Для решения данной проблемы можно использовать три относительно различных метода :
1) возможна замена установленной модели КПМ-148н на более надежную, с другого ЛА;
2) замена самой механизации закрылка на данном типе самолета, чтобы снизить усилие на комбинированный привод, вследствие чего вероятность его отказа существенно снизится;
3) модифицирование привода механизации, установленного на Ан-148.
Из представленных выше вариантов решения проблемы, выбран второй метод.
Вывод
На основе анализа статистики отказов современных пассажирских ВС и отдельно статистики отказов Ан-148 определена актуальность проблемы невыпуска закрылков и выявлены недостатки в системе выпуска, связанные с комбинированным приводом КПМ-148н и предлагаются изменения в системе, основанные на замене агрегата и внедрении нового механизма перемещения.
2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЗАКРЫЛКА АН-148
2.1 Конструкция закрылка Ан-148
За всю историю самолётостроения были придуманы различные виды механизации крыла, что позволяло по новому взглянуть на такие аспекты, как аэродинамика, экономия ресурсов и эффективность управления ЛА непосредственно в воздухе. Одним из самых востребованных её видов является двухщелевой закрылок
Щелевой закрылок - закрылок, образующий профилированные щели при отклонении. Эта щель позволяет проходить воздушной струе к области низкого давления и направлена она таким образом, чтобы предотвращать срыв потока, придавая ему дополнительную энергию. Щель в таком закрылке выполнена сужающейся и воздух, проходя через неё, разгоняется. Далее он, взаимодействуя с пограничным слоем, разгоняет и его, препятствуя его отрыву и увеличивая подъёмную силу. Щелей может быть несколько, обычно от одной и до трёх, и общее увеличение подъёмной силы при их применении достигает 90 %. В России такие закрылки были установлены на самолетах Ту-154М, Ан-148[x].
Основные преимущества щелевого закрылка:
- высокая подъемная сила;
- возможность отклонения на большие углы ;
- существенный выигрыш в сопротивлении на эшелоне по сравнению с трёхщелевым;
Основные недостатки :
- вероятность повреждения при отклонении на больший угол при посадке;
- большое сопротивление в неотклонённом состоянии из-за наличия щели;
Далее рассматривается конструкция закрылка и его механизма перемещения на самолёте Ан-148. Схема крыла и вся имеющаяся механизация самолёта Ан-148 представлена на рисунке 2.1
1-центроплан; 2- отклоняемый носок; 3,5,6- предкрылок; 4- КЧК; 7- законцовка; 8- элерон; 9,13- закрылок; 10,11,12,14,16- интерцепторы; 15- обтекатель механизма навески крыла; 17,18- ось балки; 19- ось опоры закрылка.
Рисунок 2.1- Схема крыла
Секции закрылка располагаются за задним лонжероном крыла между нервюрами №3-21. Секция №1 расположена между нервюрами №3-11, а секция №2 между №11-21. Каждая секция установлена на двух механизмах , которые крепятся по нервюрам №6,8-9,13,19. Подъемники установлены по механизмам закрылков.
Закрылок - двухщелевой, с фиксированным дефлектором, выдвижной. Секция закрылка состоит из основного звена и дефлектора. Конструкция основного звена - сборноклепаная. По торцам секций закрылка имеются уплотнительные резиновые профили. На основном звене установлены кронштейны крепления к траверсе механизма. Основное звено состоит из кессона, носовой и хвостовой частей. Кессон состоит из двух лонжеронов, лент, верхней и нижней панелей и нервюр. Лонжероны - цельнофрезерованные, обработаны на станках с ЧПУ. На секции №1 панели склеены из обшивки и подкладных листов, на секции №2 - панели цельнофрезерованные.
Механизм закрылка крепится к кронштейнам кессона крыла : нижний узел - к кронштейну из нижней панели крыла, подкос и раскос - кронштейнам на заднем лонжероне. Механизм закрылка представляет собой шарнирный многозвенник и состоит из рамы, каретки с роликами, системы тяг, качалок, серег и траверсы, выполненных из титановых сплавов. Механизм представлен на рисунке 2.2.
1,5-качалка; 2,3- тяга; 4- траверса; 6- рама; 7- каретка; 8,19,23- фиксатор; 9,11,15,18- валы; 10,14- стопор; 12,16- спецболт; 17- втулка; 20- серьга; 21- капролоновый упор; 22- ролик.
