В авиационной промышленности клеи применяются главным образом для склеивания металлов [ 169-—171]. Применение клееных конструкций в самолето- и вертолетостроении имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с применением обычных стрингерных клепаных конструкций. Это прежде всего высокая прочность при соединении тонких металлических листов, повышение предела усталости за счет устранения концентрации напряжений, присущей клепаным, болтовым и сварным конструкциям, большая долговечность [172], меньшая (по сравнению с клепаными конструкциями) скорость развития трещин [172]. В ряде случаев клеевые соединения могут быть герметичными, что позволяет упростить и повысить надежность уплотнений отдельных узлов и элементов конструкций.


Трехслойные клееные конструкции с сотовым заполнителем в последние годы все шире используются в авиационной технике. Они применяются в производстве рулей высоты и направления, закрылков, элеронов, стабилизаторов, панелей фюзеляжа, обтекателей, перегородок и других деталей.


Весьма эффективен способ склеивания при изготовлении сложных металлических конструкций. При склеивании необходимого числа тонких листов металла требуемой геометрической формы обеспечивается оптимальное распределение напряжений в конструкциях. При этом трещины, образовавшиеся на каком-либо участке, не влияют немедленно на работу среднего участка конструкции. Кроме того, как уже было сказано, скорость распространения трещин в клееной слоистой конструкции значительно меньше, чем в аналогичной монолитной или клепаной детали. Особенно эффективны слоистые конструкции из титановых сплавов [167, 168].


Применение клеесварных соединений обеспечивает высокие усталостные характеристики конструкций. Кроме того, они более экономичны, так как исключается необходимость склеивания в автоклаве. Клеесварные соединения могут применяться в производстве ответственных деталей силовой конструкции самолетов. Весьма эффективны также клееклепаные соединения, обеспечивающие высокую надежность авиационных конструкций [137].


В самолетостроении США склеивание металлов, в частности при серийном изготовлении деталей истребителей (приклеивание обшивки к стрингерам с применением фенолокаучукового клея) начало применяться с 1941 г. Одним из первых примеров применения силовых клееных конструкций является производство небольшого истребителя «Хорнет» фирмы «De Haviland» (1944 г.), в котором фенолополивинилформальным клеем - Ридакс были склеены элементы крыла из алюминиевого сплава и древесины. В 1946 г. той же фирмой был организован серийный выпуск самолетов «Дав», в конструкции которых металлическая обшивка крыла и фюзеляжа соединялась с металлическими стрингерами с помощью клея, причем стоимость таких клееных панелей составляла лишь 35% стоимости клепаных панелей.


Клеевые соединения (на клее Ридакс) были применены в конструкции первого пассажирского реактивного самолета «Комета» фирмы «De Haviland». Стрингеры в этой конструкции соединялись с помощью клея не только с обшивкой крыла и фюзеляжа с кривизной в одном направлении, но и с панелями носовых и хвостовых отсеков, имеющих двойную кривизну. Клей Ридакс использовался также при изготовлении крыльев и фюзеляжа самолета «Комета IV» [173]. Анализ причины аварий самолетов «Комета» показал, что они произошли не из-за непрочности клеевых соединений.


Клей на основе модифицированной эпоксидной смолы успешно используется в конструкциях сверхзвуковых самолетов; в течение 30 000 ч при 149 °С прочность клеевых соединений'практически не изменяется.


Голландская авиационная фирма «Focker» [174] использует клей Ридакс в производстве учебно-тренировочных самолетов «Фоккер 12». Клееные составные полки лонжеронов самолета «Фоккер S-И» оказались значительно более эффективными, чем клепаные детали. Гарантийный расчетный срок эксплуатации самолета F-28 той же фирмы до образования трещин — 60 ООО полетов или 30 ООО летных часов. По данным фирмы «Focker», клеевые соединения обеспечивают сохранение 100%-ной прочности после 10 лет эксплуатации в любых климатических условиях самолета F-28, в производстве которого склеивание применено для соединения обшивки с большей частью стрингеров фюзеляжа, крыла и оперения.


При изготовлении самолета F-28 метод склеивания сочетается с мерами по защите от коррозии. Все детали из алюминиевых сплавов после анодирования перед нанесением клея покрываются слоем специальной смолы, играющей роль грунта, отверждающего-ся одновременно с клеем в процессе склеивания.


