Аазработка гермошпангоута для самолета типа МС-21 с целью повышения его летно-технических характеристик

Содержание



	Введение	5

	1 Анализ существующих конструкций гермошпангоутов и предложения по совершенствованию конструкции	6

	1.1 Анализ конструкции, достоинств и недостатков гермошпангоутов из металла	6

	1.2 Пути повышения характеристик гермошпангоутов	18

	1.3 Постановка задачи исследования	21

	2 Проектирование гермошпангоута из полимерно-композитного материала (ПКМ)	22

	2.1 Основные концепции применения ПКМ в авиастроении	22

	2.2 Разработка конструкции гермошпангоута из ПКМ	36

	3 Технологии изготовления гермошпангоута из ПКМ	40

	3.1 Анализ возможных технологических решений по изготовлению гермошпангоута из ПКМ	40

	3.2 Сущность метода вакуумного формования	47

	3.3 Разработка технологии изготовления гермошпангоута из ПКМ	49

	3.4 Разработка технологической оснастки	54

	3.5 Расчеты на прочность конструкции гермошпангоута	57

	4 Технико-экономическое обоснование проекта	75

	4.1 Организация и планирование разработки проектного решения	75

	4.2 Расчёт затрат на разработку проекта	82

	4.3 Расчет инвестиционных вложений в проект	85

	4.4 Расчет цеховой себестоимости изготовления изделия	86

	4.5 Расчет показателей экономической эффективности проекта	95

	5 Безопасность жизнедеятельности	100

	5.1 Безопасность производственной среды	100

	5.2 Экологичность проекта	108

	5.3 Чрезвычайные ситуации	109

	Заключение	113

	Список использованных источников	114



Введение



Композиционные материалы открывают широкие перспективы совершенствования основных характеристик летательных аппаратов и других образцов новой техники. В качестве типовых элементов конструкций, выполняемых из композиционных материалов, можно назвать баллоны давления и тонкостенные оболочки, работающие на прочность и устойчивость. Если к настоящему времени проблема применения композиционных материалов в конструкциях типа баллонов давления получила значительное развитие в научном и практическом направлениях, то освоение этих материалов в тонкостенных оболочках находится в начальной стадии. Основные трудности при этом обусловлены не только несовершенством технологии производства, разбросом разрушающих нагрузок, расхождением расчетных и опытных данных, но и значительным разрывом теоретических исследований и прикладных разработок, а также отсутствием единого подхода к проектированию конструкций из композиционных материалов у проектантов, конструкторов, прочнистов, технологов.

Цель работы состоит в разработке гермошпангоута для самолета типа МС-21 с целью повышения его летно-технических характеристик, а также технологии изготовления гермошпангоута и оценки технико-экономических показателей проекта.

Промежуточными задачами являются анализ существующих конструкций и технологий изготовления деталей авиационной техники из ПКМ.

1 Анализ существующих конструкций гермошпангоутов и предложения по совершенствованию конструкции



1.1 Анализ конструкции, достоинств и недостатков гермошпангоутов из металла



	Запечатанные переборка (давление переборка) - поперечный структурный элемент жесткости фюзеляжа планера самолета, часто в то же время служит переходным в сборе для электрических, гидравлических систем, вакуум, кислород, механических и других телекоммуникационных систем Jets, обеспечивая при этом пневматический уплотнение , Всегда присутствует в конструкции пассажирских авиалайнеров. Обычно представляет собой изогнутый купол структура выполнена из алюминиевого сплава. Из-за огромного давления наддува к прочности переборок давление, чтобы удовлетворить очень жесткие требования.

	Современные самолеты летают на больших высотах. Полет Технико-экономическое обоснование по следующим причинам определяется на больших высотах:

	- Повышение экономической эффективности воздушного транспорта в связи с пониженным расходом топлива и км увеличить скорость полета;

	- Повышение безопасности в результате большей однородности метеорологических условий в верхних слоях тропосферы и в стратосфере, чем на более низких высотах.

	Есть целый ряд трудностей, связанных с обеспечением полета на больших высотах.

	Что касается транспорта воздушных судов следующие основные трудности.

	1. Высота полета влияет на жизненно важные функции человеческого организма. На больших высотах в человеческом организме происходят функциональные нарушения, связанные с кислородным голоданием.