Рисунок 2.2- Механизм закрылка
Рама 6 состоит из двух щек, соединенных между собой болтовыми соединениями через два кронштейна. На раме 6 установлены качалки 1 и 5, соединенные между собой тягой 2, траверсой 4 и тягой 3. К тяге 1 шарнирно прикреплена каретка 7 с роликами, совершающими прямолинейные движения в пазах щек рамы 6. По оси вращения роликов каретки посредством серьги 20 крепится подъемник закрыка, который вторым концом крепится к щекам рамы. Серьга 20 имеет торцевые капролоновые упоры 21, опирающиеся на торцы пазов щек рамы. Все шарнирные узлы и ролики не имеют смазочных точек, так как в роликах установлены втулки из оргалона, а шарнирные узлы выполнены из металлофторопластовых втулок и подшипников типа ШН.
Носовая часть закрылка состоит из носков, выполненных из КМ, и цельнофрезерованных нервюр из алюминиевого сплава. Носовая часть крепится к лентам кессона болтами с анкерными гайками. Хвостовая часть выполнена из каркаса и нижней технологической панели. Каркас состоит из верхней и нижней панелей и нервюр. Все детали каркаса изготовлены из композиционных материалов методом одновременного формования всех входящих деталей на связующем ЭДТ-69Н и крепятся к кессону болтами. Технологическая панель выполнена из КМ и крепится к лентам кессона и каркасу болтами с анкерными гайками.
Дефлектор состоит из двух секций и выполнен из оболочки трубчатой конструкции, торцевых заглушек и кронштейнов. Оболочка трубчатой конструкции и заглушки выполнены из КМ и изготовлены методом одновременного формирования всех входящих деталей. Кронштейны крепятся к дефлектору односторонними заклепками высокого сопротивления срезу. Кронштейны дефлектора крепятся к нервюрам носка основного звена болтами.Механизм закрылка закрыт обтекателем. Обтекатель состоит из неподвижной и подвижной частей. Неподвижная часть установлена на кронштейне крыла (штыри входят во фланец на кронштейне) и крепится к раме механизма закрылка болтами с анкерными гайками. Подвижная часть шарнирно закреплена на раме механизма и управляется тягой, соединенной с траверсой механизма. Места сочленений подвижной и неподвижной частей обтекателей уплотнены резиновыми профилями.
Неподвижная часть обтекателя состоит из обейчайки и нервюры, выполненных из КМ, и цельно-фрезерованного шпангоута со штырями. Подвижная часть обтекателя состоит из рамы, обечайки, законцовки, шпангоута и крышки. Обечайка, шпангоут, законцовка и крышки выполнены из КМ, рама - алюминиевого сплава.
Подвижные части обтекателя отклоняются синхронно с закрылком. На нижней поверхности крыла в районе нервюры №16 установлена опора закрылка. Каждая секция закрылка управляется двумя подъемниками. Подъемник перемещает в пазах рамы каретку, которая поворачивает качалку, обеспечивая тем самым работу механизма закрылка (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3- Закрылок (вид А-А)
1-оболочка дефлектора; 2- носок основного звена; 3,8- кронштейн; 4,6- лонжерон; 5- кессонная часть основного звена; 7- хвостовая часть основного звена; 9- сферическая шайба; 10- коническая шайба; 11,14- вкладыш; 12- болт; 13- спецболт; 15- лента; 16- кольцо; 17- шайба.
Рисунок 2.3- Закрылок (виды Б-Б, В-В, Г-Г)
2.2 Мероприятия по повышению надежности выпуска закрылка
Модернизация закрылка и механизма перемещения заключается в выборе материала механизма и замене самого механизма на новый, замене старого комбинированного привода на аналогичный более надежный. Поэтому необходимо внести корректировки в описание конструкции вышеперечисленных элементов.
Механизм перемещения закрылка будет включать в себя : силовой привод с выходным рычагом и каретку, установленную с возможностью продольного перемещения в направляющих элементах рельса, закрепленного под крылом. При этом механизм будет снабжен промежуточной траверсой, присоединенной к каретке с возможностью поворота и посредством кронштейна и шарнирной тяги - к закрылку. Передняя часть траверсы соединена с передним плечом рычага привода шарнирной тягой, а задняя часть траверсы посредством другой шарнирной тяги - с задним плечом рычага привода. Достигаются улучшение аэродинамических свойств закрылка, уменьшение массы конструкции и габаритов, снижение коэффициента трения, увеличение угла отклонения. Весь механизм перемещения приведён на рисунке 2.4.
1-закрылок; 2- двуплечий выходной рычаг; 3- каретка; 4- рельс; 5- крыло; 6- траверса; 7- кронштейн; 8,10- шарнирная тяга; 9- тяга.
Рисунок 2.4- Вид на механизм перемещения закрылка в положении посадки
Заявленный механизм перемещения закрылка (1) содержит силовой привод с двуплечим выходным рычагом (2) и каретку (3). Каретка (3) установлена с возможностью продольного перемещения в направляющих элементах рельса (4). Рельс (4) закреплен под крылом (5).