Применение клеевых соединений в авиационных конструкциях постоянно возрастает. Так, самолет F-111 приблизительно на 80%) состоит из клееных конструкций, в самолете С-5 общая площадь клеевых соединений превышает 4050 м2. Хвостовое оперение истребителя F-15 представляет собой клееную конструкцию. В табл. III. 18 показано, какую площадь занимают клееные конструкции в самолетах фирмы «Boeing» [169].


С целью снижения массы самолета «Боинг 737» фирма внедрила в серийное производство технологию изготовления клееных слоистых панелей одинарной и двойной кривизны размером до 1,65X6,7 м из алюминиевого сплава 2024-ТЗ толщиной 1,8 мм [175]. Для открывания запасных дверей самолета «Боинг 747» используется специальная система вентиляторов, которые склеены полисилоксановым клеем и уплотнены полисилоксановым гермети-ком [182].


В конструкции фюзеляжа самолета «Тристар L-1011» фирмы «Lockheed» имеется 27 склеенных панелей длиной до 11,6 м и шириной до 4,6 м. Кроме того, клеи используются в закрытых соединениях по всей длине герметизированной части (46 м) для приклеивания усиливающих двойных, тройных и останавливающих трещины накладок из титанового сплава.


В производстве самолета «Тристар L-1011» используются эпоксидно-акрилонитрильные клеи: Рилайбонд R-711, FM-123-2 и Гудрич 717, а также модифицированный эпоксидный пленочный (армированный дакроновой тканью) клей толщиной 0,26 мм в сочетании с клеящим эпоксидным грунтом, содержащим ингибитор коррозии. Прочность клеевых соединений на этих клеях при сдвиге при — 55 °С составляет 323—375 кгс/см2, при 20 °С — 310— 435 кгс/см2 и при 80 °С 240—285 кгс/см2.


Для склеивания деталей применяется автоклав диаметром 6,7 м и длиной 20 м, являющийся одним из крупнейших аппаратов для склеивания. Автоклав представляет собой цилиндрический сосуд высокого давления со стендами толщиной 48 мм и крышкой, открываемой и закрываемой при помощи мостового крана. В четырех накопительных баках, каждый из которых имеет высоту пятиэтажного здания, хранится инертный газ, производимый газогенератором, работающим на природном газе. Источником тепла является слой гальки из окиси алюминия, нагреваемый природным газом. Автоклав рассчитан на работу при 315°С и давлении 10,5 кгс/см2, хотя склеивание панелей производится при 121 °С и под давлением 9,5 кгс/см2. Полный цикл склеивания обычно продолжается около 3,5 ч.


Отдельные элементы конструкции самолета «Конкорд», выполненные из алюминиевого сплава и рассчитанные на срок службы 20 тысяч летных часов (в том числе 10 тысяч часов при температурах выше 120 °С), соединены между собой клеем на основе эпоксидной смолы [184, 185]. При изготовлении этого самолета использована техника крепления деталей, основанная на применении анаэробных композиций, которая позволила упростить монтаж и повысить надежность крепления подшипников в корпусе. За счет расширения допусков и более грубой обработки корпуса снижена стоимость изготовления деталей [186].


Клеевые соединения используются в производстве самолетов-мишеней, управляемых по радио [187], корпусов ракетных двигателей [188] и других летательных аппаратов.


В США [189] проведены испытания бериллиевых конструкций, соединенных клеями и заклепками, с целью определения их пригодности для применения в спутниках и летательных аппаратах, возвращающихся в плотные слои атмосферы (в том числе аппаратов, летающих со скоростью, соответствующей числу Маха, равному 5—15). Как склеенные, так и соединенные заклепками берил-лиевые образцы, соединенные внахлестку, испытывались на прочность при сдвиге при комнатной температуре, 370 и 538 °С, а на усталость при сдвиге — при комнатной температуре; двутавровые образцы испытывались на устойчивость при сжатии вдоль оси, на сдвиг при изгибе и на изгиб при комнатной температуре и при 370 °С. Испытывались листовой бериллий и коробчатые прессованные профили, склеенные клеями Имидайт 850, FM-1000 и Метлбонд 328. Испытания показали, что прочность клееных бериллие-вых конструкций выше, чем конструкций, соединенных заклепками. Лучшие показатели прочности достигнуты при использовании эпоксидно-полиамидного клея FM-1000. Клеевые соединения бериллия на клее Имидайт 850 при 538 °С имели прочность при сдвиге 84 кгс/см2.