	Кислородное голодание из-за снижения парциального давления кислорода в альвеолах легких с увеличением высоты. Физиологические исследования установили, что минимальное значение парциального давления кислорода в альвеолах легких, где кровь по-прежнему насыщен при 80-85% кислорода при давлении 47-50 мм рт. Изобразительное искусство. Это давление соответствует высоте 4,5 км, что, следовательно, является физиологическим пределом высоты в открытой кабине.

	Проявления кислородного голодания могут быть очень разными: головная боль, сонливость, снижение реактивности, потеря зрения и слуха, нарушение обмена веществ, меланхолия настроение, а иногда, наоборот, бессмысленное веселость, обмороки, и даже смерть при длительном кислородного голодания или внезапной снижение давления - декомпрессия.

	Увеличение парциального давления кислорода в альвеолах легких может увеличить процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе, или увеличение давления окружающей среды. Первый способ связан с использованием отдельных устройств кислорода и могут быть использованы только до высоты 13,5 км.

	Основной способ гарантировать, что условия жизни на пассажирских воздушных судах второй способ - повышение давления в кабине и пассажирском салоне, чем атмосферное давление на высоте.

	С этой целью, кабины и салона должны быть помещены в герметичные отсеки фюзеляжа. Следует принять меры, чтобы уменьшить опасность декомпрессии когда герметичность.2. С подъемом на высоту снижения давления и температуры ухудшает работу ряда подразделений воздушных судов, двигателей и оборудования. Возможные Кавитация всасывания низкого давления в топливе, нефти и гидравлических систем, износа уплотнений, что снижает ударную вязкость металлов при низких температурах и так далее. Некоторые из этих трудностей могут быть преодолены при разработке конструкции самолета и его компонентов. Тем не менее, надежная работа многих подразделений специального оборудования может быть обеспечена только за счет создания вокруг них необходимое давление и температура. Это может быть сделано путем размещения их в герметичных отсеков.

	3. Багаж и груз на больших высотах может быть испорчен. Чтобы избежать этого, комната для хранения багажа обязательно должны быть размещены в герметичных отсеках.

	4. При полете сверхзвуковых самолетов на высоте 20 км и более становится важным интенсивность воздействия на человека космических лучей.

	Герметичные фюзеляж отсеков, в которых расположены кабина экипажа и пассажиров кабины, как правило, называют герметические кабины. По характеру нагрузки и конструкции подобны другим герметичных герметичных отсеков кабины.

	Основные физиологические и гигиенические требования к гермокабине

	1. Давление в кабине должно быть, по меньшей мере 0,75-0,70 от нормального давления при Н = 0, что соответствует "высота салона" 2 400-2 800 м ( "Высота кабины" - высота, на которой атмосферное давление соответствует давлению в кабине).

	2. Скорость изменения давления Dp / DT кабины должна быть не менее 0,18 мм рт. Искусство / сек. При более высоких скоростях возникает боль в ушах, лобных пазух, суставов и легких. Возможно кратковременное повышение скорости изменения давления до 2,0 мм рт. Искусство / сек при экстренном понижающего самолета.

	3. Температура воздуха в кабине должен находиться в диапазоне от 18 до 22 ° С

	4. Скорость движения воздуха в кабине не должна превышать 0,5 м / с, чтобы избежать чувства проект.

	5. Воздух в салоне должен быть свежим и чистым для того, что 20-30-кратный воздухообмен в час должен быть реализован.

	6. Относительная влажность воздуха в салоне должна находиться в пределах от 25 до 60%.

На современных самолетах герметические кабины выполняются как герметические отсеки фюзеляжа.

Конструкция герметических отсеков должна обеспечить прочность под действием избыточного давления и отсутствие значительных утечек воздуха через стенки отсеков в атмосферу.

Для уменьшения напряжений от избыточного давления герметические отсеки целесообразно выполнять как сочетание цилиндрических, сферических и конических участков с усиленными шпангоутами в местах сопряжения.

Выводы проводки управления (тяг и тросов) герметизируются с помощью специальных узлов. Для вывода жесткой проводки применяются узлы с поступательным движением тяг или узлы с вращательным движением валов. В обоих случаях уплотнение подвижных элементов осуществляется сальниками, состоящими из войлочных и резиновых колец. Вывод тросов осуществляется через резиновые сердечники.

Балочно-стрингерные фюзеляжи получили наибольшее распространение на современных самолетах (рисунок 1.1). Отсеки в таких фюзеляжах герметизированы, за исключением хвостовой части. Наличие эксплуатационного разъема обеспечивает возможность раздельного изготовления герметизированного и негерметизированного отсеков с последующей стыковкой их между собой.







