Применение углепластиков в самолетах серии МИГ
| Изделие | Масса углепластиков, кг | Снижение массы конструкции, кг |
| МИГ-29 МИГ-29м МИГ-31 МИГ-"Х" | 90 137 156 790 | 105 140 175 750 |
Технико-экономическая эффективность применения углепластиков серии КМУ-3 в конструкции планера самолета АН-124:
Объем применения, т................................................................................ 2,2
Количество деталей, шт............................................................................ 200
Снижение массы конструкции, т.............................................................. 0,8
Увеличение коэффициента использования материала, % ..................... .85
Сокращение количества деталей, %..................................................... ..1200
Снижение общей трудоемкости, % ......................................................... 180
Снижение трудоемкости изготовления оснастки, %.............................. 300
Экономия алюминиевых сплавов, т........................................................ 6,0
Увеличение объема грузоперевозок, ткм............................................ ...МО6
Снижение расхода топлива, т............................................................ ....1,2-10
Биологическая совместимость углеродного волокна с тканями живого организма позволяет использовать углепластики для протезирования и в медицинских приборах.
В последние годы их применяют для изготовления различного рода спортивного инвентаря: рам велосипедов, теннисных ракеток, удилищ, луков, байдарок, яхт и т.п. Высокая химическая стойкость углепластиков позволяет применять их в химическом машиностроении Для изготовления трубопроводов, цистерн, насосов, сосудов, уплотнений и других элементов конструкций, работающих в агрессивных средах, а их электропроводность — при создании различных нагревательных устройств.
|
|
|
По мере снижения стоимости углеволокна применение углепластиков становится экономически выгодным в различных областях промышленности.
Традиционным является использование полимерных материалов в качестве теплозащиты. При этом в основном используют композиты с матрицей, имеющие низкую теплопровод-
ность и способность поглощать большие количества тепловой энергии при фазовых превращениях и эндотермических реакциях, что обеспечивает значительное снижение интенсивности теплового потока, направленного к защищаемому силовому элементу. В результате нагрева армированного пластика, используемого для теплозащиты, происходит разложение связующего — эпоксидной, фенольной и других смол. При этом образуются газообразные продукты и твердый остаток (кокс), который совместно с армирующими элементами и неразложив-шейся матрицей составляет пористый слой. В частности, при разложении фенольных смол получают 55 % массы твердого остатка, а при разложении эпоксидных - 20 %.
Одним из примеров армированной волокном конструкции является стартовая защитная оболочка корабля "Аполлон", предназначенная для защиты терморегулирующих поверхностей от аэродинамического нагрева при старте и представляющая собой готовую конструкцию из стеклопластика с феноль-ным связующим. В качестве материала для элементов внутренней теплоизоляции был применен стеклопластик из ткани, пропитанной фенольной смолой. Стеклопластики можно использовать и в других деталях, таких как аэродинамический обтекатель и теплозащитная облицовка. Для защиты оборудования и несущих конструкций ракеты-носителя "Сатурн 5-11" от выхлопа из сопел использовались термоэкраны из армированного пластика и многослойная тепловая защита.
|
|
|
Внедрение боропластиков эффективно в элементах конструкций, определяющим критерием работоспособности которых являются высокие удельные значения жесткости и прочности при действии сжимающих нагрузок. В настоящее время боропластики в основном применяют в изделиях авиационной и ракетно-космической техники в связи с большой стоимостью исходного сырья (борных волокон).
Высокая прочность и жесткость боропластиков при сжатии позволяет использовать их при конструировании балок, панелей, стрингеров несущих частей ЛА. Например, если металлическая двутавровая балка работает на изгиб, то ту ее полку, на которую действуют сжимающие напряжения, упрочняют пластинами из боропластика, а другую полку, работающую на растяжение, - углепластиком. Масса такой балки на 20...30 %
|
|
|
ниже, чем масса балки из алюминиевых сплавов при одинаковой несущей способности.
