CC BY
4
УДК 629.7.021
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В АВИАСТРОЕНИИ
И.А. Наумов*, ВВ. Иванов Научный руководитель - С.В. Прокопьев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: void2020@yandex.ru
В настоящее время нельзя представить современный мир без использования летательных аппаратов для перевозки пассажиров или грузов. Авиация решает огромный спектр поставленных задач. Один из способов увеличить прочность конструкции и уменьшить вес является использование композиционных материалов.
Ключевые слова: композиционные материалы, воздушное судно, авиация, авиаперевозки, сплавы.
THE USE OF COMPOSITE MATERIALS IN THE AIRCRAFT INDUSTRY
Y.A. Naumov, V.V. Ivanov Scientific supervisor - S.V. Prokopyev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: void2020@yandex.ru
Currently, it is impossible to imagine the modern world without the use of aircraft for the transportation of passengers or cargo. Aviation solves a huge range of tasks. One way to increase structural strength and reduce weight is to use composite materials.
Keywords: composite materials, aircraft, aviation, air transportation, alloys.
Для развития авиации постоянно требуются все новые технологические решения. Одно из них - снижение массы летательного аппарата и увеличение прочности с целью повышения экономической эффективности грузо- и пассажироперевозок. Повышение экономической эффективности перевозок является одной из приоритетной задач в мире современной гражданской авиации. Использование в авиастроении композиционных материалов является одним из перспективных направлений для решения вопроса по повышению экономической составляющей авиации. Значение веса летательного аппарата напрямую влияет на расход топлива, что в свою очередь влияет на дальность полета, количество перевозимого багажа/груза и пассажиров.
По исследованиям Boeing композиционные материалы весят примерно на 20 % меньше, чем металлические конструкции. Кроме того, использование композиционных материалов значительно снижают требования технического обслуживания по сравнению с алюминиевыми конструкциями. Airbas 380 на 20-22% состоит из композитных материалов по весу, а также широко использует GLARE (алюминиевый сплав, армированный стекловолокном), который используется в переднем обтекателе, верхних корпусах фюзеляжа, верхней части и боковых панелях, а также в верхних секциях передней и задней части верхней части фюзеляжа [1].
Секция «Сварка летательных аппарате)]? и родственные технологии»
На рис. 1 отображены конструкционные составляющие Boeing 737-800 с использованием различных материалов: 50% конструкции летательного аппарата составляют композиты.
Рис. 1. Соотношение металлических материалов и композиционных материалов на Boeing 737-800
Основные преимущества использования в производстве композиционных материалов:
- Снижение веса до 20-50%;
- Литые конструкции с одной оболочкой обеспечивают более высокую прочность при меньшем весе;
- Высокая ударопрочность;
- Высокая термическая стабильность;
- Устойчив к усталости/коррозии;
- Конструктивные элементы, изготовленные из композитных материалов, легко монтируются;
- Композитные летательные аппараты и окружающая среда;
Кроме существенного преимущества композитов перед алюминиевыми материалами есть минус - данные материалы стоят дорого, и это не позволяет осуществить полномасштабный переход на композиционные материалы в производстве. Это в свою очередь влечет удорожание стоимости готового летательного аппарата. Для авиакомпаний с большим авиапарком и большим полетным планом приобретение таких самолетов не станет критичным, в отличие от малых и средних компаний, которые пытаются расширить или модернизировать свой парк [2].
Другая проблема, вызывающая озабоченность, связана с техническим обслуживанием и ремонтом. Композиты значительно легче алюминия, композиты не подвержены коррозии и менее подвержены усталостному разрушению, но металл легче ремонтировать. Ремонт листового металла практически не изменился за последние шесть или семь десятилетий. Инструменты одни и те же, процессы одни и те же, поэтому задачи одни и те же. И наоборот, уровень технического опыта и опыта работы с композитными конструкциями намного ниже.
Элемент проверки повреждений конструкций планера значительно отличается от металлов. В случае удара птицы о конструкцию техник может посмотреть на вмятину, убедиться, что она не на ребре, стрингере или опоре, и заглянуть в руководство. Если вмятина находится в пределах допуска, все в порядке. Если он выходит за пределы допуска, его латают алюминиевым листом. Даже повреждения на верхней части несущих конструкций относительно недорого проверяются методом неразрушающего контроля или тестирования (NDI / NDT) с использованием вихретокового или ультразвукового контроля.
Композитные материалы сыграли важную роль в снижении веса, и поэтому они используются как для конструктивных применений, так и для компонентов всех космических аппаратов и самолетов, от планеров и гондол воздушных шаров до истребителей, космических челноков и пассажирских авиалайнеров [3].
К сожалению, из-за низкой ударной вязкости применение композиционных материалов в настоящий момент ограничено изготовлением элементов, воспринимающих статические нагрузки. В основном это элементы планера и механизации самолетов, несущие винты вертолетов. На данный момент нет возможности изготавливать из композитов элементы стоек шасси, воспринимающих большие мгновенные нагрузки, а также узлы авиационных двигателей, работающие в условиях высоких температур. Для таких элементов используются традиционные металлические сплавы. Но, несмотря на перечисленные недостатки, композиционные материалы уже достаточно широко применяются в современном авиастроении, и дальнейшее развитие в этом направлении имеет большие перспективы [4].
Библиографические ссылки
1. Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. М: Машиностроение, 1988.
2. Шибаков В.Г., Калашников В.И., Соколова Ю.А. и др. Производство композиционных материалов в машиностроении: Учеб. пособие. — М.: КНОРУС, 2008.
3. Рогов В. А. Конструкционные и функциональные материалы современного машиностроения. — М.: Масштаб, 2006.
4. Сагитов И.Ф. Композиционные материалы в современном авиастроении, сборник научных трудов «Актуальные проблемы авиации и космонавтики», СибГАУ им. М.Ф. Решетнева, 2017 г.
© Наумов И. А. Иванов В.В., 2022