Многими зарубежными фирмами освоен серийный выпуск полностью клееных металлических лопастей вертолетов [190, 191J. Лопасти, изготовленные на клее, имеют очень высокий ресурс работы благодаря устранению концентрации напряжений.


В США разработаны портативные посадочные площадки для вертолетов, которые представляют собой трехслойные панели с обшивкой из высокопрочного алюминиевого сплава и заполнителем из полиуретана. Алюминиевые панели соединены между собой болтами и образуют жесткую высокопрочную конструкцию. Каждая панель имеет длину 2,4 м, ширину 0,9 м и толщину 152 мм. За исключением одной сварной панели все элементы остальных трехслойных панелей соединены клеем [192]. Клеи применяются также при изготовлении плавучих посадочных площадок [193].


Клеи используются для изготовления пленочных покрытий для взлетно-посадочных площадок полевых военных аэродромов. Покрытие представляет собой многослойную систему из полиамидных волокон и неопрена [354].


Клеевые соединения металлов применяются для склеивания металлов и других материалов при ремонте авиационной техники {196].


Широко применяются в авиационной технике сотовые конструкции из металлов, стеклопластиков, специальной полимерной бумаги с использованием композиционных материалов. Так, часть поверхности скоростного тяжелого бомбардировщика «Хаслер В-58» (США) представляет собой сотовые панели из алюминиевого сплава, склеенного с сотами из термостойкой пластмассы. Клееную сотовую конструкцию имеет металлическое крыло истребителя «Траотдан П». Центральная часть крыла самолета «Бреге 1001 Тан» представляет собой трехслойную конструкцию с сотовым заполнителем, изготовленную из листов алюминиево-магниевого сплава.


В самолете «Фантом F-4» (фирмы «Мс Donnel Douglas Corp.» США), в конструкции которого широко используются сотовые конструкции, применяется неперфорированный заполнитель. Для склеивания обшивки и сотового заполнителя используется найло-новая ткань с эпоксидным клеем с одной стороны и фенолокаучу-ковым с другой. Для герметизации с внутренней и внешней сторон применяются эпоксидные пасты [197].


Сотовые отсеки закрылков, рулей, стабилизаторов, элеронов, триммеров, составляющие хвостовую часть перечисленных конструкций, собирают и склеивают вместе с лонжеронами, узлами подвески и другими деталями. Типовой сотовый отсек состоит из обшивок и расположенного между ними сотового заполнителя в форме клина. Боковые стороны отсека заделывают нервюрами, а вершину конуса — законцовочным стрингером [21, 198].


В конструкции самолета РБ-57 Ф обшивка крыльев изготовляется из алюминиевых клееных трехслойных панелей с сотовым заполнителем. Законцовки крыльев изготовлены из сотовых панелей, склеенных с обшивкой из стеклоткани, пропитанной смолой. Для соединений металла с металлом (по кромкам панелей при их стыковке) применен фенолокаучуковый клей Метлбонд 4021 (другое обозначение — Пластилок 620), для склеивания обшивки с сотами — фенолоэпоксидный клей Шелл-422-1 (другое обозначение — Аэробонд 422), легко образующий наплывы у стенок сот и обеспечивающий повышенную прочность при отслаивании обшивок заполнителя. Максимальный размер сотовых панелей равен 1,5x5,5 м. Общий расход клея [199, 200]—более 400 кг.


В последнее время сотовые конструкции нашли применение в производстве самолетов ряда американских фирм [201, 202]. Разработана титановая трехслойная сотовая конструкция, применение которой в производстве сверхзвукового транспортного самолета фирмы «Boeing» уменьшает его массу на 3630 кг [203]. В производстве военно-транспортного самолета С-1 А фирмы «Lockheed» применяются [204] металлические сотовые конструкции из алюминиевых сплавов и титана. В самолете той же фирмы С-5А 2300 м2 поверхности выполнено из трехслойной обшивки из алюминиевых и титановых сплавов с сотовым заполнителем [205]. Для изготовления поверхностей рулей самолета «Конкорд» использованы трехслойные сотовые конструкции из алюминиевых сплавов.


