками толщиной 48 мм и крышки массой 25 т,
открываемой и закрываемой при помощи мостового крана. В ав-
токлаве могут одновременно подвергаться отверждению восемь
панелей обшивки фюзеляжа размерами от 6x4,6 до 11,6X4,6 м.
Он может работать в трехсменном режиме по 24 ч в сутки. Дав-
ление в автоклаве создается инертным газом, что обеспечивает
наиболее высокое качество склеивания. В четырех высоких акку-
муляторных баках-колоннах находится инертный газ. На складе
хранится запасной источник инертного газа — жидкая двуокись
углерода. Источником тепла в автоклаве служит слой гальки из
окиси алюминия, нагреваемый природным газом. Автоклав рассчи-
тан на работу при давлении 10,5 кгс/см2 и температуре 315° С,
отверждение же панелей фюзеляжа самолета L-1011 происходит
при температуре 121° С и давлении 9,5 кгс/см2. Панели загружают
в автоклав в горизонтальном положении с установленными термо-
111
парами (по 12 на каждое приспособление). Цикл отверждения;
начинается с нагнетания в автоклав инертного газа. При давлении
- инертного газа 2 кгс/см2 вакуумирование мешков прекращается,
мешки соединяют с атмосферой для проверки их герметичности.
В процессе отверждения панели выдерживают по 15 мин при
71 и 88° С. При давлении 9,5 кгс/см2 температуру доводят до
121° С и проводят выдержку панелей в течение 1 ч. Охлаждение
панелей происходит также в течение 1 ч. Полный цикл отвержде-
ния (от открытия до закрытия крышки автоклава) составляет
3,5 ч. J
После отверждения панели освобождают от вакуумных меш-1
ков, зачищают кромки и передают их на контроль. Одновременно*
проводят испытания образцов-свидетелей на отрыв и сдвиг;
10) контроля качества склеивания с помощью ультразвуковой
автоматизированной системы в течение 1—3 ч в зависимости от
конфигурации панелей. Проверяемая панель закрепляется над са-
моходной кареткой, перемещающейся по направляющим длиной
15 м. Контроль осуществляется методом сканирования при помощи
10 принимающих и 10 передающих датчиков, установленных на
каретке. Десятиканальное записывающее устройство фиксирует
дефекты на бумажной ленте в виде разрывов линий длиной 0,25 мм
и более в зависимости от размеров дефекта. Определение коорди-
нат местонахождения дефекта проводят на ультразвуковой уста-
новке с ручным управлением. Дефекты в виде непроклея устраняют
путем сверления в панели отверстий и подачи в них клея под дав-
лением.
По такой же технологической схеме изготавливают слоистые
клееные панели и для фюзеляжа самолета В-747 на фирме «Нор-
троп». Как правило, для панелей фюзеляжа длиной 6,7 м и шири-
ной 2,4 м применяют листы из алюминиевого сплава толщиной от
1,5 до 9,5 мм.
Транспортировку панелей проводят с помощью подвесного кон-
вейера, снабженного подъемным приспособлением с вакуумными
захватами, применение которых предотвращает повреждение по-
верхности панелей.
Во время приклеивания усиливающих элементов панели за-
крепляют 'в легких вертикальных приспособлениях, что позволяет в
дальнейшем размещать их с большой плотностью в автоклаве дли-
ной 15 м и диаметром 3 м. Восемь самых крупных панелей можно
устанавливать в двух вертикальных группах по четыре панели в
каждой. Склеивание проводят при 150° С и давлении 7 кгс/см2, па-
раметры процесса непрерывно контролируются; их регистрация
осуществляется чувствительными приборами, установленными на
приспособлениях, в которых закреплены панели.
Фирма «Нортроп», помимо панелей фюзеляжа для самолета
В-747, изготавливает панели пола толщиной 10 мм, состоящие из
алюминиевых или титановых обшивок с огнестойким заполнителем
из пол.ивинилхлю’р'идното пенопласта. Панели размером до 3,6X
И2
Рис. 3, 73. Подвесной конвейер
Х1,2 м поставляются фирме «Боинг» обработанными' по контуру,
имеющими соответствующие вырезы, сборочные отверстия и т. п.,
т. е. полностью готовыми к монтажу в сборочном цехе в г. Эве-
ретте.
Изготовление клееных панелей носового, отсека фюзеляжа в г.
* Вичите (отделение фирмы «Боинг») осуществляют в сборочных
приспособлениях упрощенной конструкции. Отверждение полного
комплекта панелей проводят в автоклаве одновременно.
t Ряд слоистых клееных панелей и узлов из алюминиевых и ти-
тановых сплавов с усиливающими двойными и тройными наклад-
ками и другими подкрепляющими элементами фирма «Боинг» из-
готавливает в цехе склеивания на заводе в г. Оберне. В этом цехе
площадью 50000 м2 расположены участок формообразования листо-
вых деталей с прессом усилием 39 тс, складское помещение для
хранения отформованных и механически обработанных деталей,
линия химической очистки деталей, помещения для подготовки по-
верхностей к склеиванию, автоклавы и печи для отверждения клея
и т. in.
По графику сборки панелей комплекты деталей со склада тран-
спортируют на линию химической очистки в специальных рамах с
помощью подвесного конвейера, оснащенного специальной защит-
ной сеткой (рис. 3.73), Рамы высотой 2,5 м длиной 7,5 м изготав-
ливают из нержавеющих сталей (рис. 3.74). В конце конвейерной
линии, используя систему подъемно-транспортных устройств, рамы
устанавливают и закрепляют в рабочем положении в специальном
загрузочном приспособлении. Каждое приспособление, рассчитан-
ное на крепление шести рам с комплектами деталей, поднимают
113
Рис. 3. 74. Рамы с закрепленными в них де-
талями
краном и перемещают вдоль всей
линии химической очистки (рис.
3.75, 3.76). Кран управляется
оператором, который отвечает за
последовательность и время вы-
полнения каждой операции.
Процесс химической очистки
идет по обычной технологической
схеме:
щелочная очистка при 60° С в
.течение 15 мин;
промывка водой при 43° С в
течение 10 мин;
травление сернокислым би-
хроматом натрия три 68° С в те-
чение 12 мин;
промывка водой распылите-
лем при 37° С в течение 10 мин;
сушка при 55° С.
На линии химической очистки
расположены ванны шириной
2,5 м, длиной 15,3 м и глубиной
3,7 м, содержащие 14 1000 л химического раствора для обработки
алюминиевых деталей. Такие же ванны для обработки титановых
деталей имеют ширину 1,7 м, длину 7,6 м и глубину 1,8 м. На ли-
нии находятся арматура и вспомогательное оборудование (насосы,
трубопроводы, теплообменники, баки с запасом химических ве-
ществ и деионизаторы).
В специальном бетонированном звукоизолированном помеще-
нии, расположенном в яме, находится центральная воздуходувная
система (рис. 3.77) с центробежными установками низкого давле-
ния, падающими воздух во все ванны для перемешивания раство-
ров. Отработанный раствор из ванн перекачивают по трубопрово-
дам, которые находятся под решеткой пола, в аварийную цистер-
ну. Из нее но отдельной коллекторной насосной системе раствор
подают в автоцистерны, находящиеся вне здания цеха. Применение
такого оборудования позволяет менять .растворы с минимальным
временем простоя ванн.
После щелочной очистки детали промывают в ваннах двойным
встречным потоком (рис. 3.78), при этом расходуется около одной
десятой части коиничестви воды, требуемой для промывки способом
погружения.
Для промывки после травления применяют распылительную си-
стему производительностью 630 л воды в минуту на одно приспособ-
ление с деталями. При необходимости ее производительность может
быть увеличена в два раза, что позволит обрабатывать детали, за-
крепленные в двух приспособлениях, при длине каждого 7,6 м.
После химической очистки детали с помощью однорельсового
транспортера поступают на участок нанесения грунтами. Клеевую
114
Рис. 3. 75. Раскладка деталей перед закреплением их в рамах
Рис. 3. 76. Перемещение приспособления с рамами вдоль линии химической очистки
115
Рнс. 3. 77. Центральная воздуходувная система
Рис. 3. 78. Промывка деталей водой двойным встречным потоком
116
Рис. 3. 79. Установка для нанесения клеевой грунтовки
грунтовку наносят напылением в камере размером 3,2X3,2X11 м
или на установке, образующей клеевую завесу (рис. 3.79). В каче-
стве клеевой грунтовки применяют модифицированную эпоксифе-
нольную грунтовку с температурой отверждения 120° С, либо, эпок-
сидную грунтовку с температурой отверждения 17743 С. Толщина по-
крытия в зависимости от вида клеящего вещества и цикла термо-
обработки колеблется от 0,06 до 0,3 мм.
Детали после напыления грунтовки подвергают воздушной
сушке (рис.' 3.80). Срок хранения загрунтованных деталей—один
год.
Перед склеиванием сборочные приспособления покрывают раз-
делительной смазкой и проверяют на герметичность. Конструкция
приспособлений предусматривает свободную циркуляцию воздуха
и быстрый, равномерный нагрев его в автоклаве; это необходимо
для получения свободной от напряжений детали,, так как разница
температур, в зоне склеивания может вызвать ее коробление. За-
тем на деталь наносят клеевую пленку толщиной 0,12 мм (рис.
3.81). Пленку хранят в холодильнике и перед употреблением нагре-
вают до комнатной температуры, чтобы исключить конденсацию
паров воды на ее поверхности.
Склеиваемые элементы закрепляют в сборочном приспособле-
нии при помощи фиксаторов и липкой ленты (рис. 3.82). Собран-
ный комплект помещают в вакуумный мешок из нейлоновой плен-
ки, после герметизации вместе со сборочным приспособлением его
направляют в автоклав (рис. 3.83).
Отверждение происходит в автоклаве с масляным обогревом,
длиной 6 м, диаметром 2,7 м в зависимости от вида клея при 120
или- 177° С и давлении 7—10 кгс/см2 соответственно в течение 30
117
Рис. 3. 80. Воздушная сушка деталей после грунтовки
Рис. 3.81. Нанесение клеевой пленки
или 90 мин (рис. 3.84). Для отверждения крупногабаритных дета-
лей используют автоклавы с воздушным обогревом диаметром
6,1 м, длиной 18,3 м, рассчитанные на температуру 316° С и давле-
ние 14 кгс/см2, достигаемое путем сжатия инертных газов. Перед
загрузкой в автоклав детали размещают на стеллажах, которые рас-
положены на вращающихся столах, вмонтированных в пол (рис.
3.85).
118
Рнс. 3. 82. Установка деталей в приспособление для склеивания
Рис. 3. 83. Комплект, собранный для склеивания в автоклаве
Н ер нарушающий контроль качества склеивания ведется при
помощи ультразвуковой системы через водную среду с непрерыв-
ной записью результатов сканирования (рис. 3.86, 3.87). Готовые
панели покрывают специальной защитной пленкой (рис. 3.88) и
направляют их на склад.
В отличие от слоистых сотовые панели особенно сложных форм
и больших габаритов поставляются централизованно со специали-
зированных фирм «Хексель», «Сиба-Гейджи» и др. Это вызвано
тем, что процесс обработки таких панелей требует применения спе-
циализированного дорогостоящего оборудования, рентабильного
лишь в условиях серийного и массового выпуска однотипной про-
дукции. Вместе с тем простейшие панели, а также узлы и агрега-
119
Рис. 3. 85. Телфкка с деталями перед загрузкой их в автоклав
ты с сотовым заполнителем, такие как элероны, закрылки, цред-
крылки, спойлеры, обтекатели вентилятора двигателя (рис. 3.89,
3.90), изготавливают авиастроительные фирмы. Технология изго-
товления таких узлов и агрегатов в цехе склеивания фирмы «Бо-
инг» аналогична принятой .для слоистых панелей, за исключени-
ем некоторых особенностей, обусловленных конструкцией склеи-
ваемых узлов и применяемыми в них материалами. Так, известно,
что в сотовых клееных конструкциях планера самолета В-747 при-
меняют обшивки и заполнители из алюминиевых сплавов, неметал-
лических материалов (стеклоткань, пропитанная смолой, бумага
«Нюмекс») или их комбинаций.
Сотовые заполнители (металлические и неметаллические) посту-
пают в цех оклеивания со специализированного завода в виде го-
120
Рис 3. 86. Ультразвуковая установка для контроля качества склеивания
Рис. 3. 87. Пункт записи результатов контроля
1Й1
3
па-
Рис. 3. 88. Покрытие готовой
нели защитной пленкой
товых для сборки деталей, предварительно
отформованных, обезжиренных и упакован-
i ных в предохранительный мешок, или в ви-
де полуфабриката (сотового блока), из ко-
торого в этом цехе изготавливают детали
требуемой формы и размеров. После опера-
ции разрезки сотового блока заготовки для
получения деталей из сотового заполнителя
с поверхностью одинарной и двойной кри-
визны формуют ручным или механизирован-
ным способом (рис. 3.91).
Формование металлического заполните-
ля ведут на трехвалковом станке «Фарн-
хэм» методом прокатки (рис. 3.92). При
этом на торцы сот накладывают тонкий
лист металла (чаще алюминия) на одну, а
при большой кривизне или увеличенной
толщине на обе поверхности заполнителя
для предотвращения повреждения поверх-
ности и распределения нагрузки так, чтобы
обеспечить равномерную деформацию сото-
вой структуры. Иногда для предохранения
сот от разрыва облицовочный лист покры-
вают наждачной бумагой или пробкой, в
[ заполнитель. Такой временный пакет про-
которую вдавливается
пускают через валки станка и получают заготовку требуемой кри-
визны. В процессе формообразования происходит частичная де-
формация сот, которая ухудшает внешний вид, хотя и не влияет
Рис. 3. 89. Закрылок самолета
122
Рис. 3. 90. Деталь обтекателя вентилятора двигателя диаметром более 3 м
Рис. 3.91. Сотовый заполнитель вогнутой формы, полученный ручным
формованием
123
124
Рис. 3. 95. Фрезерная головка копировально-фрезерного станка
на прочность заполнителя (рис. 3.93). Контроль кривизны готового
заполнителя проводят по шаблону.
Механическую обработку деталей из металлического сотового
заполнителя, имеющих поверхность сложного профиля, невозмож-
но, проводить обычными мнопозубыми фрезами из-за недостаточной
жесткости заполнителя, обусловленной малой толщиной стенок
сот.
Кроме того, не допускается контакт заполнителя с СОЖ, поэто-
му сотовый заполнитель с постоянным и переменным поперечным
сечением обрабатывают грибковыми фрезами, имеющими угол
15° на режущей кромке и изготавливаемыми из твердой инстру-
ментальной стали. Фрезы имеют диаметр от 12 до 65 мм, частота
их вращения на копировально-фрезерном станке от 10 000 до
15 000 об/мин (рис. 3.94, 3.95). Заполнитель обрабатывается с до-
пуском ±0,15 мм, что обеспечивает плотное прилегание его к об-
шивкам во времй склеивания. Механическую обработку деталей
сотового заполнителя, имеющих наиболее сложный профиль, про-
водят на станках с программным управлением или на рельсовых
фасонно-фрезерных станках с ручным управлением.
Фаска с деталей из заполнителя по контуру легко снимается
пилой с зубчатым или волнистым двухсторонним полотном, дви-
жущимся со скоростью от 900 до 1500 м/мин. Черновая обрезка
может проводиться обычной ленточной пилой (рис. 3.96). После ме-
ханической обработки детали из заполнителя обезжиривают в па-
рах трихлорэтилена (рис. 3.97) и передают на участок сборки и
склеивания.
Для крупногабаритных узлов и агрегатов сотовый заполнитель
получают сращиванием двух или более деталей с помощью клей-
кого пенопласта (3.98).
Сотовый заполнитель в местах постановки крепежных и соеди-
нительных деталей заливают эпоксидной смолой и отверждают для
повышения прочности этих эон, остальную поверхность покрывают
125
к
Рис. 3. 96. Обрезка сотового заполнители лен-
точной пилой
Рис. 3. 97. Этажерка с деталями перед |
обезжириванием в парах трихлорэтн- 1
леиа I
специальней пленкой, имеющей вырезы только в необходимых мес-
тах (рис. 3.99). После отверждения смолы эти зоны подвергают
контролю на полноту заполнения смолой. Процесс сборки клееной
конструкции с сотовым заполнителем переменного сечения, нап-
ример спойлера самолета В-747 (рис. 3.100), ведут по следующей
схеме. Сначала соединяют одну обшивку с заполнителем и лонже-
роном. Склеивание проводят в сборочном приспособлении с помо-
щью клеевой шлепки, толщина которой в 2—3 рази больше, чем
при склеивании листов. Это необходимо для образования плавных
переходов между ячейками сот и обшивкой.
После отверждения открытую поверхность сотового заполнителя
подвергают механииеской обработке для получения окончательно-
Рис. 3. 98. Сотовый заполнитель для воздухозаборника вспомогательной
силовой установки самолета В-747 иа оснастке, полученный сращи-
ванием нескольких деталей
126
Рис. 3. 99. Заливка сот эпоксидной смолой
Рис. 3. 100. Спойлер самолета В-747
Рис. 3. 101. Герметизация кромок агрегатов детали после склеи-
вания
127
Рис. 3. 102. Сотовый заполнитель со скосами различного профиля
по периметру
го профиля, используя лонжерон в качестве базы. Затем наклады-
вается вторая обшивка и клей в собранной конструкции вторично
отверждается. Для герметизации торцев спойлера .вручную с помо- \
щью шпателя наносят эпоксидную смолу или эластомерное покры-
тие (рис. 3.il01).
При изготовлении узлов, в которых детали из заполнителя име- '
ют скосы различного профиля (рис. 3. 102), формование заполни- ;
теля осуществляют смятием на прессе в матрице, выполненной по (
форме детали. Удельное давление формования заполнителя зави-
сит от его материала, а также от размера сот и может достигать
60 кгс/см2. Для обеспечения необходимой прочности смятые зоны
заливают смолой и отверждают. На этом же прессе для обеспече-
ния высокой точности сборки производят и подгонку (доформовку
смятием) всего собранного узла непосредственно перед его. отвер-
ждением. Получение за один ход штампа детали сложной формы
(скосы разного профиля), высокая точность сборки свидетельству-
ют о высокой экономической эффективности метода.
После отверждения сотовых конструкций, выполняемого при
более низком давлении, чем листовых конструкций, панели и узлы
обрезают по контуру на высокоскоростном фрезерном станке с ис-
пользованием специального шаблона.
Цех склеивания в г. Оберне, помимо сотовых конструкций с ме-
таллическим заполнителем, выпускает широкую номенклатуру уз-
лов и агрегатов с неметаллическим заполнителем (стеклоткань, про-
питанная смолой). Технология их изготовления является типовой
и для сотово-слоистых конструкций с заполнителем из бумаги «Ио-
мене», производство которых организовано в г. Эверетте'в специ-
ализированном цехе (общей площадью 60 000 м2).
Как и металлический, неметаллический заполнитель, поступа-
ющий в виде блоков размером 46X 1'22x244 см, режут на заготов-
ки толщиной от 1,5 до 305 мм с допуском ±0,15 мм специаль-
428
ной ленточной пилой с абразив-
ным полотном из карбида воль-
фрама (рис. 3.103). Скорость
движения такой пилы ~300 м/
мин. Чистовую обрезку запол-
нителя проводят по шаблону но-
жом, легко режущим тонкие
стенки сот (рис. 3. 104).
Образование поверхностей раз-
личной кривизны на заготовках
из неметаллического заполните-
ля осуществляют методом горяче-
го формования на специальном
прессе (рис. 3.105). Для размягче-
ния смолы заполнитель предвари-
тельно нагревают в печи. В зави-
симости от вида и толщины запол-
нителя продолжительность и тем-
пература его нагрева могут меняться. Максимальная температура
нагрева 315° С. Нагретый до. требуемой температуры заполнитель
помещают в пресс между матрицей и эластичным пуансоном (рис.
3.106). Во время прессования заполнитель, прижатый к поверхно-
сти матрицы, охлаждается. Разрыв во времени между нагревом и
прессованием должен быть минимальным из-за пружинения запол-
нителя. При горячем формовании незначительно искажается сото-
вая структура.
Чтобы предотвратить смятие заполнителя во время отвержде-
ния, на заготовках ленточной пилой снимают фаску под углом 20—
30°. Угол фаски возрастает с увеличением толщины заполнителя
и давления, а также по мере уменьшения платности, заполнителя;
Рис. 3. 103. Резка сотовых блоков на ленточ-
ной пиле
Рис. 3. 104. Резка сотового заполнителе
5 1922
129
Рис. 3. 1061 Горячее формование заполнителя
для обрезки же прямых кромок применяют ленточную пилу с уз-
ким стальным полотном, имеющим 7 зубьев на 1 см длины. Фаски,
которые не могут быть полностью сняты пилой, обрабатывают руч-
ным механизированным инструментом с абразивным диском.
Механическую обработку крупногабаритных заготовок, напри-
мер клинообразного заполнителя размером 2,5x3,7 м со скосом от
102 мм до сходящей на нет задней кромки, осуществляют на спе-
циальном станке (рис. 3.107).
Заготовки больших габаритных размеров из неметаллического
заполнителя получают соединением (сжатием) внахлестку двух
дай более элементов. Поверхности неметаллического, заполнителя
подготавливают к склеиванию вакуумным способом. При оборке
(Сотовых конструкций из. неметаллических материалов стеклоткань,
130
Рис. 3. 107. Станок для механической обработки заполнителя
стропи тайную смолой и обрезанную по размеру, выкладывают на
специальном сборочном приспособлении слоями для получения
требуемой толщины обшивки (рис. 3.108). Зятем кладут заранее
отформованный заполнитель (рис. 3.109), на который также вык-
ладывают слои стеклоткани, образующие вторую обшивку конст-
рукции. Собранный комплект помещают в вакуумный мешок и ва-
куумируют, при этом обеспечивается, помимо фиксирования соби-
раемых элементов между собой, удаление летучих компонентов из
стеклоткани. Дальнейшие операции осуществляют по- обычной схе-
ме. Готовый увел показан на рис. 3.110.
При изготовлении комбинированных сотовых слоистых конст-
рукций метод сборки зависит от материала обшивки: если обшив-
ки металлические, то применяется схемя сборки чисто металличе-
ских сотовых конструкций, для обшивок из стеклотканей схема
сборки аналогична принятой для неметаллических сотовых конст-
рукций.
Сам'ая крупная сотовая конструкция из стеклопластика на са-
молете В-747 — подфюзеляжный обтекатель площадью более
180 м2 и длиной до 24 м. Он состоит из 106 сотовых панелей разме-
рами до 3X1,5 .м, при изготовлении которых применяют специаль-
ные алюминиевые формы, полученные штамповкой взрывом. Сбор-
ку подфюзеляжного обтекателя осуществляет фирма «Нортроп» в
специализированном цехе, оснащенном специальным оборудовани-
ем. В цехе в значительной степени используется ручной труд, хо-
рошо организованный, с применением малой механизации. Такое
положение характерно для всех американских фирм, имеющих
специализированные цехи по выпуску клееных слоистых конструк-
ций, как сотовых, так и листовых.
5*
131
Рис. 3. 108. Стеклотканевая обшивка, изготовленная методом вы-
кладки в сборочном приспособлении
Рис. 3. 109. Неметаллический заполнитель, уложенный на обшивку
Рис. 3. 110. Деталь сотовой конструкции из
неметаллических материалов
132
Глава 4
ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ СОЕДИНЕНИИ, СБОРКА,
ОКРАСКА И ИСПЫТАНИЯ ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
4.1. СВАРКА И ПАЙКА
Технический уровень сварочного. производства пр<и изготовле-
нии широкофюзеляжных самолетов характеризуется высокой сте-
пенью специализации и организации производства, использованием
высококачественного оборудования, широким применением средств
малой механизации. Это обеспечивает стабильность технологии и
быстрые темпы освоения новых изделий.
Для соединения деталей из нержавеющих сталей, титановых,
алюминиевых и других сплавов используется большое количество
разнообразного сварочного оборудования, однако находит приме-
нение и ручная сварка. Технологические процессы существенной
новизной не отличаются.
В сварочном цехе фирмы «Боинг» в г. Оберне изготавливают
трубопроводы и короба для топливной, водяной, масляной и воз-
душной систем. На рис. 4.1 показан участок точечной и роликовой
электросварки этого цеха1.
Для изготовления трубопроводных самолетных систем промыш-
ленность США широко использует в качестве полуфабрикатов как
бесшовные трубы, поставляемые металлургическими компаниями,
так и сварные прямошовные трубы диаметром 40—200 мм с толщи-
ной стенки от 0,4 до 1,5 мм, изготавливаемые из стальных, титано-
вых и алюминиевых сплавов. Центр ал изованная поставка прямо-
шовных сварных груб осуществляется фирмой «Иодер», распола-
Рис. 4. 1. Участок точечной и роликовой электросварки иа фирме «Боинг»
газ
Рис. 4.2. Машина для гибки труб в цехе сварки на заводе в
г. Оберне
гающей высокопроизводительными трубосварочными станами, ос-
нащенными электронно-лучевыми головками фирмы «Гасильтон
стандарт».
В сварочных цехах авиастроительных фирм производится гиб-
ка1 сваренных титановых труб диаметром до 230 мм на специаль-
ных станках фирмы «Пинес», которые придают трубам заданную
внешнюю и внутреннюю форму с помощью штампа и оправки
(рис. 4.2).
На фирме «Макдоннелл—Дуглас» перед сваркой заготовки
труб из титановых сплавов диаметром 150 мм пнут с подогревом
(индуктор смонтирован в оправке) на станке с ручным управлени-
ем фирмы «Пинес».
Для гибки трубопроводов диаметром от 6 до 50 мм без напол-
нителя, в основном из алюминиевых сплавов, эта же фирма ис-
пользует станок с ЧПУ фирмы «Датекс». Производительность стан-
ка — пять гибов трубы в различных плоскостях в минуту
В сварочном цехе фирмы «Боинг» в г. Оберне имеется линия
химической очистки труб перед аваркой отдельных участков тру-
бопроводов. Дуговая и точечная сварка титановых узлов трубопро-
водов осуществляется в камерах с инертной атмосферой (рис. 4.3).
Из сварочного цеха узлы трубопроводов направляют для мон-
тажа систем, например системы кондиционирования воздуха само-
лета, на сборочные заводы этой фирмы в городах Рентон, Эверетт
и др.
Сборку гидросистем самолета DC-10 осуществляют с помощью
индукционной пайки стальных трубопроводов диаметром до 36 мм
в среде защитных газов (аргон) на специальной установке с ЧПУ
для пайки ТВЧ фирмы «Тейлор Винфилд». Установка обеспечивает
-134
Рис. 4. 3. Камера для ручной сварки деталей из сплавов в инертной атмосфере
защиту как наружной, так и внутренней стороны паяного шва. По-
сле пайки все соединения проходят люминесцентный контроль.
А.2. СБОРКА И КЛЕПКА
Рациональное членение конструкции широкофюзеляжных само-
летов и хорошая взаимозаменяемость их элементов позволяют осу-
ществлять сборку узлов и агрегатов самолетов как на самолето-
строительных заводах, так и на заводах фирм-поставщиков с по-
следующей окончательной сборкой самолета на оборонном заводе
ведущей фирмы-изготовителя самолета. На фирме «Боинг» такой
завод расположен в г. Эверетте, в составе которого предусмотрен
отдельный сборочный комплекс общей площадью 325 000 м2. В сбо-
рочный комплекс входят цехи, в которых осуществляют узловую и
агрегатную сборку крыла, сборку отсеков фюзеляжа из подсборок,
изготавливаемых другими фирмами, а также стыковку всех агре-
гатов самолета, в том числе получаемых в собранном виде от суб-
подрядчиков •*.
Для доставки в г. Эверетт всех элементов самолета с других
заводов корпорации, а также от фирм-поставщиков используют
различные транспортные средства. Так, перевозку стрингеров кры-
ла длиной 29—32 м осуществляют в контейнерах с помощью спе-
циального автотягача с прицепом. При длине груза более 40 м
задняя тележка также управляется водителем. Секции панелей
фюзеляжа доставляют в г. Эверетт из г. Вичиты (отделение фир-
мы «Боинг») на железнодорожной платформе. Такая платформа,
* Ниже описана сборка агрегатов самолета Боинг-747.
135
Рис. 4.4; Специальная платформа для перевозки узлов и деталей
самолета Боинг-747
закрытая двумя секциями щитов, для TpawniopwpoiBiKH материя-
лов, деталей и узлов показана. на pine. 4.4 (видны крановые захва-
ты для удаления щитов). Как правило, крупногабаритные заготов-
ки, узлы и агрегаты планера1, прибывающие в вагонах по железной
дороге, располагают не на складах, а в цехах завода с таким рас-
четом, чтобы свести до минимума погрузочно-разгрузочные и про-
верочные работы.
Сборочные цехи длиной более 335 мм, шириной 90 м и высотой
23 м без верхних световых проемов, расположенные в корпусах
модульной конструкции, имеют хорошую .искусственную освещен-
ность (по данным фирмы — от 320 до 800 лк/м2). В отдельных зо-
нах, где выполняется большой объем ручных работ, предусмотре-
но индивидуальное управление освещением; обслуживание систе-
мы освещения проводят со специальных крановых тележек, мос-
тиков и т. п. Бетонированные полы производственных помещений
покрыты в сборочных пролетах специальным покрытием и лаком,
что облегчает поддержание нужной чистоты помещений.
При большой высоте производственных помещений верхнее про-
странство сборочных цехов занято подвесной рельсовой системой с
кранами, оснащенными захватными устройствами, которые широ-
ко используют для транспортировки узлов, секций и агрегатов са-
молета в сборочное помещение (рис. 4.5). Грузоподъемность такой
системы в цехе окончательной сборки в г. Эверетте достигает 54 тс.
за* счет стыковки двух кранов, грузоподъемность каждого, из кото-
рых 27 тс. Автоматическое управление грузотранспортными систе».
мами ведут со специального пульта, расположенного на опреде-
ленной высоте от пола.
