ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ В САМОЛЕТОСТРОЕНИИ

Под технологичностью конструкции самолета и его агрегатов понимают комплекс ее свойств, позволяющих при сохранении заданных эксплуатационных показателей, включая и ремонтопригодность, изготовлять рассматриваемую конструкцию с меньшими производственными затратами и в наиболее короткие сроки.
Прогресс в самолетостроении обеспечивается постоянным совершенствованием конструкции самолета, улучшением характеристик материалов и совершенствованием технологии. Конструктор обязан при проектировании самолета заботиться не только о высоких летных показателях будущего самолета, но и о высокой технологичности его конструкции.
Стремление к высокой технологичности конструкции стало одним из основных принципов конструирования современных самолетов.
Можно с достаточным основанием утверждать, что возможность удешевления самолета, как и всякого изделия машиностроения, за счет соответствующего совершенствования конструкции в большинстве случаев не меньшая, чем возможность ее удешевления в результате улучшения технологических процессов. То обстоятельство, что технологическая рационализация конструкции, не требуя серьезных затрат для своего осуществления, приносит большой производственно-экономический эффект, делает ее основным фактором в борьбе за рост производительности труда.
Очевидно, что выбор наиболее экономичных и производительных технологических процессов изготовления данной конструкции самолета представляет довольно сложную задачу. Ее решение по силам только коллективу опытных конструкторов, хорошо знакомых с достижениями современной авиационной технологии и оборудованием самолетостроительных заводов.
Степень технологичности конструкции может служить одним из критериев, оценки рабочего проекта опытного самолета.
Привести какие-либо общие рекомендации по повышению степени технологичности конструкций не представляется возможным. Однако можно указать на ряд мероприятий, которые существенно повышают технологичность конструкции.
; 1. Возможно более широкое применение в конструкции стандартизованных, нормализованных и унифицированных конструктивных элементов.
Стандартизация и нормализация позволяют обеспечивать взаимозаменяемость агрегатов, узлов, деталей и улучшают условия эксплуатации самолетов.
Стандартизация элементов оборудования самолетов, приборов, размещения оборудования в кабине, фонарей, катапультируемых сидений и пр. способствует быстрому изучению и освоению нового самолета летным и техническим составом.
В конструкции самолета к стандартизованным (нормализованным) элементам относятся: нормализованные крепежные детали (болты, винты, шайбы, гайки и др.); арматура топливной и масляной систем (краны, штуцеры, переходники, пробки, горловины), а также многие другие детали.
Наряду с широким использованием имеющихся в авиационной промышленности стандартизованных и нормализованных деталей следует стремиться к унификации деталей и агрегатов внедряемого в производство самолета и деталей и агрегатов самолета, находившегося в производстве, что повышает коэффициент преемственности конструкции первого из них *.
Широкое применение в конструкции стандартных и нормализованных деталей является одним из важнейших условий ускорения и удешевления производства самолетов.
2. Уменьшение количества и номенклатуры отдельных деталей, из которых собираются узлы, панели и секции отдельных агрегатов самолета.
3. Выбор рациональных технологических допусков и классов чистоты обрабатываемых поверхностей на основании строго обоснованных технических соображения, так как переход на более высокие степени точности размеров и повышение классов чистоты неизбежно влекут за собой повышение трудоемкости и себестоимости.
В частности, класс чистоты обрабатываемых поверхностей должен назначаться, исходя из условий работы сопрягаемых деталей. Излишнее повышение класса чистоты обрабртки поверхности связано с дополнительными операциями и применением специального оборудования.
Следует стремиться к сокращению количества и площади обрабатываемых на заготовках поверхностей.
4. Выбор рациональной технологии для заготовок должен производиться с учетом экономичности изготовления из них деталей и предъявляемых к ним требований по прочности, массе, форме и размерам. Важное значение при этом имеет выбор материала заготовки с точки зрения его механической обрабатываемости, сварки и возможности обработки его под давлением.
Наряду с этим необходимо стремиться к максимальному приближению формы заготовки к форме изготовляемой из нее детали.
Рассмотрим некоторые основные современные технологические методы получения заготовок.
Прокат — один из наиболее экономичных и производительных методов получения заготовок и полуфабрикатов, особенно в виде специальных профилей. Современные прокатные станы позволяют изготавливать самолетные профили различного сортамента из стали, титана, алюминиевых и других легких сплавов.
В настоящее время освоен прокат профилей и листов переменного сечения, что дает возможность сравнительно просто изготовлять равнопрочные конструктивные элементы крыла, фюзеляжа и оперения. Одновременно с этим освоено изготовление монолитных панелей (рис. 1.51) с продольными и поперечными элементами жесткости. Изготовление монолитных панелей путем горячего проката открывает широкие перспективы их использования в различных агрегатах самолета.
Штамповка широко применяется в современном самолетостроении
* Коэффициент преемственности конструкции определяется отношением количества таких деталей, узлов, панелей и секций к общему их количеству на новом самолете.
как экономичный и производительный метод изготовления деталей, узлов и панелей. В настоящее время особенно большое применение получила горячая штамповка, что объясняется высокой производительностью процесса и хорошими механическими свойствами получаемых заготовок. Преимущества штамповки иллюстрирует рис. 1.52, на котором показана рама центроплана крыла тяжелого самолета, изготовленная двумя разными способами. 

