Суббота, 18.08.2018, 07:34
Приветствую Вас Гость | RSS
Пятнадцатая олимпиада посвящена 100-летию Центрального аэрогидродинамического института им. проф. Н.Е.Жуковского
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Работы 1-го тура » Готовые работы

Как и где в самолетостроении впервые появились композиционные материалы, как и где они используются сегодня и каковы перспективы их применения?

Выполнил: Фетисов Даниил Юрьевич, 
обучающийся 9А класса МАОУ СОШ №18 
г.Улан- Удэ Республики Бурятия
Руководитель: Борголова Галина Александровна, 
учитель физики МАОУ СОШ №18 
г.Улан- Удэ Республики Бурятия

Композиционные материалы:
использование в самолетостроении,
перспективы их применения

Содержание

1. Введение
2. Основная часть:
2.1. Понятие композиционных материалов.  Их классификация.
2.2. Виды композиционных материалов, используемых в авиастроении. 
2.3. Плюсы и минусы композиционных материалов.
2.4. Когда в авиастроении впервые появился композиционный материал.
2.5. Перспективы применения композиционных материалов в самолетостроении
3. Заключение.
4. Библиографический список
5. Приложения.

1. Введение

Решение всей совокупности сложных конструкционных, схемотехнических и технологических задач при разработке, создании и эксплуатации ракетно-космических и авиационных средств невозможно без широкого развития и внедрения результатов авиакосмического материаловедения. В современное время большая часть материалов не справляются со своими задачами. Поэтому мир нуждается в разработке новых материалов с более  повышенными характеристиками. Такими материалами являются композиты.

Область применения композиционных материалов в авиастроении весьма обширна. Они применяются для высоконагруженных деталей самолетов (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей и т. д.) и двигателей (лопатки вентиляторов и компрессоры.), в космической технике для узлов силовых конструкций аппаратов, подвергающихся нагреву, для элементов жесткости, панелей.

Применение композиционных материалов обеспечивает новый качественный скачок в увеличении мощности двигателей, энергетических и транспортных установок, уменьшении массы машин и приборов. Кроме того, вес композитных деталей составляет не больше 20% аналогичных деталей из алюминия, при превосходящей прочности, гибкости и устойчивости к давлению, не говоря уже о том, что как неметаллы, они, естественно   могут не бояться коррозии. Поэтому тема «Композиционные материалы: использование в самолетостроении, перспективы их применения»    является актуальной и требует дальнейшего рассмотрения в данной работе.

2. Основная часть

2.1. Понятие композиционных материалов.  Их классификация

Так что же собой представляет композиционный материал? Композиционный материа́л (КМ), компози́т — многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т. д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Композиционные материалы делятся на две большие группы: древесные и полимерные композиты.

Древесные композиты (приложение 1)

Он получается посредством сочетания сырья разного типа, при этом в качестве основного компонента выступает древесина. Каждый древесно-полимерный композит состоит из трех элементов:

  1. частиц измельченной древесины;
  2. термопластичного полимера (ПВХ, полиэтилена, полипропилена);
  3. комплекса химических добавок в виде модификаторов – их в составе материала до 5 %.

Самый популярный вид древесных композитов – это композитная доска. Ее уникальность в том, что она объединяет в себе свойства и древесины, и полимеров, что существенно расширяет сферу ее применения. Так, доска отличается плотностью (на ее показатель влияет базовая смола и плотность древесинных частичек), хорошим сопротивлением на изгиб.
полимерные композиты (приложение 2).

Наиболее перспективными сферами использования можно считать строительство, нефтегазовую промышленность, производство автомобильного и железнодорожного транспорта. Именно на долю этих производств приходится порядка 60 % объема использования полимерных композиционных материалов.

Благодаря высокой устойчивости полимерных композитов к коррозии, ровной и плотной поверхности изделий, которые получаются методом формования, повышается надежность и долговечность эксплуатации конечного продукта.
В авиации в больших количествах используется Органопластик.

