Использование композитов при производстве и эксплуатации воздушных судов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1

УДК 629.73.08; 629.7.004.67

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИТОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Э. В. Горбунов, В. В. Лукасов Научный руководитель - В. М. Мусонов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: eric.gorbunov@bk.ru

Применение композитных материалов положительно сказывается на снижении массы ЛА, что в свою очередь приводит к улучшению аэродинамических характеристик ЛА и увеличивает коэффициент безопасности полетов. Но в настоящее время применение элементов из композитов усложняет задачу их производства и замены. Ремонт ЛА также может быть затруднён из-за сложности производства композитов.

Ключевые слова: композиты, надежность, эксплуатация, вертолет, самолет, компоненты.

THE USE OF COMPOSITES IN THE MANUFACTURE AND OPERATION

OF AIRCRAFT

E. V. Gorbunov, V. V. Lucasov Scientific supervisor - V. M. Musonov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: eric.gorbunov@bk.ru

The use of composite materials has a positive effect on the aircrat weight reduction,which in its turn provides the improvement of aerodynamic characteristics of the aircraft and increases the factor of safety. But at present the application of composite parts make the task of their production and replacement more complicated. Aircraft repair work may also become more complex because of the problems connected with composite materials production.

Keywords: composites, reliability, operation, helicopter, airplane, components.

Эксплуатация современных воздушных судов должна обеспечивать безопасность, регулярность, экономичность и эффективность. Экономичность подразумевает снижение веса ЛА, которым в свою очередь вызывает необходимость использование более легких материалов при сохранении прочностных характеристик. Одним из направлений в снижении веса ЛА является применение композитных материалов.

Композиционный материал (КМ) - это материал, полученный путем совмещения различных химически разнородных компонентов и характеризуемый свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов в отдельности [2].

Основными преимуществами композитов перед традиционными материалами:

исключительно высокая удельная прочность и жесткость (в 2-3 раза превосходят металлы);

- высокие показатели сопротивления усталости (предел выносливости на разрыв близок к пределу прочности, стойкость к вибрационным и акустическим нагрузкам);

- уменьшение «конструктивной массы» (неизбежной в большинстве изделий имеющих избыточность);

- технологичность при создании конструкций сложной аэродинамической формы;

- повышение качества материала поверхности и жесткостных характеристик оболочек.

Кроме этого, рассмотрим применение композиционных материалов в конструкции планера

самолета Боинг-777:

Секция «Техническая эксплуатация электросистем и авионики»

На сегодняшний день из композитных материалов (см. рисунок) изготавливаются: элементы механизации крыла (интерцептор, закрылок) 1, пилон 2, мотогондола (носовая часть, створка) 3, элементы оперения: киль, стабилизатор 4, обтекатель носовой 5, створки ВСУ 6.

Размещение композитных материалов в корпусе ВС

Среди зарубежных производителей необходимо отметить, что Boeing Commercial Airplanes (входит в The Boeing Company) применяет в больших объемах композитные материалы в отдельных элементах самолетных конструкций, таких как горизонтальное и вертикальное оперение на Boeing 777.

Также используются композитные материалы в самолетах и вертолетах, производимых в России.

На основе синтеза конструктивно компоновочных и технологических решений композиты находят все более широкое применение, при создании ответственных высоконагруженных конструктивных элементов, в вертолетах КБ имени Н. И. Камова. Так, масса конструкций из композитов в многоцелевом вертолете Ка-26 составляла 6 %, корабельным многоцелевом вертолете Ка-27 (Ка-32) -15 %, многоцелевом вертолете Ка-126 (Ка-226) - 17 %, боевом ударном вертолете Ка-50 - 35 %, многоцелевом вертолете Ка-62 - 55 %.

В КБ имени Н. И. Камова спроектировано уже четыре поколения лопастей несущего винта из композитов. В настоящее время изготовляются серийно и находятся в эксплуатации лопасти вертолетов Ка-26, Ка-27 (Ка-32), Ка-50.

Применение композитов на вертолетах КБ имени Н. И. Камова обеспечивает: снижение массы на 15-35 %, что способствует увеличению ресурса в 1,5-2 раза, и повышению живучести, снижение трудоемкости и цикла изготовления вертолета.

Так, унифицированные лопасти несущего винта многоцелевых вертолетов Ми-17 и Ми-38 из композиционных материалов с планируемым летным ресурсом 5 000 ч по материальным затратам и трудоемкости изготовления в серийном производстве имеют равные показатели с аналогичными затратами на производство цельнометаллических лопастей с летным ресурсом 2 500 ч.

При производстве вертолетов Ми-38 на Казанском вертолетном заводе предусмотрено значительное увеличение использования композитов в конструкции фюзеляжа, киля, стабилизатора и других элементах конструкции вертолета, по сравнению с вертолетами Ми-8 (Ми-17) [1].

В настоящее время применение элементов из композитов усложняется технологией производства КМ, что создает затруднение замены их, а также ремонта ЛА.

Необходимо отметить, что, несмотря на сложности производства композитов, доля их использования в производстве ЛА будет расти. Это положительно скажется на безопасности полетов, снижении массы, улучшении аэродинамических характеристик ЛА.

Библиографические ссылки

1. Макин Ю. Н. Основы производства ЛА и АД. Конструкции их композиционных материалов.

2. URL: http://vozrogdenie-group.ru/kompozicionnie-materiali-eto-budushee-chelovechestva.html (дата обращения: 10.03.2015).

© Горбунов Э. В., Лукасов В. В., 2015