13Q
рис. 4. 5. Транспортировка
фюзеляжа самолета В-727
краном в цехе окончатель-
ной сборки завода в г. Рен-
тоне
Периодичность подачи различных деталей, узлов и материалов
со складов и сборочных участков увязана с графиком сборки и пос-
тавки самолетов. Применение автоматизированных транспортных
систем в сборочных цехах, помимо удобства и мобильности пере-
мещения различных грузов, освобождает производственные площа-
ди для организации поточных линий сборки узлов, агрегатов и са-
молета в целом, а также для рационального размещения большо-
го количества сборочной оснастки —стапелей модульной конструк-
ции, различных сборочных платформ и др.
Модульная конструкция стапелей для сборки планера самолета
позволяет легко удлинять их в случае сборки более крупногабарит-
ных фюзеляжей такого же сечения или использовать их без дора-
ботки для сборки фюзеляжей, требующих дополнительного усиле-
ния конструкции. Это достигается благодаря тому, что уже на
ранней стадии проектирования реализуется принцип неизменности
основных размеров теоретических поверхностей сборочной оснаст-
ки. Они остаются постоянными независимо от любого местного из-
менения конструкции агрегата.
Сборочные приспособления часто изготавливают из алюмини-
евых сплавов, обладающих одинаковым коэффициентом линейного
расширения с материалом собираемых узлов и агрегатов. Это по-
вышает точность выполнения сборочных работ и делает стапели
легкими и мобильными.
Несмотря на четкую организацию поставки деталей в г. Эве-
ретт из Оберна, Сиэттла и других городов страны, в сборочном це-
хе в Эверетте предусмотрена зона для изготовления деталей, ко-
торые могут немедленно потребоваться для обеспечения програм-
мы выпуска самолетов. Над этой зоной (на антресолях цеха) рас-
положен участок узловой сборки крыла, на котором в специаль-
137
Рис. 4. 6. Опорные стойки для поддерживания панели крыла при клепке
ных приспособлениях собирают подсборки панелей с применением
ручного пневматического инструмента (дрелей, клепальных молот-
ков и др.). Зоны агрегатной и общей сборки самолета . занимают
остальную площадь корпуса. .
В зоне агрегатной сборки установлены две пары стапелей, в ко-
торых из подсборок собирают верхние и нижние панели крыла для ;
последующей их клепки на автоматах. При высоте стапеля около !
8 м и длине 40 м точность выравнивания обводообразующих по- I
верхностей составляет 0,05 мм благодаря использованию специаль- I
ного лазерного устройства фирмы «Пердин Эмлер». )
Крепление стрингеров к обшивкам верхних и нижних панелей т
крыла осуществляют контрольными заклепками, устанавливаемыми \
через каждые 50,8 см с помощью ручных пневматических клепаль- '
ных молотков. Панель, расположенную в стапеле в вертикальном ;
положении, закрепляют в специальном поворотном приспосббле- ;
нии и, пользуясь подвесным краном, укладывают ее горизонтально
на поддерживающем устройстве клепального автомата. Это устрой-
ство состоит из 24 опорных стоек, расположенных вдоль панели на
расстоянии 1,5 м друг от друга (рис. 4.6). Пневматически управля-
емые штанги стоек диаметром 20,3 см могут автоматически подни-
маться и опускаться вместе с панелью, обеспечивая свободный
подход нижней головки клепального автомата с инструментом к
месту постановки заклепки. Ложементы опорных поверхностей
стоек соответствуют профилю поверхности панели (рис. 4.7).
Вдоль горизонтально расположенных панелей перемещаются
клепальные автоматы пятого поколения с ЧПУ (рис. 4.8), изготов-
ленные фирмой «Дженерал меканикл корпорейшн» («Джемкор»}
для самолета В-747 по техническим требованиям фирмы «Боинг».
На клепальном участке размером 91,4X48,8 м расположены пять
138
Рис. 4. 7. Ложементы опорных стоек
Рис. 4. 8 Клепальный автомат с ЧПУ фирмы «Джемкор»
таких автоматов (рис. 4.9). Четыре автомата перемещаются по
рельсовым путям, каждый из которых имеет длину 81,6 м. Рельсо-
вые пути соединены поворотными кругами диаметром 9,1 м, кото-
рые позволяют любой из четырех автоматов устанавливать в тре-
буемую позицию (рис. 4.10). Так, например, двя автомата могут
осуществлять клепку по стрингерам, располагаясь с двух сторон
.одной панели. Пятый автомат находится на профилактическом ос-
мотре. Такая система организации, работы обеспечивает непрерыв-
ность процесса клепки панелей.
139
Рис 4. 9. Участок клепки панелей крыла на автоматах фирмы <Джемкор»
Рис. 4. 10. Поворотные круги соединения рельсовых путей для перемещения
клепальных автоматов
Один рабочий цикл автомата включает следующие операции
(рис. 4.11):
1) установку инструментов по заданной программе в нормаль-
ное относительно поверхности панели положение и сжатие пакета;
2) сверление и зенкование в пакете отверстия под стержень-
заклепку за один ход комбинированного инструмента. Охлаждаю-
щая жидкость Т-Bl, применяемая при этих операциях (патент
140
Вкладывание
стержня
заклепки
Сверление,
Зенковка
отверстия
Формование закладной
и замыкающей головки
Padown
поверхность Неподвижная поверхность
ем-
Расклепанная
заклепка
Удаление лишнего
материала потайной
голоВки
Рис. 4. 11. Последовательность процесса клепки стержнем на автомате
фирм «Дюпон» и «Боинг») состоит из 97—98% фреона и 2—3%
бутилцеллазольва;
3) пневматическую подачу из бункера и -механическую вставку
стержня-з а клепли в отверстие;
4) осаживания стержня-заклепки, включающее:
частичную деформацию давлением нижнего штампа в процессе
перемещения системы в верхнее положение;
окончательную деформацию с образованием плоской головки
со стороны стрингера и потайной головки со стороны обшивки по-
сле превышения усилия прижима пакета;
5) зачистку выступающей над обшивкой головки с допуском до
0,051 мм *;
6) перемещение автомата на шаг по заданной программе с точ-
ностью 0,013 мм и угловым отклонением от оси 0,5°.
Установка инструментов в нормальное относительно поверхно-
сти панели положение осуществляется автоматически посредством
щупов, расположенных на верхней головке автомата. Эти щупы уп-
равляют поворотом обеих головок на требуемый угол в двух вза-
имно перпендикулярных плоскостях А и Б (рис. 4.12, 4.13).
Управление ходом выполнения операций ведут с двух пультов.
Со стационарного главного пульта управления, оснащенного теле-
камерами, регулируют и контролируют режим сверления и осажи-
вания, а также подачу стержня-заклепки в отверстие, выполняя в
* Допустимая величина выступания (западания) потайных головок на по-
верхностях, расположенных в аэродинамически критической зоне самолета (па-
нели носового отсека фюзеляжа, носовые части крыла и оперения, обтекатели
двигателя и др.),‘—от 4-0,076 до —0,127 мм.
141
Рис. 4. 12. Верхняя головка автомата для клепки панелей (вид снизу):
1—сверлильный шпиндель; 2—шпиндель фрезерования потайной головки:
3—щупы
целом запрограммированный процесс (рис. 4.14). Наблюдение и
выборочную проверку качества выполнения операций проводят с
подвижного пульта управления, расположенного на нижней консо-
ли автомата под панелью (рис. 4.45).
Техническая характеристика клепального автомата:
Усилие, развиваемое автоматом, кгс........................ 227—15900
Наибольший диаметр расклепываемой заклепки из алюминиево-
го сплава, мм..................................................II
Частота вращения сверлильного шпинделя, об/мин .... 250—7000
Частота вращения зачистного шпинделя, об/мин............. 250—6000
Вылет, м.................................................3,5
Скорость перемещения автомата, см/мин:
вдоль панели............................................508
поперек панели.........................................254
Скорость перемещения поддерживающего устройства с пане-
лью, см/мии................................................. 127
Рабочий ход поддерживающего устройства, см...............91
Холостой ход поддерживающего устройства (для обеспечения
прохода головки с инструментом), см.......................... 270
Поворот рабочей головки относительно панели:
в продольном направлении.................................±15°
(ось В)
в поперечном направлении................................+25°
—10°
(ось А)
Габаритные размеры, м:
длина........................................... 8,5
142
ширина....................................................8,5
высота....................................................6,7
Масса, кг .................................................. 83600
Производительность (в минуту):
клепки (стержни-заклепки диаметром 11 мм при толщине па-
кета 19 мм) ........................................ 7,5
сверления (отверстия под конические болты) . . . . . ' 8—10
Каждый автомат имеет гидравлический привод мощностью
37,3 кВт и автономную систему сжатого, воздуха.
Питание автомата электротоком силой 600 А при напряжении
440 В подается через четыре электрических силовых рельса, каж-
дый из которых длиной 85,3 м. Вся проводка расположена под
платформой автомата. Ресурс заклепочного соединения, выполнен-
ного на таком автомате с применением стержней, достигает 6000 ч.
Следует, однако, отметить, что на панелях крыла имеются уча-
стки, подход к которым рабочими головками автомата невозмо-
жен. В этом случае используют пневматические клепальные мо-
лотки или специальную электромагнитную клепальную систему
(ЭКС), разработанную фирмой «Боинг» (рис. 4Л6). Она представ-
ляет собой силовой узел шириной 0,9 м, длиной 1,5 м и высотой
1,2 м цри массе 1270 кг с двумя полу портативным и соосно распо-
ложенными пистолетами, которые соединены специальным кабе-
лем с источником питания максимально мощностью 6500 Дж при
напряжении 6000 В. Источник питания имеет специальную провод-
ку напряжением 440 В, воздух к нему подается < под давлением
63,3 кгс/см2. Электроэнергия подводится по1 нескольким кабелям
низкой индуктивности с минимальным радиусом изгиба 25,4 см.
Для защиты кабелей применяют индивидуальную коаксиальную
изоляцию в виде бронированной и неопреновой оболочек. Каждый
из ручных пистолетов массой 34,1 кг при диаметре 16,5 см и длине
39,3 см, подвешен на балансире, что обеспечивает необходимую
мобильность при работе. Система ЭКС, работающая по принципу
синхронизированного двустороннего обжима заклепки (рис. 4.17),
состоит из конденсаторов и двух катушек, внутри которых располо-
жены корпуса клепальных молотков, покрытые медью. Рабочий
цикл начинается с зарядки батарей до заранее установленного
уровня напряжения с последующей быстрой разрядкой через ка-
тушки, соединенные последовательно. Электрический ток вызыва-
ет значительные электромагнитные силы, под действием которых
молотки движутся навстречу друг другу с большой скоростью, в
результате чего1 происходит расклепывание заклепки. Срок эксп-
луатации ЭКС лимитирует износ катушек; в настоящее время ве-
дутся работы по увеличению срока их службы.
Наряду с панелями в цехе собирают лонжероны крыла. Отвер-
стия в полках верхних и нижних поясов лонжеронов под детали
крепежа для соединения их со стенками сверлят с помощью пред-
вижного сверлильного устройства портального типа (рис. 4.18),
проведя перед этим разметку отверстий по шаблонам с цветной
маркировкой. При сверлении отверстий между соединяемыми эле-
143
Рис. 4. 13. Положения рабочей
а, в—нулевое положение; б, г—поворот головки соответственно
144
головки автомата:
в поперечном (ось Д) и продольном (ось Б) направлениях
145
Рнс. 4.14. Стационарный пульт управления автоматом
Рис. 4. 15. Подвижный пульт управления автоматом
ментами не образуются заусенцы вследствие достаточного стягива-
ния пакета специальными механическими приспособлениями.
Для установки в лонжеронах заклепок типа «рив-болт» с высту-
пающими головками из бета-титанового сплава применяют специ-
альное приспособление (рис. 4.19, а, б). Оно состоит из подвесной
скобы со сменными верхними и нижними инструментами (обжим-
ка и поддержка) и пневмогидравлического агрегата, развивающего
усилие до 12700 кос, которое регулируется с помощью специально-
го устройства. Наибольшая ширина обработки, допускаемая выле-
том скобы, 12,7 см. Скоба, подвешенная на балансире на специаль-
146
Рис. 4. 16. Электромагнитная клепальная система (ЭКС):
а—источник питания ЭКС; б—применение ЭКС для клепки в труднодо-
ступных местах; в—ЭКС в работе
147
Рис. 4. 18. Сверление отверстий в лонжероне при помощи порталь-
ного устройства
ной раме в форме б/квы А, может перемещаться и устанавливать-
ся оператором в требуемое положение.
С помощью подобной же скобы осуществляют клепку полок
лонжеронов обычными заклепками с выступающими головками из
алюминиевого сплава 2024. Циклы постановки обычных заклепок
практически такие же, как и заклепок рив-болт. После выбора опе-
ратором требуемого усилия скобу устанавливают на заклепку (в
случае применения заклепки рив-болт в отверстие нижнего штам-
па вставляют кольцо), после этого систему включают и происхо-
дит процесс деформации стержня заклепки с образованием замы-
кающих головок плоского типа. При расклепывании таких же зак-
148
Рис. 4. 19. Оборудование для установки специальных заклепок «Рив-
болт»:
а—скоба с пневмогидравлическим агрегатом; б—установка заклепок
лепок на участках лонжерона с герметичным швом (крепление сто-
ек к стенкам), применяют ударный метод клепки, осуществляемый
ручными пневматическими клепальными молотками; при этом от-
верстия под заклепки выполняют с более жестким допуском.
Собранные лонжероны вместе с панелями и другими входящи-
ми элементами направляют в стапели сборки крыла (рис. 4.20).
14»
В цехе имеется три пары таких стапелей длиной 42,2 м при высоте
10,8 м.
Оборку-клепку крыла самолета В-747 проводят вручную с при-
менением пневматических клепальных молотков и дрелей в «зане-
воленном» состоянии (по методу «упругой» сборки), в результате
возникает предварительное напряжение в элементах конструкции
крыла, что создает благоприятные условия для его работы в поле-
те. При клепке пневмомолотками широко применяют метод образо-
вания потайной замыкающей головки со стороны обшивки, что дос-
тигается ударами молотка по выступающему из зенкованного гнез-
да стержню заклепки, вставленной в отверстие пакета со стороны
каркаса. В этом случае требуется зачистка поверхности потайной
голо®ки, которую выполняют ручными пневматическими фрезерны- ‘
ми машинками или пневморубанками. ’
Применение при сборке крыла автоматической и ручной клепки
обеспечивает достаточную плотность посадки головки заклепки в
зенкованном гнезде и тем самым исключает необходимость разбор-. |
ки пакета для выполнения внутришювной герметизации по стрин-
герному набору.
Каждое крыло, вынутое из стапеля, помещают на опорное при-
способление для доработки и отделки (рис. 4.21), а затем направо
ляют на герметизацию, очистку и окраску.
Для герметизации кистью и ручными шприцами наносят мате-
риалы, вулканизирующиеся при комнатной температуре. Здесь же
испытывают кессоны крыла на герметичность с помощью газа
(аммония), подаваемого под давлением в кессон с последующей его
.промывкой. После окраски крылья передают в зону окончательной
сборки для стыковки с отсеками фюзеляжа самолета В-747 и дру-
150
Рис. 4.21. Внестапельная сборка крыла в ложементах
гимн агрегатами, поступающими от субподрядчиков либо, готовы-
ми, либо в виде отдельных подсборок.
Основные шпангоуты и па’нели фюзеляжа (средний отсек, а1 так-
же девять панелей переднего отсека), двери сборно-клепаной кон-
струкции и другие узлы самолета В-747 изготавливают на заводе
корпорации «Нортроп» в г. Хауторн (штат Калифорния). Все па-
нели собирают из подсборок в агрегатно-сборочном цехе. Для
сборки обшивок с элементами каркаса с помощью средств времен-
ного крепления корпорация «Нортроп» применила универсальные
приспособления, в которых можно устанавливать панели различ-
ных отсеков фюзеляжа. Это сократило количество приспособлений,
применяемых при сборке, с 36 до 9. Постановку деталей постоянно-
го крепежа в панели фюзеляжа самолета В-747 перед их сборкой
в секции проводят на стационарном автомате фирмы «Джемкор» с
Ч.ПУ (рис. 4.22), имеющем следующие технические данные:
Наибольшее усилие прессования, кгс........................... 7270
Наибольший диаметр расклепываемой заклепки, мм .... 7,94
Усилие сжатия пакета, кгс.................................... 90—360
Частота вращения сверлильного шпинделя, об/мин .... 3000—6000
Вылет, м . .......................... 1,52
Зев, ........................................................1,35
Габаритные размеры автомата, м:
длина ......................................................3,6
ширина....................................................0,81
высота...................................................... 2,5
Масса, кг.................................................... 5570
После нажатия на пусковую педаль в автоматическом цикле
выполняются следующие операции: сжатие пакета; сверление и
зенкование отверстий; вставка заклепки; расклепывание заклепки.
151
Рис. 4. 22. Автомат фирмы «Джемкор» Для клепки панелей фюзеляжа
Перемещается панель в очередную рабочую позицию' относи-
тельно неподвижно установленного автомата по команде системы
ЧПУ.
Поданным фирмы «Боинг», при обработке панелей на таких ав-
томатах объем механизированной клепки составляет около 90%.
Помимо заклепок, эти автоматы осуществляют установку спе-
циальных болтов с гайками, тарированными по величине крутяще-
го момента. В этом случае автомат выполняет те же операции, что
и при установке заклепок, за исключением навертывания фасон-
ной гайки, которое заканчивается срезом ее дополнительного уча-
стка (хвостовика) при достижении расчетного значения величины
скручивающего усилия, предварительно задаваемого на шпинделе
автомата. Необходимо отметить, что свершение отверстий под зак-
лепки выполняют с.допуском 0,254 мм, а под болты — с допуском
0,076 мм.
Перед установкой деталей резьбового крепежа проводят под-
гонку панели на том же выравнивающем устройстве, в котором на-
ходится панель во время клепки. Готовые панели стыкуют внах-
лестку в специальном приспособлении (рис. 4.23) и закрепляют
заклепками и различными болтами с гайками (самоконтрящимися,
тарированными по величине крутящего момента и т. п.). Крепеж
устанавливают с помощью ручных пневматических инструментов
(дрелей, клепальных молотков, гайковертов с регулируемой вели-
чиной крутящего момента). На рис. 4.24 показана панель отсека
фюзеляжа, закрепленная на тросах с помощью подвесного транс-
порта, перед ее сборкой в секцию. Готовые секции в виде 1/4 ок-
ружности отсеков фюзеляжа транспортируют в г. Эверетт. Туда же
поступают девять подсборок носового отсека фюзеляжа длиной
152
Рис. 4. 23. Сборка-стыковка панелей фюзеляжа после клепкн на автомате
Рис. 4. 24. Панель фюзеляжа, подготовленная к сборке в секцию
9,75 м, за изготовление которых отвечает отделение в г. Вичита
фирмы «Боинг».
В сборочном цехе г. Эверетта в специальных стапелях секции
собирают в полуотсеки, а затем в полноразмерные отсеки. На рис.
4.25 показана’ одна из секций, полученная с фирмы «Норер» и ус-
танавливаемая в стапель в положение сборки с помощью крана.
Собранные полусекции н а дцентр онлайн ого отсека и задней части
среднего отсека фюзеляжа видны на рис. 4.26. Здесь же показаны
подготавливаемые к стыковке хвостовые отсеки фюзеляжа.
Стапели сборки цилиндрических участков задних отсеков фюзе-
ляжи имеют большое количество сборочных площадок для лучше-
го подхода к местам сборки и стыковки (рис. 4.27). Эти же отсеки
после сборки их с коническими участками .показаны на рис. 4.28.
В процессе сборки отсеков фюзеляжа устанавливают все систе-
мы самолета В-747. Так, на ри!с. 4.29 показаны два собранных но-
совых отсека в момент монтажа бортовых систем в кабине и пе-
редней части фюзеляжа.
Все готовые отсеки с собранными и проконтролированными бор-,
то1вы|ми системами направляют на поточную линию окончательной
сборки. Туда же поступают хвостовые отсеки фюзеляжа, изготав-
153
Рис. 4.25. Секция отсека фюзеляжа, устанавливаемая краном в сборочное приспо-
собление
Рис. 4. 26. Общий вид цехов агрегатной и окончательной сборки (на пе-
реднем плане справа видны полусекцни надцеитроплаииого отсека и задне-
го отсека средней части фюзеляжа)
ливаемые по контракту на фирме «Линг-Темко-Воут», и получае-
мые из г. Виниты створки люков., ниши передней стойки шасси,
двери и т. п.
Сборку-стыковку отсеков и агрегатов и другие сборочные и
монтажные работы осуществляют с применением металлических
лесов-платформ, собираемых из секций и соединяемых с помощью
специальных болтов. Применяют также накладные леса-платформы
ажурной конструкции, выполненные по форме стыкуемых поверх-
154
Рис. 4. 27. Сборка задней части среднего отсека фюзеляжа в стапелях
Рис. 4. 28. Задний отсек средней части фюзеляжа
ностей. Для улучшения доступа к собираемым поверхностям при-
меняют поворотные консольные монтажные площадки с регули-
рованием их положения по высоте. На таких площадках, так же
как и на площадках многоярусных сборочных стапелей, на мон-
тажных платформах и между линиями сборки размещают стелла-
жи для хранения деталей, нормалей, необходимой для сборки до-
кументации, комплектов сборочного инструмента и пр. Все это зна-
чительно сокращает время сборки.
На всех стапельных работах широко используют различный вы-
сококачественный ручной пневматический инструмент, спрос на ко-
торый удовлетворяют специализированные фирмы — поставщики
инструментов.
155
Рис. 4. 29. Монтаж бортовых систем в кабине и передней части фюзеляжа
Рнс. 4.30. Использование приспособлений на воздушной подушке при стыковке
отсеков фюзеляжа общей массой 54000 кг
Для транспортировки крупногабаритных отсеков и агрегатов
на линию сборки самолета, а также для передвижения откидных
лесов-платформ после выема самолета на специально отведенные в
цехе места широко используют платформы на воздушной подушке,
разработанные и изготовленные формой «Боинг» (рис. 4.30).
Эти платформы сварной конструкции, имеющие высоту 76 мм
и площадь 2,4X1,5 м, «плавают» на подушках низкого давления,
156
Рис. 4.31. Стыковка консолей крыльев с подцентропланной частью фюзе-
ляжа
«юбка» которых делается из резины, пластмассы или композици-
онных материалов. В «юбках» имеется небольшое количество отвер-
стий, через которые из специальной цеховой системы поступает
воздух под давлением 7 кгс/см2 и вытекает при саморегулирую-
щемся давлении 0,42 кгс/см2. Наружная «юбка» помогает удержи-
вать уходящий воздух для устранения трения между платформой
и полом во время перемещения платформы. Для «юбок» выбира-
ют материал с высоким сопротивлением истиранию. Хорошему
скольжению транспортных систем на воздушной подушке способ-
ствует высококачественное покрытие пола в цехе.
В качестве наземного транспорта, помимо платформ на воздуш-
ной подушке, находят применение также электрокары, автомо-
били, облегченные ручные тележки и т. д.
Отдельные этапы окончательной сборки самолета В-747 пока-
заны на рис. 4.31—4.40.
Методы и оборудование, применяемые при сборке широкофюзе-
ляжных самолетов на фирмах «Макдоннелл—Дуглас» и «Локхид»,
мало отличаются от принятых на фирме «Боинг». Корпорация
«Макдоннел—Дуглас» агрегатную сборку отсеков фюзеляжа и
окончательную сборку самолета DC-10 проводит на своем сбороч-
ном заводе в г., Лонг-Биче. На заводе выполняется 47% работ
по производству широкофюзеляжного самолета.
Планер самолета DC-10 собирается из носовой секции фюзеля-
жа длиной 4,9 м; трех центральных секций фюзеляжа длиной 16,8;
10,0; 11,8 м; хвостовой секции фюзеляжа длиной 12,7 м; крыла;
стабилизатора; киля.
157
Рис. 4. 32. Монтаж надцентропланного отсека фюзеляжа
Рис. 4.33. Окончательная стыковка самолета В-747 (в середине надцентро-
планный отсек, собранный с крылом)
158
Рис. 4.34. Носовой отсек фюзеляжа самолета В-747 перед стыковкой с перед-
ним отсеком
Рнс. 4. 35. Подготовка переднего отсека,
расположенного в стапеле на воздушной
подушке, к стыковке с носовым отсеком
159
Рис. 4. 36. Стыковка стабилизатора
Рис. 4. 37. Стыковка хвостового оперения
с фюзеляжем
160
Рис. 4. 38. Самолет В-747 после
окончательной стыковки агрегатов:
а—общий вид; б—вид сверху
6 1922
161
Рис. 4.39. Самолет В-747 с откинутым обтекателем радиолокацион-
ной антенны
Рис; 41 40. Готовые самолеты В-747 в цехе окончательной сборки
162
Первая и (пятая секции фюзеляжа собираются непосредственно
на фирме «Макдоннелл-Дуглас», центральные секции — на фирме
«Конвер», а крылья самолета изготавливают в г. Торонто (Канада).
Носовую секцию фюзеляжа собирают из двух половин (ниж-
ней и верхней), в отдельных стапелях. После сборки верхней части
ее переносят краном на позицию сборки нижней части секции и
производят их стыковку. После стыковки проводят монтажные и
установочные работы, включающие в себя установку оборудования
и'Монтаж электро-, пневмо-, гидросистем, систем управления и т. д.
Сборка самолета DC-10 отличается почти полным монтажом
всех коммуникаций и установкой большинства агрегатов оборудо-
вания и систем в секции фюзеляжа.
На заводе фирмы «Конвер» размещены три параллельные про-
изводственные линии по изготовлению центральных секций фюзе-
ляжа. Обшивку для этих секций поставляет итальянская фирма
«Naples».
Крылья изготавливает и собирает фирма «Дуглас эркафт оф
Канада» в четырехъярусном стапеле.
Увязку сборочной оснастки проводят, как и на фирме «Боинг»,
с помощью лазерных устройств. Ведутся работы по использованию
Для этой цели голографии.
Для установки обшивок в стапелях имеются ба'зы с опорными
обводообразующими поверхностями по контуру панелей, с конт-
рольными отверстиями, просверленными по накладным кондукто-
рам-шаблонам.
Клепку панелей кессона крыла длиной до 20 м эта фирма вы-
полняет на автоматах и полуавтоматах фирмы «Джемкор». При
стапельной сборке крыла и отсеков фюзеляжа самолета DC-Ю в
больших объемах применяется ручная клепка пневмомолотками и
ручное сверление отверстий без заусенцев на выходе сверла, осу;
ществляемое пневмодрелями с частотой вращения 20 000 об/мин.
Для образования большого количества отверстий, особенно под
детали одностороннего крепежа диаметром более 4 мм пользуются
накладными кондукторами.
На окончательную сборку самолета1 DC-Ю на заводе в г. Лонг-
Биче также в собранном виде поступают отдельные отсеки с заво-
дов-поставщиков: стабилизатор — с фирмы «Линг-Темко-Воут»
(США), киль—с фирмы «Эриталия» (Италия) и т. д.
Для окончательной сборки планера специально' построен цех
длиной 155 м, шириной 146 м (площадью 22 630 м2). Стоимость
цеха — 10 млн. долл. . г .
Сборку планера самолета' проводят по схеме, приведенной на
рис. 4.41. Первой операцией сборки является стыковка крыла С
центральной секцией фюзеляжа 3, для чего эту секцию устанавли-
вают в сборочном приспособлении. На эту же позицию подается
крыло, полностью состыкованное, со смонтированными стойками
шасси и органами управления и системами. Выверяется взаимное
расположение стыковочных узлов крыла и фюзеляжа, после чего
проводят собственно стыковку агрегатов. При стыковке применя.-
6*
163
Рис. 4. 41. Схема сборки планера самолета DC-10:
1—5—секции фюзеляжа (/—носовая; 2—4—центральная; 5—хвостовая); 6—
крыло; 7—стабилизатор; I—V—порядок сборки агрегатов
ют до 2700 конусных титановых крепежных элементов с прессо-
вой посадкой.
Следующей операцией является стыковка носовой секции фюзе-
ляжа с центральной секцией 2 длиной 16,8 м. По периметру сило-
вого шпангоута применяют как наружные, так и внутренние стыко-
вые полосы, перекрывающие стыковой шов на 254 мм на каждую
сторону от плоскости стыковки.
Аналогично происходит стыковка и остальных секций фюзеля-
жа: хвостовую стыкуют с центральной секцией 4, а отсек из состы-
кованных секций 4 и 5 в свою очередь стыкуют с секцией 3, при-
чем при стыковке крыло, установленное на секции 3, опирается на
основные стойки шасси. Далее два отсека планера — первый из
секций 1 и 2 и второй из секций 3—6 — стыкуют между собой. По-
следним устанавливают стабилизатор.
После испытания герметичных отсеков самолета DC-10 избы-
точным давлением воздуха он перемещается в цех окраски, а от-
туда в цех отдельных работ, пре производят:
1) установку киля (высота самолета 17,69 м);
2) установку двигателей;
3) проводку некоторых монтажей и установку оборудования
(основная часть работ — 85—95% —выполняется в агрегатных це-
хах);
4) установку некоторых деталей интерьера пассажирского са-
лона.
Линия окончательной сборки широкофюзеляжного самолета
L-1011 находится на сборочном заводе корпорации «Локхид» в
г. Палм-Дейле. Цех сборки, расположенный в одном корпусе, име-
ет две зоны, разделенные колоннами облегченной конструкции.
В зоне агрегатной сборки осуществляют поточную сборку отсе-
ков фюзеляжа из клееных слоистых панелей, которые в виде соб-
ранных секций, соответствующих 1/4 части панели, поступают в
аг. Палм-Дейл с завода этой же корпорации из г. Бербенка.
164
Рис. 4.42. Поточная линия сборки фюзеляжа самолета L-1011
Для подъема и перемещения отсеков фюзеляжа из одного- ста-
пеля в другой служат заранее установленные в панелях узлы фик-
сации для захвата тросами траверсы крановой -системы. Внутри
отсеков смонтированы переносные дюралевые леса для клепальных
и монтажных работ. В этой же зоне на потоке проводят сборку
всего фюз-еляжа (-рис. 4.42) в стационарном стапеле с верхним и
нижним уровнями настилов, на -которых, как и на фирме «Боинг»,
размещены стеллажи-склады нормалей, деталей и инструментов.