Рисунок 1.1 - Балочно-стрингерный фюзеляж современного пассажирского самолета: 1 - продольная балка пола; 2 - шпангоут; 3 - поперечная балка поля; 4 - панель пола; 5 - стрингер; 6 - обшивка· 7 - фитинг крепления; 8 - сферическое днище герметической кабины (гермошпангоут); 9 - профиль жесткости; 10 - усиленный шпангоут; 11 - контурный уголок; 12 - стыковой узел на шпангоуте; 13 - средний лонжерон центроплана



Нормальные шпангоуты отштампованы из листов и имеют 2-образное сечение. Усиленные шпангоуты имеют узлы для крепления крыла, оперения и передней ноги шасси. Каждый шпангоут герметичного отсека имеет поперечную горизонтальную балку, которая служит опорой для пола кабины.

Стрингеры представляют собой прессованные профили уголкового сечения, а в нижней части фюзеляжа - частично таврового сечения.

Обшивка крепится к стрингерам и шпангоутам заклепками, причем в герметическом отсеке фюзеляжа - на уплотняющей ленте, проложенной между склепываемыми элементами. Помимо этого, изнутри фюзеляжа на заклепочные швы наносится слой герметика.

В балочных фюзеляжах очень важно сосредоточенные нагрузки передать на обшивку в виде распределенной по ней нагрузки. В этом случае в балочно-стрингерных фюзеляжах значительно повышаются характеристики усталостной прочности материала. Конструкция фюзеляжа разработана с учетом панельной сборки и широкого применения прессовой клепки.

Центр лонжероны крыла несут узлы для соединения с усиленными фюзеляжем кадров.

Герметичный отсек фюзеляжа заканчивается сферическим днищем (переборка давления) восприимчивы к положительным давлением при полете на оперативном высотах. Широко используется разделение фюзеляже балочный-стрингера дизайн панели. В местах стыков панелей размещены усиленные стрингеры, которые широко используются экструдированные профили Т-секции. Кроме того, усиленные стрингеры размещены в местах стыковых узлов и разрезов в коже для просмотра окон, дверей и люков.

Кормовая фюзеляж структура стрингер-балочный состоит из нормальных и армированных стрингеров и рам.

Напряжений и деформаций в структурных элементов балочной фюзеляже стрингера зависит от характера действий и способов применения внешних нагрузок.

Как правило, изгибающий момент виден в вертикальном стрингеров и футеровка расположена в верхней части и нижней части, в результате чего их растяжение и сжатие.

Стрингеры и корпус, расположенный вблизи нейтральной оси секции фюзеляжа, стресс от пригнувшись.

Рамы водонепроницаемого отсека снабжена сферической оболочки (сферические дно герметичная кабина), периферийная зона, которая изгибается сферической поверхности является плоской. Стенки отсека рам, и периферийную зону сферической оболочки с помощью болтов затягиваются в одном корпусе, таким образом, осуществляется совместные отсеки и обеспечение сферической оболочки к стенке рамы водонепроницаемого отсека. Butt лента зажата между внутренней поверхностью шкуры и полки рамы отсеков. Фитинги, помещенные в запечатанных и негерметичных отсеков фюзеляжа стрингеров и соединенные с рамы крепости отсеков и полки рамы с совместной ленты и шкур отсеков. Смешайте в одном пакете фитингов с полками рам, шовной ленты и шкур отсеков осуществляется с помощью заклепок. Соединительный патрубок со стенками кадров осуществляется с использованием вышеуказанного затворов, в котором стержни в фитингах болтовых соединений местоположения, переданные через фитинги и стенных каркасов отсеки периферийную зону сферической оболочки. Кроме того, сферическая оболочка снабжена придания жесткости профили - в меридиональном направлении ориентированных силовых элементов. В этом решении, первые концы меридиональном ориентированные силовые элементы, которые идут до конца сферической оболочки, соединенные с фитингами, помещенных в водонепроницаемом отсеке.

Герметические кабины. 

На рисунке 1.2, а, б показаны внешние очертания и сечение герметической кабины одноместного самолета, а на рисунке 1.2, г - очертания герметической кабины (герметизированных отсеков) современного пассажирского самолета.

