CC BY
29
УДК 006.89
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НОРМАТИВНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ СОВРЕМЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
Д. С. Черепанова, С. С. Ивасев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: cherepanova_d@bk.ru
Проведён анализ нормативной документации для композитных материалов и их применения в авиа- и ракетостроении.
Ключевые слова: композитные материалы, нормативная документация, авиационная промышленность, ракетостроение.
IMPROVEMENT OF NORMATIVE DOCUMENTATION OF COMPOSITE MATERIALS
AND THEIR MODERN APPLICATIONS
D. S. Cherepanova, S. S. Ivasev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: cherepanova_d@bk.ru
The analysis of normative documentation for composite materials and their application in aviation and rocket engineering is carried out.
Keywords: composite materials, normative documentation, aviation industry, rocket engineering.
В авиа-, ракетостроении и ракетно-космической технике нашли широкое применение композитные материалы. Для авиационной техники важные следующие свойства композитных материалов: высокая удельная прочность, стойкость к воздействию высоких температур, стойкость к вибрационным нагрузкам и малый удельный вес. Из этих материалов изготавливают корпусные детали и детали внутреннего интерьера.
Проблема композитных материалов состоит в том, что отсутствует структурированная нормативная документация для них. И из-за отсутствия нормативной документации мировой объём производства композитных материалов составляет миллионы тонн, а объём российского производства данных материалов составляет наименьший процент, а то и долю процента от общемирового объёма [1].
Данная проблема очень сильно отражается на экономике России.
Для решения сразу двух проблем была разработана и реализуется в настоящее время подпрограмма 14 «Развитие производства композиционных материалов (композитов) и изделий из них», утвержденная Постановлением Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. № 328 как составная часть государственной программы «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности».
Целью Подпрограммы является создание и развитие современной и конкурентоспособной отрасли промышленности, которая сможет обеспечить модернизацию и переход экономики на инновационный путь развития, поддержании экономического роста и диверсификацию экспортного потенциала России, где говорится про отсутствие нормативной документации, которые бы регламентировали производство, оценку соответствия и применение композитов и изделий из них - это и есть важнейший фактор, который сдерживает создание и развитие в РФ полноценной композитной отрасли, что отражается на экономике страны.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 2
В связи с этим одно из основных мероприятий Подпрограммы - создание системы по разработке, внедрению и сопровождению освоения композиционных материалов (композитов), изделий и конструкций в гражданских отраслях промышленности.
Для обеспечения комплексного развития композитной отрасли был сформирован проект перспективной программы стандартизации в области композитов и изделий из них, состоящий из нескольких сотен предложений. Проект перспективной программы формировался в рамках Межведомственного совета по вопросам развития разработки, производства и применения композитных материалов в различных секторах экономики, созданный по поручению Правительства РФ от 25 июня 2012 г. В качестве IT-инструмента для координации усилий специалистов, обеспечения возможности совместной работы и получения комплексной программы стандартизации, охватывающей различные области применения композитов, была использована электронная экспертная площадка. Основа идеи электронной экспертной площадки - создание онлайн ресурса, в котором хранится информация, относящаяся к обсуждаемым проблемам, и реализованы механизмы общения, что послужил основой для формирования ежегодной Программы разработки стандартизации, в которую вошли 153 предложения по разработке нормативных документов на композитные материалы.
В целях системного решения проблем и комплексного развития отрасли в 2013 г. был создан ТК 497 «Композиты, конструкции и изделия из них». Структура ТК 497 включает пять подкомитетов: ПК 1 «Исходные компоненты для производства композитов, конструкций и изделий из них, методы их испытаний, словари», ПК 2 «Композиты с полимерной матрицей, конструкции и изделия из них, методы их испытаний, словари», ПК 3 «Композиты с металлической матрицей, конструкции и изделия из них, методы их испытаний, словари», ПК 4 «Композиты с керамической матрицей, конструкции и изделия из них, методы их испытаний, словари», ПК 5 «Композиты с углеродной матрицей, конструкции и изделия из них, методы их испытаний, словари».
В соответствии с Программой разработки национальных стандартов в рамках данного технического комитета в 2013 г. были разработаны первые редакции 106 стандартов, которые устанавливают требования к продукции из композитов, исходным компонентам и полуфабрикатам для производства композитов и методы их испытаний и продолжение работ будет способствовать продвижению композитов и изделий из них на российском рынке, снижению нетарифных торговых барьеров, что позволит создать более благоприятные условия для отечественной продукции на международном рынке [1].