После стыковки отсеков фюзеляжа в обшивках пассажирской
кабины вырезают окна и приклепывают с помощью односторонне-
го крепежа фрезерованные титановые- окантовки окон. Затем, ис-
пользуя настилы двух уровней, осуществляют монтаж бортового
оборудования и установку в пассажирской кабине деталей звуко-
теплоизоляции и элементов интерьера. При установке теплозвуко-
изоляционных панелей широко используют пластмассовые зубча-
тые стержни, выступающие концы которых после постановки отку-
сывают кусачками. При сборочно-монтажных работах применяют
в больших количествах пластмассовые хомуты. Собранный фюзе-
ляж самолета L-1011 направляют в расположенную рядом зону
окончательной сборки самолета (рис. 4.43) для стыковки с агрега-
тами, поступившими с других заводов корпорации и от фирм-суб-
подрядчиков. Стыковку ОЧК с центропланом проводят с помощью
гребенок, отверстия в которых сверлят пневматическими дрелями
по конструктуру совместно с лентами-накладками. После этого
устанавливают вручную около 5000 конических болтов.
В процессе сборки контролируют каждую операцию (для чего
имеется большой штат контролеров). Результаты замеров, общее
165
Рис. 4.43. Поточная линия сборки фюзеляжа (передний план) и линия
окончательной сборки самолета L-1011 (задний план)
количество которых составляет более 200 000, заиосят в технологи-
ческий паспорт самолета.
По данным фирмы цикл сборки самолета L-10L1 равен 9,5 ме-
сяцам. Специалисты фирмы отмечают, что сборка фюзеляжа сос-
тавляет 2/3 общей трудоемкости сборки самолета.
4.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЖГУТОВ
На фирме «Боинг» жгуты для электрических систем самолета
В-747 собирают в специальной (мастерской, расположенной в непо-
средственной близости от участка сборки панелей. Значительный
объем сборочно-монтажных работ в этой мастерской выполняют
вручную, наиболее трудоемкие операции механизированы и даже
автоматизированы. Так, например, резку, маркировку и скручива-
ние концов проводов производят на установке с ЧПУ (рис. 4.44).
Подготовку на перфокартах заданий на комплектацию проводов
для сборки электрожгутов проводят с помощью ЭВМ. Механизиро-
ван также процесс зачистки проводов, для чего разработана спе-
циальная машинка.
Заделку теплостойких проводов в контакты электрических сое-
динителей и в наконечники, взамен используемой ранее пайки, ве-
дут методом обжатия на специальном оборудовании и оснастке,
поставляемых фирмой «Райхем». (
Для защиты электрожгутов используют специальные трубки из
термоусаживаемой пластмассы, которые при нагреве усаживаются
и плотно обжимают собранный жгут.
Взамен бандажировки жгутов нитками применяют специаль-
ные пластмассовые хомуты, устанавливаемые с помощью ручного
166
Рис. 4. 44. Станок с ЧПУ для резки, скручивания и маркировки проводов
Рис. 4.45. Плазы для сборки электрожгутов самолета В-747
пистолета-иолуавтомата кассетного типа, выпускаемого фирмой
«Томас и Бете Компани». Сборку электрожгутов ведут на плоских
или наклонных плазах, представляющих собой щиты с наклеенны-
ми схемами электрожгутов и штырями для их крепления (рис.
4.45).
Качество сборки электрожгутов (определение величины сопро-
тивлении изоляции, наличие обрывов и коротких замыканий про-
водов и др.) на фирме «Боинг» контролируют с помощью специ-
ального автомата для прозвонки электрожгуггов (рис. 4.46).
167
Рис. 4. 46. Автомат для проверки правильности сборки электрожгутов
Готовые электрожпуты поступают в сборочный цех в специаль-
ной упаковке. Технология изготовления электрожгутов в производ-
стве самолета DC-IO не имеет принципиальных отличий от описан-
ной. Так же как и на фирме «Боинг», основным методом соедине-
ния жил проводов является обжатие их концов. Только 5% соеди-
нений (сборка некоторых электрических соединителей и коробок)
выполняют методом пайки. Известно, что на фирме «Макдон-
нелл—Дуглас» в связи с применением проводов с полиэпоксидной
изоляцией приблизительно на 40% уменьшился диаметр электро-
жгутов и снизилась масса электропроводки на самолете в среднем
на 230 кг.
В цехах сборки электрожгутов на фирмах США широко приме-
няют ленточные конвейеры' для транс портировки различных дета-
лей и подсборок.
4.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И УСТАНОВКА ПАНЕЛЕЙ ИНТЕРЬЕРА
Основную номеклатуру панелей, применяемых в интерьере ши-
рокофюзеляжных самолетов, фирмы США изготавливают в специ-.
альных корпусах, расположенных вблизи1 сборочного комплекса.
Высокая степень механизации основных технологических операций
вызвана необходимостью строгого соблюдения графика поставки
таких панелей на сборку фюзелйжа, а также повышенными требо-
ваниями к качеству и особенно к их внешнему виду.
В интерьерном корпусе фирмы «Боинг» общей площадью
20 000 м2 имеются три участка: 1) подготовки декоративных плас-
тов; 2) изготовления панелей; 3) сборки и складирования готовых
узлов и панелей.
168
Рис. 4.47. Неперфорированная де-
коративная панель интерьера само-
лета В-747
Рис. 4. 48. Типовая перегородка ин-
терьера самолета В-747
В этом корпусе предусмотрены специальные помещения для
хранения сырья и материалов в соответствующих условиях. Так,
например, препрег хранят при пониженных температурах, краски
и жидкие клеящие вещества —в отделении взрывоопасных матери-
алов, пленку «Тедлар» — на участке шелкограф'ии. Блоки пенопо-
лиуретана и сот ив бумаги «Номекс» до раскроя складируют ря-
дом с участком приемки материалов.
Фирма «Боинг» производит три основных типа панелей:
1) перфорированные звукопоглощающие панели с декоративной
поверхностью, применяемые в‘зонах, требующих плумоглушенич,
например' на потолке около дверей;
2) неперфорированные панели с декоративной поверхностью,
используемые для боковых стен, перегородок, шкафов и т. п.’ (рис.
4.47, 4.48);
3) крашеные панели для дверных рам, верхних вещевых ящи-
ков и полок и для других узлов сложной конфигурации'.
Конструкция и технология изготовления указанных типов па-
нелей в основном одинаковы. Каждая панель имеет готово-слоис-
тую конструкцию (.рис. 4.49), состоящую из трех пластов: декора-
тивного верхнего пласта; пропитанного смолой неметаллического
сотового заполнителя из бумаги «Номекс» или найлоРового полот-
на с окантовкой из пенополиуретана или другого аналогичного
материала; основного слоя из препрега (стекловолокна, пропитан-
го полужидкой эпоксидной смолой).
Декоративный пласт представляет собой слоистый лист, состоя-
щий из тонкой прозрачной пленки, склеенной со специальной пласт-
массовой непрозрачной пленкой «Тедлар» и слоем препрета из
стеклоткани или бумаги «Номекс» для звукопоглощающих пане-
лей. На пленку «Тедлер» заранее методом шелкографии красками
нанесен цветной рисунок, соответственно разработанный для каж-
дой панели интерьера. Чтобы избежать загрязнения рисунка, деко-
ративный пласт изготавливают в условиях повышенной чистоты.
169
Рис. 4. 49. Типовая конструкция звукопоглощающей панели
При изготовлении декоративного пласта весьма ответственной
и трудоемкой подготовительной операцией является подбор и сме-
шивание красок. Это обусловлено изменением цвета красок под
воздействием высокотемпературного нагрева1 и давления на после-
дующих этапах изготовления панелей. Смешивание красок основ-
ных цветов, каждому из которых присваивают специальный номер,
проводят в отдельном помещении, проверку краски на устойчи-
вость к изменению цвета осуществляют на стандартных образцах,
изготовленных по производственной технологии. Пропорции красок
основных цветов, обеспечивающие требуемый оттенок, записывают
на специальной дозировочной карточке, по данным которой затем
осуществляют серийный процесс смешивания. При подборе цвета,
а также при повторной проверке каждой партии крисок, необходи-
мой для совпадения оттенков, пользуются специальным прибором.
Технология изготовления декоративного пласта начинается с
подготовки трафарета, которая заключается в переводе на свето-
чувствительный экран с прозрачной позитивной пленки цветного
рисунка, заранее нанесенного на нее. Для этого пленку с
рисунком устанавливают между экраном, покрытым эмульсией, и
источниками света большой интенсивности (рис. 4.50). Под дейст-
вием света эмульсия позади прозрачных мест затвердевает. Этот
процесс называют «обжигом» экрана. После экспозиции с экрана
смывают остатки незатвердевшей эмульсии, в то время как негатив
рисунка остается. Полученный трафарет после сушки устанавли-
вают на печатном станке, который автоматически выполняет весь
необходимый комплекс операций: подачу пленки; остановку плен-
ки; отсасывание воздуха для создания вакуума; покрытие трафаре-
та краской; получение отпечатка; поднятие трафарета; отключение
вакуума; передвижение пленки и повторение всего цикла операций;
В функции оператора входит пополнение запаса краски и наб-
людение за процессом печатания.
17Q
Рис. 4. 50. Экспозиционная рама со светочувствительным экраном и источ-
ники света высокой интенсивности
На фирме «Боинг» работают две линии шел копр афного печата-
ния: автоматическая—со скоростью подачи пленки «Тедлар» 10 ,и
16 м/мин и полуавтоматическая, на которой скорость подачи плен-
ки равна 5,08 м/мин.
Непрозрачную пленку «Тедлар» толщиной 0,05 мм перед печа-
танием в развернутом виде пропускают через сушилку с горячим
воздухом для снятия имеющихся в ней напряжений. В момент пе-
чатания к пленке, закрепленной вакуумными захватами на столе
станка, прижимают с помощью специального устройства трафарет
с краской и таким образом получают на ней соответствующий от-
тиск. Получение многоцветных изображений, наносимых последо-
вательно на переметающуюся пленку, требует ее остановки каж-
дый раз в строго заданном положении. Это обеспечивается фикси-
рующими приспособлениями, пр еду смотрен ними как для трафаре-
та, так и для устройства станка, перемещающего пленку. Отпеча-
танную пленку снова пропускают через воздушную сушилку с тем-
пературой 71° С для удаления остатков растворителя в краске и
пленке, после чего она автоматически наматывается на оправку
(рис. 4.51). Для защиты от механических повреждений, действия
растворителя и т. д. на рисунок наносится прозрачная пленка «Тед-
лар» толщиной 0,025 м. Эту операцию выполняют на специальной
установке «Нип-ролл» фирмы «Лицлер», обрабатывающей пленки
шириной до 1,67 м со скоростью 1,5—S,5 м/с при температуре
177° С.
Далее пленка с рисунком раскраивается и направляется на уча-
сток для образования слоистой конструкции с прочной текстуриро-
ванной декоративной поверхностью, являющейся лицевой стороной
панелей интерьера. С этой целью пленку лицевой стороной кверху
накладывают на лист препрега из стеклоткани (или бумаги «Но-
171
Рис. 4. 51. Автоматическая линия наиесеиия пленки «Тедлар»
мекс» для акустических панелей), а сверху пленки укладывают тис-
ненное полотно. Комплект таких пластов помещают в специальный
пресс, обогреваемый паром до 166° С. Пресс вмещает одновремен-
но 60 пластов размером 1,82X2,74 м. Цикл обработки такой пар-
тии при давлении 6,8 кгс/мм2 — 45 мин. Для отсасывания воздуха
между пластами прикладывают листы пористой бумаги, которая
одновременно служит разделяющим элементом. Декоративные
пласты с основным сотовым слоем из бумаги «Номекс», применя-
емые в акустических панелях, предварительно перфорируют на
прессе фирмы «Манстер» (рис. 4.52). Готовые пласты тщательно
контролируют и передают на участок изготовления панелей.
Одновременно с изготовлением декоративных пластов для пер-
форированных и неперфорированных панелей обрабатывают и дру-
гие элементы слоистых панелей. Так, на участке хранения сырье-
вых материалов блоки сотового заполнителя разрезают на опреде-
ленную толщину с допуском 1,127 мм ленточной пилой фирмы
«Танневиц» с автоматической подачей инструмента; этот станок
оснащен вакуумными захватами материала (рис. 4.53). Размеры и
контуры деталей контролируют по шаблонам, хранящимся на уча-
стке. Детали из пенополиуретана обрабатывают на обычном дере-
вообрабатывающем копировальном оборудовании. Готовые входя-
щие детали, так же как и декоративные пласты, поступают в соот-
ветствии с календарным графиком выпуска панелей на участок
их изготовления вместе со специальными приспособлениями для
склеивания.
Основные этапы производства панелей приведены на рис. 4.54.
Технология изготовления панелей с различной формой поверх-
ности одинакова, за исключением операций наслоения декоратив-
) 172
Рис. 4. 52, Пресс фирмы «Минстер» для перфорации отверстий в панелях
Рис. 4. 53. Ленточная пила фирмы «Таиневиц» для резки блоков сото-
вого заполнителя
ного пласта. В панелях, имеющих простую форму поверхности
(плоскую или с малой одинарной кривизной), лицевая сторона пол-
ностью состоит из декоративного пласта; в панелях с более слож-
ной поверхностью (с малой двойной кривизной) декоративный
пласт применяется только в местах, исключающих искажение ри-
сунка. Если же поверхность панели имеет резкие изгибы (боль-
шую двойную кривизну), декоративный пласт на лицевой стороне
полностью отсутствует.
При изготовлении панелей первого и второго вида декоратив-
ный пласт укладывается лицевой стороной на приспособление
(рис. 4.55), заранее покрытое специальным разделяющим вещест -
173
Рис. 4. 54. Технологическая последовательность изготовления панелей
Рис. 4. 55. Приспособление для сборки панелей сложной формы
вом или полотном в местах, свободных от декоративного пласта.
Сверху на него накладывают лист препрега, используемый как
склеивающий слой. Окантспку панели из пенополиуретана уста-
навливают с помощью специальных фиксирующих элементов на
приспособлении. Внутри окантованной полости помещают сотовый
заполнитель и, наконец, накладывают слой препрега, закрываю-
щий всю поверхность панели. Собранный комплект вместе с прис-
пособлением покрывают найлоновой пленкой, которую герметизи-
руют по краям. В образовавшемся мешке создают вакуум для
плотного прилегания собираемых элементов между собой и с при-
способлением. В таком виде мешок помещают в печь с воздушной
циркуляцией (рис. 4.56), где при 120° С в течение одного часа па-
174
Рис. 4. 56. Печи для полимеризации панелей
нель полимеризуют, и она приобретает требуемую геометрическую
форму, соответствующую форме приспособления. Наибольшие раз-
меры узлов, обрабатываемых в таких печах, достигают 2,4X4,6 м.
После полимеризации (отверждения) приспособление с панелью
принудительно охлаждают до комнатной температуры, затем отк-
лючают вакуум и панель вынимают из приспособления.
Панели, поверхность которых имеет резкие изгибы, обычно де-
лают с сотовым заполнителем, заключенным между двумя слоями
препрега. Так как после отверждения эта слоистая конструкция
имеет шероховатую поверхность, панели шпаклюют', шлифуют и. ок-
рашивают на специальном уча'стке.
Для защиты панели от различных повреждений до окончания
сборочного процесса на декоративную поверхность напыляют слой
пластмассы (рис. 4.57), который впоследствии удаляют.,
Поскольку большую часть панели изготавливают с припусками
по наружным размерам, то, обработку их по контуру, а также вы-
резку отверстий проводят по шаблонам ручными фрезерными го-
ловками (рис. 4.58) или на высокоскоростных фрезерных станках с
программным управлением. При необходимости эти станки могут
быть запрограммированы на сверление в панелях глухих отвер-
стий, предназначенных для монтажа вставок под крепежные дета-
ли. В большинстве случаев сверление таких отверстий ведут по
шаблонам ручными сверлильными машинами, снабженными спе-
циальными головками «микростоп», обеспечивающими требуемую
точность глубины отверстия.
На специальном участке панель покрывают, особым гермети-
ком холодного отверждения типа двужомпонентной эпоксидной
смолы с консистенцией замазки, предназначенным для крепления
175
Рис. 4. 57. Напыление временного защитного покрытия
Рис. 4. 58. Обрезка панели по контуру с помощью ручной фрезерной головки
вставок, металлических винтов и других деталей крепежа, приме-
няемых в конструкции потолочных панелей, а также для 'выравни-
вания торцов панелей, которые после этого зачищают на фрезер-
ном станке.
Для ускорения процесса полимеризации панели выдерживают
в течение определенного срока на полках специальной передвиж-
ной нагревательной камеры (рис. 4.59).
Готовые панели, как прошедшие грунтовку и окраску в камерах,
так и не требующие окраски, хранят на окладе до отправки на уча-
176
Рис, 4. 59. Передвижная печь для отверждения герметика
сток сборки фюзеляжа. На этом же окладе хранятся металличе-
ская арматура, различные готовые узлы и агрегаты интерьера.
На сборочном участке панели, которые требуют только оконча-
тельной отделки и установки прессованных профилей, ручек, крон-
штейнов и других деталей, собирают на рабочих столах без при-
способлений. При сборке панелей, требующих подгонки по раз-
меру и установки соединительных элементов (например, панелей,
туалетов, кухонь, ящиков, а также шкафов и полок для вещей,
дверных облицовок), используют специальные сборочные приспо-
собления (рис. 4.60, 4.61).
Окончательно собранные па!нели и узлы направляют на участки
контроля готовой продукции, после чего их упаковывают в защит-
ную пленку и укладывают в пери зонта л ином или вертикальном по-
ложении на тележки в последовательности, определяемой техноло-
Рис. 4. 60. Шкаф пассажирского салона в процессе сборки
177
Рис. 4.61. Верхний багажный ящик пассажирского салона в про-
цессе сборки
Рис. 4. 62. Установка декоративных панелей интерьера самолета Боинг-747
гией их установки на самолет. Далее тележки на специальной пло-
щадке распределяют по 'ком|плскта1м в расчете на один самолет, а
также с учетом последовательности выполнения сборочных опера-
ций, затем тележки поступают в цех окончательной сборки. Здесь
они располагаются вблизи консольной поворотной площадки ант-
ресоли сборочного цеха, с которой подаются для мснта'жа на само-
лет В-747. При снятии панелей с тележек, как и при загрузке, соб-
людают порядок, соответствующий последовательности установки
панелей в пассажирском салоне.
В технологическом процессе сборки интерьера отсутствует опе-
рация подгонки панелей, поскольку конструктивно предусмотрена
178 '
возможность их установки в сборочное положение с зазорами. Для
заполнения зазоров в местах стыка панелей ставят специальные
подкладки. Установка панелей в интерьере при окончательной
оборке самолета В-747 показана на рис. 4.62.
4.5. ОКРАСКА САМОЛЕТА
Окраску полностью собранного шмрокофюзеляжного самолета
на фирмах США проводят в специальных цехах (малярных анга-
рах), расположенных отдельно от сборочного комплекса, — в аэро-
дромной зоне.
Такой цех на сборочном за1во|де фирмы «Боинг» в г. Эверетте
оборудован специальными отопительно-вентиляционными и очисти-
тельными системам,и. Наличие этих систем обеспечивает оптималь-
ные условия проведения процесса, начиная от операций подготов-
ки поверхностей агрегатов самолета к окраске, их грунтовки и на-
несения нескольких слоев краски при температуре помещения 18° С
и кончая сушкой окрашенной поверхности воздухом, подогретым
до 50° С.
Для сохранения требуемого температурного режима в цехе
пользуются специальной установкой фирмы «Хснейуэлл». Воздух
поступает в помещение через расположенные в верхней части це-
ха впускные отверстия (рис. 4.63), которые обеспечивают его по-
дачу с расходом до 8200 м3/мин, далее воздух обтекает с опреде-
ленной скоростью крыло и фюзеляж по оптимальным траекто-
риям. Автоматическое регулиров1ание направления воздушных по-
токов, температуры нагрева воздуха и влажности в помещении
цеха в течение всего цикла окрашивания и сушки осуществляют
с имеющегося в цехе главного пульта управления.
Рис. 4.63. Панели с отверстиями для принудительной подачи воздуха задан-
ной температуры в малярном ангаре
179
Рис. 4.64. Окончательная окраска самолета Боинг-747 (сверху штабелерный
кран, оборудованный специальной платформой с датчиками)
При подготовке самолета к окраске с поверхностей агрегатов
при помощи специальных смывок удаляют защитные покрытия;
затем очищенные поверхности обезжиривают, тщательно контро-
лируя качество выполнения операции. Отсутствие капель воды на
внешней поверхности самолета (то есть легкое скатывание капель)
характеризует качественное обезжиривание.
На подготовленные таким образом поверхности наносят слой
грунта, а после его сушки — три слоя краски на эпоксидной и по-
лиуретановой основах с последующей сушкой каждого слоя.
Краску на поверхность фюзеляжа наносит вручную пульвери-
затором маляр, который находится на площадке одного из восьми
штабелерных кранов, расположенных по контуру фюзеляжа в пла-
не (по четыре с каждой стороны). На площадке находится также
тара с краской. Специальная система управления краном позво-
ляет оператору устанавливать площадку горизонтально в любой
точке продольного и поперечного обводов фюзеляжа. На кромках
площадок имеются контактные датчики, выключающие привод
площадки при появлении опасности касания ее к поверхности
фюзеляжа (рис. 4. 64).
Весь комплекс работ по окраске крыла осуществляют с пло-
щадок стендов, установленных вдоль крыла. Для очистки и окрас-
ки поверхностей стабилизатора используют неподвижные площад-
ки. Штабелерный кран обеспечивает доступ к килю.
В течение всего процесса окраски самолета стекающие на пол
вода и излишки краски через решетки в полу цеха поступают в
дренажную систему, оборудованную очистными устройствами. Под
полом цеха расположены системы гидрофильтров и других спе-
циальных фильтров, которые задерживают содержащиеся в возду-
хе частицы краски перед его выходом в атмосферу.
180
В’отличие от организации окраски самолета В-747, поверх-
ность самолета DC-10 очищают до установки киля в отдельном
отсеке малярного ангара. На обезжиренные поверхности наносят
два слоя грунта, а после их сушки — два слоя краски. Поверхно-
сти агрегатов после окраски и сушки полируют, а затем наносят
последний слой краски. Как и на фирме «Боинг», при окраске са-
молета и подготовке к ней температуру в помещении цеха поддер-
живают равной 18° С, а затем для сокращения цикла сушки повы-
шают ее до 50—60° С.
На фирме «Локхид» малярный цех также оснащен сложным
инженерным оборудованием, позволяющим поддерживать в поме-
щении необходимую чистоту и требуемый режим влажности и тем-
пературы воздуха. При окраске самолета все фирмы пользуются
манипуляторами.
Полный цикл окраски самолета составляет:
на фирме «Боинг» . ,
на фирме «Дуглас»
на фирме «Локхид» .
2,5—3 дня (при 16-часовой работе в
день)
5 дней
4 дня, два из которых затрачивают на
подготовку самолета к окраске
4.6. ИСПЫТАНИЯ САМОЛЕТОВ ПЕРЕД СДАЧЕЙ ИХ АВИАКОМПАНИЯМ
К числу средств отработки самолетов на аэродроме относится
девиационный круг, применяемый для разворота самолета при спи-
сании девиации компасов. Фирма «Боинг» спроектировала и по-
строила девиационный круг на 16-ти воздушных подушках, кото-
рый позволяет разворачивать самолет на 360° вокруг его верти-
кальной оси (рис. 4. 65).
Рнс. 4.65. Самолет В-747 на девиационном круге, оснащенном воздушной
подушкой
181
Рис. 4.66. Площадка предполетного контроля самолетов В-727 на заводе в
г. Рентоне
Это устройство позволило в 4 раза сократить время для списа-
ния девиации компасов и в 2 раза уменьшить площадь для испы-
таний.
Перед сдачей заказчику самолеты проходят предполетный кон-
троль (рис. 4. 66) и летные испытания. Для регистрации и обра-
ботки данных широко используют быстродействующие цифровые
вычислители и самопишущие приборы. Число людей, участвующих
в проведении летных испытаний и обработке даных, осталось при-
мерно таким же, как при испытаниях самолетов В-727 и В-737.
Полное время летных испытаний серийного самолета В-747 не пре-
вышает 8 летн. ч.
В области получения и обработки данных испытаний самолета
В-747 проведены следующие усовершенствования:
установлена вычислительная машина IBM 360/65;
осуществлен полный переход на запись с кодово-импульсной
модуляцией;
широко используется запись с непрерывной широкополосной ча-
стотной модуляцией, тогда как ранее, как правило, производилась
запись с узкополосной частотной модуляцией.
Приемку самолета осуществляет экипаж заказчика. Летную
подготовку этих экипажей выполняет фирма «Боинг».
Большой комплекс контрольных и испытательных средств с
высокой степенью автоматизации используют для проверки само-
летов и фирм «Макдоннелл — Дуглас» и «Локхид».
182
г
Г лава 5
ПРИМЕНЕНИЕ В АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ США
ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ техники
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И В УПРАВЛЕНИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Автоматизация проектных и производственных процессов в ма-
шиностроении, включая и управление самим производством, в на-
стоящее время в значительной степени зависит от развития элек-
тронно-вычислительной техники.
К началу 70-х годов в капиталистических странах находилось
в эксплуатации, включая и мини-машины *, примерно 120 тыс. вы-
числительных машин, из них 109 тыс. (на сумму 35 млрд, долл.) —
машин производства фирм США. По количеству ЭВМ на душу
населения первое место среди капиталистических стран занимали
США, где на 1000 человек населения в 1971 г. приходилось
0,24 ЭВМ. По данным периодической печати США большинство
специалистов по исследованию рынка считают, что высокий спрос
на вычислительную технику в ближайшие годы будет определять-
ся следующими факторами:
непрерывным расширением областей применения ЭВМ;
заменой имеющихся машин более современными;
увеличением количества внешнего оборудования, в том числе
и запоминающих устройств у имеющихся ЭВМ;
непрерывным снижением стоимости ЭВМ;
созданием сетей и однородных вычислительных систем на базе
средних, больших и мини-ЭВМ;
созданием однородных вычислительных средств на базе мик-
ро-ЭВМ;
увеличением количества и типов внешнего оборудования, в том
числе и запоминающих устройств при одновременном увеличении
их емкости и снижении их стоимости;
созданием новых типов средств связи, обладающих увеличен-
ной надежностью, плотностью и скоростью 'передачи информации.
Одновременно будут действовать и факторы, сдерживающие
развитие вычислительной техники, а именно: нехватка инженеров-
математиков и программистов, а также высокая стоимость и недо-
статочная эффективность средств математического обеспечения
для машин третьего поколения.
Будет сохраняться уже наметившаяся тенденция сокращения
разрыва в использовании ЭВМ в странах Западной Европы и
США. Так, в 1961 г. США превосходили Западную Европу по
* Мини-ЭВМ — это малогабаритная ЭВМ с усеченным каналом и малой
длиной ячейки (как правило, 16 разрядов). Состав аналогичен большой ЭВМ,
ио накопители имеют меньшую емкость: МОЗУ до 128 кбайт, диск—1 мли.
байт и т. д. Мини-ЭВМ, как правило, позволяет подключать большое количе-
ство внешних устройств (датчиков, преобразователей и т. д.), используемых в
системах управления технологическими процессами.
183
I
Рис. 5.1. Рост парка ЭВМ в
США (/) и Западной Евро-
пе (2)
Рис. 5.2. Телевизионная установка для графического
воспроизведения информации о конструкции деталей
или обрабатываемого контура
количеству и стоимости парка ЭВМ в 6 раз, в 1965 г. — в 4,1,
в 1969 г. — в 3,2, а в 1975 г. — только в 2 раза (рис. 5. 1).
Крупнейшим потребителем ЭВМ в США является промышлен-
ность (табл. 5. 1); уже в 1967 г. на ее долю приходилось свыше
40% всех установленных в США машин.
Таблица 5.1
Распределение ЭВМ по областям промышленности и управления в США
Область использованоя ЭВМ Объем применения ЭВМ, %
1968 г. 1971—1973 гг.
Административные работы и финансы 44 29
Производство 19 24
Исследование рынка и прогнозирование 13 15
НИР и ОКР 11 13
Сбыт 10 12
Планирование н контроль 3 7
Применение ЭВМ в авиационной промышленности США посто-
янно расширяется. Ведущие авиационные фирмы США на основе
комплексной программы применяют электронно-вычислительные
машины на всех стадиях проектирования и производства летатель-
ных аппаратов, начиная с разработки эскизного проекта.
В настоящее время ЭВМ используется в различных областях’
проектирования, в частности:
при проектировании и использовании антенн для слежения за
полетом летательных аппаратов;
184
Рис. 5. 3. Автоматическая система выполнения чертежей и подготовки информации
с них для станков с ЧПУ
при проектировании больших интегральных схем в системах
управления;
при проектировании аэродинамических обвбдов и конструкций
авиационной техники.
Так, исследовательской лабораторией фирмы «Локхид» в г. Ма-
риетта разработана методика моделирования крыла на ЭВМ, по-
зволяющая еще до испытания модели в аэродинамической трубе
исследовать ее аэродинамические свойства при различных услови-
ях полета. Эти исследования ведутся совместно авиаконструкто-
ром и инженером-программистом.
Обработанные на ЭВМ данные выдаются в виде графической
информации на экран электронно-лучевой индикаторной трубки.
Проектировщик при помощи светового карандаша вносит необхо-
димую коррекцию, а затем вся информация вводится в запомина-
ющее устройство. По результатам испытания в аэродинамической
трубе проектировщиком вносятся необходимые коррективы в ранее
смоделированную на ЭВМ конструкцию.