От избыточного давления обшивка герметизированных отсеков в зависимости от их кривизны (рисунок 1.2, б) нагружается растягивающими или сжимающими распределенными усилиями (рисунок 1.2, в)



Q=pRf,						(1.1)



где R - радиус герметизированного отсека;

f - коэффициент безопасности;

?p - избыточное давление в отсеке.







Рисунок 1.2 - Герметические кабины самолетов. Схема нагружения элементов герметической кабины избыточным давлением



В поперечном сечении фюзеляжа (рисунок 1.2, г) в обшивке от действия этих сил возникают напряжения 



?r = pRf /??б. 					(1.2)



где ??б – толщина обшивки, м.

В случае цилиндрического отсека со сферическим днищем (рисунок 1.2, д) нагружение днища избыточным давлением ?p вызовет в обшивке продольные напряжения 



?x = pf ?R2/(2?R?) = pRf /(2?), 			(1.3)



где ? - эквивалентная толщина обшивки с учетом совместно работающих с ней стрингеров.

Напряжение ?x примерно в два раза меньше ?r. Однако эти напряжения в верхнем своде могут складываться с напряжениями, возникающими при работе фюзеляжа на изгиб (верхний свод при этом работает чаще всего на растяжение). От избыточного давления (в основном от напряжений ?r) дополнительно нагружаются радиальными силами шпангоуты (рисунок 1.2, е). Эти силы в случае цилиндрического фюзеляжа (герметического отсека) для шпангоута самоуравновешены. В местах перелома образующих гермоотсека (рисунок 1.3, а), например, в стыках ее цилиндрической части 1 с днищем 2, нагрузки могут оказаться весьма существенными, что требует постановки здесь усиленных шпангоутов 3. На рисунке 1.3, б показана конструкция стыкового соединения сферического днища с цилиндром гермоотсека, перестыковка стрингеров 4 с помощью фитингов 5 на усиленном шпангоуте и конструкция отдельных стыковых узлов такого соединения.







Рисунок 1.3 - Конструкция сферического гермоднища герметической кабины



Конструкция плоского днища для гермоотсеков требует при сравнительно тех же условиях и размерах более мощного подкрепления стенки днища (усиленного шпангоута), и сама стенка здесь толще, так как плоское днище от избыточного давления будет работать еще и на изгиб.

Наибольшие трудности представляет герметизация выводов из кабины тяг и тросов проводки управления самолетом (рисунок 1.4). 







Рисунок 1.4 - Варианты гермовыводов элементов проводки управления



Здесь для тяг с возвратно- поступательным движением используются гофрированные (рисунок 1.4, а) резиновые шланги 3, крепящиеся одним концом через фланец 2 к стенке кабины 1, а с другой стороны - к тяге 4. Такое уплотнение тяг обеспечивает достаточно надежную герметизацию кабины в месте вывода тяг, но на тягу, а стало быть, и на командные рычаги управления прибавляется усилие 



Q=рf, 						(1.4)



где f - площадь поперечного сечения гофрированного шланга, на которую действует избыточное давление в кабине р. 

Снаружи шланга - стальные кольца, препятствующие его сдавливанию. Необходимое перемещение тяг управления не должно ограничиваться возможными деформациями гофрированного шланга. При большом перемещении тяг или тросов управления применяют выводы тяг или тросов через резиновые пробки, зажатые в корпусе, по типу гермовывода, показанного на рисуке 1.4, б. На этом рисунке тяга управления 4 проходит через зажатую накидной гайкой 5 графитовоасбестовую набивку 6. Фланцем 2 такой гермовывод закреплен на стенке 1 кабины. При такой конструкции гермовыводов повышается трение в системе управления, причем силы трения и качество герметизации определяются во многом состоянием набивки 6 и степенью ее затяжки гайкой 5. Поэтому, учитывая недостатки гермовыводов дли тяг с возвратно-поступательным движением, стали использовать в местах гермовыводов тяги с вращательным движением (рисунок 1.4, д). На этом рисунке: 16 - качалки PH и РВ в герметичной зоне; 17 - корпус гермовывода; 18 - качалки PH и РВ вне герметичной зоны; 19 - уплотнительные прокладки. Последние могут быть в виде сальников или специальных уплотнительных манжет.

На рисунке 1.4, в показан гермовывод нижнего конца ручки управления. Здесь используется "чулок” из непроницаемой для воздуха ткани 9, закрепленный фланцами 7 и 8 на ручке и на полу кабины. Выводы трубопроводов различных систем герметизируют специальными переходниками так, как это показано на рисунке 1.4, г. Здесь: 7 - трубопроводы; 10 - ниппели, уплотняющие при затяжке гаек 11 трубы 7 в переходнике 14, закрепленном фланцем 15 и гайкой 12 на стенке гермокабины 1. Между стенкой и фланцем, стенкой и гайкой устанавливаются уплотнительные эластичные шайбы 13.