В последнее время исследуется применение боропластиков в стойках шасси, отсеках фюзеляжа, обшивке крыльев самолетов, в дисках компрессоров газотурбинных двигателей. В перспективе использование боропластиков в корпусных деталях, работающих при всестороннем или одноосном сжатии, в трубах, сосудах внутреннего давления. Замена металлических изделий боропластиковыми позволяет снизить их массу, повысить удельную жесткость, статическую прочность и вибропрочность.
Экономия массы, получаемая при использовании материалов, на основе борных волокон и полимерной матрицы, стимулировала разработку разнообразных конструкций и технологических процессов.
Авиация и космос, судостроение, автомобильный и железнодорожный транспорт, строительство, нефтехимическая и горнодобывающая отрасли, спортивная индустрия, медицина - далеко не полный перечень областей применения ПКМ.
|
|
|
1.5. Металлические композиционные материалы
Металлические композиционные материалы представляют собой такие материалы, в которых в качестве матрицы выступают металлы и их сплавы, а в качестве арматуры — металлические и неметаллические волокна. Применение высокопрочных и высокомодульных волокон значительно повышает физико-механические характеристики МКМ, а использование металлической матрицы увеличивает прочность материала в направлении, перпендикулярном волокнам (трансверсальную), и прочность при сдвиге до значений, сопоставимых с аналогичными значениями металлов, так как прочность при сдвиге КМ определяется свойствами матрицы.
Для металлической матрицы требуется использовать значительно более интенсивные в температурном и силовом отношении технологические методы и, кроме того, производство элементов конструкций из МКМ неразрывно связано с технологией их получения. В настоящее время на базе металлурги-
ческих производств организован выпуск полуфабрикатов из МКМ в виде листов, труб и профилей.
Технологическую схему производства полуфабрикатов и деталей из МКМ можно представить следующим образом: очистка поверхности волокон и матрицы — мойка, чистка, сушка; объединение волокон с матрицей — сборка чередующихся слоев матричных элементов и волокон либо приготовление волокон в литейной форме под заливку матричным металлом; получение компактных МКМ в соответствии с методами пластической деформации, порошковой металлургии или литья либо с использованием комбинации этих методов.
Важнейшим в технологии МКМ является этап совмещения армированных волокон с матричным материалом. Способы совмещения можно подразделить на твердофазные процессы, жидкофазные и процессы осаждения — напыления.
Для твердофазных методов характерно использование матрицы в твердом состоянии преимущественно в виде порошка, фольги или тонкого листа. Процесс создания МКМ заключается в сборке пакета заготовок, состоящего из чередующихся слоев матричного материала и упрочняющих волокон и последующего соединения компонентов между собой различными методами — диффузионной сваркой, сваркой взрывом,пластическим деформированием, спеканием и т.д.
Жидкофазные методы заключаются в получении МКМ путем совмещения армирующих волокон с расплавленной матрицей. К ним относятся различные методы пропитки волокон жидкими матричными материалами.
Изготовление МКМ методом осаждения — напыления состоит в нанесении на волокна различными способами (газофазным, химическим, электролитическим, плазменным и т.п.) матричного материала и заполнение им межволоконного пространства.
Комбинированные методы основаны на последовательном или параллельном применении первых трех методов (например, плазменное напыление и горячее прессование, горячее прессование и последующая прокатка и т.д.)
Выбор метода получения МКМ определяется природой матрицы и волокна, возможностью совмещения компонентов с обеспечением необходимой между ними связи на границе раз-
|
|
дела, особенностью процесса, позволяющего одновременно получить материал и деталь, экономичностью, наличием оборудования и т.д.
Несмотря на то, что в настоящее время лишь небольшое число МКМнаходится в стадии внедрения, а возможности их применения ограничиваются авиационной, ракетно-космической и атомной техникой, несомненно, что в дальнейшем МКМ найдут самое широкое применение и будут способствовать технологическому усовершенствованию свойств обычных материалов.
Рассмотрим основные методы получения МКМ, применяемые на практике.
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 498; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!