Фирмы «Макдоннелл — Дуглас», «Боинг» и «Локхид» при про-
ектировании широкофюзеляжных самолетов использовали ЭВМ
третьего поколения, поставляемые фирмой IBM. Для изготовления
чертежей и вычерчивания аэродинамических обводов самолето-
строительные фирмы используют выпускаемые фирмой «Актрон
Индаст.ри» графопостроители (координатографы), включающие
телевизионную установку с экраном для проектирования и визу-
ального контроля разработанных конструкций узлов и деталей
(рис. 5.2). Автоматическая система выполнения чертежей и под-
готовки с них информации для станков с ЧПУ, представленная на
рис. 5. 3, имеет скорость вычерчивания 600 импульсов в минуту,
точность ‘позиционирования ±0,1 мм; рабочая поверхность стола
1,5X3,6 м.
185
Фирмы используют ЭВМ также для планирования всего про-
изводства, включая расчет сменных и месячных заданий каждому
рабочему, проектирование инструмента, учет заказов на инстру-
мент и комплектующие изделия.
Постоянно совершенствуются применяемые фирмами методы
подготовки программ для станков с ЧПУ. Как уже указывалось,
каждая самолетостроительная фирма располагает парком обору-
дования с ЧПУ и 200—250 станков. Подготовка программ построе-
на на широком использовании ЭВМ для расчета траектории дви-
жения инструмента при обработке фасонных поверхностей, а также
расчета режимов резания. Тем не менее трудоемкость программи-
рования сравнительно высока. Так, на фирме «Макдоннелл — Дуг-
лас» в 1973 г. составление программы обработки на фрезерном
станке сложной детали из титанового сплава площадью 2 м2 потре-
бовало 1000 ч работы нескольких программистов.
В среднем на всех фирмах на составление программы обработки
1 м2 поверхности затрачивалось около 200—300 ч работы програм-
миста.
Высокая трудоемкость подготовки основных программ застав-
ляет фирмы изыскивать методы и средства ее сокращения. К чис-
лу этих методов относится, в частности, установившаяся практика
использования полученной в процессе проектирования аэродина-
мических обводов математической информации для расчета про-
грамм. Вторым важным средством сокращения трудоемкости
программирования служит метод записи цифровой программы по
чертежу или шаблону. Фирма «Макдоннелл — Дуглас» применяет
для этого устройство, разработанное фирмой «Актрон», которое
позволяет получать программу, записанную на перфоленту, непо-.
средственно с чертежа. На подготовку перфоленты, необходимой
для изготовления шаблона средней сложности, затрачивается
15 мин. Полученная перфолента вводится в систему управления
станком, что позволяет при автоматическом и ручном обходе кон-
тура детали учитывать и диаметр фрезы. Точность слежения по
контуру при записи по чертежу 0,05 мм на длине контура
300 мм и 0,12 мм на длине 3000 мм. Система записи различает
параллельные линии, отстоящие друг от друга на 0,4 мм и пунк-
тирные линии с шагом пунктира 6,3 мм. Скорость записи при об-
ходе прямых линий 2500 мм/мин, а дуг окружности радиусом
12,7 мм — 250 мм/мин. Размеры стола 3600X1500 мм. Чертеж
удерживается на столе вакуумными присосками.
Скорость обхода регулирует оператор. Синусно-косинусный по-
тенциометр, механически связанный со следящей головкой и снаб-
женный фотоэлементом, обеспечивает требуемую скорость подачи
по координатам в соответствии с углом наклона касательной
обходимого контура к направлению координат. Перемещение го-
ловки следящего устройства преобразуется в электрические сиг-
налы и кодируется в цифровой форме датчиками фирмы «Лендикс
Шеффилд». Цифровая информация подается в ЭВМ «Хонестуэлл
мод. PDP-116», которая обрабатывает полученные данные и выда-
186
Рис. 5.4. Схема группового управления станками с ЧПУ от общей ЭВМ:
/—5—оборудование для ввода информации различных типов; 6—копиро-
вальная машина; 7—устройства вывода информации; 8—устройство ввода
и вывода информации на перфоленте; 9—множительный аппарат; 10—ав-
тономная автоматизированная система программирования; 11—координато-
граф; 12—-центральная ЭВМ управления; 13—дисплей; 14—пульты ЧПУ
станками
ет результаты на блок перфорации. Разрешающая способность
системы 0,025 мм по обеим координатам.
Значительное внимание уделяется самолетостроительными фир-
мами повышению коэффициента использования станков с ЧПУ.
В связи с этим многие фирмы начинают внедрять так называемые
системы непосредственного или прямого числового управления от
ЭВМ отдельным станком, группой станков или технологическим
участком (рис. 5. 4).
Последние годы характеризуются появлением большого коли-
чества разнообразных «оперативных систем» подготовки про-
грамм: ИЗОПРОГ, NC-диалог (ФРГ), Мини-АПТ (Франция),
МОД APT (Италия) и т. д.
Эти системы представляют собой, как правило, подмножество
мощных языков (например, APT) и базируются на мини-ЭВМ.
Оперативные системы оснащены всем необходимым для быстрого
получения и отладки программ, графическим контролем, редакто-
ром входного текста и т. д. Как правило, все подобные системы
работают в диалоговом режиме, сохраняя возможность пакетной
обработки. Легкость и быстрота получения основных программ,
надежность в работе, простота в обслуживании — все это опреде-
ляет коммерческий успех таких систем. В настоящее время поч-
ти каждая фирма-изготовитель мини-ЭВМ оснащает свои машины
пакетом прикладных программ для автоматизации программиро-
вания.
В США установлена точная терминология, стандартизованная
Ассоциацией электронной промышленности (EJA). Согласно стан-
дарту групповая система ЭВМ — ЧПУ (DNC) определяется как
система, включающая некоторое число станков с ЧПУ, соединен-
ных с общим запоминающим устройством для хранения про-
187
грамм, которые могут быть затребованы оттуда для использова-
ния на станке. В системе обычно предусмотрена возможность ви-
зуального воспроизведения и редактирования программ, инструк-
тирования рабочих, а также сбора информации о технологическом
процессе. При автоматизации управления группой станков или це-
лым технологическим участком система управления строится по
иерархическому принципу.
Универсальная ЭВМ используется для планирования, учета и
диспетчирования загрузки станков, подготовки необходимых дан-
ных для программирования. В отдельных случаях в ЭВМ хранятся
записанные на магнитных барабанах или магнитных дисках про-
граммы обработки. По команде ЭВМ включается барабан или диск
и программа передается к станку по проводам. В других случаях
между центральной ЭВМ и станками устанавливается ряд мини-
ЭВМ. Во всех случаях ЭВМ играют роль диспетчера и хранителя
программ, записанных на магнитных барабанах, дисках или
лентах.
В последние годы в США появились системы управления стан-
ками с переменной структурой. На Чикагской выставке станков
в 1972 г. из 200 выставленных систем 20 систем были с перемен-
ной структурой. Однако в промышленности работает не более
300—500 таких систем, в то время как общее число систем с ЧПУ
в США достигает 30 000.
Система с переменной структурой (CNC) определяется по стан-
дарту США следующим образом: система ЧПУ, в которой инди-
видуальная мини-ЭВМ с хранящимися в ней программами осуще-
ствляет все или некоторые функции систем ЧПУ станками в соот-
ветствии с программой, хранящейся в памяти ЭВМ. Обычно мини-
ЭВМ встраивается непосредственно в систему управления станком,
ее применение целесообразно в первую очередь в специализиро-
ванных станках, предназначаемых для обработки определенного
класса однотипных деталей, когда появляется реальная возмож-
ность на основе принципов групповой технологии разработать не-
обходимый математический аппарат для автоматического проекти-
рования технологического процесса обработки деталей на станке.
Применение мини-ЭВМ при этих условиях позволяет резко сокра-
тить объем информации по сравнению с обычно вводимой в пульт
управления станком со встроенным интерполятором, сократить
трудоемкость подготовки программ, встроить систему адаптивного
управления, вносить необходимые коррективы в программу без
особых осложнений.
Системы ЧПУ с переменной структурой являются представите-
лями четвертого поколения систем ЧПУ. По мнению специалистов,
управление станками с помощью мини-ЭВМ очень эффективно.
Мини-ЭВМ становятся конкурентоспособными по отношению к си-
стемам ЧПУ с фиксированной схемой управления и, возможно,
даже придут им на смену, поскольку позволяют менять структур-
ную схему системы ЧПУ с помощью только математического обес-
печения, без какой-либо перепайки схем. Кроме этого, применение
188
мини-ЭВМ позволяет контролировать работу станков (причем име-
ется аварийная сигнализация).
Мини-ЭВМ находят применение не только в системах ЧПУ
станками с переменной структурой, но также и в электронных си-
стемах циклового управления с внутренней памятью и для контро-
ля работы сборочных машин. Фирма «Грумман Эркрафт» исполь-
зует ЭВМ для управления процессом клепки крыльев самолета.
В этом случае применяются титановые заклепки, требующие оп-
ределенного изменения выдержки под давлением в процессе клеп-
ки. До внедрения ЭВМ в этом процессе осуществлялось простое
регулирование скорости клепки.
В системах группового управления ЧПУ — ЭВМ большое вни-
мание уделяется сбору и выдаче на центральный пульт управле--
ния информации о состоянии всех отдельных их элементов. В лю-
бой момент можно узнать, загружен ли тот или иной станок, в ка-
ком состоянии находятся режущие инструменты, нужна ли их заме-
на и т. д. В этих системах ведется также статистическая обработка
данных.
Дальнейшее развитие систем ЧПУ — ЭВМ идет по пути разра-
ботки комплекса централизованного автоматического управления
производством от центральной ЭВМ всем предприятиям; в таком
комплексе, помимо обычных задач, решаются вопросы планирова-
ния и организации производства. В последнее время в США все
более широкое распространение получают системы ЧПУ металло-
режущим оборудованием, в которых используются микропроцес-
соры.
Глава 6
ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ США
Самолетостроительные фирмы «Боинг», «Макдоннелл — Дуг-
лас» и «Локхид» для производства широкофюзеляжных самолетов
В-747, DC-10 и L-1011 в конце 60-х годов создали специальную
авиационную индустрию, обеспечивающую суммарное производст-
во 20—23 самолетов в месяц.
Каждой фирмой были построены дополнительные площади
размером 1 —1,5 млн. м2, в том числе сборочные заводы площадью
более 370 тыс. м2 в г. Эверетте («Боинг»), Лонг-Биче («Макдон-
нел— Дуглас») и Палм-Дейле («Локхид»), заводы по механиче-
ской обработке крупногабаритных деталей (панелей крыла раз-
мером 3x35 м, стрингеров длиной до 35 м и др.), а также отдель-
ные корпуса площадью от 30 до 60 тыс. м2 для новых
технологических процессов (производства клееных и сотовых
конструкций в г. Оберне, деталей интерьера пассажирской каби-
ны, клепки крупногабаритных узлов и др.).
189
п/\окхид“
-----2Г2------
ДД.егп^-Нет.
раниыпххаанныХ
„мякдпннем-
ДУГМС"
'“/Heni^i -Не.гп^
да нных^данныхе
Рис. 6. 1. Распределение промышленных площадей крупнейших аэрокосмических
фирм США за период с 1965 по 1972 гг.:
□—общая площадь, млн. м5; ЕЭ—собственные, %; И—государственные. %;|=1-арен-
дуемые у других фирм, %
Фирма «Боинг» приступила к строительству завода оконча-
тельной сборки стоимостью 200 млн. долл, в г. Эверетте 1 августа
1966 г.
К 1972 г. фирмы США располагали производственными мощно-
стями (рис. 6. 1), достаточными для выполнения всех имевшихся
тогда заказов. Фирмы освоили площади, специально предназна-
ченные для производства широкофюзеляжных самолетов (табл.
6. 1), так как по высоте, ширине пролетов и допускаемым крано-
вым нагрузкам существующие корпуса не могли быть использо-
ваны из-за больших габаритных размеров неразъемных конструк-
ций крыла и фюзеляжа, панелей крыла и других агрегатов.
Таблица 6.1
Количество производственных площадей и численность персонала,
занятого производством широкофюзеляжных самолетов США в 1971 —1972 гг.
Фирма Площадь для вы- пуска широко- фюЗеляжных пассажирских самолетов, тыс. м2 Численность персонала, тыс. чел. Удельный вес субподрядных поставок, % от стоимости
«Боинг» 700 27,0 52
«Макдоннелл — Дуглас» 600—700 26,0 45
«Локхид» 600—700 21,0 40
190
Рис. 6.2. Размещение магистральных сетей в проходном тоннеле производст-
венного корпуса на фирме «Боинг»
Новые технологические процессы склеивания, изготовления де-
талей интерьера самолета и применение новых материалов предъ-
являют высокие требования к чистоте, температуре и влажности
воздуха в производственных помещениях.
Во всех вновь построенных производственных зданиях и соору-
жениях обеспечено оптимальное сочетание объемно-планировоч-
ных и конструктивных решений зданий с функциональным их на-
значением и учетом возможности дальнейшего расширения заво-
дов; обеспечена гибкость планировки помещений; проходные
тоннели использованы для прокладки магистральных сетей (рис.
6.2). Предусмотрен необходимый резерв площадей, созданы усло-
вия для удобства эксплуатации; предпочтение отдано конструкци-
ям и материалам, не требующим особого ухода и ремонта; обес-
печен достаточно высокий уровень санитарно-гигиенических
условий, освещенности, промышленной эстетики; используются эф-
фективные средства очистки воздуха, пылеуловители и специаль-
ные фильтры.
На самолетостроительном заводе фирмы «Боинг» в г. Эверетте
имеются четыре зоны — складские помещения, производственные
корпуса, административные службы (здесь же размещено ОКБ)
и аэродром.
При сооружении основных производственных корпусов соблю-
ден принцип модульности их конструкции (рис. 6.3, а). Модуль
представляет собой конструкцию пролетом около 92 м, высотой 34 м
(до верхних строений кровли) и шагом колонн 48 м.
191
Рис. 6.3. Производственный
корпус блочной конструкции
фирмы «Боинг» (а) и схема
наращивания модулей при
строительстве корпуса (б)
В этом блоке в межферменном пространстве монтируются все
промышленные разводки, которые стыкуются с основными распре-
делительными системами, а также устанавливаются вентиляторы,
трансформаторы и другое оборудование. Связанные башенные
секции являются конструктивными опорами для ферм, в них раз-
мещаются многоэтажные складские помещения. Модульный прин-
цип строительства позволяет расширять производственные площа-
ди, не мешая действующему производству (рис. 6.3,6). Размеще-
ние цехов в здании площадью 372 тыс. м2 блочной конструкции
показано на рис. 6. 4.
Фирмой «Боинг» на заводе в г. Эверетте построен корпус-ангар
специально для окраски самолетов В-747. Основные строительные
параметры этого корпуса такие же, как и у сборочного корпуса
(пролет 92 м, высота 27 м). Корпуса механических цехов для об-
работки крупногабаритных деталей имеют ширину пролета 48 м и
высоту (до нижней части фермы) 15 м.
Новые промышленные здания фирм США, выпускающих широ-
кофюзеляжиые самолеты, чаще всего построены в виде блоков
различных параметров с плоской кровлей. Бесфонарное здание в
США дешевле в эксплуатации, поскольку расходы на содержание
фонарей (регулярное мытье и замена стекол, уход за кровлей и
т. д.) превышают расходы на электроэнергию. Конструкции бесфо-
нарного покрытия дешевле, быстрей возводятся, что особенно важ-
но с точки зрения сокращения сроков строительства.
Конструктивные решения промышленных зданий, ограждающие
их конструкции и отделка весьма просты и сводятся всего к не-
скольким типам. Широко применяются ограждающие конструкции
192
Рис. 6. 4. Размещение производственных цехов в здании блочной конструкции иа заво-
де фирмы «Боинг» в г. Эверетте
в виде металлического каркаса и железобетонных навесных пане-
лей (рис. 6.5), применяются стандартные элементы и детали
(лестницы, двери, ворота, оконные переплеты и т. д.). Инженер-
ное оборудование и коммуникации повсюду размещаются в меж-
ферменном пространстве.
На всех самолетостроительных фирмах США большое значе-
ние придают вопросам складирования. Уровень механизации по-
грузочно-разгрузочных работ на складах достаточно высокий.
Склады оборудованы различными подъемными механизмами и
транспортными устройствами (автопогрузчиками, кранами, штабе-
лерами, роликовыми конвейерами, транспортерами и др.), что по-
зволяет до минимума сократить обслуживающий персонал. Мате-
риальный учет ведется с помощью ЭВМ.
Погрузочно-разгрузочные и транспортные работы в основном п
вспомогательном производстве также механизированы — цехи обо^
рудованы различными кранами, конвейерами, в том числе и с авто-
матическим адресованием грузов, пневмотранспортом для техниче?
ской документации и малогабаритных грузов.
- Количество транспортно-складских рабочих на заводах США
составляет 8—10% от общего числа рабочих.
7 1922
193
Рис. 6.5. Ограждающие конструкции (металлокаркас и железобетонные панели) и раз-
меры промышленного здания самолетостроительного завода в США
В США широко практикуется объединение корпусов основного
и вспомогательного производства, включая энергетические служ-
бы, в общие блоки.
На заводах фирм «Боинг», «Локхид» и «Макдоннелл — Дуг-
лас», как правило, инженерные устройства размещаются в меж-
ферменном пространстве промышленных корпусов, в результате
чего экономится 10—15% площади и повышается маневренность
планировочных решений.
В производстве широкофюзеляжных самолетов на фирме
«Боинг» на одного рабочего приходится от 20 до 100 м2 производ-
ственной площади. Это позволяет рационально разместить рабо-
чие места, оборудование, крупногабаритную оснастку, склады.
На заводах США до последнего времени для управления скла-
дами и производственным транспортом ЭВМ применялись редко.
Следует отметить, что на отечественных предприятиях достигнут
высокий уровень механизации складов с управлением от систем
ЧПУ и ЭВМ, на которых хранятся и выдаются не только детали,
но и самый различный инструмент (рис. 6. 6).
Глава 7
ФИРМЫ — ПРОИЗВОДИТЕЛИ ДВИГАТЕЛЕЙ
ДЛЯ ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
В конкурентной борьбе по созданию мощных, надежных, эко-
номичных и относительно дешевых двигателей для широкофюзе-
ляжных самолетов В-747, DC-10, L-1011 приняли участие три
компании западного авиационного двигателестроения: «Роллс-
Ройс» (Англия), «Дженерал электрик» и «Пратт-Уитни» (США).
Такими двигателями стали RB-211, CF-6, JT9-D (рис. 7.1).
Фирма «Роллс-Ройс» — крупнейший производитель газотурбин-
ных двигателей в Великобритании — основана в 1906 г. Фирма
имеет шесть отделений, пять из которых заняты производством
авиационных двигателей: «Аэро Инджин дивижн», «Бристоль
Инджин дивижн», «Смолл Инджин дивижн», «Индастриал энд
Мэрайн Гэс турбин дивижн» (ракетные двигатели) и «Мотор Кар
Дивижн» (двигатели легких самолетов).
194
Рис. 6. в. Механизированные склады для хранения и выдачи:
I—деталей сборочных цехов; б—пресс-форм и другой оснастки; а—кузнечных штампов
в
7*
1Г5.
Рис. 7. 1. Двигатели RB-211 (a), CF-6 (б) и JT-9D (в) для широко-
фюзеляжных самолетов
196
Несколько лет назад на ней было занято 98 000 человек, при-
чем свыше 50 000—работало в производстве авиационных двига-
телей, 18 000 — занималось исследовательской и конструкторской
работой. Более 80% всего товарооборота, составляющего 300 млн.
фунтов стерлингов, компания получает от производства авиацион-
ных двигателей (по данным 1972 г.).
Фирма изготовляет турбовентиляторные, турбореактивные, тур-
бовинтовые, поршневые, прямоточные воздушно-реактивные, ра-
кетные и другие двигатели.
В производстве двигателя RB-211 участвуют многие специали-
зированные фирмы как поставщики заготовок, полуфабрикатов или
деталей.
Вид поставок Фирма
Корпус камеры сгорания .... «Л. Л. Чинн эид Ко»
Корпус вентилятора.................«Рейнольдс Тьюб Ко»
Лопатки турбовентилятора . ... . «Томсон Реймо Вулридж»
Вентиляторные титановые лопатки и
диски.............................. . «Смит Гайтон Фодж»
Диски вентилятора..................«Империал металл индастриз»
Диски, кольцевые детали............«Генри Вигджиненд Ко»
Валы КНД и КВД ...... «Фирг Браун»
Подшипники ........ «Ренеем Хоффман Поллард»
Всего фирмой «Роллс-Ройс» изготовлено свыше 80 тысяч газо-
турбинных двигателей различных типов.
Налажено серийное производство турбовентиляторных двига-
телей «Трент», «Спей», «Конвей» и двигателей других типов.
Большинство двигателей этой компании используется на самоле-
тах «Фантом» и др.
Фирма «Роллс-Ройс» сотрудничает со многими странами мира.
По совместным соглашениям изготавливаются такие двигатели,
как TF-1141 («Аллисон»), «Олимпус-593» и М45Н (SNECMA),
«Адур» («Турбомека»), турбовентиляторный двигатель RB-193
(МГИ) и RB-199 («Турбо Унион»). Двигатель RB-199 является усо-
вершенствованным трехвальным турбовентиляторным двигателем.
В 1968 г. фирма «Роллс-Ройс» заключила контракт с фирмой
«Локхид» на поставку двигателя RB-211-22 и запасных частей
для 181 самолета L-1011 «Тристар» на сумму 650 млн. долл.
В процессе работы над двигателем RB-211 затраты с запланиро-
ванных 156 возросли до 400 млн. долл. В 1971 г. в связи с тяже-
лым финансовым положением компания была национализирова-
на. Продажа завода по производству автомобилей должна была
дать средства для укрепления авиадвигателестроительных за-
водов.
В начале 70-х годов фирма производила 15—18 двигателей
RB-211 в месяц; имеющиеся мощности позволяют выпускать
20 двигателей. При реализации существующих возможностей рас-
ширения производства выпуск двигателей через 1,5—2 года может
возрасти до 26 единиц в месяц.
Так как цена двигателя в 1968 г. была установлена равной
511000 долл, при импорте в США, то даже с уплатой пошлины око-
197
ло 6%, двигатель RB-211 мог конкурировать с двигателями того же
назначения, выпускаемыми фирмами США.
Фирма «Дженерал электрик» стала выпускать газотурбинные
двигатели с 1941 г. совместно с английскими компаниями. С этого
же времени фирма начала серийное производство двигателей.
В конце 60-х годов произошла реорганизация фирмы с целью уси-
ления самостоятельности отделений, связанных с разработкой оп-
ределенных видов продукции. Так, было создано отделение «Ком-
мершиал Энджин Дивижн», которое разрабатывает двигатели для
самолетов гражданского назначения.
В настоящее время более чем на 300 предприятиях компании в
25 странах мира работают 380 000 человек. Фирма выпускает
свыше 250 000 наименований изделий.
Специально для широкофюзеляжных пассажирских самолетов
на базе двигателя TF-39 разработан турбовентиляторный двига-
тель CF-6, который предназначен для самолета DC-10 фирмы
«Макдоннелл — Дуглас» и для европейского аэробуса А-300В.
Фирма «Пратт-Уитни» — самая крупная из пяти отделений,
четырех филиалов и центральной научно-исследовательской орга-
низации, образующих корпорацию «Юнайтэд эркрафт корпо-
рейшн». На фирме занято около 40 000 рабочих и служащих.
Со времени выпуска первого турбовинтового двигателя в 1947 г.
по 1972 г. фирма изготовила более чем 53622 газотурбинных дви-
гателя для военных и гражданских самолетов. К концу марта
1972 г. общая наработка этих двигателей превысила 270 млн.
летн. ч на военных и транспортных самолетах. Фирма «Пратт-
Уитни» является главным поставщиком турбовентиляторных и тур-
бореактивных двигателей для больших и средних транспортных
самолетов фирм «Боинг» и «Макдоннелл — Дуглас». Она изготов-
ляет турбовентиляторный двигатель JT9-D, который установлен на
самолетах В-747 и DC-10-40. Основным поставщиком двигателей
фирме «Боинг» является фирма «Пратт-Уитни».
Глава 8
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ
САМОЛЕТОВ
Сложившийся рынок сбыта авиационной техники потребовал
поставки широкофюзеляжных самолетов с двигателями той фир-
мы, к обслуживанию которых приспособлены соответствующие
службы компаний, эксплуатирующих авиационную технику. Само-
летостроительные фирмы по желанию заказчика могут поставлять
самолет с тем или иным двигателем (табл. 8. 1).
Эксплуатационные характеристики двигателей (табл. 8.2) не-
прерывно улучшаются как в результате конструктивных меро-
приятий (вспрыск воды, изменение системы подачи топлива и др.),
198
Рис. 8.1. Блочная конструкция двигателей:
a—RB-2U; б—CF-6
так и благодаря технологическим достижениям (полая лопатка
вентилятора, перфорация рабочей лопатки турбины и др.).
Общим для турбовентиляторных двигателей RB-211, CF-6,
JT9-D является блочная (модульная) конструкция (рис. 8.1). Та-
кая конструкция позволяет заменить периодическую переборку
двигателя обслуживанием по состоянию, установить ресурс для
каждого модуля, организовать поузловую сборку, а также умень-
шить количество запасных двигателей за счет замены при необ-
ходимости отдельных узлов (модулей).
Все фирмы вели проектирование в тесном контакте с техноло-
гическими службами. При этом были решены важные технологи-
ческие проблемы, такие, как перфорация отверстий для пленочно-
199
го охлаждения лопаток турбины. Некоторые решения, хотя и не
доведены в настоящее время до практического внедрения, однако
послужили стимулом к разработке новых технологических направ-
лений, например, созданию вентиляторной лопатки из углепла-
стика.
Таблица 8.1
Применение двигателей на широкофюзеляжных самолетах в 1973—1976 гг.
Модель самолета Применяемые двигатели
RB-2H CF-6 JT9-D
В-747 '+ + +
рс-ю — + +
L-1011 + — —
А-300В + + —
Двигатель RB-211 в отличие от двигателей CF-6 и JT9-D имеет
трехвальную схему конструкции (рис. 8.2), благодаря которой (по
мнению специалистов фирмы «Роллс-Ройс») двигатель прост в
управлении и обслуживании, имеет минимум регулируемых эле-
ментов. Схема позволяет применить короткий жесткий корпус»
уменьшить количество ступеней, а следовательно, и деталей, упро-
стить конструкцию направляющего аппарата и систему регулиро-
вания. Кроме того, двигатель обладает рядом эксплуатационных
достоинств — хорошей приемистостью, большим запасом по срыву
и др.
Ротор компрессора двигателя состоит из одноступенчатого вен-
тилятора, семиступенчатого компрессора среднего давления, ше-
стиступенчатого компрессора высокого давления.
Лопатки вентилятора (33 шт.) имеют антивибрационные полки
и замок елочного типа. Входной направляющий аппарат отсутст-
вует.
Компрессор среднего давления имеет ротор барабанной кон-
струкции. Диски пяти ступеней и следующих двух ступеней сва-
рены электронно-лучевой сваркой в два барабана и соединены
между собой болтами. Крепление лопаток — типа «ласточкин-
хвост».
В компрессоре высокого давления ротор также барабанной кон-
струкции. Два барабана сварены электронно-лучевой сваркой и
соединены болтами через диск третьей ступени.
Статор компрессора состоит из корпуса вентилятора и корпу-
сов компрессоров среднего и высокого давления.
Корпус вентилятора имеет кольцо удержания рабочих лопаток
в случае отрыва их, выходные направляющие лопатки, выхлопной
канал вентилятора, противопожарную перегородку и стойки короб-
ки передач; корпус оснащен шумопоглощающими панелями.
200
201
Рис. 8. 2. Двухвальная (внизу) и трехвальиая
(вверху) схема двигателя:
поворотные направляющие аппараты: ES3—кла-
паны перепуска
Рис. 8.3. Система охлаждения лопатки ротора
турбины:
/—воздух высокого давления; 2—воздух низкого
давления; 3—уплотнения; 4—выход воздуха;- 5—
доработка тонкой кромки; 6—пленочное охлажде-
ние кромки; 7—сброс системы охлаждения диска
Корпус компрессора среднего давления конструктивно решен
следующим образом: корпус передних четырех ступеней имеет
разъем вдоль оси, а корпус пятой и шестой ступеней состоит из
полуколец, соединенных болтами с корпусом передних ступеней.
Лопатки статора установлены в Т-образные пазы: наружные кон-
цы — в корпус, внутренние — в уплотнительные полукольца.
Корпус компрессора высокого давления состоит из шести ко-
лец, скрепленных болтами. Лопатки статора крепятся в Т-образ-
ных пазах, подобно компрессору среднего давления.
Лопатки турбины высокого давления — с конвекционным и пле-
ночным охлаждением (рис. 8.3). Такая комбинированная система
охлаждения позволила повысить температуру газов перед тур-
биной.
Двигатель CF-6 имеет двухвальную схему, которая включает
вентилятор без входного направляющего аппарата, компрессор
высокого давления основного газогенераторного контура, кольце-
вую камеру сгорания, турбину высокого давления, приводящую
компрессор газогенератора; вентилятор, приводимый пятиступен-
чатой турбиной низкого давления. Двигатель создан на базе дви-
гателя TF-39 (рис. 8.4). При его разработке учитывались специфи-
ческие требования гражданского сектора самолетостроения (уро-
вень шума, экономичность эксплуатации и т. д.). Основное внима-
ние уделяли конструкции вентилятора, которая позволяет заме-
202
Рис. 8.4. Сравнение двигателей CF-6 (вверху) и TF-39 (внизу)
нить любую из 38 лопаток без разборки всего двигателя. С целью
снижения массы двигателя лопатки вентилятора выполнены по-
лыми.
Газогенератор двигателя CF-6 представляет собой модифици-
рованную конструкцию газогенератора двигателя TF-39. Он
состоит из 16-ступенчатого компрессора (в двигателе CF-6-50 —
14 ступеней). Входной направляющий аппарат газогенератора вы-
полнен регулируемым.
Цельносварная конструкция ротора компрессора позволяет зна-
чительно уменьшить ее массу.