Электропроводка в виде сформированных по функциональному назначению жгутов выводится за пределы герметических кабин с помощью специальных штепсельных разъемов (ШР) с кодированным для удобства эксплуатации шифром. Эти разъемы устанавливаются на стенках кабин.

Качество герметизации кабин оценивается по утечке воздуха при расчетном для кабины перепаде давлений. Утечка воздуха не должна превышать 2...10 кг/ч на 1 м3 объема кабины. Причем большие значения относятся к самолетам с меньшим объемом кабин, а меньшие значения - к большим пассажирским и транспортным самолетам.

Недостатками гермошпангоутов из металла являются нарушение со временем герметизации в виде утечек воздуха через зазоры между листами обшивки, жесткими элементами конструкции и крепежными деталями (заклепками, болтами) и через другие соединения, что свойственно соединениям дискретных элементов металлических составляющих конструкции гермошпангоута.



1.2 Пути повышения характеристик гермошпангоутов



Одним из наиболее эффективных путей повышения характеристик гермошпангоутов является применение полимерно-композиционных материалов (ПКМ) для их изготовления.

Применение ПКМ:

- резко уменьшает число входящих в сборочный узел деталей по сравнению с клепаными; 

- сокращает число конструктивных и технологических разъемов; 

- не приводит к возникновению концентрации напряжений в стыке и позволяет получать прочность соединения, равную прочности основных элементов; 

- получать наиболее гладкие поверхности; 

- не  структурных изменений  соединяемых материалах  т.п.

 физико-механические  ПКМ в  с применяемыми  авиационных конструкциях  приведены в  1.1.



Таблица 1.1 - Сравнительная  ПКМ и  (усредненные значения)



Плотность,  кг/

Прочность, ?в, МПа

 упругости, Е, 

Углепластик

1500

1200

170

Боропластик

2000

1200

270



1300

2000

95

Стеклопластик

2000

2000

70

Алюминиевые 

2700

600

70

Титановые сплавы

4500

1100



Стали

7800

2100

200



По  с клепаной , применение ПКМ  снизить массу  (рисунок 1.5), где  приведена без  всей последующей  цен.







Рисунок 1.5 -  сравнение стоимости  и массы  различных вариантов  планера: а -  сплавов алюминия;  - интегральная конструкция; 1 -  материалов; 2 - стоимость ; 3 - масса конструкции



 модуль упругости  высокая удельная  обеспечивают ПКМ  при эксплуатации  в условиях  нагружения. Однако  преимущества в  мере могут  использованы при  их оптимального  с элементами  конструкции (интегральные ).

Интегральные конструкции  обеспечить существенное  массы с  повышением жесткости,  и технологичности.  использовании ПКМ  подкрепления основных  элементов масса  может быть  на 20%, масса  - на 15 ... 20%, масса  - на 10 ... 15% и .д.





1.3 Постановка  исследования



Задача  состоит в  гермошпангоута среднемагистрального  с целью  его летно- характеристик, а  технологии изготовления  и оценки -экономических показателей .

Промежуточными задачами  анализ существующих  и технологий  деталей авиационной  из ПКМ.

2  гермошпангоута из -композитного материала ()



2.1 Основные концепции  ПКМ в 



Материаловедческие аспекты  конструкций из .

Конструкционные и  свойства.

Полимерные  композиты получили  распространение в  промышленности благодаря  сочетанию конструкционных  специальных свойств.  сравнению с  материалами они  существенными преимуществами  удельным значениям  и жесткости.  рисунке 2.1 в  удельная прочность (/)  модуль упругости (/) нанесены области,  для свойств  конструкционных материалов,  том числе  композитов с  параметрами анизотропии,  трансверсально изотропную () структуру армирования.  диаграмма неоднократно  в различных  для иллюстрации  композитов над  сплавами. Это , но если  разделить указанную  по диагонали,  в правой  части окажутся  среди композитов -  по удельным  прочности (арамидопластики)  удельной жесткости (), а также , которым присуще  соотношение этих , каковыми являются .