Механизм также снабжен промежуточной траверсой (6), присоединенной с возможностью поворота к каретке (3) и посредством кронштейна (7) и шарнирной тяги (8) - к закрылку (1). Передняя часть траверсы (6) посредством тяги (9) шарнирно соединена с передним плечом рычага (2) привода. Задняя часть траверсы (6) также шарнирно соединена с задним плечом рычага (2) привода посредством другой шарнирной тяги (10).
Предлагаемый механизм перемещения закрылка (1) содержит несколько расположенных по его размаху рельсов (4) с соответствующими каретками (3) и траверсами (6). Каждая промежуточная траверса (6) шарнирно присоединена к закрылку (1) с возможностью его заданного пространственного перемещения. Каретка (3) содержит верхние (12) нижние (13) и боковые (14) ролики, контактирующие с соответствующими элементами рельса (4). При вращении рычага (2) каретка (3) перемещается в направляющих элементах рельса (4). Элементы механизма при этом совершают плоскопараллельное движение. Вначале, от положения закрылка «убрано», до положения «взлет», на протяжении 70% хода закрылка, каретка (3) и траверса (6) движутся без заметного взаимного вращения.
В конце хода, в положении «посадка», каретка (3) останавливается за счет взаимной геометрии расположения рычагов (2), (9), (10) относительно друг друга и каретки (3). При остановившейся каретке (3) с одновременным дальнейшим вращении рычага (2) происходит интенсивное вращение траверсы (6) (рисунок 2.4).
Закрылок (1) совершает пространственное движение, примерно повторяя в сечениях движение траверсы. Увеличением угла отклонения и отката закрылка (1) обеспечивается соответствующее увеличение эффективной площади крыла на режимах взлета и посадки самолета, способствуя улучшению его летно-технических характеристик благодаря росту подъемной силы крыла.
Целью, решаемой задачи, является снижение эксплуатационных расходов. Технический результат заявленного механизма перемещения закрылков заключается в улучшении аэродинамических свойств закрылка. Другим техническим результатом является уменьшение массы конструкции и ее габаритов.
Также техническим результатом, достигаемым при реализации данного устройства, является снижение коэффициента трения между элементами конструкции при обеспечении оптимальной траектории выдвижения закрылка с увеличением угла его отклонения в режиме посадки и отката. Еще один технический результат, достигаемый предлагаемым механизмом перемещения закрылков, заключается в снижении расходов, в том числе топлива, при эксплуатации самолета.
Указанные технические результаты достигаются предлагаемым механизмом перемещения закрылка, содержащим силовой привод с двуплечим выходным рычагом и каретку, установленную с возможностью продольного перемещения в направляющих элементах рельса, закрепленного под крылом, механизм снабжен промежуточной траверсой, присоединенной к каретке с возможностью поворота посредством шарнира и шарнирной тяги - к закрылку .
Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что:
- механизм содержит по меньшей мере один расположенный по размаху закрылка рельс с соответствующими каретками и траверсами, причем каждая промежуточная траверса снабжена шарниром и соединена с закрылком с возможностью заданного пространственного перемещения закрылка;
- каретка содержит верхние, нижние и боковые ролики, контактирующие с соответствующими элементами рельса[x].
Далее проводится анализ сплавов применяемых для механизма перемещения и его составных частей.
2.3 Анализ применяемых сплавов
2.3.1 Титановые сплавы
Титан - лёгкий тугоплавкий цветной металл, имеющий серебристо-белую окраску, внешне напоминающий сталь. У титана довольно высокая температура плавления (1725° С) и он весьма лёгок (в 2 раза легче железа) и прочен, поэтому применяется в качестве конструкционного материала. И находит применение в авиационной промышленности, судостроении, изготовлении ракет и в химическом производстве.
Титан достаточно часто используют в качестве легирующей добавки в различных сплавах, которые обладают повышенными характеристиками твердости и жаропрочности. Самыми распространенными титановыми сплавами являются ВТ5-1, ВТ18, ВТ6, ВТ35. На рисунке 2.5 представлена микроструктура сплава ВТ-6.
Рисунок 2.5 - Микроструктура титанового сплава ВТ6
Высокие антикоррозийные свойства и способность выдерживать большинство агрессивных сред делают этот металл незаменимым для химической промышленности. Из титана (его сплавов) изготавливают трубопроводы, емкости, запорную арматуру, фильтры, используемые при перегонке и транспортировке кислот и других химически активных веществ. Он востребован при создании приборов, работающих в условиях повышенных температурных показателях.