В этом композите в качестве наполнителей выступают в основном синтетические волокна – жгуты, нити, ткани, бумага. Среди особенных свойств этого полимера можно отметить низкую плотность, легкость по сравнению со стекло- и углепластиками, высокую прочность при растяжении и высокое сопротивление ударам и динамическим нагрузкам (приложение 3).

2.2. Виды композиционных материалов, используемых в авиастроении

В авиастроение используются три типа композиционных материала:

1. Углепластики

Свойства композитных материалов на основе полимеров дают возможность использовать их в самых разных сферах. В них в качестве наполнителя используются углеродные волокна, получаемые из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, пеков. Волокно обрабатывается термически в несколько этапов. По сравнению со стеклопластиками углепластики отличаются более низкой плотностью и более высоким модулем упругости при легкости и прочности материала.

2. Боропластики

Это многокомпонентные материалы, в основе которых лежат борные волокна, введенные в термореактивную полимерную матрицу. Сами волокна представлены мононитями, жгутами, которые оплетаются вспомогательной стеклянной нитью. Большая твердость нитей обеспечивает прочность и стойкость материала к агрессивным факторам, но при этом боропластики отличаются хрупкостью, что осложняет обработку. Борные волокна стоят дорого, поэтому сфера применения боропластиков ограничена в основном авиационной и космической промышленностью.

3. Органопластики

В этих композитах в качестве наполнителей выступают в основном синтетические волокна – жгуты, нити, ткани, бумага. Среди особенных свойств этих полимеров можно отметить низкую плотность, легкость по сравнению со стекло- и углепластиками, высокую прочность при растяжении и высокое сопротивление ударам и динамическим нагрузкам.

2.3. Плюсы и минусы композиционных материалов

Основные преимущества, которые можно обеспечить использованием КМ:

  1. довольно высокая прочность;
  2. значительная жесткость;
  3. малый удельный вес;
  4. сопротивление «старению материала»;
  5. значительно меньшая подверженность износу.

Композитные материалы обладают также и рядом недостатков:

  1. анизотропия – одни и те же свойства могут в десятки раз различаться в зависимости от направления внешнего воздействия (вдоль волокон или поперек);
  2. большой удельный объем;
  3. гигроскопичность; так как КМ неоднородны по определению, то они имеют свойство впитывать влагу;
  4. токсичность; при изготовлении и эксплуатации данные материалы способны выделять вредные для здоровья человека пары;
  5. высокая цена; это объясняется тем, что при производстве композитных материалов довольно часто используется дорогостоящее оборудование, что отражается на их себестоимости.

2.4. Когда в авиастроении впервые появился композиционный материал

Стеклопластики запатентованы в 1935 году - это первые полимер­ные КМ, в которых в качестве упрочняющего элемента использовались неорганические волокна. Промышленный выпуск стеклопластиков на­лажен после Второй мировой войны, и с тех пор их интенсивно исполь­зуют в технике.

В 1941 году в США был подписан первый правительственный кон­тракт на создание материала из хлопкового волокна, пропитанного фенольной смолой. Целенаправленно стеклопластики в авиастроении на­чали использовать с 1943 года, когда из них стали изготавливать кресла летчиков для учебных самолетов и облицовывать кабины.

В 1940-1950 гг. появляются современные, созданные сознательно, композиционные материалы - полимерные, керамические, металличе­ские и другие. Они были вызваны к жизни потребностями передовых областей науки и техники: судо- и авиастроения, военной техники, за­рождающейся космонавтики и др. (в США, Германии, Франции, СССР и др.). Их создание и совершенствование продолжается и в настоящее время.