Фирма в течение 20 лет применяет кольцевые камеры сгора-
ния, что и определило выбор их конструкции для двигателей
CF-6. Для обеспечения нормальной работы камеры сгорания при-
меняется пленочное и конвективное охлаждение. В конструкции
турбины высокого давления I ступени предусмотрено пленочное и
конвективное охлаждение рабочих лопаток, в турбине II ступе-
ни — конвективное охлаждение лопаток. Пять ступеней лопаток
турбины низкого давления неохлаждаемые. Их можно заменять
без съема роторов в процессе эксплуатации.
Двигатель JT9-D построен по двухвальной схеме. В результате
исследований, которые велись фирмой «Пратт-Уитни» с 1961 г.,
была выбрана схема двухконтурного двухвального турбореактив-
ного двигателя с поворотными лопатками статора компрессора.
По мнению специалистов фирмы «Пратт-Уитни» двухвальный
двигатель JT9-D в отличие от двигателей трехвальной схемы с
постоянными неповоротными лопатками статора компрессора име-
ет более простую конструкцию, меньшее число основных деталей,
меньшую массу и другие преимущества.
Двигатель состоит из девяти модулей, каждый из которых
можно демонтировать в условиях эксплуатации самолета. Для ос-
203
мотра лопаток всех ступеней и камеры сгорания предусмотрено
21 смотровое окно — отверстие, <
Вентилятор — одноступенчатый с 46 титановыми лопатками с
замком типа «ласточкин хвост». Корпус вентилятора, облицован
перфорированными звукопоглощающими сотовыми панелями.
Входной направляющий аппарат отсутствует. Компрессор низкого
давления — трехступенчатый, вращающийся на одном валу с вен-
тилятором. Лопатки ротора (124, 132, 130 штук в каждой ступе-
ни) имеют замок типа «ласточкин хвост» и выполнены из титано-
вого сплава.
I ступень статора для исключения обледенения обогревается
сжатым воздухом, отбираемым от IX ступени. Лопатки статора
первых трех ступеней в количестве 88, 128 и 126 штук изготавли-
вают из титановых сплавов, а 120 лопаток IV ступени — из нике-
левого сплава; все лопатки приклепаны к внешним кольцам.
Компрессор высокого давления имеет 11 ступеней. Диски — из
титанового сплава (последние ступени из никелевого сплава). Ро-
тор имеет лопатки с замком типа «ласточкин хвост» из титанового
сплава; в каждой ступени 100, НО, 108, 104, 94 и 100 лопаток и 102
и 90 лопаток на последних ступенях из никелевого сплава; статор
имеет 76, 70, 80, 106, 100 и 112 лопаток из титанового сплава и
126, 146, 154, 158 и 92 лопатки из никелевого сплава.
Лопатки первых четырех ступеней статора поворотные.
Остальные лопатки припаяны к внутренним и наружным кольцам.
Камера сгорания — кольцевая, выполнена из никелевого сплава,
имеет 20 форсунок. Внешний корпус может быть сдвинут вперед
над диффузором для доступа к турбине высокого давления. Тур-
бина высокого давления — двухступенчатая. Оба диска выполне-
ны из сплава с высоким содержанием никеля. I ступень имеет
116 охлаждаемых лопаток, а II—138 неохлаждаемых. Сопловые
лопатки, по 66 и 90 в каждой ступени, — охлаждаемые.
Турбина низкого давления четырехступенчатая — по 108, 126,
122 и 116 неохлаждаемых лопаток из никелевого сплава на дисках
также из никелевого сплава (диск IV ступени — из стали). Соп-
ловые лопатки неохлаждаемые, по 122, 120, 110 и 102 — в каждой
ступени.
Г лава 9
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ
ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
Основной отличительной конструктивно-технологической осо-
бенностью первого поколения двигателей для широкофюзеляжных
самолетов является блочность конструкций, позволяющая на бо-
лее высоком уровне организовать технологические процессы сбор-
ки, обслуживания и ремонта.
204
П|>и конструировании и производстве этих двигателей примене-
ны норые прогрессивные технологические решения.
9.1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛОПАТОК ВЕНТИЛЯТОРА
На всех трех моделях двигателей широкофюзеляжных самоле-
тов в настоящее время лопатки вентилятора изготавливают из
титановых сплавов. Двигателестроительные фирмы ведут интен-
сивные работы по созданию лопаток из композиционных мате-
риалов.
Фирма «Роллс-Ройс» выпускает двигатели RB-211 с титановы-
ми вентиляторными лопатками. Заготовки лопаток, штампуют в
ФРГ на фирме .«Дойч Эдельштальверке», затем отправляют в
США для механической обработки на фирме «Экс-Целло», после
чего они поступают на сборку в Англию. Фирма «Роллс-Ройс»
работает над созданием двигателя RB-211 с лопатками из компо-
зиционного материала. Созданные фирмой лопатки из углепла-
стика (хайфила) из-за недостаточной эрозионной стойкости и пло-
хого сопротивления удару на первых двигателях были заменены
титановыми лопатками, которые втрое тяжелее. В настоящее вре-
мя продолжаются исследовательские работы по созданию лопаток
из хайфила, хотя и менее интенсивно, чем в 60-е годы. Отрабаты-
ваются варианты крепления лопатки в диске (различные конст-
рукции хвостовика), усиления входной кромки покрытием поли-
мерными материалами или титаном, выполнения кромок из стали
или никелевого сплава.
Фирма «Дженерал электрик» проводила исследования по со- ,
зданию вентиляторных и компрессорных лопаток из композицион-
ных материалов (углеволокно на полимерной матрице, бороволок-
но на алюминиевой матрице). Еще в 50-х годах работоспособность
таких лопаток проверялась на двигателе J-47. Результаты испыта-
ний подтвердили высокие потенциальные возможности этих мате-
риалов. Однако низкие эксплуатационные свойства (сопротивле-
ние эрозии и коррозии), а также низкая вязкость делают пока
невозможным применение этих материалов в конструкции, хотя
уже создана экспериментальная монолитная конструкция диска с
лопатками из композиционных материалов.
Работы по усовершенствованию конструкции ответственных де-
талей двигателя из неметаллических материалов продолжаются.
На двигателе TF-39 использованы некоторые невращающиеся де-
тали из неметаллических материалов.
В настоящее время на двигателе CF-6 применены полые тита-
новые лопатки вентиляторов. В процессе изготовления их исполь-
зуют диффузионную сварку, хорошо зарекомендовавшую себя
при производстве аналогичных деталей на сверхзвуковом двига-
теле GE-4, Такая конструкция вентиляторной лопатки обеспечи-
ла снижение массы самих лопаток, и уменьшила нагрузку
на диск и другие детали ротора от центробежных сил. Кроме того,
повышение жесткости пустотелой лопатки позволило отказаться от
антивибрационных полок и таким образом улучшить технологич-
205
ность этих лопаток. КПД вентилятора увеличился на 1%, удель-
ный расход топлива снизился на 0,8%.
Фирма «Дженерал электрик» имеет опыт обработки половинок
полых лопаток компрессора сверхзвукового двигателя из сплава
Ti-6Al-2Sn-Zr-2Mo методом электрохимического шлифования.
Фирма «Пратт-Уитни» на вентиляторные лопатки из титанового
сплава двигателя JT9-D наносит защитное покрытие из карбида
вольфрама с кобальтовой связкой методом детонационного напы-
ления порошкового материала. На фирме ведутся работы по со-
зданию лопатки вентилятора из композиционного материала —
волокно бора на алюминиевой матрице.
Выходной направляющий аппарат вентилятора двигателя
RB-211 выполнен с помощью электронно-лучевой сварки. В при-
способление устанавливают одновременно четыре блока лопаток,
по три лопатки в каждом. В то время как одно приспособление
загружается вне камеры, внутри камеры в аналогичном приспо-
соблении идет сварка направляющих аппаратов из блоков.
Установка делает швы автоматически, но для доступа к неко-
торым участкам приходится регулировать положение гнезд и со-
здавать для этого в печи атмосферное давление, открывать ее,
а затем вновь создавать вакуум. Для защиты пера от перегрева-
ния между лопатками вставляются специальные пластины из
тонкой листовой стали.
Направляющие лопатки выходного аппарата двигателя CF-6
изготовлены из алюминиевого сплава AMS-4153, конфигурация
лопатки получена методом экструзии. Соединение лопаток с кор-
пусом выполнено методом сращивания. Ранее такие соединения де-
лались паяными или лопатки крепились механически.
9.2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА
Лопатки компрессора изготавливают из титановых сплавов, за
исключением последних ступеней компрессора высокого давле-
ния, где высокие температуры сжатого воздуха предопределяют
применение сплавов на никелевой основе.
В производстве двигателя RB-211 используют титановый сплав
IM1679 состава (в %): Ti — основа; 11 — Sn; 5 — Zr; 2,25 — Al;
1—Mo; 0,2 — Si. Лопатки получают штамповкой. Штампы изго-
тавливают в цехах фирмы «Роллс-Ройс» с помощью шаблонов, вы-
полненных на трехкоординатных фрезерных станках с ЧПУ с точ-
ностью до 0,005 мм.*
Лопатки компрессора изготавливают в г. Хилингтоне (Шотлан-
дия), а затем поставляют в г. Дарби на сборку. Заготовки лопа-
ток из титанового сплава по проточной части изготавливают без
припуска на механическую обработку. Из заготовки, полученной
методом сдвига без зачистки концов, в два перехода на прессе
усилием 500—600 тс (с подогревом до 960—1000° С в продольной
газовой печи непрерывного нагрева) экструдированием получают
фасонированную заготовку под штамповку. Во втором переходе
при экструдировании формируется замок и -сам стержень пера
206
Рис. 9.1. Автоматическая линия фирмы «Лапоиит» для протягивания замков ло-
паток компрессора
круглого сечения. Стойкость штампа при экструдировании — 800 —
1000 заготбвок. Подогрев штампов до 250—300° С осуществляется
газовыми горелками непрерывно.
Заготовки из титанового сплава перед нагревом под экструди-
рование покрывают жидким стеклом, а из нержавеющей стали
никелируют. Оба покрытия выполняют для предохранения поверх-
ности металла заготовки от окисления и газонасыщения, а также
для повышения стойкости штампа.
Следующую операцию — чеканку — проводят на чеканочном
прессе усилием 1600 тс. Заготовку нагревают до 960—1000° С в
компактной карусельной печи и далее выполняют операции обрез-
ки облоя и калибровки. Стойкость штампа — 1000 заготовок,
штамп в процессе работы подогревают газовой горелкой до 250—
300° С, а рабочую поверхность периодически смазывают графитом
с маслом.
Точные заготовки лопаток поступают на автоматические линии
для обработки замка (рис. 9. 1). Всего имеются три автоматиче-
ских линии обработки замков компрессорных лопаток различных
размеров. Причем на одной линии обрабатывают лопатки до 12 и
более типоразмеров.
Лопатки компрессора двигателя RB-211 имеют конструкцию,
удобную для обработки на автоматической линии протяжных
станков (рис. 9.2). Ось хвостовика «ласточкин хвост» перпенди-
кулярна продольной оси пера лопатки, что позволяет, поворачивая
лопатку, залитую в брикет, вокруг одной оси, обработать протяги-
ванием все поверхности хвостовика (рис. 9. 3). Невыполнение этого
207
Рис. 9.2. Лопатки компрессора двигателя RB-211
условия существенно удорожило бы линию и сказалось бы на точ-
ности пространственного положения пера и хвостовика; оснастка
должна была бы на каждой позиции обеспечивать установку ло-
патки >в нужное положение по двум дополнительным координатам.
В линии заготовка лопатки на автоматической установке пол-
ностью заливается легкоплавким сплавом и фиксируется в приспо-
соблении автоматической линии. Химический состав сплава
(% вес.): РЬ — основа, 11,5 — Sb, 4,5 — Sn.
Геометрическая форма и размеры замка образуются последова-
тельным протягиванием. Полный цикл обработки замка лопатки
составляет 25—27 с; переналадка линии на другой типоразмер
(главным образом за счет смены блоков протяжек) занимает око-
ло 5 ч. Стружку из легкоплавкого сплава для повторного исполь-
зования нагревают до расплавления его и на центрифуге отделяют
от титановой стружки, снятой с лопатки; потери легкоплавкого
сплава при этом не превышает 2%.
После протягивания замка каждая лопатка помещается в спе-
циальную металлическую корзину и с сопроводительной маршрут-
ной картой следует по всему технологическому циклу. В дальней-
шем профиль лопатки дорабатывают с базированием от замка.
Входную и выходную кромки шлифуют вручную. Выборочно (из
партии 20—25 шт.) с помощью оптических приборов проверяют
профиль по сечениям входной и выходной кромок лопатки.
Окончательно изготовленную лопатку электрополируют, при
этом снимается слой металла толщиной 0,03—0,05 мм. После элек-
трополирования лопатка имеет блестящую поверхность; ее подвер-
гают окончательному контролю. Форму пера и хвостовика прове-
ряют на приборах «Сигма», позволяющих контролировать 40—
60 размеров одновременно. Время контроля лопатки — 30—35 с.
Технология изготовления лопаток обеспечивает получение сле-
дующих характеристик (длина пера от 50 до 350 мм): отклонение
профиля ±0,125 мм, отклонение по закрутке ±17', пространствен-
ные отклонения оси лопатки ±0,1 мм. Гравюра штампов изготав-
ливается с точностью ±0,03 мм.
Помимо изготовления лопаток из точных заготовок, для мало-
габаритных лопаток компрессора применяют процесс электрохими-
ческой обработки из металлического кубика.
208
Позиция 1 Позиция 2
Позиция! Позиция^ Позиция 5
Позиция 6
Позиция 7 Позиция 8
Рис. 9.3. Технологические переходы обработки хвостовика лопатки, залитой в брикет,
иа автоматической линии:
/—устройство загрузки; 2—устройство заливки; 3—восемь вертикально-протяжных станков;
4—установка для виброфинишной обработки; 5—установка для выплавки; 6—станок для сня-
тия заусенцев; 7-^пульт системы воспроизведения; 8—пульт управления; 9—установка очи-
стки сплава от стружки
Окончательную обработку лопаток компрессора ведут на вибра-
ционных установках. Мелкие и средние титановые лопатки обра-
батывают на установках тороидального типа.
Лопатки компрессора двигателя JT9-D изготавливают из ти-
тановых сплавов, если рабочие температуры не превышают преде-
лы, допустимые для этого материала. Для работы при более высо-
ких температурах применяют аустенитные сплавы. Так, последние
две ступени компрессора высокого давления (X и XI) выполнены
из сплава Инколой-901.
На фирме «Пратт-Уитни» изготовление точных штамповок, ло-
паток и дисков ведется по разработанному фирмой методу, полу-
чившему название «Геторайзин-процесс». Сущность процесса
весьма близка к процессу изотермической штамповки, однако тре-
буется предварительная термообработка для получения специаль-
ной микроструктуры. Штамповку ведут в вакууме. Для штампов
применен сплав TZM фирмы «Коопер энд Гленн».
Фирма «Дженерал электрик» ведет работы по созданию высо-
конапряженных деталей, таких как лопатки компрессора, из ком-
позиционных материалов, способных выдерживать температуру до
400° С.
Изготовление направляющих аппаратов компрессора двигате-
ля RB-211 имеет некоторые особенности. В наружное кольцо на-
правляющего аппарата в специальном приспособлении монтиру-
ются лопатки. При этом выдерживается зазор между пазом и про-
филем лопатки 0,05—0,10 мм. В местах пайки, тонким слоем путем
209
выдавливания из тюбика наносится припой. В таком виде смон-
тированные аппараты помещают в вакуумную печь фирмы «Апсен»
(процесс длится 20—30 мин). Коробление и поводки' лопаток,
а также трещины после пайки отсутствуют. Установлена группа
шлифовальных станков фирмы «Экс-Целло» для обработки замко-
вых и лабиринтных поверхностей лопаток направляющего аппара-
та с бесступенчатым регулированием скорости вращения шлифо-
вального круга (мощность привода 15 кВт, частота вращения кру-
га 1195—2450 об/мин, а планшайбы 25—34 об/мин). Круги правят
специальным устройством с помощью двух алмазов.
Для круглого шлифования использована подача 0,2 мм для чи-
стового шлифования— 0,Г мм (возможно 0,05 мм), торцовые по-
верхности лопаток шлифуют с допусками 0,025—0,076 мм.
9.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ
Фирма «Роллс-Ройс» применяет литые охлаждаемые лопатки
ротора и статора турбины двигателя RB-211 с толщиной стенок
примерно 1 мм, для производства которых в 1970 г. введен в экс-
плуатацию в г. Дарби специализированный цех точного литья, пре-
высивший за три года расчетную мощность на 30%. В цехе имеется
мастерская по изготовлению пресс-форм, в которой занято 80 че-
ловек, и конструкторский отдел по проектированию оснастки и
разработке технологической документации. В составе конструктор-
ского отдела три инженера заняты разработкой и внедрением про-
грамм на двух станках с ЧПУ, на которых обрабатываются слож-
ные профили пресс-форм. Модели изготавливают на универсаль-
ных прессах с централизованной подачей модельной массы. Пол-
ная подготовка производства по наиболее сложным отливкам за-
нимает 12—14 недель.
Все лопатки ротора турбины двигателя RB-211-24 изготавлива-
ют методом точного литья без припуска по поверхностям проточ-
ной части и с припуском 0,5—1,0 мм на обрабатываемых посадоч-
ных поверхностях, при этом 30—40% отливок нуждаются в дора-
ботке профиля для обеспечения требований чертежа; брак по ме-
таллургическим дефектам составляет 10—20%. Поверхность отли-
вок имеет высоту микронеровностей 1,25—2,5 мкм.
В цехе проводят операции по доработке профиля полированием,
обработке щелей на выходной кромке лопаток соплового аппарата,
зачистке и полированию остатков питателей на профиле.
В цехе установлено около 40 полировальных и обдирочно-шли-
фовальных станков.
Подгонку профиля выполняют вручную на ленточно-полироваль-
ных бабках или тканевыми кругами с наклеенным по периферии
слоем абразива. Заполировывают места расположения питателей
на профиле пера, остатки которых удаляют абразивным кругом.
В процессе обработки при обнаружении небольших пространствен-
ных отклонений лопатки рихтуют. После окончания обработки ло-
патки всухую обдуваются порошком электрокорунда.
210
Рис. 9.4. График зависимости тяги от температуры двигателей с пленоч-
ным охлаждением лопаток турбины
При контроле лопаток широко применяют приборы фирм «Гер-
берт контроле энд инструменте» и «Бернар», которые одновремен-
но измеряют до 40 размеров в течение 25—30 с. Контроль по ме-
таллургическим дефектам осуществляют капиллярной дефектоско-
пией и рентгеноскопией.
Помимо лопаток, цех в г. Дарби производит точные отливки с
применением корковых форм. Изготовление этих форм ведется на
автоматической установке по лицензии, приобретенной в СССР.
Фирма «Роллс-Ройс» применяла штампованную охлаждаемую
лопатку ротора турбины I ступени. Каналы в теле лопаток полу-
чают сверлением отверстий в заготовке перед штамповкой, в ко-
торые помещают стержни из стали. После штамповки материал
стержней вытравливают. Эта же лопатка изготавливается сейчас
в литом варианте.
Повышение температуры рабочих газов перед турбиной вызы-
вает необходимость повышения жаростойкости лопаток турбины
путем совершенствования системы охлаждения. На рис. 9. 4 по-
казана зависимость тяги от температуры двигателей с пленочным
охлаждением лопатки турбины высокого давления, что позволило
повысить температуру газов более чем на 50°. При этом тяга дви-
гателя возросла более чем на 6000 кгс.
Перфорирование входной кромки выполняют электронно-луче-
вым способом на установке фирмы «Штайгервальд штральтехник»
(ФРГ) модели ЕВМ-10/4 с программным управлением от мини-
ЭВМ. Эта одна из новых моделей установок, выпущенных фирмой
(рис. 9.5). На такой установке за 5 мин прошивается примерно
2000 наклонных отверстий (рис. 9.6). В 1972 г. фирма «Роллс-
Ройс» приобрела одну такую установку.
211
Рис. 9. 5. Электронно-лучевая установка модели ЕВМ-10/4
Фирмы «Дженерал электрик» и «Пратт-Уитни» приобрели в
ФРГ патенты на основные узлы установок для электронно-луче-
вой обработки. Имеются сведения о том, что фирма «Дженерал
электрик» изготавливает подобные установки. Кроме того, фир-
ма «Гамильтон стандарт» (США) выпускает установки «Гамиль-
тон-Цейс».
Фирма «Дженерал электрик» применяла для перфорирования
лопаток ротора турбины двигателя TF-39 (предшественник CF-6)
лазерную установку фирмы «Спейс Рейс инкорпорейтед» (США).
В полой лопатке под углом к поверхности обрабатывались отвер-
стия диаметром от 0,17 мм.
Отверстие для охлаждения выходной кромки лопатки на всех
двигателестроительных фирмах делают электроэрозионным спосо-
бом. На фирме «Хаумет корпорейшн», поставляющей литые ло-
патки всем двигателестроительным фирмам США, широко приме-
няют этот метод для одновременной обработки нескольких отвер-
стий в отдельных лопатках и литых секторах (рис. 9.7). Эта фир-
ма выпускает лопатки ротора и статора турбины с литыми секто-
рами по три и более сопловых лопаток в каждом. В г. Уайтхолле
(шт. Мичиган, отделение «Риэктив металл продакте дивижн»)
фирмой организовано специализированное производство стержней
из жаропрочных сплавов *.
Точность литых лопаток характеризуется следующими величи-
нами: максимальное отклонение по толщине профиля ±0,12 мм,
* Для изготовления стержней отведен цех площадью 1500 м2, выпускающий
15—25 тыс. готовых стержней в неделю. Приготовление рабочей смеси тщатель-
но контролируется, процесс изготовления стержней автоматизирован. Облой со
стержней снимается твердосплавными шарошками. Спекание стержней ведется
в печи фирмы «Биклей». Готовую продукцию проверяют по геометрии на шаб-
лонных приборах. Технология обеспечивает получение выходной кромки толщи-
ной до 0,38 мм
212
Рис. 9. 6. Экспериментальная лопат-
ка турбины, перфорированная
электронным лучом
Рис. 9. 7. Устройство для электроэрозиои-
ной обработки отверстий для охлаждения
выходной кромки лопаток соплового аппа-
рата (обрабатывается литой сектор из пя-
ти лопаток)
отклонение контура профиля от теоретического ±0,05 мм, а от раз-
мера хорды ±0,12 мм.
Фирма поставляет заказчикам литые детали двигателей после
механической обработки и нанесения покрытий. Механическую об-
работку литых лопаток ведут в специализированном отделении
фирмы «Мэшин компоненте дивижн».
Для изготовления лопаток турбины низкого давления двигате-
лей JT9-D-7 и JT9-D-15 применяется разработанный фирмой
«Пратт-Уитни» процесс соединения жаропрочных сплавов. Про-
цесс обеспечивает высокопрочное диффузионное соединение литых
и деформируемых сплавов без использования сложной оснастки.
Соединение проводят в обычных вакуумных или аргоновых печах,
в которых может помещаться одновременно большое количество
соединяемых деталей. Между соединенными поверхностями поме-
щают специальный материал, который при нагревании до 1100—
1200° С расплавляется, а затем затвердевает, обеспечивая диффу-
зионное соединение в твердом состоянии. Процесс применен для
соединения разнообразных никелевых и кобальто-никелевых
сплавов.
Фирма «Роллс-Ройс» разработала технологию и создала специ-
альный четырехпозиционный полуавтомат «Бомюкс» для обработ-
ки пера лопатки турбины с одной стороны (обрабатываются штам-
пованные лопатки из сплава «Нимоник»),
На время электрохимической обработки (ЭХО) допускают из-
менения всех параметров процесса, кроме напряжения. Эти изме-
нения фиксируются автоматической системой, которая регулирует
213
величину межэлектродного рабочего зазора. Материал для изго-
товления электродов — медь, латунь, нержавеющая сталь. В каче-
стве электролитов используют растворы хлористого, азотнокислого
и сернокислого натрия.
Режим и технические возможности ЭХО:
напряжение, В...................................3—12
межэлектродный зазор, мм........................0,1
продолжительность обработки, мин .... 5—10
точность обработки, мм..........................0,07
высота микронеровностей, мкм....................0,63—1,25
На фирме «Роллс-Ройс» штампованные турбинные лопатки
подлежат электрофизической обработки (ЭФО) по профилю.
Место сопряжения профиля пера с полкой до выравнивания с
припуском по профилю пера дорабатывают электроэрозионным
способом, при этом применяются электроды, сменяемые после об-
работки шести лопаток; они формуются из листовой меди по гото-
вой лопатке. После ЭФО идет операция окончательной калибровки
проточной части лопатки методом ЭХО.
Фирма «Кэмформ» выпускает оборудование для электрохимиче-
ской обработки профиля пера лопаток средних размеров (длина
~250 мм). При съеме припуска со штамповки 1,2... 1,5 мм по-
лучают профиль пера лопатки с точностью ±0,025 . .. 0,075 мм.
Малогабаритные лопатки выполняют из заготовки в виде штанги.
Точность электрохимической обработки профиля пера ±0,05 мм.
Высокая точность обработки обеспечивается системой управления
от специализированной ЭВМ, учитывающей изменение параметров
процесса ЭХО (температура и химический состав электролита,
фактические рабочие зазоры, режим электропитания) и вносящей
соостветствующие коррективы в режим обработки.
На фирме «Дженерал электрик» перфорацию отверстий на ра-
бочих лопатках турбины выполняют методом «Электро-стрем»,
который позволяет обрабатывать отверстия диаметром 0,127 мм на
глубину 12,7 мм (небольшие отверстия можно выполнять под углом
40° к поверхности). В качестве электролита используется раствор
кислоты. В системе подачи электролита имеется устройство для
поддержания постоянного уровня температуры. Электролит пода-
ется к соплу, корпус которого изолирован от деталей станка. На?
правленная на заготовку струя электролита служит катодом. При
этом способе применяют более высокие давления электролита и
более высокие напряжения, чем при обычной электрохимической
обработке.
В настоящее время все крупные двигателестроительные фирмы
обрабатывают хвостовики елочного профиля турбинных лопаток
из жаропрочных материалов на двухшпиндельных шлифовальных
станках модели VSS-13 (рис. 9. 8) фирмы «Элб-Шлифф» (ФРГ).
Эти станки пришли на смену двухсторонним станкам такого же
назначения фирмы «Матрикс» в Европе и «Экс-Целло» в США.
Основным достоинством станка является его высокая точность.
Примененная схема одновременной правки двух абразивных кру-
214
Рис. 9. 8. Двухшпиндельный профилешлифовальный станок модели VSS-13 для
обработки елочных хвостовиков лопаток турбины:
а—общий вид станка; б—зона обработки
гов алмазным накатником гарантирует практически нулевое сме-
щение гребенок елочного профиля хвостовика. Система автомати-
зации процессов предварительного шлифования и правки перед
окончательным шлифованием обеспечивает производительное по-
лучение елочного профиля из заготовки с литым или предвари-
тельно обработанным клином. Продолжительность одновремен-
ного шлифования трех лопаток на станке составляет 10—12 мин,
т. е. один хвостовик лопатки из литого жаропрочного сплава про-
ходит обработку с ритмом менее 5 мин.
Абразивные круги с высокой пористостью, обильное охлажде-
ние, непрерывная очистка рабочей поверхности круга струей СОЖ
под давлением 10 кгс/см2, режимы резания и автоматический ре-
жим обработки гарантируют отсутствие прижогов.
215
Литые лопатки турбины из сплава «Рене-80» обрабатывают на 1
фирме «Дженерал электрик» методом электрохимического шлифо- I
вания. 1
9.4. ПРОИЗВОДСТВО ДИСКОВ I
Диск вентилятора двигателя RB-211 изготавливают из титано- |
вого сплава IMI658 следующего состава (в %): Ti —основа, 6— ;
А1, 5—Zr, 0,5 — Мо, 0,5—Si. Диски поставляет (фирма «Импери- |
эл метал индастриз» механически обработанными. Предваритель- |
ную обработку пазов елочного профиля проводят на заводе фирмы
«Роллс-Ройс» фрезерованием, окончательную — протягиванием.
Диски компрессора среднего и высокого давления двигателя
RB-211 выполнены из титанового сплава. Диск последней ступени
выполнен из жаропрочного никелевого сплава. Такие же или ана-
логичные материалы использованы для дисков двигателей CF-6
и JT9-D. Так, последние ступени двигателя JT9-D делают из аусте-
нитных сплавов «Инколой-901» и «Васполой».
Штампованные заготовки дисков на заводы фирмы «Роллс-
Ройс» поставляет фирма «Смит Клайтон Фордж» в обточенном и
термообработанном виде. Токарная черновая и получистовая об-
работка дисков проводится на карусельных станках с программ-
ным управлением. j
Окончательную обработку дисков ведут на двусторонних гид- j
рокопировальных станках фирмы «Хейлигенштадт» (ФРГ), при- i
чем копиры изготавливала сама фирма «Роллс-Ройс» на высоко-
точных станках с ЧПУ фирмы «Контимэтик».
Фирма «Роллс-Ройс» для производства двигателя RB-211 за-
казала станкостроительной фирме «Тьюб инвестмент мэшин тул
дивижн» (Англия) новый высокопроизводительный токарный ста-
нок с ЧПУ. За 18 месяцев фирма спроектировала и изготовила
двусторонний станок модели «Рэд Сенчюри 1250 NC» для обра- '
ботки деталей типа дисков и колец из титановых и никелевых
сплавов. Станок имеет магазин на 20 резцов, налаживаемых на
размер вне станка. Продолжительность обработки по сравнению с -
однорезцовой сократилась примерно на 40%.