Рис. 1.52. Образец рамы центроплана крыла тяжелого самолета:
а — цельноштампованная (вес 118 кг)\ б — клепаная (вес 180 кг)
 

Холодная штамповка также является одним из наиболее прогрессивных методов изготовления деталей из листов раз-личного материала в заготовительных цехах самолетостроительных заводов.
Литье часто является единственно возможным способом изготовления сложных деталей и панелей. Литье позволяет изготовлять детали сложной конфигурации с криволинейными поверхностями и внутренними полостями. На таких деталях и заготовках количество механически обрабатываемых поверхностей и припуски на их обработку сводятся к минимуму.

Рис. 1.51. Монолитная панель

Литые заготовки и детали могут быть получены различными методами литейной технологии (литье в песчаные формы, литье в кокиль, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям, литье выжиманием и др.).
Приведем несколько примеров, подтверждающих рациональность применения литья для изготовления сложных деталей и узлов. На рис. 1.53 приведена серьга малых размеров весом 0,209 кг, изготовленная литьем. Для той же серьги при изготовлении путем механической обработки потребовалась стальная поковка весом 2,513 кг, при этом коэффициент использования металла составил 0,06. При изготовлении серьги методом отливки по выплавляемым моделям коэффициент использования металла достиг 0,77, а экономия времени при механической обработке одной детали составила 5 час. Экономия же времени на изготовление оснастки 237 час.
Крупногабаритная крышка люка, изготовленная литьем, показана на рис. 1.54.
Освоение более совершенных методов литейного производства дает возможность изготовлять высококачественные литые заготовки значительных размеров. В частности, такие возможности дает литье, совмещаемое с выжиманием расплава в формы.
Прессование — один из наиболее распространенных в самолетостроении методов изготовления профилей и панелей. В настоящее время освоено массовое производство прессованных профилей самых разнообразных форм, в том числе и переменного сечения как стальных, так и из цветных сплавов (рис. 1.55). Наряду с производством пресоован- ных профилей освоены и прессованные заготовки для монолитных панелей, и даже отсеков фюзеляжей (рис. 1.56). Изготовление монолитных панелей и отсеков фюзеляжа больших размеров открывает новые возможности в области создания более совершенных конструкций агрегатов самолета и других летательных аппаратов.
5. Выбор рационального способа обработки заготовки имеет целью возможно больше сократить поверхность, которая подлежит механической обработке. Особенно это важно для крупногабаритных заготовок, обрабатываемых на металлорежущих станках, учитывая большую трудоемкость таких процессов.
Следует заметить, что для крупногабаритных заготовок сложной формы механическая их обработка на станках весьма затруднена, а в отдельных случаях просто невозможна. Это обстоятельство требует разработки новых технологических процессов и нового технологического оборудования. Одним из таких процессов является глубокое химическое травление, производительность которого определяется размерами тра-вильных ванн и потребной глубиной травления.
На рис. 1.57 показана панель, изготовленная глубоким химическим травлением поверхности ее заготовки.
В последние годы изучается новый способ получения точных заготовок методом объемного деформирования с применением вибрации (изменение формы заготовки путем обжатия в специальных матрицах).
6. Выбор рационального способа соединения элементов конструкции упрощает сборку узлов и повышает производительность сборочных операций. В самолетостроении применяются разнообразные соединения: болтовые, клепаные, сварные, клеевые, клеесварные, паяные, шомпольные и замковые.
Болтовые и винтовые соединения являются наиболее трудоемкими и тяжелыми.
Из всех других способов соединений деталей самым распространенным является клепка. Однако для ее применения и возможности механизации сборочно-клепальных работ необходимы открытые двусторонние подходы к местам наложения швов.
В самолетостроении так же широко, как и клепаные, применяются сварные соединения, осуществляемые нонтактно-точечной, роликовой и другими способами сварки.
В последние годы в самолетостроении все шире применяются клее- Еые, клеесварные и паяные соединения. Свойства клеев, припоев и флюсов позволяют изготовлять склеиванием и паянием прочные соединения из сталей и цветных сплавов. В частности, в слоистых (сотовых) панелях соединение обшивок с внутренним заполнителем выполняется преимущественно методом твердой пайки в печах с защитной средой.
7. Увязка конструкции с масштабом производства и технологическим оборудованием имеет целью сократить сроки подготовки серийного производства самолета.
Конструкция самолета, внедряемого в серийное производство, должна возможно полнее отвечать требованиям механизированного и автоматизированного производства.
С точки зрения серийного производства технологичной будет такая конструкция, в которой широко применяются детали и конструктивные элементы, изготовляемые прокатом, штамповкой, литьем, а также обработкой на полуавтоматических и автоматических станках. Все это позволяет перенести основные работы в заготовительные цехи.