2.5. Перспективы применения композиционных материалов в самолетостроении

На сегодняшний момент активно разрабатываются композиционные материалы нового поколения – так называемые интеллектуальные материалы. Данные композиты способны контролировать напряженно-деформированное состояние в условиях воздействия внешних факторов (нагрузок, температур) и адаптироваться (приспосабливаться) к этим воздействиям, например, путем управления формой для снижения возникающих в нем напряжений. Такие материалы могут применяться для особо ответственных высоконагруженных конструкций. Для осуществления этих функций в структуру материала встраиваются сенсоры – тензорезисторные, оптоволоконные, пьезоэлектрические, которыми могут служить, в том числе армирующие элементы, входящие в состав композиционного материала.

Сегодня полимерные композитные материалы начинают активно применяться в мировом авиастроении. Композиты используют в изготовлении ряда частей авиалайнера. В их числе воздушные тормоза; интерцепторы; элероны; закрылки; рули направления; элемент конструкции сложного закрылка; пилоны; панели коробки приводов; люки коробки приводов; лопасти винтов; панели крыльев вертикального и горизонтального оперения; элементы силового набора (центроплан, кессон, лонжероны, стрингеры, нервюры); элементы обшивки фюзеляжа; элементы внутреннего силового набора (балки и панели полов, перегородки); детали интерьеров и отделки.

Создание перспективных образцов для авиационной, ракетно-космической техники и других отраслей промышленности, как считают многие ученые, определяется широким использованием композиционных материалов.

3. Заключение

Комбинируя объемное содержание компонентов, можно, в зависимости от назначения, получать композиционные материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиционные материалы с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.

Однако механика деформирования и разрушения композитов и конструкций из них не может считаться завершенной. Уже при относительно невысоких значениях эксплуатационных нагрузок в некоторых слоях начинается растрескивание полимерного связующего, материал расслаивается.

Эти два аспекта: целесообразность применения в авиации и ракетно-космическом строительстве композитов как материалов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами, с одной стороны, и недостаточная изученность механики их разрушения для оценки несущей способности и надежности конструкций, с другой, — определяют актуальность работы по совершенствованию технологии создания композитов.

Конструкция из композиционного материала – это еще один шаг вперед для авиации. Огромное количество деталей конструкции самолета изготавливались и продолжают изготавливаться из стекловолокна. Конечно, сейчас мы можем найти самолеты, которые практически полностью изготовлены из стекловолокна. Технологии композиционных материалов безвозвратно изменили авиационную индустрию. По использованию композитов в нашей стране одну из лидирующих позиций занимает ракетно-космическая промышленность. 

4. Библиографический список

1. Комиссар О.Н.. Композиционные материалы и технологии для аэрокосмической промышленности. Научный электронный журнал «Новости материаловедения. Наука и техника», №4, 2013. С. 1-4.
2. Кербер М. Л. Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии. — СПб. Профессия, 2008. - 560 с.
3. Ощепков М.Ю. Композиты в авиационно-космической промышленности России. Композитный мир, 2010, ноябрь-декабрь. С. 46-49.
4. Капитанова Л.В. Проектирование самолетных конструкций из композиционных материалов на основе стохастических моделей: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.07.02 / Национальный аэрокосмический ун-т им. Н.Е.Жуковского "Харьковский авиационный ин-т". - Х., 2002. - 179л. - Библиогр.: л. 147-158.

5. Приложения

Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
 

Категория: Готовые работы | Добавил: Service (14.01.2018) | Автор: Фетисов Даниил Юрьевич E W
Просмотров: 172 | Рейтинг: 2.4/8
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК ЗАВЕРШЁН!
ИТОГИ ОЛИМПИАДЫ ПОДВЕДЕНЫ!

Календарь
Google+
Их многие читают
Зайдулин Азат Рафаэлевич (3438)
Кильметова Аделина Динаровна (1867)
Каиргалиулы Алиби (1756)
Пушинская Кристина Валерьевна (1687)
Дебердеев Даниил Денисович (1576)
Чиков Андрей Вячеславович (1260)
Ермолаев Константин Алексеевич (1039)
Беляева Александра Сергеевна (768)
Туев Павел Анатольевич (704)
Демидов Сергей Владимирович (645)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2018