Анализ характеристик композитных материалов, используемых в авиастроении Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Эксплуатация и надежность авиационной техники.

sputnikovogo monitoringa vozdushnykh sudov // Vestnik SibGAU. 2016. Vol. 17. № 1. P. 125-130.

5. Ivanov V. B., Gorbacev O. A., Gefan G. D. The GEMTEC Model: Assessment of Quality of Ionospheric

Correction in Satellite Radio Navigation Systems // Consumer Electronics Times. 2012. Vol. 1, № 3. P. 43-46.

© Майнашева С. О., Горбунов Э. В., 2016

УДК 656.7

АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ

В АВИАСТРОЕНИИ

Г. С. Медведева, В. А. Иванов, А. Е. Спицын

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Авторы рассматривают различные композитные материалы, нашедшие применение в авиации, анализируют достоинства и недостатки данных материалов.

Ключевые слова: композитные материалы, углепластик, боропластик, органопластик, стеклопластик.

ANALYSING THE CHARACTERISTICS OF COMPOSITE MATERIALS USED IN AIRCRAFT CONSTRUCTION

G. S. Medvedeva, V. A. Ivanov, A. E. Spicyn

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The authors examine various composite materials that have found application in aviation. The advantages and disadvantages of these materials are analyzed.

Keywords: composite materials, carbon fiber, boroplastics, organic plastics, fiberglass.

В настоящее время авиастроительные компании активно используют композитные материалы. Данная технология позволяет снизить общую массу конструкции и существенно сократить расходы при эксплуатации [1].

Композиционные материалы (композиты) - многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого отличаются от свойств каждого из его составляющих.

Использование композитных материалов позволяет снизить вес планера летательного аппарата

на 30-40 % по сравнению с весом планера из традиционных металлических материалов [2].

Рассмотрим данные композитные материалы более подробно.

Углепластики - композитные материалы, наполнителем в которых служат углеродные волокна. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Основным преимуществом углепластиков является их низкая плотность при высоком модуле упругости. Углепластики - очень легкие и в то же время прочные материалы. Все углепластики хорошо проводят электричество, что несколько ограничивает области их применения.

Сравнительные свойства различных конструкционных материалов

Материал Плотность, р, кг/м3 Прочность, ов, МПа Модуль упругости, Е, ГПа

Углепластик 1 500 1 200 170

Боропластик 2 000 1 200 270

Органопластик 1 300 2 000 95

Стеклопластик 2 000 2 000 70

Алюминиевые сплавы 2 700 600 70

Титановые сплавы 4 500 1 100 110

Стали 7 800 2 100 200

<Тешетневс^ие чтения. 2016

Из углеуглепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование [2-3].

Боропластики - композитные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедренные в термореактивную полимерную матрицу. Связующими в боропластиках служат эпоксидные смолы, полиамиды или другие полимеры, главным образом термореактивные.

Для боропластиков характерны высокие значения модуля упругости, усталостной прочности и других механических свойств, малая ползучесть в направлении ориентации нитей. При длительном (до 10 лет) воздействии воды, смазочных материалов, атмосферных факторов механические свойства боропластиков снижаются не более чем на 10-15 %. Боропластики активно применяются в авиационной и космической технике для снижения массы высоконагруженных деталей. Сейчас в авиастроении использование композитных материалов с использованием сплавов из бора составляет 15-20 % за счёт дорогостоящих методов производства, и авиаконструкторы предпочитают использовать углепластики [4-5].

Органопластики - композиты, в которых наполнителями служат органические, синтетические, реже -природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей и т. д. В термореактивных органопла-стиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиими-ды. Органопластики обладают низкой плотностью, относительно высокой прочностью при растяжении, высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но в то же время низкой прочностью при сжатии и изгибе. Органопластики находят широкое применение во многих областях, в том числе в авиастроении.

Стеклопластики - полимерные композитные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формуют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (феноль-ные, эпоксидные, полиэфирные и т. д.), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и т. д.). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Стеклопластик -относительно недорогой материал, его широко используют в авиации, а также в строительстве, судостроении, радиоэлектронике [2-3].

Применение композитных материалов позволяет создавать более легкие конструкции летательных аппаратов, за счет чего увеличиваются высота, дальность полёта, скорость. При этом данные материалы надежны, существенно влияют на экономию топлива и требуют меньших затрат на техническое обслуживание.

Но технологии их производства на сегодняшний день остаются дорогостоящими.

Библиографические ссылки

1. Перспективы применения композитных материалов. [Электронный ресурс] URL: http://www.ft-publishing.ru/upload/ffle/books/article_06.pdf (дата обращения 17.09.2016).

2. Применение композиционных материалов в конструкции БПЛА / Н. С. Сенюшкин, Р. Р. Ямалиев, Л. Р. Ялчибаева // Молодой учёный: ежемесячный науч. журнал. 2011. № 4 (27). С. 59-60.

3. Энциклопедия Кругосвет. Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия [Электронный ресурс]. URL: http://www.krugosvet.ru/node/37970 (дата обращения: 15.09.2016).

4. Туранов Р. А. Композиционные материалы с использованием бора в авиастроении. Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8. С. 230-231.

5. Сменов Ю. Композиционные материалы в авиастроении // Зарубежное военное обозрение. 1976. № 1. С. 62-68.

References

1. [Prospects for the use of composite materials]. (In Russ). Available at: http://www.ft-publishing.ru/upload/ffle/books/article_06.pdf (accessed 17.09.2016).

2. Senyushkin N. S., Yamaleev R. R., Yalchibaeva L. R. [The use of composite materials in the design of the UAV] // Molodoj uchjonyj: ezhemesjachnyj nauchnyj zhurnal. 2011. № 4 (27). P. 59-60. (In Russ)

3. Jenciklopedija Krugosvet. Universal'naja nauchno-populjarnaja onlajn-jenciklopedija. (In Russ). Available at: http://www.krugosvet.ru/node/37970 (accessed 15.09.2016).

4. Turanov R. A. [Composite materials with boron in the aircraft industry]. Sovremennye naukoemkie tehnologii. 2013. № 8. P. 230-231. (In Russ.)

5. Smenov J. [Composite materials in aircraft]. Zarubezhnoe voennoe obozrenie. 1976. № 1. P. 62-68. (In Russ.)

© Медведева Г. С., Иванов В. А., Спицын А. Е., 2016