Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

Применение углепластиков в авиастроении

Пуденков Н.М. 1
1 Пуденков Н.М.
1. http://www.polimerportal.ru.
2. arma.mephi.ru.
3. Мелешко А.И., Половников С.П. Углерод, углеродные волокна, углеродные композиты, 2007.
4. Симамура С. Углеродные волокна.

Известно, что благодаря высокой удельной прочности и удельной жесткости композиционные материалы, армированные углеродными волокнами, являются одними из главных конструкционных материалов в самолетостроении. Высокие механические характеристики углеродных волокон позволяют получать высококачественные материалы – углепластики.

Методы формования деталей самолетов

В настоящее время формованные из углепластиков конструкционные материалы для самолетов в основном можно подразделить на следующие группы: 1) двутаврового или Н-образного сечения с неравномерным профилем; 2) плоские. Наружные листы для сэндвичных сотовых и других трехслойных конструкций почти всегда имеют простую форму. Такие элементы конструкций обычно изготавливаются методом автоклавного формования. При изготовлении коробчатых конструкций предварительно сформованные листы обшивки, лонжероны и ребра собирают внутри автоклава и затем склеивают. Используемые при этом клеи так же, как и препреги, строго регламентированы стандартами. С другой стороны, для изготовления лонжеронов, рёбер и других изделий сложной формы с изменяющимся сечением используют так называемый метод термокомпрессионного формования, который основан на эффекте теплового расширения эластомеров, хорошо отделяющихся затем от поверхности изделия.

Эффективность применения углепластиков в самолетостроении

Масса самолета без топлива и коммерческой нагрузки примерно в два раза меньше массы снаряженного самолета, в том числе около 30 % приходится на различные элементы конструкции планера. Снижение массы этих конструкций благодаря использованию современных материалов позволяет уменьшить габариты двигателя, размеры оперения и т. д. и приводит к снижению расхода горючего. Снижение массы конструкционных материалов всего на 1 кг приводит к снижению общей массы самолета на 3-7 кг. Использование композиционных материалов в производстве самолетов позволяет также снизить их общую стоимость и гибко варьировать условия проектирования.

Преимущество применения пластмасс в авиастроении состоит в возможности одностадийного формования крупных элементов конструкций. При этом уменьшается количество деталей и сокращаются затраты на сборку, что ведет к снижению стоимости самолетов.

Применение углепластиков в современной гражданской авиации

«Магистральный самолёт XXI века» (далее – МС-21) – это проект ближне-среднемагистрального пассажирского самолёта, который должен прийти на смену Ту-154 и семейству Ту-204, а также должен составить конкуренцию зарубежным A320 и Boeing 737.

puden1.tif

Рис. 1. Членение самолета МС-21

В данном самолёте доля композитов и углепластиков по массе будет составлять почти 35 %.

Иностранные самолётостроительные проекты с использованием углепластиковпредставлены, прежде всего, корпорациями Airbus и Boeing. На рис.2 видно увеличение доли углепластиков по массе в самолётах этих двух компаний относительно годов производства (с 1980 по 2015) и моделей.

puden2.tif

Рис. 2. Содержание композиционных материалов в самолётах компаний Airbus и Boeing

Ранние модели А310 и В767 содержали всего 5-6 % стекловолоконных композиционных материалов. Но уже в 1986 году конструкция А310-200 была модернизирована, что помогло повысить топливную эффективность. Среди изменений было внедрение вертикального оперения из углепластиков, также тормоза колёс стали делать из композитов на основе углеродных волокон.

В самолётах А320, А340 и В777 было использовано 10-15 % углепластиков по весу.

Современные самолёты этих двух корпораций А350 и В787 (Dreamliner) доля углепластиков по массе превышает 50 %.


Библиографическая ссылка

Пуденков Н.М. Применение углепластиков в авиастроении // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8-2. – С. 223-224;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=32097 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674