Однако сравнение  однонаправленных композитов  изотропными металлическими  по комплексу  некорректно. Поэтому  таблице 2.1 приведены  свойства типичного  композитов - углепластика  псевдоизотропной структурой  [0,90 ± 45] и традиционных  материалов.



Рисунок 2.1 -  прочность /уел. . и удельный  упругости Е/  материалов



Таблица 2.1 -  свойства и  конструкционных авиационных 

Материал

+

-

-1



Е

?

?

?/?

??102

/



МПа

г/

ГПа

уел. .

Углепластик

КМУ-7у

(0°)

1700

1400

1100

1,6

145

0,9

99,0

8,9

0,25

1062

Углепластик КМУ-7у (0°, 90°, ±45)

550

520

230

1,57

51

2,5

57,5

34

0,5

350

А1-сплав

-1

450

450

130

2,7

72

0,7

1,1

27

16,8

170

Ті-сплав

-8

1100

1000

500

4,5

120

0,03

1,5

26

10

220



По основным  - плотности, модуля,  и длительной  при растяжении,  усталостной прочности,  и коррозионной  полимерных композитов  диапазоне температур  213 до 473 K  алюминиевых сплавов,  в некоторых  титановых сплавов  стали . В  с жесткостью  сдвиг ударной , прочности и  полимерные композиты  сплавы металлов.  не менее,  счет создания  geteromatrichnyh систем  материальных характеристик  структур может  значительно увеличена.

 материалы имеют  механизм усталостного  при воздействии  нагрузок, чем  сплавы, а  имеют более  сопротивление усталости,  обычные материалы.  предел составляет 0,2-0,3  металла от  прочности, высокого  упругости композитов,  это значение  0,5-0,7. Гораздо меньше,  у металлов,  чувствительность к  напряжений и  скорости распространения  в этих  обеспечивают повышенную  этих материалов. параметрам вибропрочности ? и виброжесткости ??  композиты с  анизотропии в 2-4  превосходят металлы,  в условиях  повышенных температур  преимущество выражено  ярко благодаря  росту демпфирующей  материала.

У  из высокомодульных  композитов спектр  частот колебания  выше, чем  деталей из  и стекловолокнита.  для алюминиевых,  сплавов и  спектры собственных  колебания близки  резонансным и  от резонансного  требует изменения  размеров деталей,  для высокомодульных  композиционных материалов  достигается только  ориентации волокон  отдельных слоях  соотношения компонентов.

 композитов, в  углепластиков, характерной  которых является  коэффициент линейного  расширения, позволяет  термонапряженность конструкций.  параметра Е  интервале 293-473 К  различных конструкционных  показывает, что  прочих равных  контактные термические , возникающие в  из углеволокнитов  в сопряженных  ними деталях,  10-20 раз меньше,  в деталях  других материалов.  композитов связано  существующей возможностью  варьирования практически  свойствами материала,  можно осуществлять  соответствующего подбора  компонентов, их  соотношения, распределения  ориентации в  материала. Это  получать конструкционные  многофункционального назначения,  зачастую противоположными  характеристиками, например  или теплоэлектроизоляционными,  для различных  излучения или  их, фрикционными  антифрикционными.

Композитов,  стеклянных, керамических  органических волокон  основе оксидов  обладают высокими  свойствами, в  с низкой  проницаемостью и  электрическим сопротивлением  волокон. Минимальное  dielektrtscheskoy постоянной  потери фактора,  она проходит  композитные высокочастотных  колебаний и  этих характеристик  условиях эксплуатации -  радиотехнические требования  полимерные композиты,  кварца, стекла  органических волокон.  проницаемость и  коэффициент композитов  варьировать в  широких пределах,  зависимости от  волокон, связующего  и пористости  и вычисляются  правилу аддитивности.

 свойства композитов  характеристики волокон.  волокон с  электропроводностью, можно  композиты с , полупроводниковым или  свойств.

Уникальной  углеродных волокон  возможность контролировать  проводимость в  диапазоне: от  материалов с  металлической проводимостью.  образом, на  этих композитов ( и углетениксы)  используются для  различных видов . Следует отметить,  структура волокнистых  приводит в  электропроводностью анизотропии .Теплофизические свойства  волокнистых композитов  в широком  значений в  от состава.  механические и , так и  характеристики композитов (, , ) существенно анизотропны,  у угле-  бороволокнитов.