Обработку пазов ведут методом протягивания на высокоскоро- s
стных горизонтальных станках фирмы «Ставели Лапойнт», обеспе-
чивающих скорость резания до 30 м/мин. Ход станка — в зависимо-
сти от модели 6—10 м (рис. 9.9). Делительный поворот диска для
обработки следующего паза — автоматический. Стойкость протя-
жек (весьма высокая) —до 50 дисков. Объясняется это, помимо ,
оптимальных режимов резания, высоким качеством изготовления 1
и заточки протяжек. Так, имеются специальные станки для за- , ’
правки радиусов по профилю режущей кромки с заданным задним
углом и подъемом на зуб. Фирма «Роллс-Ройс» сама делает про-
тяжки и покупает их у фирмы «Лапойнт». 1
Штампованные диски турбины из никелевого сплава «Нимоник» J
поставляет фирма «Хэнри Вигиненд корпорейшн». Исходные зато- i
товки эта фирма получает в электрофлюсовой печи. Заготовку в ви- i
216
де плоского диска штампуют, а затем обтачивают с припуском на
токарно-карусельных станках модели 16ДКЕ с программным уп-
равлением фирмы «Шесс». На фирме «Роллс-Ройс» турбинные
диски проходят окончательную обработку.
Для профилирования дисков турбины из труднообрабатывае-
мых материалов создаются установки для электрохимической об-
работки. Две большие установки для этой цели были заказаны
фирме «Ставели групп».
Чертежами предусмотрено притупление острых кромок по кон-
туру паза елочного профиля на торце диска до радиуса 0,2—0,4 мм.
Специалисты фирмы «Дженерал электрик» считают, что при
обработке дисков компрессора I ступени из сплава Ti—6А1—2Sn—
Zr—2Мо целесообразно применять электрохимическое шлифование
с последующей дробеструйной обработкой. Эта же фирма разра-
ботала процесс прокатки, позволяющий получать заготовки боль-
ших дисков из высокопрочных сплавов с равномерными свойства-
ми. Фирма провела исследования допустимой шероховатости по-
верхности дисков с учетом надежности детали и стоимости
обработки. Было установлено, что сплав «Инконель-718», из кото-
рого изготавливают диск турбины низкого давления, мало чувстви-
телен к величине микронеровностей от 0,35 до 5 мкм. В результате
требования к шероховатости поверхности диска были изменены
(вместо 1,6 допускаются до 3,2 мкм). В то же время в двух местах
концентрации напряжений на радиусных сопряжениях чистота по-
верхности была улучшена с 1,6 до 0,8 мкм. Эти изменения в конеч-
ном счете снизили трудоемкость изготовления дисков на 7—12%.
Одновременно было установлено, что сплав «Инконель-718» чувст-
вителен к остаточным напряжениям, поэтому необходимо особенно
следить за состоянием инструмента.
217
9.5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВАЛОВ
Заготовки для двух валов двигателя RB-211 (из трех) делает
фирма «Фирш Броун». Предусмотрено производство специальных
сталей для всех трех валов на этой же фирме во вновь построен-
ной печи для электрошлакового переплава.
Для профильной обработки валов применяют копировально-то-
карные станки фирмы «Фишер». Копиры для них изготавливают
на точных фрезерных станках с ЧПУ фирмы «Невелл Контиме-
тик». Планируется перевод обработки валов на станки с ЧПУ.
Операции шлифования валов выполняют на станках фирмы
«Цинцинати», «Хелд» и «Лендис». Некоторые станки оборудованы
устройствами для активного контроля. На станках с ЧПУ возмож-
на обработка поверхностей по первому классу точности.
Фирма «Пратт-Уитни» выполняет расточку осевых отверстий в
валах длиной до 3,0 м на 10 станках фирмы «Эффинг Борверкс»
по новой схеме. Резцы из борштанги, полностью опирающейся ца
стенки канала, выдвигаются с помощью специальной штанги с
гидроприводом.
9.6. ПРОИЗВОДСТВО КОРПУСНЫХ И КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ
Алюминиевые кольца для корпуса вентилятора обычно обра-
батываются на вертикальном токарно-револьверном станке фирмы
«Булард», имеющем рабочий стол большого диаметра. Для обра-
ботки колец применяются также вертикальные токарно-револь-
верные станки фирм «Морандо» и «Грей».
Корпусные детали вентилятора, а также других узлов из тита-
новых сплавов на фирме «Пратт—Уитни» сваривают специально
разработанным методом. Ручную сварку плавлением выполняют в
пластмассовом кожухе, заполненном инертным газом, который
обеспечивает надежную защиту шва от загрязнений. Этот способ
прост и универсален.
Операции обточки, сверления и расточки отверстий корпусных
деталей фирмы «Дженерал электрик» и «Роллс-Ройс» выполняют
на станках типа «машинный центр» с ЧПУ фирмы «Керней-Трек-
кер» модели «Мильвоки Матик» с магазином на 80 инструментов.
Кроме того, английская фирма применяет обрабатывающий центр
фирмы «Ставели» с магазином на 40 инструментов.
Корпуса сварной конструкции двигателя JT9-D обрабатывают
на карусельно-шлифовальном, станке фирмы «Элб-Шлифф» модели
SWR-150D (рис. 9.10). На фирме «Роллс-Ройс» широко применя-
ют обработку корпусных деталей из жаропрочных сплавов элект-
рохимическим методом, для чего используют 18 установок «Ано-
кат».
Корпуса из легких сплавов обрабатываются на пятикоорди-
натном станке «Омнимил» с программным управлением фирмы
«Сандстренд». Разрабатывается проект автоматической линии из
станков с ЧПУ для обработки крупногабаритных корпусных дета-
лей. Корпуса камер сгорания двигателя JT9-D изготавливают из
218
Рис. 9. 10. Карусельно-шлифовальный станок для обработки корпусных
деталей двигателя
высокотемпературного сплава «Инконель-718», в то время как для
корпусов турбины и выхлопного сопла'применяют поковки из
сплава «Инколой-901».
Для обработки кольцевой детали
вого сплава, представляющей собой
тонкостенную поковку диаметром
244 мм, английская фирма «НРС
Инджинииринг» изготовила при-
способление для сверления 416 от-
верстий. Эта же фирма изготовила
контрольное приспособление для
проверки взаимного положения кон-
структивных и технологических от-
верстий. Положение каждого от-
верстия относительно базы в цент-
ре приспособления измеряется ин-
дикатором, закрепленным на теле-
скопической консоли, внутренний
конец которой соединен сферической
цапфой с кронштейном крепления в
центре приспособления.
Крупногабаритные приспособле-
ния изготавливают на универсаль-
ных станках; растачивание отвер-
стий ведется на комплексе оборудо-
вания, состоящем из горизонтально-
двигателя RB-211 из титано-
Рис. 9, 11. Корпус турбины до (а) и после
электрохимической обработки (б)
219
Рис. 9. 12. Корпус двигателя, обработанный химическим трав-
лением
расточного станка «Унион» и двух вертикально-фрезерных станков.
Для обработки тонкостенных сложных корпусов с фасонными
пазами фирма «Роллс-Ройс» применяет электрохимическую и
электрофизическую обработку. На рис. 9.11 показан корпус двига-
теля, подвергаемый электрохимической обработке. Ребра жестко-
сти корпуса обрабатываются малогабаритным инструментом (для
обработки корпуса двигателя потребовалось 27 инструментов).
Масса заготовки равна 453 кг, а масса детали — 67 кг. При из-
готовлении корпуса, показанного на рис. 9.12, применяется химиче-
ская обработка одновременно по всей поверхности детали.
9.7. СБОРКА И ИСПЫТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ
На заводах фирмы «Роллс-Ройс» в г. Дарби сборку проводят в
корпусе площадью 4000 м2 высотой 8 м. В связи с невысокой ин-
тенсивностью солнечного света в Англии, все строительные эле-
менты выше 2,5 м окрашены в желтый цвет, создающий впечатле-
ние солнечного дня; полы в корпусе цементные. Для механизации
процессов предусмотрены монорельсы и электрокары (кран-балок
нет). Особенности технологии сборки определяются модульностью
конструкции двигателя.
В модульной конструкции предусмотрена взаимозаменяемость
узлов при сборке двигателей, поэтому изготовление и сборку мо-
дулей можно производить на разных заводах. Применение модуль-
ной конструкции резко снижает расходы при эксплуатации за счет
замены дефектных узлов при ремонте.
Сборочный цех фирмы разделен на группы в соответствии со
схемой сборки того или иного модуля. В группах общей сборки
монтируются модули и осуществляется постановка агрегатов, тру-1
бопроводов и других элементов внешней «обвязки».
Сборка двигателей RB-211 ведется в вертикальном положении
на подъемно-поворотных стендах, установленных в траншеях пола.
При сборке узлов и общей сборке двигателей используется бри-
гадный метод, который позволяет повысить ответственность бригад-
220
исполнителей за качество выполняемой работы. В технологической
документации приводятся монтажные схемы с номерами деталей,
узлов и монтажные посадки.
Испытательная станция фирмы, специально построенная для
производства двигателя RB-211-22B, включает в себя боксы попе-
речного сечения 10Х 15 м и длиной 30—35 м.'
Устройство шумоглушения раздвижное. Стены бокса, обращен-
ные к кабине операторов, и потолок имеют перфорированное по-
крытие с толщиной прослойки 20—25 см, что обеспечивает хоро-
шую звукоизоляцию: в кабине во время испытания можно вести
разговор без напряжения голоса.
В одном корпусе с испытательным цехом расположен зал
подготовки двигателей для испытаний площадью 3000—3500 м2.
Подготовка двигателя к испытаниям начинается с его монтажа
на специальной промежуточной монтажной раме. Рама оборудо-
вана автоматическими устройствами для быстрого соединения со
стендовыми коммуникациями, благодаря чему установка ее с дви-
гателем в позицию испытаний занимает только 15 мин. Использо-
вание монтажных рам позволяет повысить пропускную способ-
ность испытательной станции. Кроме того, это дает возможность
испытывать на одном стенде двигатели разных типов и размеров
без их дооборудования, что делает стенд универсальным. Весь
цикл испытания занимает 20—22 ч.
Во время испытания через окна кабины оператора видны эле-
менты двигателя. Кроме того, имеются три телекамеры для наблю-
дения за двигателем, а также за зоной всасывания и выхлопом.
Основные параметры двигателя во время испытаний демонстриру-
ются на световом табло. Измерительная информация поступает в
вычислительный центр, где осуществляется обработка данных ис-
пытаний.
Допускаемые виброскорости на двигателе не должны превы-
шать 24,5 м/с. Измерение виброскорости ведется в двух точках на
передней и задней подвесках, точки замера выбирают эксперимен-
тально.
Каждый двигатель RB-211 подвергают контрольно-сдаточному
испытанию. Длительные испытания за партию двигателей или
за определенный календарный период их выпуска фирмой не про-
водятся. После испытания каждый 215-й двигатель подвергается
разборке и дефектации. В случае обнаружения какого-либо дефек-
та вопрос о качестве выпущенных двигателей решается руковод-
ством фирмы и инспекцией качества.
При необходимости доработки того или иного модуля осуще-
ствляется в эксплуатации либо фирмой, либо специалистами экс-
плуатирующей организации.
9.8. СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ШУМА И ДЫМЛЕНИЯ
Современные международные нормы ограничивают уровень
шума и дымления двигателя в эксплуатации. Этим вопросам уде-
ляется большое внимание во всем мире. Фирма «Дженерал элект-
221
рик» вынуждена была вместо двигателя TF-39, не удовлетворивше-
го потребителей по уровню шума, спроектировать новый двига-
тель JT9-D.
Учитывая то обстоятельство, что широкофюзеляжные самолеты
будут эксплуатироваться длительный период времени, а нормы до-
пустимого шума снижаются, фирмы стараются перекрыть ныне-
действующие нормы FAA (США) по шуму.
Фирма «Роллс-Ройс» добилась того, что уровень шума на само-
лете L-1011 с двигателем RB-211 .в настоящее время составляет
103 дБ, что меньше нормы, установленной FAA (107 дБ). Для это-
го потребовалось уже при проектировании двигателя отказаться
от входного направляющего аппарата, уменьшить окружные ско-
рости лопаток, применить регулируемое сопло и шумопоглощаю-
щее покрытие газового тракта, а также провести другие мероприя-
тия. По данным фирмы «Роллс-Ройс» только применение звуко-
поглощающих покрытий сотовой конструкции позволило уменьшить
шум на 8—10 дБ.
Акустические панели использованы для облицовки поверхности
газодинамического тракта и 75% поверхности канала вентилятор-
ного тракта. Всего требуется около 20 м2 звукоизоляционного ма-
териала на один двигатель. Специальную шумоглушащую обшивку
поставляет фирма «Шорт Бразез», изготавливающая также мото-
гондолы для двигателя RB-211.
Новые звукопоглощающие панели являются несущими кон-
струкциями мотогондолы. Эти панели для холодной части двига-
теля делаются из найлонового сотового заполнителя, установлен-
ного между двумя алюминиевыми листами. Внутренний лист пер-
форирован, причем размер отверстий и толщина панелей подбира-
лись с учетом требований максимального снижения шума. Все слои
панели формуются до сборки. Для горячей части двигателя при-
меняют стальные сотовые конструкции.
Мотогондолы двигателя RB-211 имеют четыре изогнутых пане-
ли, каждая шириной 690 мм, которые, соединяясь, образуют канал
диаметром 2130 мм. Взамен обычной конструкции с обечайкой и
стенками изнутри воздухозаборного канала шумоглушающие па-
нели крепятся непосредственно перед вентилятором.
Слой шумопоглощающего материала устанавливается с неко-
торым зазором от обшивки воздушного или газового тракта.
Исследования показали, что если интенсивность шумопоглоще-
ния зависит от степени пористости материала, то диапазон погло-
щаемых частот — от величины зазора и толщины облицовки. Для
поглощения шумов более высоких частот требуется уменьшить тол-
щину облицовки и величину зазора. Поэтому толщина облицовки и
величина зазора на участке тракта турбины меньше, чем на участ-
ке тракта вентилятора.
Высокие требования предъявляются в настоящее время к кон-
струкции для уменьшения дымления двигателя. Как установлено,,
дымный шлейф состоит в основном из частичек чистого углерода,,
не сгоревшего в камере сгорания двигателя. Исследования, прове-
222
денные фирмой «Роллс-Ройс», показали, что содержание углерода
в выходящих из двигателя газов зависит от распределения воздуш-
ного потока в начальной зоне камеры сгорания и угла распыла
топлива. Последний свой двигатель фирма «Роллс-Ройс» оборуду-
ет форсунками с пневматическим распылением. В этом случае
впрыснутое топливо несет с собой часть воздуха, необходимого
для полного сгорания. Насыщение топливной струи воздухом
(аэрация зоны горения) дает возможность избежать местных, обо-
гащенных топливом, зон и получить при том же давлении впрыска
капли топлива вдвое меньшего размера, что, естественно, умень-
шает дымление двигателя.
Гла ва 10
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА
ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ
10.1. ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ПАССАЖИРСКИХ САМОЛЕТОВ И ИХ ПРОИЗВОДСТВА
Создание широкофюзеляжных самолетов является закономер-
ным результатом развития пассажирского самолетостроения.
Анализируя тенденции развития мировой авиационной науки и
практики, можно отметить, что в настоящее время наметилось не-
сколько основных направлений совершенствования конструкций
пассажирских и грузовых транспортных самолетов, обеспечиваю-
щих необходимое повышение эффективности производства и экс-
плуатации самолетов:
создание сверхзвуковых пассажирских самолетов;
создание дозвуковых пассажирских самолетов особо большой
пассажировместимости (на 700—1000 пассажиров и более);
создание дозвуковых пассажирских самолетов с учетом новей-
ших достижений техники для авиалиний малой и средней протя-
женности (с обычной длиной разбега и пробега);
создание дозвуковых пассажирских самолетов с коротким раз-
бегом;
создание грузовых самолетов с оптимальными характеристи-
ками.
Развитие мирового пассажирского самолетостроения идет в ус-
ловиях все обостряющейся конкуренции, застоя (стагфляции) в
экономике, инфляции, роста цен вообще и роста цен на топливо в
особенности. К этому надо добавить постоянно возрастающие тре-
бования защиты и охраны окружающей среды и необходимость
экономии сокращающихся природных ресурсов.
Немаловажными являются требования повышения комфорта
для пассажиров, а также снижения прямых эксплуатационных рас-
ходов и повышения рентабельности перевозок пассажиров и грузов.
Создание конкурентоспособных самолетов в этих сложных ус-
ловиях, когда конструкторы, технологи и экономисты должны со-
223
гласовать и одновременно удовлетворить многим важным и про- 1
тиворечивым требованиям, становится все труднее и сложнее.
Трудности разработки новых высокоэффективных конструк-
ций самолетов будущего и организации рационального производ- ;
ства и эксплуатации намного превзойдут трудности, которые уже
преодолены мировым самолетостроением. В будущем сохранится'
зависимость облика, конструкции и технических данных граждан-
ских самолетов от спроса, конъюнктуры на рынке сбыта, а также
от темпов и уровня научно-технического прогресса. В этих усло-
виях все более важное значение приобретает принцип блочности
всех конструкций, включая конструкции двигателей и агрегатов.
В последнее время появились разработки самолетов с «резерв-
ной» тягой двигателей (в нормальных условиях такие двигатели ।
развивают тягу, значительно меньше максимальной). ;
Могут появиться самолеты с реактивно-вентиляторными двига-
телями, а также самолеты, на которых вместе с ТРДД будут при-
менены турбовинтовые двигатели.
Для самолетов США со взлетной массой 900 т и больше воз- >
можно использование ядерных силовых установок, хотя их разра-
ботка и доводка, как ожидают, продлится до конца текущего сто-
летия.
Основным топливом для авиации на многие годы останется ке-
росин, в отдаленном будущем возможно появление синтетических,
углеводородных (керосиновых) топлив для авиадвигателей, а до
этого будет использовано водородное топливо, обладающее хорошей
теплотворной способностью и не загрязняющее внешнюю среду.
Самолеты следующего поколения приемлемой стоимости с лучши-
ми, чем в настоящее время, характеристиками и летно-техничес-
кими данными могут быть созданы только с использованием всех
новейших достижений науки и техники.
То же самое можно сказать и о будущем производстве новых
самолетов. Только благодаря высокому уровню технического про-
гресса были разработаны и построены сверхзвуковые пассажир--
ские самолеты (СПС) •— советский Ту-144 и англо-французский
«Конкорд».
Создание опытно-конструкторским бюро имени академика
А. Н. Туполева самолета Ту-144 было выдающимся событием в .
мировой науке и технике. Практика перевозки грузов и пассажи-
ров на самолетах Ту-144 показала, что создание и использование
СПС открывает новые технические возможности и поднимает граж-
данскую авиацию на новый уровень.
Известно, что кроме СССР, Англии и Франции, разработкой
СПС занимались и США. В 1963—1971 гг. разрабатывалась кон-
струкция сверхзвукового пассажирского самолета Боинг-2707, но' в
1970 г. эти работы были прекращены, однако США готовы в нуж-
ный момент приступить к созданию СПС.
В настоящее время NASA, исследовательские центры и лабора-
тории ВВС и самолетостроительных фирм США и Франции ведут
исследования гиперзвукового самолета и СПС второго поколения.
224
Специалисты США, считая, что СПС первого поколения имеют
недостаточную массовую долю платной нагрузки, небольшую даль-
ность полета, излишне большой расход топлива, высокую стои-
мость и недопустимый уровень шума, закладывают в проект СПС
второго поколения вдвое большую (по сравнению с «Конкордом»)
платную нагрузку, увеличенную на 25—30% дальность и скорость
полета, при этом будет увеличено аэродинамическое качество. На
новом самолете предполагается использовать ТРДД с форсажем
во внешнем контуре, а позднее — двигатель переменного цикла.
Самолет будет выполнен по «интегральной» схеме (крыло объ-
единено с фюзеляжем).
В США кроме фирм «Локхид» и «Боинг» над созданием СПС
работает также фирма «Макдоннелл—Дуглас». Длина самолета
этой фирмы по проекту 94,49 м, высота—16,7 м, размах крыла —
41,3 м, его площадь — 929 м2, пассажировместимость — 273 чело-
века, а максимальная взлетная масса — 340 200 кг. Как видно, га-
баритные размеры этого самолета необычно большие. Самолет на
70% должен быть выполнен из титановых и только на 30% — из
алюминиевых сплавов.
Проекты СПС второго поколения, над которыми работают в
США, показаны на рис. 10.1. Для обеспечения требуемой эффек-
тивности эксплуатации дальность полетов этих самолетов должна
быть больше 8000 км, в противном случае экономия времени и
снижение утомляемости пассажиров в полете менее ощутимы.
Европейский СПС второго поколения, по мнению специалистов,
должен вмещать 200 пассажиров и иметь полетное число М = 2,3,
а дальность полета 10 000 км [4].
Некоторые специалисты считают неизбежным переход к сверх-
звуковым и гиперзвуковым пассажирским самолетам в ближайшие
20 лет, причем гиперзвуковой самолет будет способен перевозить
300 пассажиров на расстояние 10 000—11 000 км.
Во всех случаях обеспечение безопасности пассажиров будет
главной проблемой конструкторов и производственников.
В конструкции крупногабаритных самолетов предполагается
реализовать более высокие характеристики безопасности, надеж-
ности и срока службы (до 100 000 летн. ч). Что касается металли-
ческих конструкционных материалов, то в будущем самолеты со
скоростью, соответствующей числу М = 0,8-4-3, будут изготавливать-
ся в основном из алюминиевых сплавов, М = ЗЧ-4 — из титановых
сплавов и М = б4-7 — из высококачественных сталей и суперспла-
вов. СПС второго поколения будут иметь большую взлетную мас-
су (особенно при большой дальности полета). Зависимость даль-
ности полета L (км) СПС от его взлетной массы (при наиболее
благоприятных условиях), когда крейсерская скорость соответст-
вует М=2,7, а платная нагрузка равна 27700 кг, описывается сле-
дующей зависимостью:
7, = 75(ОВЗЛ —240)°>8-J-7500,
где L — дальность полета, км; бВзл — взлетная масса самолета,
кг.
8 1922
225
Рис. 10.1. Проекты СПС второго поколения (пунктиром показан само-
лет Боинг-2707), разрабатываемые в США
Создание СПС второго поколения потребует больших расходов
самолетостроительных фирм на исследования, разработку, испыта-
ния и подготовку серийного производства самолетов.
Анализ данных специалистов США показывает, что динамика
изменения по годам этих расходов на единицу взлетной массы но-
вых, наиболее совершенных самолетов различных сопоставимых
типов описывается следующей эмпирической формулой (для ниж-
ней границы, соответствующей наименьшим расходам):
lg QnycK = 0,18 /АГ-1929 lg (N - 1929) -1,4,
где Фпуск — расходы на килограмм массы самолета и необходи-
мые для создания и запуска самолета в производство в году N;
N — год ввода нового самолета в эксплуатацию.
Наибольшие необходимые расходы (верхняя граница) могут
превосходить расходы <2пуск> подсчитанные по приведенной форму-
ле, в 1,5—2 раза.
Расчеты показывают, например, что при условии ввода СПС
второго поколения в эксплуатацию в 1985 г. расходы на создание и
запуск самолета в производство могут превзойти 10 млрд. долл,
(в ценах 1978 г.). Это обусловит высокую продажную цену само-
226
лета, что резко уменьшит емкость рынка сбыта новых СПС (по
прогнозам к концу текущего столетия их будет продано не более
300 штук). Однако, несмотря на высокие цены, новые самолеты
будут не только приемлемы, но и выгодны в эксплуатации из-за
увеличенной производительности.
Известно, что эффективность и производительность эксплуата-
ции самолетов зависят не только от пассажировместимости, но и
от интенсивности их полетов и загрузки, а также от общих экс-
плуатационных расходов. Следует при этом иметь в виду, что об-
щие эксплуатационные расходы для СПС больше, чем для дозву-
ковых реактивных самолетов, и растут по мере повышения цен на
топливо. Это подтверждается статистическими данными транспорт-
ных авиакомпаний США и европейских стран, на основании кото-
рых можно предложить следующие зависимости:
— для СПС
Qo.3=0,85754-0,1425^;
— для больших дозвуковых пассажирских самолетов с реак-
тивными двигателями
Qo>8=0,8938 4-0,1062/С,,
где Qo.3 — относительные общие эксплуатационные расходы; Лт—
коэффициент повышения цен на топливо (исходные величины
<2оэ=1 и /Ст = 1 приняты с учетом цены топлива в середине
1973 г.).
Прямые эксплуатационные расходы зависят от дальности поле-
та самолета (для СПС с ростом дальности они быстро снижают-
ся, в результате чего быстро возрастает экономичность). По расче-
ту для СПС В-2707 .прямые эксплуатационные расходы (цент/мес-
то-км) на 298 пассажиров
М=——1-0,08,
а для самолета Боинг-747 на 440 пассажиров
7И = ——1-0,07.
В этих формулах М — прямые эксплуатационные расходы,
цент/место-км; L — дальность полета самолета, км.
Повышение прочностных, усталостных и других характеристик
современных авиационных материалов, достигнутое в последние
годы, а также совершенствование методов прочностного расчета
и изготовления самолетных конструкций позволяют осуществить в
ближайшие 10—15 лет строительство самолетов со взлетной массой
900 т и более. Габаритные размеры самолетов в ближайшие годы
и в будущем, видимо, будут расти, пока не достигнут пределов,
определяемых свойствами конструкционных материалов, так как
по мере увеличения размеров самолета снижаются прямые эксплу-
атационные расходы, приходящиеся на единицу платной нагрузки
(на одного пассажира). При этом, правда, возникает необходи-
8* 227
мость совершенствования методов управления крупногабаритными
самолетами из-за наличия пределов их устойчивости, за которыми
летчик утрачивает чувство эффективности управления.
За рубежом, особенно в США, ведутся работы по исследованию
.возможности создания дозвукового самолета особо большой пасса-
жировместимости — на 600—800 пассажиров. Специалисты фирмы
«Боинг» считают, например, что конструкцию двухпалубного само-
лета В-747 можно легко изменять, увеличивая его размеры и мас-
су, с целью повышения пассажировместимости до 1000 человек.
Для этого в фюзеляже надо вставить дополнительную секцию дли-
ной 4,65 м перед крылом, а также новую секцию длиной 3,5 м за
крылом и увеличить высоту фюзеляжа по всей его длине.
Фирма «Макдоннелл—Дуглас» в результате исследования перс-
пектив пассажирской авиации установила, что в 1980 г. появится
необходимость в самолете со следующими характеристиками: вме-
стимость 600 пассажиров, дальность полета 10000 км, полетное чис-
ло М = 0,95, размах крыла 25 м, максимальная взлетная масса
588 т, взлетная тяга каждого двигателя 45 тс, степень двухконтур-
ности двигателя 6. Для такого самолета будут использованы более
совершенный профиль крыла, новые двигатели с низким уровнем
шума и более легкие конструкции. Расчеты специалистов фирмы
показали также, что перспективный самолет, для уменьшения аэро-
динамического сопротивления и массы фюзеляжа, должен быть
двухпалубным. Сообщалось также, что специалисты фирмы
«Макдоннелл—Дуглас» проводят предварительное изучение проек-
та гиперзвукового пассажирского самолета DC-2000 на водородном
топливе. Самолет будет иметь вместимость 500 пассажиров, даль*,
ность полета 8900 км, крейсерскую скорость, соответствующую чис-
лу М=6, высоту полета 29—34 км; предполагаемая длина самоле-
та будет 144 м, максимальная взлетная масса 396 т. Продолжи-
тельность полета на авиалинии Лондон — Нью-Йорк составит 1 ч
25 мин (вместо почти семи часов полета на самолете В-747). Фир-
ма «Локхид» разрабатывает проект лайнера 2000-го года на
400 пассажиров, использующего водородное топливо.
Все это свидетельствует о том, что строительство крупногаба-
ритных самолетов (типа широкофюзеляжных) — не кратковремен-
ный эпизод в истории авиации, а имеет длительную перспективу,
что в дальнейшем габариты пассажирских самолетов будут увели-
чиваться, поэтому создание и развитие индустрии широкофюзеляж-
ных самолетов и вообще самолетов сверхбольших габаритов явля-
ется для всех стран с развитой авиапромышленностью важной
задачей.
При этом следует иметь в виду, что природные ресурсы и преж-'
де всего металлы, запасы которых ограничены, в конструкции круп-
ногабаритных самолетов с большим ресурсом используются значи-
тельно эффективнее и рациональнее, чем в конструкциях самоле-
тов небольших габаритных размеров.
Можно ожидать, что в 1980-х годах появится самолет длиной
70—75 м со взлетной массой более 400—500 тыс. кг.
228
Рис. 10. 2. Предполагаемый магистральный транспортный самолет следу-
ющего поколения:
/—пластины для ослабления спутного следа самолета; 2—крыло боль-
шого удлинения сверхкригического профиля; 3—легкая акустически об-
работанная гондола двигателя; 4—конструкция из компизиционных ма-
териалов; 5—пористая обшивка для ламинаризации обтекания; 6—систе-
ма активного управления; 7—выдув воздуха; 8—отсос пограничного слоя
В конце текущего столетия ожидается появление самолета со
взлетной массой 1 млн. кг и больше, длина такого самолета и раз-
мах крыла будут достигать 100 м, а высота — 30 м.
В последнее время в периодической печати стали появляться
сообщения о проектах крупногабаритных дирижаблей. Сообща-
лось, например, что английская фирма «Аэроспейс Дивелопмент»
изготовляет для Венесуэлы 22 дирижабля, которые имеют длину
50 м, максимальный диаметр 15 м, общую высоту 18,8 м, макси-
мальную скорость 115 км/ч, два шестицилиндровых двигателя
«Пурше» с максимальной мощностью 147 кВт, максимальную ско-
роподъемность 715 м/с, полезную нагрузку 2,56 тс и дальность по-
лета 550 км.
При строительстве крупногабаритных самолетов и дирижаблей,
безусловно, будет использован опыт производства широкофюзе-
ляжных самолетов 70-х годов.
Предполагается, что магистральный транспортный самолет сле-
дующего поколения с крейсерским числом М = 0,8 (рис. 10.2) также
будет иметь габариты современных широкофюзеляжных самоле-
тов.
В настоящее время крейсерская скорость полета дозвуковых
пассажирских самолетов доведена до величины, . соответствующей
числу М=0,90-4-0,95. Стремление повысить экономичность маги-
стральных самолетов, по мнению специалистов, приведет к умень-
шению полетного числа М. до величины 0,80—0,84, при этом мож-
но снизить уровень шума самолета и шума в пассажирской кабине,
а также уменьшить загрязнение внешней среды за счет умень-
шения дымления двигателей и другими путями. Надежность и ре-
сурс такого самолета повысятся.