С большим успехом в производстве зарубежных самолетов используются сотовые конструкции с применением теплостойкой самозатухающей бумаги на основе ароматического полиамида номекс [207]. В панелях самолета «Боинг 747» за счет применения сотовых заполнителей из бумаги номекс достигается снижение массы на 454 кг по сравнению с массой самолета с заполнителем из алюминиевого сплава [208]. В конструкции самолета «Тристар L-1011» используются клееные сотовые панели из графитопласти-ков [209].


В производстве современных сотовых конструкций применяются преимущественно модифицированные эпоксидные клеи, обладающие высокой стойкостью к термической и термоокислительной деструкции, содержащие минимальное количество летучих и выпускающиеся, как правило, в виде клеящих пленок (армированных и неармированных). Кроме того, применяются полиимидные, по-либензимидазольные и полифенилхиноксалиновые клеи.


Сотовые конструкции из алюминия применяются также при изготовлении топливных баков самолета «Конвэр 990» с использованием клеящей ленты AF-32 и AF-204 для соединения обшивки с сотовым заполнителем [210].


Хвостовые отсеки цельнометаллических лопастей вертолетов обычно представляют собой клееную сотовую конструкцию. Комплект лопастей одного вертолета включает 80—100 отсеков. Наиболее распространенная конструкция хвостового отсека состоит из перегнутой обшивки, сотового заполнителя, двух нервюр с при-клеенными и приклепанными к ним уголками и законцовками стрингера.


Применение сотового заполнителя в хвостовой части лопасти вертолета отечественного производства позволило создать весьма рациональную конструкцию (рис. 111.31) [211]. Хвостовые отсеки склеивают клеями ВК-3 или БФ-2. Заполнитель изготовляют из алюминиевой фольги толщиной 0,04 мм с ячейкой шестигранной формы, обшивки и нервюры — из материала толщиной 0,3— 0,4 мм, а хвостовой стрингер — из текстолита [21].


Ремонт сотовых конструкций (рис. 111.32) состоит в заполнении поврежденного участка либо предварительно изготовленной сотовой вставкой из алюминия, либо (в случае небольших повреждений) легким заполнителем из эпоксидной смолы. Отремонтированный участок защищают стеклотканью, пропитанной смолой. Испытания показали, что ремонт ни в коей мере не снижает прочности конструкции.


Для устранения повреждений сотовых клееных конструкций предложено устанавливать крепежные элементы, производя заливку клеевой композиции через специальные отверстия на неполную глубину ячеек заполнителя [212].


Композиционные материалы, преимущественно угле- и боропла-стики с эпоксидным связующим, находят применение в самолетостроении [183]. Американской фирмой «Grumman Aerospace Corp.» проведено исследование клеевых соединений следующих обшивочных материалов: эпоксидного боропластика (ЭБ), титанового сплава (Т) и эпоксидного стеклопластика (ЭС). В качестве клеев использованы эпоксидно-полиамидный клей для работы при температурах до 82 °С, эпоксидно-акрилонитрильный (на основе эпоксидной смолы и нитрильного каучука) с теплостойкостью до 93 °С и эпоксидно-новолачный клей, выдерживающий температуру Д° 190 °С. В табл. 111.19 приведены данные о прочности клеевых соединений указанных материалов в интервале температур от —55 °С до максимальной рабочей температуры.


Результаты проведенных исследований и испытания опытных конструкций показали, что наиболее эффективными являются сотовые конструкции с обшивкой из высокомодульного эпоксидного боропластика. Клееные сотовые конструкции с применением этого композиционного материала использованы в серийном производстве истребителя F-14 для изготовления силовой обшивки стабилизатора [213]. Для склеивания боропластика используется клей Метлбонд 329.


На одном из самолетов С-5А (фирмы «Lockheed», США) ис-пытывался предкрылок длиной 3,78 м, представляющий собой конструкцию, в которой алюминиевые соты приклеены к обшивке из композиционного материала на основе эпоксидного связующего и борных волокон. Масса детали на 26 кг меньше массы аналогичной детали из алюминиевого сплава [204].


Композиционные материалы фирмы «Du Pont» на основе эпоксидных смол могут заменить стеклопластики в конструкции самолетов «Локхид L-1011» и «Боинг 737», обеспечивая при этом снижение массы на 20—30% [214]. Использование клеевых соединений углепластика и металла при изготовлении балок пола и Других подобных конструкций самолета «Конкорд» обеспечит снижение массы самолета на 900 кг [206].