Среда, 16.10.2019, 15:29
Приветствую Вас Гость | RSS
Семнадцатая Олимпиада
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Шестнадцатая олимпиада (2018/19 уч.год)

Что такое "крылатые сплавы"?

Автор работы: Хоконов Арсен Замирович
Возраст: 15 лет
Место учебы:МАОУ СОШ №25
Город, регион: г. Сыктывкар, Республика Коми
Руководитель: Постников Яков Валерьевич

Что такое крылатые сплавы?

Содержание

Введение
Дуралюмин 
Кольчугалюминия 
Магниевые сплавы 
Титановые сплавы 
Авиационная сталь
Заключение
Источники информации 

Введение

Крылатые сплавы — это металлы из которого были сделаны фюзеляжи и крылья самолетов.

«Самолетный», «авиационный», «крылатый» - именно так называли главный металл используемый в авиации. А именно алюминий.

История мировой авиации тесно связана с историей создания алюминиевых сплавов, более того — для многих стран путь в небо определялся именно «гонкой за металл».

Чем прочнее, гибче и надежнее становился алюминий, тем выше, дальше и безопаснее летали самолеты.

Я задался вопросом, как алюминий стал главным авиационным металлом и какие металлы используются в авиации, помимо алюминия?

Объектом исследования стала история становления авиационных металлов.

Предметом исследования стали авиационные сплавы .

Цели работы

1-е. Какие металлы использовались и используются в авиации:

2-е. Выяснить тенденции изменения характеристик авиационных металлов;

3-е. В каком направлении будут развиваться авиационные металлы.

Дуралюмин

История авиационных сплавов началась в 1909 году, Немецкий инженер-металлург Альфред Вильм опытным путем установил, если сплав алюминия с незначительным добавлением меди, марганца и магния после закалки при температуре 500 °C и резкого охлаждения выдержать при температуре 20-25 градусов в течение 4-5 суток, он поэтапно становится тверже и прочнее, не теряя при этом пластичности.

Состав сплава алюминий, медь (1,3%), магний 2,8% и марганец (1%).

Такая процедура получила название «старение» или «возмужание».

Впервые сплав был освоен на немецких заводах Dürener Metallwerken и получил торговую марку Dural, откуда и произошло название «дуралюмин».

Первым такой сплав начал использовать немецкий инженер Хуго Юнкерс, в своих самолетах Junk J.1 и J.7 . Он уже пытался построить цельно металлический самолет J1, но из-за большого веса, самолет получился тяжелым с низкой скороподъёмностью и посредственной маневренностью. «Жестяной осел» называли J1 военные. Виной всему был металл. Он был слишком тяжелый.

«Дуралюминий» смог решить вопрос веса. Он был легче металла, но не уступал ему по прочности.

В те годы в нашей стране велись разработки деревянных самолетов, многие из которых были весьма успешными. Правительство СССР к идее запустить в небо металл отнеслось без энтузиазма: алюминий в стране был импортным, да и тайну дюраля немецкие конструкторы оберегали свято.

Кольчугалюминия

В 1918 году по настоянию конструктора А.Н. Туполева и профессора Московского государственного университета Н.Е. Жуковского был создан Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), в котором начались разработки новых моделей самолетов и исследования металлических сплавов. ЦАГИ работал совместно с некоторыми металлолитейными заводами, что позволяло оперативно получать и тестировать новые варианты металла. Четыре года старания исследователей были безрезультатны — созданные сплавы не проходили проверку на прочность.

Весной 1922 года в ЦАГИ был доставлен фюзеляж сбитого истребителя Junkers D.I — бесценный с точки зрения отечественной авиации трофей. Для изучения состава металлического покрытия самолета была организована отдельная группа «Секция испытания материалов».Исследователи не просто определили формулу дюраля, но и смогли разработать более прочный вариант сплава, способный конкурировать с иностранными разработками.

В конце 1922 года завод начал производство «кольчугалюминия» — первого советского высокопрочного сплава.

В 1923 году конструкторскому бюро Туполева был предоставлен полный «самолетный» комплект — листовой, гофрированный и профилированный кольчугалюминий. Началась работа по созданию конкурента Юнкерсу — советского самолета АНТ-2.

28 мая 1924 года прошли успешные испытания советского цельнометаллического самолета АНТ-2. Советский алюминий взял первую высоту!

Магниевые сплавы

Магний – самый легкий конструкционный материал, используемый в промышленных масштабах. Сплавы магния весят вчетверо меньше стали. Применение магниевых сплавов в конструкциях летательных аппаратов позволяет уменьшить их массу и расход топлива. Кроме того, магний прекрасно обрабатывается и может быть отлит и переделан любыми стандартными методами металлообработки (прокатка, штамповка, волочение, ковка, сварка, пайка, клепка). Поэтому его основная область применения – в качестве легкого конструкционного металла. Удельная прочность магниевых сплавов в 1,5–2,0 раза выше, чем алюминиевых, поэтому они прекрасно поглощают ударные и вибрационные нагрузки, в результате чего используются для изготовления таких деталей, как авиационные и автомобильные колеса, силовые детали самолетов и вертолетов, корпуса и крышки агрегатов, передние и средние опоры двигателей и др.