22»
Ожидается, что внедрение технических новшеств (см. рис. 10.2),
которые будут использованы при создании пассажирского магист-
рального самолета нового поколения, позволит снизить расход топ-
лива на 15—30% по сравнению с этим показателем на современ-
ных широкофюзеляжных самолетах. Применение сверхкритическо-
го профиля уменьшит стреловидность крыла при одновременном
увеличении удлинения и относительной толщины его.
В конструкции самолетов следующих поколений будет исполь-
зован отсос пограничного слоя с поверхности крыла и оперения,
а также шасси на воздушной подушке.
Специалисты фирмы «Локхид» на основании исследований по-
казали, что усовершенствование конструкции магистральных са-
молетов может обеспечить значительное повышение их экономич-
ности.
Разработка конструкции самолетов нового поколения включает
создание нового планера и двигателя.
Возможные усовершенствования планера связаны с применени-
ем сверхкритических аэродинамических поверхностей, активных
систем управления и новейших легких материалов. Активная сис-
тема управления включает комбинированную систему снижения
нагрузок при выполнении маневров и нагрузок от порывов ветра,
обеспечивающую снижение веса крыла, и автоматическую систему
управления по углу тангажа, которая позволяет уменьшить вес
горизонтального хвостового оперения за счет снижения запаса
статической устойчивости.
Усовершенствования в области силовых установок предусмат-
ривают применение новых турбовентиляторных, вентиляторно-винт
товых двигателей и двигателей с усовершенствованным рабочим
циклом. Высокая эффективность турбовинтовых двигателей по,
сравнению с турбовентиляторными способствует использованию их
в будущем в условиях дефицита топлива или его высокой цены.
Фирма «Макдоннелл—Дуглас» исследовала два турбовентиля-
торных 92-местных самолета, созданных на основе самолета DC-9-
30, а фирма «Локхид» разрабатывает для использования в 80-х го-
дах на авиалиниях малой и средней протяженности два новых са-
молета на базе самолета L-1011 «Тристар». Двухмоторный само-
лет серии 600 с двигателями RB-211 рассчитан на 174—200 пасса-
жиров, дальность полета 5 000 км (меньше, чем у самолета «Три-
стар»), Самолет с тремя двигателями серии 400 рассчитан на 200—
250 пассажирских мест.
Оба самолета фирмы «Локхид», в которых должны использо-
ваться технические достижения 1980 и последующих годов, будут
расходовать на один пассажиро-километр на 15—20% меньше топ-
лива, чем современные лайнеры с узким фюзеляжем. Следует, од-
нако, отметить, что многие специалисты считают возврат к турбо-
винтовым самолетам шагом назад. Современные самолеты с турбо-
винтовыми двигателями эффективнее самолетов с турбовентиля-
торными двигателями с большим коэффициентом двухконтурност и
при скорости, соответствующей М = 0,8.
230
Анализ тенденций развития авиации показывает, что в недале-
ком будущем можно ожидать появления пассажирских самолетов
с асимметричным крылом или крылом изменяемой геометрии, име'’
ющих сверхзвуковую крейсерскую скорость (М= 1,24-1,4), с удель-
ным расходом топлива, несущественно превышающим расход топ-
лива дозвуковых самолетов.
Однако раньше на мировом авиационном рынке появится не-
сколько конкурирующих моделей дозвуковых пассажирских само-
летов обычной схемы с обычной длиной разбега и пробега, спро-
ектированных с учетом новейших достижений аэродинамики,
прочности, механики разрушения и технологии производства.
В конструкциях этих самолетов будут применены новые компо-
зиционные материалы, высокоэффективные сплавы и новые эконо-
мичные двигатели.
Предполагается использовать на таких самолетах бортовые вы-
числительные системы объединенного типа, микроволновые систе-
мы посадки и системы, исключающие столкновение самолетов, но-
вые системы активного управления (изменения конфигурации) са-
молета, улучшенные пневматики колес шасси и тормоза с приме-
нением бериллиевых сплавов и материала «углерод—углерод», за-
крытые (герметизированные) гидросистемы, а также дистанцион»
ные (проводные) системы функционального управления.
Прогнозируется широкая и эффективная эксплуатация этих
самолетов на маршрутах протяженностью от 500 до 5500 км, на
которых, как ожидают, в 1980-х годах будет выполняться почти
3/4 всех воздушных перевозок.
Считая, что в 1980-е годы появится спрос на гражданские са-
молеты, все фирмы США, выпускающие их, в последнее время уси-
ленно работают над проектами высокоэкономичных реактивных
самолетов на 180—200 пассажирских мест.
Известно, что в реактивной пассажирской авиации за послед-
ние 15 лет достигнуто более, чем двукратное снижение расхода
топлива на место-километр. При коэффициенте загрузки широко-
фюзеляжного самолета, равном 60%, топлива расходуется в настоя-
щее время только 0,055—0,070 л/место-км (этот показатель луч-
ше только для автобусных и железнодорожных перевозок пасса-
жиров) .
Повышение производительности дозвуковых реактивных пасса-
жирских самолетов за счет увеличения скорости полета не рацио-
нально из-за увеличения показателя удельного расхода топлива.
Подсчитано, что самолет на 200 пассажиров, имеющий дальность
полета 2700 км, с турбовинтовым двигателем, построенный с ис-
пользованием технических достижений 1980 г., 1 л топлива будет
затрачивать на 25 пассажиро-километров. Сравнимый с ним само-
лет с турбовентиляторным двигателем расходует 1 л топлива на
20 пассажиро-километров (на самолете L-1011 1 л топлива затра-
чивается на 17,5 пассажиро-километров), при этом крейсерская
скорость полета самолета с турбовентиляторным двигателем соот-
ветствует М=0,82, а турбовинтового самолета — М = 0,6.
231
Принимая во внимание тенденцию постоянного совершенствова-
ния газотурбинных двигателей всех видов (а это совершенствова-
ние продолжается, в том числе и по показателю удельного рас-
хода топлива), можно утверждать, что на ближайшие 15—20 лет
дозвуковые самолеты останутся основным видом пассажирского
авиатранспорта.
В СССР проблему создания дозвуковых пассажирских самоле-
тов для авиалиний малой и средней протяженности успешно реша-
ет опытно-конструкторское бюро, руководимое Генеральным конст-
руктором академиком А. С. Яковлевым. В ближайшее время бу-
дет передан в эксплуатацию новый магистральный самолет Як-42,
созданный этим ОКБ.
Конструкция самолета Ан-72, в которой используются новей-
шие достижения научно-технического прогресса, разработана в
ОКБ Генерального конструктора академика АН УССР О. К- Ан-
тонова.
Исследования и разработки новых магистральных пассажир-
ских самолетов успешно ведет также ОКБ, руководимое Генераль-
ным конструктором профессором А. А. Туполевым.
.... Несмотря на экономический застой, фирмы США работают над
проектами новых самолетов и модификацией самолетов, нахцдят
щихся в эксплуатации.
В настоящее время фирма «Боинг» работает над созданием се-
мейства самолетов 7N7, представляющих собой варианты самоле-
тов В-707, В-727 и В-737. Первый самолет семейства Боинг-7КТ7-
100, имевший ранее обозначение В-737-300, разрабатывается на
основе самолета В-737. Изучается возможность участия в этой
программе французской фирмы «Аэроспасьяль».
В отличие от исходного, на самолете B-7N7-100 будет установ-
лено новое усовершенствованное крыло и увеличена длина фюзеля-
жа, предполагается использовать ТРДД «SNECMA — Дженерал
электрик CFM56» с тягой 10 тс. Самолет B-7N7-100 создается с
учетом требований Японии к самолету для эксплуатации на не-
больших аэродромах с длиной взлетно-посадочной полосы ~ 1200 м.
Число пассажиров— 155, дальность полета — 3700 км. Самолет
B-7N7-100 будет конкурировать с малошумным пассажирским са-
молетом с укороченным взлетом и посадкой фирмы «Макдон-
нелл— Дуглас» DC-9QSF на 115—128 мес, разрабатываемым сов-
местно с японскими фирмами и рассчитанным на дальность поле-
та 1800 км и эксплуатацию с дорожек длиной ~1200 м.
На основе самолета В-707 фирма разрабатывает проекты са-
молетов B-7N7-200 и B-7N7-500. Самолет B-7N7-200 будет вариан-
том конструкции самолета В-707-320 с удлиненным на 3 м фюзеля-
жем и ТРДД фирмы «Дженерал электрик» CFM56 с тягой 9980 кгс.
Ввод в эксплуатацию самолета предполагается в 1980-х годах.
Самолет B-7N7-500 по проекту близок к самолету В-707-500,
разработка которого ведется с августа 1973 г., он будет иметь че-
тыре ТРДД с тягой по 11,34 тс, взлетная масса 151 ... 163 т и
232
Рис. 10.3. Проект одного нз вариантов самолета 7X7 фирмы «Боинг» с тремя дви-
гателями
пассажировместимость 150—200 мест. Дальность полета в вари-
анте на 200 пассажирских мест составит ~9900 км.
Основной программой пассажирского самолетостроения фирмы
«Боинг» на ближайшие 10 лет является программа создания ново-
го самолета В-7Х7, предназначенного для авиалинии малой и сред-
ней протяженности (рис. 10.3). Предполагается ввести этот само-
лет в эксплуатацию в 1982 г.
Фирма изучает целое семейство самолетов как с двумя, так и с
тремя двигателями. За основу взят трехдвигательный вариант,
рассчитанный на 180—210 пассажиров, имеющий взлетную массу
116—130 т и дальность полета 3000—5000 км. Рассматриваются
варианты с большой дальностью полета (6000—7000 км); к 1990г.
предполагается продать 200 таких самолетов при условии, что бу-
дут выпускаться самолеты фирмы «Макдоннелл—Дуглас» DC-X-
200 и фирмы «Эрбас индастри» А-300В-10. В работах по програм-
ме самолета Боинг-7Х7 участвуют фирмы Италии и Японии. Фир-
ма «Боинг» предполагает продать до 400 самолетов Боинг-7Х7
малой и средней дальности к 1985 г. и столько же в последующие
пять лет. По характеристике «платная нагрузка — дальность по-
лета» самолет Боинг-7Х7 занимает промежуточное положение меж-
ду самолетом В-727 и самолетами L-1011, DC-10 и А-ЗООВ.
Фирма «Боинг» планирует применить на самолете Боинг-7Х7
три ТРДД фирмы «Пратт-Уитни» JT-10-D или двигатели CFM-56
фирмы «SNECMA — Дженерал электрик» с тягой 10 (до' 16) тс.
В печати появились сообщения о том, что фирма «Роллс-Ройс»
разрабатывает для самолетов Bohht-7N7 и -7X7 двигатель RB-
211-535, в основу которого положена конструкция двигателя RB-
211-22В с тягой 19 000 кгс. Новый двигатель с тягой 14,5 тс в
233
Рис. 10.4. Проект самолета DC-X-200 фирмы «Макдоииелл-
Дуглас»
эксплуатации будет на 30% дешевле двигателя RB-211-22B; рас-
ход воздуха через центральную часть нового двигателя уменьша-
ется на 16%, общий расход воздуха — на 25%. Двигатель снаб-
жается вентилятором диаметром 1850 мм. Разработку двигателя
RB-211-535 предполагается завершить в конце 1981 г.
К 1980—1983 гг. возможно появление трехдвигательного само-
лета В-7Х7 и двухдвигательного самолета DC-X-200 (рис. 10.4),
рассчитанного на эксплуатацию со взлетных полос длиной ~2400 м
и на 40—50% повторяющего конструкцию самолета DC-10, и двух
самолетов (вместимостью 130 ... 140 и 190 ... 210 пассажиров),
создаваемых совместно западноевропейскими фирмами с учетом
новых требований транспортных авиакомпаний Западной Европы.
По проекту самолет В-7Х7 имеет размах крыла 45,35 м, удли-
нение крыла 9,92, относительную толщину 15% в корневой и
10% в концевой части, стреловидность крыла 30,2°, площадь кры-
ла 207,46 м2, внутренний диаметр фюзеляжа 5,03 м, двигатели —
CFM-56, RB-211 или JT-10-D, полетное число М = 0,80-4-0,84, длина
двух вариантов самолета соответственно 48,2 и 51,6 м.
По проекту самолет DC-X-200 имеет размах суперкритического
крыла 40,7 м, стреловидность крыла 28°, удлинение крыла 8,5, от-
носительную толщину крыла 13,5%, площадь крыла 195 м2; мас-
са конструкции крыла 11,79 т, наружный диаметр фюзеляжа 6 м,
длина самолета 43,7 м, максимальная взлетная масса 128,58 т, мак-
симальная посадочная масса 115,7 т, масса самолета без топлива
104,3 т, масса снаряженного — 74,85 т, максимальный запас топ-
лива 44,30 т, максимальная масса платной нагрузки 30 т, вмести-
мость 195—248 пассажиров, объем багажных отсеков 55,25 м3,
число М = 0,78-4-0,82, дальность полета с 219 пассажирами
~4900 км. Силовая установка самолета должна состоять из двух
ТРДД CF6-50CR или иных ТРДД, применяемых на широкофюзе-
ляжных самолетах. Если программа создания самолета DC-X-200
234
будет начата с 1977—1978 гг., то к концу 1980 г. фирма начнет по-
ставку авиакомпаниям первых самолетов.
У самолетов В-7Х7 и DC-X-200, по сравнению с узкофюзеляж-
ными самолетами, будут уменьшены на 10 дБ уровень шума и на
16—20 (до 40) % расход топлива. Ожидается, что увеличение отно-
сительного удлинения крыла и применение крыла сверхкритическо-
го профиля даст экономию топлива 8% и снижение потребной тяги
двигателей на 13%. Все это имеет важное значение, так как из-за
увеличения в 1974 г. стоимости топлива вдвое доля расходов зару-
бежных авиакомпаний на топливо также удвоилась и составляет
25—30% от общих расходов.
Самолеты В-7Х7 и DC-X-200 могут стать новыми дозвуковыми
пассажирскими самолетами с крейсерской скоростью полета, соот-
ветствующей М=0,82-4-0,85. Самолеты В-7Х7 и B-7N7 будут вхо-
дить в семейства самолетов В-757, В-767 и В-777.
Над проектами новых пассажирских самолетов малой и средней
дальности работают ведущие самолетостроительные фирмы евро-
пейских стран — «Дассо-Бреге» (самолеты «Меркюр-200» и
ASMR), «Аэроспасьяль» (проекты самолетов AS-200-23MC, AS-B-
7N7 и другие), ВАС (самолет ВАС-Х-11). Диаметр фюзеляжей
этих самолетов меньше 4 м (3,9 и 3,65 м).
Специалистами фирмы «Макдоннелл—Дуглас» проработаны
два варианта самолетов:
— самолет для малой дальности полета (до 2000 км) со 130
пассажирами. На этом самолете предполагается в хвостовой час-
ти фюзеляжа установить два двигателя с тягой по 10 тс каждый;
— самолет с тремя ТРД для перевозки 181 пассажира. Разра-
ботка этих самолетов определяется тем, что на коротких авиали-
ниях перевозится до 30%, а на средних — до 45% пассажиров.
Специалисты ведущих авиационных фирм США пока не отка-
зались от программ создания пассажирских самолетов с около-
звуковой скоростью полета (М = 0,954-0,98), хотя прогнозы спроса
на такие самолеты не отличаются оптимизмом из-за недостаточной
экономичности по показателю расхода топлива.
Фирмой «Локхид» изучается возможность создания самолета о
тремя двигателя на 380 пассажиров со взлетной массой 295 т,
дальность полета 9250 км и числом М = 0,98. Фирма «Макдоннелл—
Дуглас» провела исследования перспективы создания самолета (на
600 пассажиров) с четырьмя двигателями под крылом при взлетной
массе 645 т, дальности полета 7400 км и числе М = 0,95, а специа-
листы фирмы «Макдоннелл — Дуглас» оценивают возможность раз-
работки самолета (на 199 пассажиров) с тремя двигателями и
фюзеляжем, спроектированным по правилу площадей, при взлет-
ной массе 152 т, дальности полета 5 560 км и числе М=0,98.
Эти же фирмы работают над проектами перспективных само-
летов укороченного взлета.
Фирмы «Боинг» и «Макдоннелл—Дуглас» по контракту с ВВС
США закончили работы по созданию самолетов УС-14 и УС-15 ко-
роткого взлета и посадки.
235
Самолет УС-14 фирмы «Боинг» отличается рядом технических
новшеств, в том числе системой обдува верхней поверхности крыла
выхлопными струями двух ТРДД «Дженерал электрик» CF6-50 с
тягой по 22,7 тс для улучшения взлетно-посадочных характеристик,
цифровой электродистанционной системой управления с тройным
резервированием.
При эксплуатации с коротких дорожек (600 м-) взлетная масса
самолета равна ~77 т. Вес перевозимой на 2220 км нагрузки со-
ставлет 31,3 тс, а радиус действия при нагрузке 18 тс — 925 км.
Скорость при заходе на посадку на короткую дорожку равна
''•'160 км/ч.
Размах крыла самолета УС-14 равен 39,3 м, его длина 40,2 м,
а диаметр фюзеляжа 5,4 м. Длина разбега при взлете 305 м, а
пробега 213 м (нагрузка 12,25 тс, радиус действия 740 км).
В дальнейшем на базе самолетов УС-14 и УС-15 предполагается
создать пассажирские самолеты, причем фирма «Макдоннелл—
Дуглас» прогнозирует выпуск своего самолета укороченного взле-
та с четырьмя двигателями под крылом в 1982 г. (150 пассажиров,
дальность полета 915 км, длина взлетно-посадочной полосы 600 м;.
Из расчета длины летного поля 600 м фирма «Боинг» плани-
рует создание самолета укороченного' взлета с двумя двигателями
на верхней поверхности крыла, на 147 пассажиров, а фирма «Лок-
хид» — на 150 пассажиров (самолет будет иметь четыре двига-
теля). Пассажирские самолеты короткого взлета и посадки будут
особенно эффективны на маршрутах протяженностью менее
800 км. Предполагается, что в начале 1990-х годов появятся пас-
сажирские самолеты с вертикальным взлетом.
Учитывая прогнозы увеличения объемов перевозок, фирмы США
уделяют большое внимание созданию новых грузовых самолетов.
При этом планируется разработка специализированных самоле-
тов для грузовых перевозок (рис. 10.5 и 10.6), а также создание
транспортных систем с участием авиации (отправитель грузов —
автомобиль — самолет — автомобиль — получатель грузов) и
управлением от ЭВМ. Специализированные грузовые самолеты
проектируются на небольшую дальность полета (900—1000 км),
высокий уровень суточного налета (до 15 ч) и низкие эксплуата-
ционные расходы, при этом груз должен перевозиться в контейне-
рах, единых для всей транспортной системы.
Фирма «Макдоннелл—Дуглас» проектирует грузовой самолет
с шириной фюзеляжа 10 м.
Специализированный грузовой самолет фирмы «Боинг» будет
иметь взлетную массу 220 т (при массе груза ПО т) и дальность
полета 920 км (М = 0,64-0,7). Фирма «Боинг» предлагает также-
проект сверхтяжелого (со взлетной массой 1600 т) самолета для
перевозки нефти и сжиженного газа на дальность 900 км при мас-
се груза 1050 т или на дальность 5000'км при массе груза 840 т
(см. рис. 10.6, а).
По расчетам фирмы транспортная система с такими самолета-
ми позволяет транспортировать нефть при-стоимости перевозки, со-
236
Рис. 10. 6. Проекты сверхтяжелых специали-
зированных грузовых самолетов:
а—большегрузный самолет фирмы «Боинг»
для перевозки нефти и сжиженного газа;
б—«летающее крыло» фирмы «Локхид»; в—
летающая лодка фирмы «Дориье»
измеримой со стоимостью перекачки нефти по трубопроводу, по-
строенному в труднодоступных местах.
Фирма «Локхид» предложила идею создания специализирован-
ного грузового самолета (см. рис. 10.6, б), выполненного по схеме
«летающее крыло». В качестве топлива на этом самолете может
быть использован керосин или водород. Взлетная масса самолета
с керосином — 550 т, с водородом — 450 т, масса груза — 300 т,
а дальность полета •— 6000 км.
Фирма «Дорнье» предложила проект грузового самолета-летаю-
щей лодки со взлетной массой 1000 т и платной нагрузкой 300—
400 тс (см. рис. 10.6, в). Размах крыла ~ 100 м, длина -~-100 м,
скорость 820 км/ч и дальность полета 7000—10 000 км. Силовая
установка состоит из 10 ТРДД с суммарной тягой 330 тс. Програм-
ма разработки самолета рассчитана на 10 лет. Подобный самолет
при эксплуатации на североатлантическом маршруте по произво-
дительности может быть сравним с обычными грузовыми судами,
хотя и будет значительно уступать судам-контейнеровозам. Пред-
полагаемые прямые эксплуатационные расходы самолета с плат-
237
Рис. 10. 7. Воздушно-космический орбитальный самолет «Спейс Шаттл» фирмы «Роквелл
иитернейшнл» (рисунок)
ной нагрузкой 350 тс составят 1 цент/тс-км по сравнению с
1,6 цент/тс-км для грузового самолета B-747-200F.
По прогнозам фирмы DMS (США), за период с 1975 по 1984 гг.
в капиталистических странах будет построено 3573 гражданских са-
молета стоимостью 54—55 млрд. долл, (в ценах 1975 г.), в том чис-
ле не менее 1750 самолетов средней и малой дальности полета,
главным образом типа А-300В, В-7Х7 и DC-X-200. До 1978 г. будет
выпускаться в среднем по 320 самолетов в год, а в 1979—1984 гг.—
более 380 самолетов. К 1984 г. в Европе (без СССР) будет выпу-
щено приблизительно 500 гражданских самолетов. Парк всех зару-
бежных гражданских самолетов увеличится незначительно —
с 6049 до 6456 самолетов.
Аэрокосмическая промышленность США создает в настоящее
время крупногабаритный воздушно-космический самолет многора-
зового применения (рис. 10.7). Длина его — 37,2 м, размах
крыла — 23,79 м, а высота с выпущенным шасси — 17,39 м. В гру-
зовой отсек самолета объемом 365 м3 (длина его 18,3 м, а диа-
метр — 4,6 м) можно поместить груз весом 29,5 тс (при взлете)
и 14,5 тс (при посадке). Максимальная взлетная масса орбиталь-
ного корабля «Спейс Шаттл» 110,9 т. Самолет предназначен для
доставки на орбиты вокруг Земли и возвращения на Землю бло-
ков орбитальных станций, искусственных спутников Земли, их
сборки, обслуживания и ремонта, для снабжения спутников и стан-
ций. Самолет также может быть использован для доставки и спа-
сения космических экипажей, для различных научных и других за-
дач.
Первые полеты самолета планируются на 1979 г. Вертикальный
старт и разгон самолета будут осуществляться с помощью одно-
разового топливного бака длиной 55,3 м и двух многоразовых раз-
гонных РДТТ, а посадку самолет будет выполнять обычным спо-
238
Рис. 10.8. Проект воздушно-космического орбитального самолета второго по-
коления (США)
собом со скоростью захода на посадку 343 км/ч. Расчетный ресурс
самолета составит 100 полетов на околоземную орбиту и обратно.
Планер самолета изготовлен из алюминиевых сплавов и имеет
обычную самолетную конструкцию (отличительной особенностью
является только внешнее многоразовое теплозащитное покрытие
самолета).
В 1990-х годах возможно появление космического самолета
США второго поколения (рис. 10.8). Это будет летательный аппа-
рат, вероятно, одноступенчатый, многоразового применения, взле-
тать и садиться он будет, как обычный самолет.
Из приведенных данных следует, что в мировом самолетострое-
нии наметилась ярко выраженная тенденция создания и строи-
тельства самолетов больших и очень больших габаритных разме-
ров, самого разного назначения, с различными техническими дан-
ными. Конечно, для разработки и опытного строительства таких
самолетов в ряде случаев необходим большой период времени (до
10 лет и более), а также требуются огромные капиталовложения
(некоторые программы оцениваются в 2,5—4 и даже в 5 млрд,
долл.). Поэтому нет оснований ожидать в ближайшие 5—8 лет по-,
явления за рубежом новых самолетов нескольких новых моделей.
В США некоторые специалисты считают маловероятным поступле-
ние на рынок сбыта новых самолетов, базирующихся на более
высоком уровне техники, ранее 1995 г. (хотя с этим едва ли мож-
но согласиться).
Тем не менее в настоящее время наиболее крупные фирмы США
и стран Западной Европы ведут значительные работы по форми-
рованию концепций будущих авиационных систем, определению
возможных обликов самолетов будущего и оценке их основных тех-
нических и экономических данных. Специалисты фирм ведут ин-
тенсивные исследования в области аэродинамики, прочности, конст-
рукций, систем управления, при этом немаловажное значение
придается разработке новых легких, прочных и долговечных мате-
риалов, а также разработке новых высокоэффективных технологи-
ческих процессов и производственного оборудования для их реа-
лизации. •
239
10.2. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В САМОЛЕТОСТРОЕНИИ
В конструкциях новых пассажирских самолетов, а также при
разработке новых модификаций эксплуатируемых в настоящее вре-
мя транспортных, грузовых и пассажирских самолетов будут ши-
роко применяться новые металлические композиционные мате-
риалы, стеклопластики, композиционные материалы, армирован-
ные волокнами углерода и бора; титановые и бериллиевые сплавы,
а также алюминиевые сплавы повышенной удельной и усталост-
ной прочности. Уже в настоящее время наметился переход самоле-
тостроения от стрингерных к слоистым и сотовым конструкциям.
Можно ожидать, что эта тенденция сохранится.
В будущем повысится уровень монолитности (неразъемности)
конструкций планера, при этом будет уменьшаться количество де-
талей, входящих в конструкцию, повысится, в ряде случаев на по-
рядок, точность изготовления деталей, а также будет постоянно
возрастать коэффициент преемственности конструкции деталей,
узлов и агрегатов как самолетов, так и двигателей.
Успехи создания новых самолетов в настоящее время в значи-
тельной степени зависят не только от использования дорогостоя-
щего оборудования для испытаний и исследований (аэродинами-
ческих труб, газодинамических стендов для ТРД, моделирующих
установок и вычислительных комплексов), но и от использования
дорогостоящего технологического оборудования (уникальных стан-
ков с ЧПУ, оборудования для изготовления крупногабаритных аг-
регатов самолетов из композиционных материалов и т. п.).
Необходимость использования нового технологического обору-
дования, новых технологических процессов и новых методов про-
изводства ведет к дополнительным трудностям в проектировании,
производстве и освоении новых самолетов. Особенно много техно-
логических проблем возникает при использовании новых материа-
лов с высокой начальной стоимостью, когда для широкого приме-
нения в конструкции требуется быстро удешевить материал за
счет разработки и внедрения новых технологических процес-
сов и высокоэффективного технологического оборудования, при
создании которого используются новейшие достижения науки и тех-
ники (лазерной технологии, методов высокоскоростного деформи-
рования твердого тела и высокоскоростного нагрева, порошковый
металлургии, обработки поверхностей твердых тел, автоматизации
и т. д.).
Из числа новых материалов для пассажирского самолетострое-
ния наиболее перспективны композиционные материалы и титано-
вые сплавы. Композиционные материалы применяются и будут при-
меняться для изготовления таких частей планера самолета, как за-'
лизы, обтекатели, створки шасси, хвостовые части крыла и опере-
ния, балки, панели пола, двери пассажирских кабин, рули направ-
ления и высоты, элероны, закрылки, интерцепторы, воздушные тор-
моза, гондолы двигателей. В настоящее время ведутся работы по
использованию композиционных материалов при изготовлении ки-
240
Рис. 10.9. Схема изготовления н пропитки ленты из композиционных
материалов:
/—ншпулярник; 2—нити (волокна); 3—пропиточная ванна; 4—сушильная
камера . Н5° С); 5—готовая лента; 6—-катушка с готовой лентой
ля, в будущем (в начале 1980-х годов) появятся конструкции крыла
и стабилизатора, выполненные в основном из композиционных ма-
териалов. Создание фюзеляжа самолета из композиционных мате-
риалов также не встретит принципиальных технических трудностей.
Практическое применение таких конструкций, по оценкам специа-
листов, ведет к снижению массы и стоимости агрегатов самолета
на 20—25%, а расхода топлива — на 5%. В ближайшие годы может
быть создан самолет, который будет сделан (по массе) на 3/4 из
композиционных материалов. В композиционных материалах для
такого самолета в качестве армирующего наполнителя будет при-
меняться бороволокно, получаемое осаждением из паровой фазы на
подложку из вольфрама (а в дальнейшем— на подложку из угле-
рода или другого дешевого материала); графитовое волокно, вклю-
чая волокно, получаемое из пека; кевлар (органическое волокно
малой плотности с пределом прочности более 300 кгс/мм2 и моду-
лем упругости 13360 кгс/мм2); сапфировые и стеклянные волокна,
а также стеклоэпоксидпые пластики. Будет применяться сочетание
различных армирующих волокон в одном материале.
В качестве связующего применяются и будут применяться раз-
личные эпоксидные термореактивные смолы. В перспективе воз-
можно применение б композиционных материалах таких связую-
щих, как .полиимиды и другие полигетероциклические полимеры, а
также полисульфоны, полиарилсульфоны и другие полиариленовые
термопластичные смолы, возможно также применение самоармиру-
емых (молекулярно упорядоченных) полимеров.