В рамках деятельности ТК 497 12 декабря 2017 были утверждены следующие стандарты, разработанные в соответствии с ПРНС 2016:
1. ГОСТ Р 58021-2017. Опоры композитные полимерные для воздушных линий электропередачи напряжением 6-20 кВ. Общие технические условия;
2. ГОСТ Р 58022-2017. Траверсы композитные полимерные. Метод определения механических характеристик при изгибе;
3. ГОСТ 34367.2-2017. Композиты полимерные. Сбор и представление сопоставимых численных данных о свойствах композитов, армированных непрерывными волокнами;
4. ГОСТ 34368.2-2017 (ISO 899-2:2003). Пластмассы. Метод определения ползучести при трехточечном изгибе.
Доля использования композиционных материалов в конструкции современных магистральных самолетов достигает 50 %. К примеру, на самолетах Boeing 787 Dreamliner и Airbus A350 композиционные материалы используются в конструкции крыла, центроплана, фюзеляжа и хвостового оперения.
В конструкции A350 52 % от веса самолёта составляют композиционные материалы, 20 % -алюминий, 14 % - титан, 7 % - сталь, 7 % - остальные. Его конкурент Boeing 787 состоит на 50 % из композитов, 20 % - алюминия, 15 % - титана, 10 % - стали и 5 % - других материалов. Airbus ожидает, что самолёт будет иметь на 10 % меньшую стоимость эксплуатации и на 14 % меньший вес в расчёте на одного пассажира, чем у конкурента [2].
Доля использования композитных материалов на новом российском самолете МС-21 будет составлять ~35-37 %. Серийное производство самолета запланировано на начало 2019 года [3].
На самолете нового поколения Sukhoi Superjet 100 из композиционных материалов выполнены агрегаты механизации крыла, рулевые поверхности, створки шасси и обтекатели. Компани-
ей ЗАО «Гражданские самолеты Сухого» ведется работа по увеличению доли использования композиционных материалов в конструкции планера самолета, также в конструкции крыла и центроплана. Широкое применение композиционных материалов будет способствовать: снижению веса планера самолета до 15 %; повышению топливной эффективности; повышению ресурса; уменьшению эксплуатационных расходов до 10 % и расходов на техническое обслуживание до 30 % за счет большей коррозионной стойкости и большего ресурса композиционных материалов по сравнению с металлами; уменьшению количества деталей в конструкции и снижению трудоемкости и стоимости сборки.
Современный обтекатель ракеты «Протон-М», сложная сотовая пятислойная углепластико-вая конструкция со специальным теплозащитным покрытием (ТЗП), весит на четверть меньше традиционного дюралевого. Большинство наружных ТЗП работают на испарении и «уносе массы». Это полимерные материалы на основе силиконовой резины с различными наполнителями -снижающими массу покрытия и замедляющими его выгорание. Реализован принцип «кипящего чайника»: пока вода не выкипела, температура чайника выше 100 °С не поднимется. В результате снаружи, например, головного обтекателя температура свыше 90 °С, а в приборном отсеке - всего 6 °С.
Таким образом, появление конкретизирующей документации для композитных материалов позволило авиационной и ракетной промышленности выйти на новый уровень использования данных материалов. На данном этапе развития авиационной промышленности разработчики стремятся, чтобы летательные аппараты на 60-70 % состояли из композитных материалов. Увеличится доля производства композитных материалов в России, и как следствие увеличится и прибыль от данной отрасли.
Библиографические ссылки
1. Забулонов Д. Ю. Новые материалы и технологии - основа развития отечественной промышленности // Вопр. авиационной науки и техники : науч.-техн. сб. Сер. Стандартизация и унификация авиационной техники. М. : НИИСУ, 2008. Вып. 1-2. С. 87-91.
2. Boeing 787 [Электронный ресурс]. URL: http://forum.topwar.ru (дата обращения: 10.03.2018).
3. Иркут МС-21 [Электронный ресурс]. URL: https://sdelanounas.ru (дата обращения: 10.03.2018).
© Черепанова Д. С., Ивасев С. С., 2018