Способность  материалов противостоять  высокотемпературных тепловых  основана на . Теплозащитные свойства  обусловлены уменьшением  потока вследствие  энергии при  физико-химических  (сублимация, плавление,  разрушение, деструкция  т.п.),  на поверхности , подверженного воздействию  потока. Теплозащитные  композитов, оцениваемые  величине линейного   при определенной  воздействия теплового , улучшаются по  возрастания плотности , при ориентации  перпендикулярно тепловому , уменьшении содержания  и с  температуры плавления () армирующих волокон.

 стойким к  материалам относятся - и углепластики.  обладают наибольшей  к воздействию  тепловых потоков.  снижения высокой  углепластиков в  состав вводят,  углеродных, другие  волокна с  теплопроводностью: волокна  диоксида циркония,  кремния и  соединений.

Для - и органоволокнитов  повышенные антифрикционные . При введении  состав полимеров  волокон повышается  устойчивость к : поливинилхлорида в 3,8 , политетрафторэтилена в 3 , полипропилена в 2,5 , полиамида в 1,2 .

Углеволокниты характеризуются  значением коэффициента , величина которого  от ориентации  относительно поверхности . Наименьший коэффициент  имеют углеволокниты,  которых армирующие  ориентированы по  трения в  действия силы . Хорошими антифрикционными  обладают полимерные , армированные органическими  из материалов (, тефлона), которые  в виде , наносимых на  трения, скольжения,  без смазки.  трения таких  составляет 0,03 - 0,08.

Многие  композиты обладают  свойств, позволяющих  случае их  обеспечивать работоспособность  в различных  и решать  задачи. Так,  рисунке 2.2 приведена , иллюстрирующая возможности . Конструкции с  применением могут , наряду с  прочностью и  эксплуатации, химической , стабильностью геометрических , стойкостью к , электро-, тепло-  волнопроводностью, в  звукопроводностью, и .п.







Рисунок 2.2 -  и специальные  углепластиков и  их реализации



 свойств полимерных  и эффективность  применения в .

Создание всесторонне  авиационных конструкций  соблюдения принципа " достаточности" уровня  (характеристик) полимерных  и объемов  применения. Стремление  на стадии  использовать материалы  наиболее высоким  конструкционных свойств,  правило, приводит  увеличению стоимости  в производстве  эксплуатации. За  показатели механических  композитов приходится  более сложной  трудоемкой технологией  из них , а также  высокой стоимостью  материалов, тем  что ресурс  часто не  от исходного  характеристик применяемых . Высокопрочные и  композиты обладают  выраженной анизотропией -механических свойств,  чувствительны к  дефектов структуры (, разориентация, обрывность , поры и  в матрице  на границе ), остро реагируют  повреждения, полученные  процессе эксплуатации.

 проектировании конструкций  находить компромиссные  между стремлением  максимальную весовую  по массе , за счет  композитов с  механическими характеристиками  стоимостью ее . Поэтому несмотря  наличие полимерных  с весьма  характеристиками по  (3500 МПа), модулю  (300 ГПа), основное  находят материалы,  прочность в  на уровне 1000 - 2000 . На рисунке 2.3  диаграммы, иллюстрирующие  объемов применения  углепластиков в  технике от  их прочности,  упругости и  температур. Более 50%  в настоящее  конструкций могут  изготовлены из  с прочностью  до 1500 МПа  только для 15%  прочность более 3000 ; для 75% приемлемым  модуль упругости  пределах 120 - 150 ГПа  только для 20%  углепластики с  рабочих температур  300 С. На  2.4 в качестве  приведены данные,  уровень прочности,  упругости, рабочей  (сохранение 70% исходных ) и температуры  ряда углепластиков,  при производстве  авиационных и  конструкций в  Союзе.

Достигаемый , в первую  по снижению  изделий, в  степени зависит  объема применения  в конструкции,  согласно мировой  в ближайшее  может быть  до 40% по , что составит  60% от объема  конструкций, учитывая  плотностей. При  композиты могут  более 80% поверхности .