При изготовлении крупногабаритных агрегатов самолета моно-
литной конструкции (в том числе секций фюзеляжа изогридной
конструкции) из композиционных материалов (полимерных матриц,'
упрочненных различными волокнами) перспективными будут про-
241
1
Рис. 10. 10. Схема изготовления изделий из композиционных материалов методами
выкладки (а) и иамотки (б):
1—катушка с лентой; 2—установка для выкладки ленты; 3—заготовка детали (изде-
лия);. 4—намоточный .станок с ЧПУ
пессы автоматизированной намотки ленты, а также автоматизиро-
ванная выкладка ленты или ткани с последующим автоклавным
формованием (в опытном производстве возможна ручная выкладка
ленты на удаляемые оправки). В производстве полуфабрикатов
(препрегов) для изготовления однонаправленной ленты из компози-
ционных материалов (стеклянной и углеродной ленты шириной до
50 мм, а также борной тканой ленты шириной до 10 мм) в нашей
стране* используются установки УЛС-2М, УЛК-1 и УЛК-2, обеспе-
чивающие максимальную скорость пропитки ленты связующим 20,7
и 12 м/мин (рис. 10.9), а для пропитки тканей из композиционных
материалов при скорости протяжки ткани до 10 м/мин применяют-
ся установки УПСТ-1000 (для ткани шириной до 1000 мм) и УПСТ-
1600К (для ткани шириной до 1600 мм).
Крупногабаритные плоские изделия и изделия одинарной кри-
визны из композиционных материалов рационально изготавливать
методом выкладки предварительно пропитанной однонаправленной
ленты или ткани с требуемой ориентацией ее на установках с ПУ
или ЧПУ типа ВКЛ (рис. 10.10,а), на которых обеспечивается ско-
рость выкладки ленты от 1 до 10 м/мин и угол выкладки — от 0 до
90°. На установках ВКЛ-1-2,5-ПУ, ВКЛ-2-8-ПУ, ВКЛ-1-16-ПУ и
ВКЛ-4-16-ПУ можно выкладывать заготовки деталей размерами
(длина, умноженная на ширину) 2500X1000, 8000X2000; 16000Х
ХЮ00 и 16000X4000 мм соответственно. Для деталей больших раз-
меров могут быть созданы другие установки.
Для изготовления изделий из композиционных материалов типа
тел вращения и тел двойной кривизны, близких по форме к телам
вращения, рационально применять метод намотки предварительно
* Далее в тексте указываются модели только отечественного оборудования.
242
пропитанной ленты на вращающуюся разборную (удаляемую)
оправку (рис. 10.10, б) на станках НК-9ПУ, НК-10ПУ и НК-ППУс
пятикоординатными системами ЧПУ, обеспечивающих изготовление
заготовок размерами (диаметр, умноженный на длину) до 500Х
Х2000, до 1600X4000 и до 2500X10000 мм соответственно, при
этом угол намотки (по отношению к продольной оси) можно ме-
нять в пределах от 10 до 90° (НК-9ПУ) или от 5 до 90° (НК-ЮПУ
и НК-ИПУ). Для отверждения заготовок изделий из композицион-
ных материалов используются автоклавы соответствующего раз-
мера с электронагревом до температуры 3'80° С и выше. Давление
в рабочей камере автоклава может составлять 16 кгс/см2 и более.
Формообразующая и сборочная оснастка, применяемая при из-
готовлении изделий из композиционных материалов, должна иметь
такой же коэффициент термического расширения, как и у изготав-
ливаемого изделия, а также должна обладать высоким коэффици-
ентом теплоотдачи и хорошими свойствами сохранения размеров и
формы. В этом смысле перспективно применение оснастки с алюми-
ниевым сотовым заполнителем и графитоэпоксидными обшивками.
В титановых сплавах, так же как и в композиционных материа-
лах, хорошо сочетаются высокие прочностные свойства с коррози-
онной стойкостью и небольшим удельным весом. Этим объясняется
непрерывно увеличивающееся количество деталей из титановых
сплавов в конструкциях новых пассажирских самолетов. Из техно-
логических процессов изготовления таких деталей наиболее пер-
спективны процессы литья, сварки, а также процессы изготовления
листосварных и штампосварных конструкций (с широким исполь-
зованием заготовок из листа).
Высокое качество титановых отливок обеспечивается примене-
нием особо чистых основных и вспомогательных материалов, глу-
бокого вакуума и контролируемых атмосфер, высококонцентриро-
ванных и полностью управляемых источников тепла, а также высо-
ким уровнем механизации и автоматизации всех операций, включая
контрольные. При этом будут использоваться набивные, прессован-
ные, самотвердеющие, оболочковые, металлические, армированные
и комбинированные формы из графита, кокса, высокоуглеродистых
связующих материалов, металлических порошков и синтетических
полимеров. Для направленного нагружения затвердевающей от-
ливки (приложение давления) применяются и будут применяться
методы центробежной и компрессионной заливки титанового спла-
ва в формы, а также литье в электромагнитном поле и другие про-'
цессы. В управлении процессами заполнения формы и затвердева-
ния отливок будут применяться системы ЧПУ.
С целью получения точных высококачественных титановых
штамповок без альфированного слоя предполагается широкое ис-
пользование штамповок с применением специальных защитных по-
крытий и штамповки заготовок в штампах, нагретых до температу-
ры деформирования.
Для формообразования титановых деталей из листа целесооб-
разно применять нагрев заготовки и термокалибровку детали на
243
Ряс. 10. И. Схема установки для электронно-лучевой
сварки:
1—стол со свариваемым узлом; 2—электронная пушка;
3—стигматор; 4—электромагнитная линза; 5—оптиче-
ский микроскоп; 6—подвижная вольфрамовая диаф-
рагма; 7-—отклоняющая система; 8—анод; 9—управля-
ющий электрод; 10—катод; 11—стабилизированный
блок питания электронно-оптической колонны; 12-
блок программного управления
завершающей стадии тех-
нологического процесса,
при этом будет использо-
ваться эффект сверхплас-
тичности и штамповка с
одновременной термооб-
работкой деталей. Уже
началось широкое исполь-
зование термообработки
титановых конструкций
для снятия остаточных
внутренних напряжений
с применением вакуумно-
го оборудования с ЧПУ.
Наряду с механичес-
кой обработкой деталей
из титановых сплавов бу-
дет применяться элект-
рохимическая обработка
и различные виды элект-
рофизической обработки.
Сварка, как способ
неразъемного соединения
деталей в конструкции из
различных материалов,
получит широкое распро-
странение в связи с тен-
денцией увеличения объ-
емов применения дета-
лей из листа.
Вместе с традицион-
ными методами контакт-
ной сварки и сварки плав-
лением развиваются но-
вые прогрессивные процессы сварки. Это относится прежде всего
к технологическим процессам сварки с использованием локальных,
высококонцентрированных источников тепла (электронно-лучевая
и лазерная сварка).
В основе процесса нагрева металла при электронно-лучевой
сварке лежит явление перехода кинетической энергии быстролетя-
щих электронов в тепловую при резком торможении в результате
их соударения с поверхностью соединяемых деталей. На рис. 10.11
показана схема установки электронно-лучевой сварки.
Сварка деталей производится концентрированным потоком
электронов, ускоренных высоковольтным электрическим полем в
вакууме.
Процесс обеспечивает получение высококачественных соедине-
ний деталей толщиной от 0,05 до 100 мм и более за один проход
при минимальных остаточных деформациях.
244
Высокая концентрация энергии нагрева в сочетании с вакуум-
ным переплавом позволяет получать при электронно-лучевой свар-
ке соединения, свойства которых близки к свойствам свариваемого
материала.
В СССР и за рубежом электронно-лучевая сварка получила
распространение при производстве деталей самолетов и двигателей,
представляющих в основном тела вращения. Однако в последние
годы благодаря ускоренному развитию техники и технологии луче-
вой обработки металлов создались условия для широкого внедре-
ния электронно-лучевой сварки в производство пассажирских само-
летов различного назначения. С помощью электронно-лучевой свар-
ки изготавливаются и будут изготавливаться сложные сварные кон-
струкции из титановых и алюминиевых сплавов, а также из раз-
личных конструкционных сталей, включая нержавеющие.
В отечественной промышленности применяется комплекс обору-
дования (установки ЭЛУ-20, ЭЛУ-21 и ЭЛУ-22) для электронно-
лучевой сварки сложных по конструкции крупногабаритных узлов
со швами, расположенными в различных пространственных поло-
жениях. Эти установки оснащены электронными пушками, переме-
щающимися внутри камеры. Технологический процесс сварки вклю-
чает следующие операции:
подготовку стыков деталей под сварку;
сборку заготовок под сварку, контроль сборки;
прихватку технологических подкладок и пластин;
монтаж заготовок в камере;
герметизацию и вакуумирование камеры;
сварку заготовок;
удаление технологических подкладок и пластин;
термообработку сварных узлов (при необходимости);
контроль качества сварки-
При электронно-лучевой сварке деталей с толщиной стенки до
5 мм применяют электронные пушки мощностью 3 кВт, с толщиной
стенки до 50 мм — мощностью 30 кВт, а для сварки деталей тол-
щиной до 150 мм будут применены пушки мощностью 100 кВт и
более.
Электронно-лучевая сванка оказалась наиболее эффективным
процессом при изготовлении узлов шасси, при этом удалось значи-
тельно повысить коэффициент использования металла и надеж-
ность шасси в целом. Для сварки шасси разработаны и успешйо
эксплуатируются специальные установки ЭЛУ-22, оснащенные че-
тырьмя подвижными электронными пушками.
В. установках ЭЛУ используются сварочные пушки с ускоряю-
щим напряжением 60 кВ. На этих установках обеспечивается ско-
рость сварки от 5 до 80 м/ч при давлении в рабочей камере, рав-
ном 8• 10~5 мм рт. ст. Электронные пушки перемещаются по трем
взаимно перпендикулярным осям на расстоянии от 800 до 5000...
10 000 мм и более, что позволяет сваривать узлы любых габаритов.
Простое управление тепловыми процессами при электронно-лу-
чевой сварке путем изменения в широких пределах мощности луча
245
и ею плотности позволяет использовать этот вид сварки также
эффективно как при изготовлении особо тонкостенных деталей (на-
пример, при стыковке обшивок сотовых панелей), так и при соеди-
нении основных несущих элементов конструкции толщиной до 50 мм
и более. Соединения, выполненные электронно-лучевой сваркой,
обладают высоким качеством и надежностью, а сваренные конст-
рукции относятся к категории' экономичных, так как КИМ в этом
случае возрастает до 0,90 (т. е. в 1,5—2 раза по сравнению с КИМ
конструкций, выполненных традиционными методами механообра-
ботки из монолитных заготовок или многопроходной ручной ДЭС),
при этом трудоемкость снижается в 3... 5 раз.
По своим технологическим возможностям и особенностям к
электронно-лучевой сварке близка лазерная сварка. Основным пре-
имуществом лазерной сварки перед электронно-лучевой является
технологическая простота процесса, так как сварка ведется вне ва-
куумной камеры с местной защитой, при этом может работать не-
сколько сварочных постов от одного генератора, отстоящего на
расстоянии десятков метров, имеется также возможность оператив-
ной подварки и хорошего наблюдения за процессом сварки.
• Для сфокусированного лазерного луча характерна высокая кон-
центрация энергии, возможность легкой наводки его в требуемое,
часто труднодоступное место, независимость от магнитных полей
и металлических масс, отсутствие рентгеновского излучения, сво-
бодное (без поглощения) прохождение через газовую струю.
Эти особенности луча лазера позволяют применять его в таких
технологических процессах, как сварка, резка и термообработка.
При взаимодействии с поверхностью детали излучение частично
отражается, а частично проникает вглубь металла на глубину
10~6—10-5 см, поглощается и переходит в тепло. В металлах кван-
ты света поглощаются электронами проводимости, которые рассе-
ивают поглощенную энергию на тепловых колебаниях решетки за
время релаксации, равное КН11—10 ~"! с.
Для технологических целей применимы твердотельные, газовые
и жидкостные лазеры, однако наиболее перспективными являются
газовые лазеры, обладающие высокой мощностью излучения.
Твердотельные лазеры (как правило, импульсные) из-за огра-
ниченности энергетических характеристик в основном применяются
для микросварки деталей толщиной 0,05—0,8 мм. Ожидается появ-
ление твердотельных непрерывных лазеров на иттриево-алюминиё-
вом гранате мощностью до 500—600 Вт, что позволит сваривать
лучом таких лазеров детали толщиной до 2—3 мм.
Схема процесса лазерной сварки показана на рис. 10.12. Луч
лазера фокусируется оптической системой (линзой) на место свар-
ки. Окисляющиеся металлы требуют при этом защиты расплавлен-
ного металла нейтральным газом, который подводят через шту-
цер 2 в защитное сопло 5.
При сварке возможно как перемещение свариваемой детали от-
носительно фокусирующей системы, так и перемещение фокусиру-
ющей системы относительно свариваемой детали.
246
Рнс. 10. 12. Схема лазерной сварки:
1—сварной инов; 2—штуцер подвода защитно-
го газа; 3—лазерный луч; 4—объектив; 5—
защитное сопло; свариваемые детали; 7—
прижимы; 5—стол
Так же как и электронно-
лучевая сварка, лазерная свар-
ка обладает высокой эффек-
тивностью, высокой скоростью,
глубинным «кинжальным»
проплавлением и малой зоной
термического влияния. Про-
цесс лазерной сварки можно,
автоматизировать. За рубежом,
и у нас в стране разработано(
оборудование и проведены'»
технологические исследова-!
ния, показавшие возможность;
высококачественной лазерной
сварки деталей из различных
металлов и сплавов большей
толщины.
Создание в США лазеров
мощностью 40—50 кВт поз-
воляют проводить сварку де-
талей из разных металлов и
сплавов толщиной до 50—60 мм на воздухе с местной защитой.
Конструкции из особо тонких листовых деталей будут изготавли-
ваться способом сварки закрытой плазменной дугой. Этот процесс
осуществляется в охлаждаемой микрокамере, одновременно осу-
ществляющей прижим кромок. Тонкостенные каркасные конструк-
ции из титановых сплавов будут изготавливаться точечной кон-
тактной сваркой.
В последние годы резко возрос интерес к процессу соединения
материалов в твердом состоянии. В настоящее время этим спосо-
бом получают надежное соединение деталей из широкой номенкла-
туры однородных и разнородных материалов — сталей, жаропроч-
ных и тугоплавких сплавов, керамики, сплавов на основе титана
и т. д.
За рубежом сварка деталей в твердом состоянии успешно кон-
курирует с традиционными видами сварки и в ряде случаев заме-
няет пайку, механосборку и механообработку. Фирмы США приме-
няют сварку в твердом состоянии в производстве различных эле-
ментов конструкций самолета из сплавов на основе титана и нике-
ля (рам обтекателей крыла, нервюр центроплана крыла, балок
крепления гондол двигателей и т. п.), а также в двигателестроении
(свариваются диски вентилятора, корпус камер сгорания, лопатки
газовых турбин и т. п.). Признание и распространение этого спосо-
ба сварки связано, прежде всего, с высокой экономичностью и про-
изводительностью процесса, а также с исключением ряда нежела-
тельных эффектов, имеющих место при соединении металлов свар-
кой плавлением (отсутствует литая зона, обладающая, как прави-
ло, повышенной хрупкостью, уменьшено формоизменение соединя-
емых деталей, что определяется сравнительно низкими температу-
247
рами нагрева и возможностью строго контролировать деформацию
деталей при сварке). При сварке в твердом состоянии уменьшают-
ся остаточные напряжения в деталях и повышается стойкость ма-
териалов к трещинообразованию. Существенным преимуществом
сварки в твердом состоянии является также возможность соедине-
ния материалов, резко отличающихся друг от друга по физико-хи-
мическим свойствам (например, металл — керамика), а также воз-
можность соединения разнотолщинных элементов конструкции.
Существует много схем технологического процесса соединения
металлов в твердом состоянии, которые различаются по виду созда-
ваемого в соединяемых деталях напряженного состояния, схеме де-
формирования, а также по характеру защитной среды, способам
нагрева и создания давления; схемы, различаются последователь-
ностью процессов нагрева и нагружения. Процесс соединения ма-
териалов в твердом состоянии включает операции подготовки по-
верхности свариваемых деталей, сборки их, создания защитной сре-
ды, нагрева, нагружения, выдержки при рабочих параметрах,
охлаждения и выгрузки сваренного узла и его контроля.
В зависимости от физико-химических свойств соединяемых ма-
териалов подготовка поверхности деталей может выполняться с по-
мощью механической обработки (фрезерования, шлифования, поли-
рования), травления и обезжиривания. Сварку осуществляют либо
в вакууме, либо в инертных газах. Получила распространение так-
же сварка в соляных ваннах.
Нагрев соединяемых деталей может производиться радиацион-
ным или индукционным способами. Особо перспективным является
локальный нагрев узкой области вблизи соединяемых поверхностей.
Применение различных схем деформирования расширяет техно-
логически возможности процесса соединения в твердом состоянии.
Так, например, использование эффекта сверхпластичности позволя-
ет существенно снизить необходимое удельное давление, темпера-
туру и время сварки. Перспективна с этой точки зрения также
сварка в режиме циклического нагружения и применение термо-
циклирования. В качестве примера на рис. 10.13 показана схема
сварки титановых конструкций в твердофазном состоянии с исполь-
зованием эффекта сверхпластичности. Заготовки из титановых
сплавов для соединения помещают в камеру, создают вакуум
10~5 мм рт. ст., нагревают до температуры, близкой к полиморф--
ному превращению (860—950°С), и нагружают со скоростью, со-
ответствующей использованию эффекта сверхпластичности (0,03—
0,2 мм/мин). Процесс исключает термообработку после сварки и
дает возможность сваривать детали из титановых сплавов широ-
кой номеклатуры (сотовые и ребристые панели, детали таврового
и двутаврового сечения, фитинги и т. д.). Процесс обеспечивает,
высокие свойства сварных соединений — стабильность механичес-
ких свойств, однородность металла в зоне сварки и прилегающих
областях, а также малые деформации изделий.
Специфические особенности процесса соединения металлов в
твердом состоянии позволяют применить существующее прессовое
248
Рис. 10. 13. Схема сварки конструкций из титановых сплавов в твердом состояний
с использованием эффекта сверхпластичности:
а—налруженне с помощью пресса; <5—нагружение с помощью ролика (скорость
сварки 1,3... 8 мм/>мин); 1—источник тепла-. 2—подвижный стол; 3—свариваемая
панель; 4-тнСва(роч<ная камера; 5—пресс с нагреваемой плитой; 6—ролик 0 200 мм
оборудование, а также прокатные станы, которые могут быть ис-
пользованы, в частности, при сварке слоистых композиционных ма-
териалов. В зависимости от конструктивных особенностей деталей
и узлов сваркой в твердом состоянии могут быть получены стыко-
вые, тавровые и нахлесточные соединения из элементов широкого
диапазона толщин от одного до нескольких десятков миллиметров;
в случае получения нахлесточных соединений толщина сваривае-
вых деталей существенно меньше.
Ответственным и сложным этапом технологического процесса
сварки является контроль качества соединения. В настоящее вре-
мя для контроля используются различные виды испытаний техно-
логических образцов (испытания на прочность при ударных, ста-
тических и повторно-статических нагрузках; металлографические
и фрактографические исследования), а также оценка качества по
косвенным показателям (поро- и трещинообразование при тепло-
вом воздействии на соединение) и т. д. Из неразрушающих мето-
дов контроля получили наибольшее распространение и перспектив-
ны ультразвуковые способы оценки качества сварки. Применение
ультразвуковых приборов позволяет обнаруживать дефекты диа-
метром менее 1—2 мм и даже 0,1 мм.
249
р
Рис. 10.14. Схема процесса диффузионной
сварки:
/—сварочная камера; 2—свариваемый узел; 3—
нагреватели; 4—нагреваемая плита
Для сварки узлов в твер-
дом состоянии применяют сва-
рочные установки СДВУ и
УССП, применяются также
сварка в соляных ваннах и
установки диффузионной свар-
ки УДС-2,5X1,5; УДС-2,5Х8
и УДС—2,5x16 (рис. 10.14),
в которых для передачи
давления и нагрева использу-
ются специальные
кие материалы.
случае
при сварке
прессового
необходимо
керамичес-
в
ния
го
НИЯ
ливать специальную
ментальную оснастку.
Способ твердофазной сварки нашел применение при изготовле-
нии всевозможных ребристых конструкций из титановых сплавов
для широкофюзеляжных самолетов.
В настоящее время в самолетостроении сваркой соединяют де-
тали с толщиной стенок 0,3—35 мм. Сварка деталей большой тол-
использова-
различно-
оборудова-
изготав-
инстру-
щины наряду с лучевыми методами соединения выполняется и тра-
диционными способами сварки в среде защитных газов в основном
неплавящимся электродом.
Особенно тщательной защиты разогретых и расплавленных
участков металла защитным газом требует сварка узлов из титано-
вых сплавов. С целью надежной защиты от водорода, присутству-
ющего в основном металле и адсорбированного на свариваемых
кромках в виде влаги, целесообразно сварку титановых конструк-
ций выполнять не в нейтральной, а в активной атмосфере, обеспе-
чивающей экстракцию водорода из расплавленного металла. Такая
технология была разработана с участием Института электросвар-
ки им. Е. О. Патона и получила название сварки в среде инертных
газов неплавящимся электродом по флюсу-реагенту. В этом слу-
чае флюс в виде пасты наносится тонким слоем на кромки свари-
ваемых деталей. Разложение флюса в процессе воздействия на
свариваемые кромки энергии дугового разряда способствует обра-
зованию атмосферы, связывающей водород в стойкие соединения,
что, в конечном итоге, повышает качество металла шва. При свар-
ке применяется флюс ФАН-1, позволяющий уменьшить зону разо-
грева и остаточные сварочные деформации.
При большой площади поперечных сечений деталей (толщина" -
до 20 мм) пользуются порошковой флюсовой проволокой, подава-
емой в зону дуги со скоростью, несколько превышающей скорость
сварки.
Для этой цели разработана специальная головка ГСПП-1.
Для изготовления узлов и деталей с толщиной стенок 10—
250
Рис. 10. 15. Схема процесса (а) и установка (>б) сварки погруженной дугой:
/—свариваемая деталь; 2—каретка; 3—защитное сопло; 4—подающие ролики; 5—электрод;
6—измеритель скорости подачи электрода; 7—камера с инертным газом
35 мм с успехом применяется сварка погруженной дугой, суть ко-
торой состоит в погружении неплавящегося электрода ниже по-
верхности свариваемого металла, а также в вытеснении расплав-
ленного металла давлением дуги, что позволяет повысить про-
плавляющую способность сварочной дуги (рис. 10.15).
Этот процесс обладает большой универсальностью. На одной
и той же установке можно сваривать магниевые, алюминиевые,
Титановые сплавы и стали, при этом различие процессов заключа-
ются лишь в качестве защиты, создаваемой для различных мате-
риалов.
Процесс позволяет регулировать во время сварки погон-
ную энергию, автоматически поддерживая требуемую мощность
(в зависимости от величины сварочного зазора). За один проход
свариваются детали толщиной 10—20 мм, а при двухсторонней
сварке 20—35 мм. Для сварки применяется специальная головка
ГСПД-1 (см. рис. 10.15).
В современных самолетах достаточно широко применяются
ребристые конструкции, выполняемые в виде панелей, профилей,
лонжеронов, балок и т. д. Целесообразно изготавливать такие
узлы с помощью автоматической двухгодовой сварки, основанной
на одновременном горении двух сварочных дуг. Схема этого про-
цесса показана на рис. 10.16. Двухдуговая сварка позволяет повы-
сить производительность процесса сварки в 2—3 раза, а также
обеспечить высокое качество сварных соединений с минимальными
сварочными деформациями.
В ближайшем будущем сварочное производство будет совер-
шествоваться в следующих направлениях:
251
Рис. 10.16. Схема процесса двухдуговой
. сварки:
1—свариваемые детали; 2, 3—горелки
— расширение объемов при-
менения электронно-лучевой и
лазерной сварки, для чего будут
созданы установки из унифициро-
ванных модулей тоннельного ти-
па с перемещающимися в ваку-
уме электронными пушками, ос-
нащенными системами автома-
тического наведения луча и сле-
жения за стыком;
— увеличение объемов при-
менения диффузионной сварки,
в том числе с использованием
уникальных установок;
— разработка и производст-
во экономичных лито- и штампо-
сварных конструкций;
— комплексная механизация и автоматизация сборочно-свароч-
ных 'работ с широким применением программного управления про-
цессами сварки и вспомогательными операциями.
Перспективными являются практически все процессы лучевой
технологии (использование лазерного луча для резки заготовок,
термообработки деталей и для зачистки концов электрических про-
водов от изоляции, применение световых лучей для нагрева и т. д.).
Для механической обработки деталей самолетов перспективно
применение металлорежущего оборудования с системами ЧПУ,
оснащенными микропроцессорами.
В будущем самое широкое применение найдет производствен-
ное оборудование, управляемое ЭЦВМ, а любое производственное
предприятие в целом будет рассматриваться как единая система,
состоящая из различных подсистем, начиная от подсистем обеспе-
чения материалами и разработки всей документации и кончая
подсистемами отдельных производств, включая сборку и испытания
самолетов.
Широкое внедрение микропроцессоров на всех нижних уровнях
производства позволит перейти к комплексной автоматизации
всех технологических процессов.
В заготовительном производстве все большее распространение
получат процессы изготовления заготовок и окончательно готовых
деталей из металлических порошков. В технологических процессах,
сопровождаемых нагревом деталей, перспективно применение ва-
куумного нагревательного оборудования; широкое использование
найдут установки, создающие местный вакуум в рабочей зоне.
Будут применяться высокие давления при изготовлении деталей
различными методами, например будет применяться диффузион-
ная сварка деталей давлением с использованием изостатического
автоклава, обеспечивающего удельное давление на деталь до
700 кгс/см2 и более.
252
При сборке конструкций наряду со сваркой широкое примене-
ние найдет склеивание деталей с помощью пастообразных, пленоч-
ных и пенопленочных клеев. Несомненно, будут быстро совершен-
ствоваться методы установки и конструкции различных крепеж-
ных элементов, в том числе для крепления деталей при односто-
роннем подходе, а также для сборки деталей из композиционных
материалов. Специалисты считают, что для обработки и соедине-
ния деталей будет широко применяться ультразвук.
В связи с увеличением размеров заготовок для изготовления
панелей и других деталей крупногабаритных агрегатов самолетов
будет создано и применено крупногабаритное оборудование (выс-
казываются, например, идеи создания фрезерных станков с раз-
мером рабочего стола 16X64 м). Оборудование для изготовления
деталей больших размеров будет многошпиндельным, многокоор-
динатным, управлять работой группы такого оборудования будут
непосредственно от ЭВМ. Широкое применение найдут адаптивные
системы управления и контроля.
Современная авиатехника, используя в производстве последние
достижения науки больше, чем любая другая отрасль техники,
стимулирует развитие науки и сама быстро совершенствуется.
Специалисты далеко не единодушны в оценке перспектив раз-
вития пассажирского самолетостроения, однако все согласны с
тем, что в предстоящие 20—30 лет продукция авиационной про-
мышленности и технология авиационного производства изменяется
не меньше, чем за тридцать прошедших лет. Результатом этих из-
менений будет дальнейшее повышение технического уровня произ-
водства, рост его технических возможностей, а также повышение
качества, ресурса и надежности выпускаемых во всем мире пасса-
жирских самолетов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Сто.
Предисловие..................................................... 3
Глава 1. Характеристика фирм, выпускающих широкофюзеляжиые са-
молеты ......................................................... 5
1. 1. Основные предпосылки создания широкофюзеляжных ' самолетов 5
1.2. Краткие сведения о проектировании широкофюзеляжных само-
летов .......................................................... 7
1.3. Особенности рынка сбыта широкофюзеляжных самолетов ... 10
1.4. Новые тенденции в организации и стратегии производства широко-
фюзеляжных самолетов...............................................11
1. 5. Краткая характеристика фирм, занимающихся разработкой и про-
изводством широкофюзеляжных самолетов.............................. . 25
Глава 2. Конструктивно-технологическая характеристика широкофюзе-
ляжных самолетов................................................41
Глава 3. Технологические процессы и оборудование для производства
деталей и узлов широкофюзеляжных самолетов......................57
3. 1. Входной контроль.................................................57
3. 2. Формообразование листовых деталей, обшивок н панелей ... 58
3. 3. Формообразование деталей из профилей...................71
3.4. Формообразование деталей из труб.................... . . "75
3.5. Литье ............................................................78
3. 6. Механическая обработка...........................................79
3. 7. Дробеструйное упрочнение.........................................91
3.8. Производство авиационных нормалей.........................' 97
3. 9. Формование трубопроводов и других деталей из неметаллических
материалов......................................................98
3.10. Изготовление слоистых клееных панелей и сотовых клееных кон-
струкций ................................................................109
Глава 4. Технология выполнения соединений, сборка, окраска и испы- 133
тания широкофюзеляжных самолетов . '.................
4. 1. Сварка и пайка..........................................133
4. 2. Сборка и клепка.................................................135
4.3. Изготовление электрожгутов.......................................166
4.4. Изготовление и установка панелей интерьера......................168
4. 5. Окраска самолета................................................179
4. 6. Испытания самолетов перед сдачей их авиакомпаниям .... 181
Глава 5. Применение в авиационной промышленности США электрон-
но-вычислительной техники при проектировании и в управлении техно-
логическими процессами.........................................183
Глава 6. Здания и сооружения для производства широкофюзеляжных
самолетов США................................................ 189
254
Стр.
Глава 7. Фирмы — производители двигателей для широкофюзеляжных
самолетов.........................................................194
Глава 8. Конструктивно-технологические особенности двигателей для
широкофюзеляжных самолетов..........................................198
Глава 9. Технологические процессы и оборудование для производства
двигателей широкофюзеляжных самолетов.............................204
9.1. Изготовление лопаток вентилятора . 205
9.2. Изготовление лопаток компрессора . 206
9.3. Изготовление лопаток турбины . . - 210
9.4. Производство дисков................ . ................216
9.5. Изготовление валов................. . - . . . . . . 218
9. 6. Производство корпусных и кольцевых деталей...............220
9. 7. Сборка и испытание двигателей ...........................221
9.8. Снижение уровня шума и дымления . . . . . . . . • . 223
Глава 10. Перспективы производства широкофюзеляжных самолетов . 223
10.1. Перспективы совершенствования пассажирских самолетов и их
производства................................................ 223
10.2. Перспективные технологические процессы в самолетостроении . 240