Рис. 1.53. Серьга малых размеров, изготовленная литьем
Рис. 1.64. Крупногабаритные детали, изготовленные литьем:
а — рама фонаря: б — крышка люка
 

8. Возможность организации поточной сборки узлов, панелей, секций и агрегатов конструкции, высокая их взаимозаменяемость и небольшой объем различных подгоночных работ на сборке.
Сборочные работы составляют 40—60% общей трудоемкости изготовления самолета, поэтому применение прогрессивных методов сборки значительно повышает производительность труда и снижает стоимость самолета.
Выполнение приведенных требований в значительной мере зависит от рационального расчленения конструкции самолета и его агрегатов на узлы, панели, секции и другие сборочные единицы.
Тщательно продуманная система расчленения конструкции разъемными и неразъемными соединениями позволяет значительно сократить производственный цикл изготовления самолета и повысить производительность труда.
Разъемные соединения, позволяющие разбирать агрегат без разрушения соединяемых и соединяющих элементов и деталей собираются при помощи болтов, винтов, шурупов, шпилек и валиков.
Разъемные соединения обычно применяются для конструктивных и эксплуатационных разъемов; при этом они увеличивают массу конструкции.
Иногда в конструкции самолета предусматриваются разъемы для удобства транспортировки и ремонта отдельных агрегатов в полевых условиях.
Неразъемные соединения не позволяют разбирать конструкцию без разрушения соединяемых элементов (клеевые, сварочные) или соединяющих их деталей (заклепки, пистоны).
Неразъемные соединения, называемые технологическими разъемами, применяются для разделения конструкции на отдельные узлы, панели и секции. Технологические разъемы обычно не увеличивают массу конструкции или увеличивают ее очень незначительно. В зависимости от степени расчленения различают агрегатирован- ные, секционированные и панелированные конструкции самолетов.
Агрегатированная конструкция позволяет как разобрать самолет на отдельные агрегаты (фюзеляж, крыло, оперение, двигатель и шасси), так и собрать его.
Секционированная конструкция отличается от агрегатированной тем, что конструкцию каждого агрегата, в свою очередь, можно разобрать на секции.
В панелированной конструкции каждая секция состоит из панелей, представляющих собой часть внешней поверхности агрегата и секции (рис. 1.58).
В современном самолетостроении расчленение конструкции на секции и панели получило широкое распространение. Приступая к определению наиболее целесообразного варианта расчленения конструкции на отдельные сборочные единицы, конструктор встречается с серьезными противоречиями. С одной стороны, каждое разъемное соединение увеличивает массу конструкции и трудоемкость механической обработки и сборки (за счет дополнительной обработки стыкуемых поверхностей и сборки стыка). С другой стороны, более широкое расчленение на па-нели и узлы значительно облегчает условия труда сборщиков и монтажников, сокращает цикл сборки и потребные производственные площади. В каждом конкретном случае наиболее правильное решение может быть найдено только сопоставлением технико-экономических показателей, характеризующих различные варианты расчленения.

Рис. 1.57. Панель, изготовленная глубоким химическим травлением поверхности ее заготовки

Учитывая, что в производстве агрегата и всего самолета сборочные работы составляют значительную часть, для них прежде всего следует оценивать вариант расчленения конструкции с учетом трудоемкости, производительности труда и условий, в которых производится сборка, и масштаба производства.
Наряду с требованиями технологичности конструкции самолета большое значение приобретают так называемые эксплуатационные требования.
Эти требования определяют приспособленность конструкции и оборудования для технического ее обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации самолета с учетом высокого качества работ, наименьшей затраты времени, труда и материалов.
Удовлетворение эксплуатационных требований обеспечивает надежность, долговечность самолета, высокую производительность труда при обслуживании, снижение эксплуатационных расходов и эффективность использования самолетного парка.
Для наиболее полного удовлетворения эксплуатационных требований необходимо обеспечить: доступность для осмотра основных узлов и силовых элементов, легкосъемность и взаимозаменяемость агрегатов, возможность автоматического контроля состояния агрегатов и систем самолета, преемственность в использовании существующего наземного оборудования для обслуживания самолета и др.