Титановые сплавы

Авиатехника сверхзвуковых скоростей столкнулась с повышенными температурами обшивки летательного аппарата, где алюминий не может быть использован из-за низкой жаропрочности. Потребовались конструкционные материалы, надежно работающие в сложной комбинации силовых и температурных полей при воздействии агрессивных сред, излучений и высоких давлений. Этим требованиям отвечает титан и его сплавы.
Сегодня самолеты становятся еще более титаноемкими. Это связано с тем, что в новых авиалайнерах увеличивается доля композиционных материалов, с которыми алюминий активно взаимодействует и коррозирует. Титан не подвержен таким процессам и увеличивает ресурс комплектующих изделий.

Авиационная сталь

Немногочисленные цельностальные самолёты, строившиеся в 1930-х годах, себя не оправдали. Собирать сварные конструкции из очень тонких стальных листов было сложно и дорого: малейшая оплошность – и лист «прогорал». Требовалась очень высокая квалификация рабочих, но всё равно сварное соединение становилось слабым местом, с которого начиналась коррозия. Выяснилось, что самолёты из нержавеющей стали приходят в негодность через 2-5 лет именно из-за ржавчины, появляющейся в месте сварки.

В годы Второй Мировой войны, когда алюминия не хватало, проекты стальных самолётов реанимировали. Значительная доля стали использовалась, к примеру, в конструкции планера реактивного истребителя Мессершмитт Ме-262. Но самой масштабной программой осталась постройка 20 цельностальных транспортных монопланов Бадд RB-1 «Conestoga» в США. Впрочем, они с самого начала рассматривались как временная мера для борьбы с «дюралевым голодом».
Вновь сталь вернулась в авиацию на вполне законных основаниях уже после войны, когда самолетостроители начали проектировать самолеты, способные летать со скоростями, соответствующими большим значениям числа М. Тут, к примеру, можно вспомнить знаменитый МиГ-25 , конструкция которого на 80% по массе выполнена из стали.

Различные сорта углеродистых и специальных (легированных) сталей широко применяются в самолетостроении и моторостроении для изготовления сильно нагруженных деталей. Кроме высокой прочности, стальные детали обладают большой износостойкостью и устойчивостью против коррозии. Специальные жароупорные стали обеспечивают достаточную прочность и стойкость нагревающимся до высокой температуры деталям авиационных двигателей, например, клапанам, температура которых при работе двигателя достигает 700°, лопаткам турбин в турбореактивном двигателе.

Высокие свойства разработанных за последние годы сортов стали позволили в ряде случаев заменять сталью даже легкие сплавы. Так, лонжероны крыла раньше изготовляли преимущественно из дуралюминовых труб или профилей, а сейчас их делают очень часто из стальных профилей.

Заключение

В современных авиационных конструкциях наибольшее применение находят высокопрочные алюминиевые, магниевые и титановые сплавы, стали, в том числе высокопрочные легированные и коррозионно-стойкие, и композиционные материалы. Правильный выбор материала элементов конструкции может существенно улучшить весовые и летно-тактические характеристики самолета, а также снизить материальные затраты на его производство и эксплуатацию. Наибольшее внимание при выборе материала уделяется удовлетворению требования обеспечения необходимых прочности и жесткости конструкции при наименьшей массе, обеспечению весовой выгодности или весовой эффективности материала. Широкое применение в авиастроительной промышленности композиционных материалов (КМ) (например, углепластиков) требует применения титана, т.к. он намного лучше алюминия соединяется с КМ и на 60% увеличивает жизнь летательных аппаратов. Сплавы титана имеют преимущество над другими «крылатыми» сплавами. Композиционные материалы на основе титана обладают высокими технологическими характеристиками.

Источники информации

А. Жирнов. Крылатые металлы и сплавы. Наука и жизнь, № 6, 2007  

Категория: Шестнадцатая олимпиада (2018/19 уч.год) | Добавил: Service (30.12.2018) | Автор: Хоконов Арсен Замирович W
Просмотров: 211 | Рейтинг: 2.0/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК
НА УЧАСТИЕ В ОЛИМПИАДЕ
ОТКРЫТ!
ТЕСТИРОВАНИЕ ОТКРЫТО!
ПРИЁМ РАБОТ 1-ГО ТУРА
ОТКРЫТ!

Календарь
Их многие читают
Щур Илья Андреевич (22856)
Надежин Никита (16302)
Щур Илья Андреевич (15257)
Кузьминова Анастасия Олеговна (14773)
Збарский Даниил Павлович (14681)
Бадакова Анастасия (13633)
Рафаэль (9340)
Кошманов Илья Игоревич (9021)
Александров Егор (8458)
Копочинский Антон (8443)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2019