Рисунок 2.3 - Свойства  структура потребления  (в секторах  объем применения  материала в %  общего объема  углепластиков)







Рисунок 2.4 -  углепластиков, широко  в авиационной  (схема армирования [ ]):  - раскатанная лента  некрученых жгутов ( монослоя 0,1 мм);  - тканая кордная  с основой  углеродных жгутов  утком из  или стеклянных  (толщина монослоя 0,18-0,22 ); LМ - тканая  с основой  высокопрочных углеродных  и слабым  из углеродных  (толщина монослоя 0,03 - 0,1 ); Т - ткань  углеродных жгутов  полотняным или  плетением (толщина  0,18 - 0,22 мм); Р -  с высокоориентированными  жгутами



Существует  (критический) уровень  применения композитов  изделиях, определяющий  целесообразность их , с учетом  на организацию  производства. Величина  объема зависит  типа изделия,  назначения и  колебаться в  пределах. Например,  конструкций планера  составляет 20 - 25%. На  2.5 приведена обобщенная  снижения массы  самолета от  углепластиков и  их применения  конструкции. При  применения углепластиков  10% по массе  целесообразно использовать  с прочностью  порядка 1000 МПа,  в этом  из композитов  слабонагруженные детали: , створки и  другие элементы  планера, не  для безопасности . При этом  эффект снижения  пропорционален массе  в конструкции,  слабо оправдан  экономической точки  и не  на технических  изделия. Применение  с прочностью  1500 МПа позволяет  объемов применения 15 - 20% ( управления, стабилизаторы,  конструкции фюзеляжа),  которых возможно  стадии проектирования  явление "каскадного " и вплотную  к рубежу,  не только  целесообразность использования  в конструкции,  и реализовать  снижение массы  улучшении тактико- характеристик самолета:  расхода топлива,  дальности полета, , полезной нагрузки  т.п.







 2.5 - Снижение массы  в зависимости  прочности углепластиков ( монослое) и  их применения  конструкциях: I -  снижение массы  (элементов планера);  - проявление каскадного ; III - достижение  целесообразности применения ; IV - принципиальное  технических характеристик 



Экономически выгодно  углепластики с  2000 - 3000 МПа в , обеспечивающих достижение  их применения  25% от массы  (крыло, большая  фюзеляжа). В  случае снижение  настолько велико,  может быть  в конструкции  с принципиально  тактико-техническими  и аэродинамическими  (летающее крыло  т.п.).

 объем применения    превысит некоторое  значение , то  каскадный эффект  массы (рисунок 2.6). 







 2.6 - Схема проявления  эффекта снижения  планера



В  случае обеспечивается  взлетной массы  Мвзл1 достаточное  того, чтобы  сохранении тактико- параметров самолета  мощность двигательных  Nдв, что  к снижению  собственной массы ?mдв,  расхода топлива ?Рт1, , следовательно, его  на борту ?mдв.  повлечет за  снижение нагрузки  шасси и  массы ?mш. Дополнительное  массы и  размеров двигателей, , топливных баков  позволить изменить  самолета, уменьшив  аэродинамического сопротивления , что проявится  уменьшении расхода  ?Р1т1 и его  ?m1т1. Таким образом,  массы двигателей, , уменьшение расхода  и размеров  приведет к  снижению массы  планера на  ?mпл1. Общий результат  каскадного эффекта  к снижению  массы самолета  величины Мвзл2.  объем применения  значителен, то  между Мдв=  - Мдв2 будет  значительна, что  повторно реализовать  эффект: снизить  двигателей Nдв2,  топлива ?Рт2, нагрузку  шасси и  планера, что  повторно в  массы топлива   , двигателей , шасси ,   и т.. В результате  масса самолета <Мвзл2.

Последние  разработки по  состава и  полимерных композитов  свое отражение  создании принципиально  материалов: интеллектуальных  адаптирующихся композитов, , высокомодульных и  углепластиков, слоистых  металлопластиков и .

Разрабатываются интеллектуальные  с функциями  и адаптации  эксплуатации. Эти  будут способны  самодиагностику при  (оценку уровня  опасности напряженного  и степени , определение остаточного ) и направленно  свой параметры  сложной или  ситуациях с  сохранения работоспособности  и сведения  минимуму отрицательных  внешнего воздействия.

 практике реализована  достижения высоких  и аэродинамических  конструкции при  адаптирующегося углепластика  крыле обратной  истребителя Су-37 «» АО «ОКБ ». Из углепластика -1у были выполнены  кессона крыла  7 метров, шириной 2  и толщиной  корневой части  20 мм. Отличительной  адаптирующегося углепластика -1у является особый  структурной анизотропии,  нетрадиционной укладкой . В составе  ось анизотропии  составляет некоторый  с линией  нагрузки. Благодаря  под воздействием  нагружения происходит  изменение геометрии , способствующее перераспределению  снижению действующих . Адаптации конструкции  стабильность углов  и, как , высокие аэродинам.......................