Из чего делают обшивку самолетов и головные обтекатели ракет
С развитием технологий к свойствам материалов выставляются новые требования, а старые перестают удовлетворять: малая теплостойкость, ужасная вязкость разрушения, недостаточно термостабильности. Как удается решать эти задачи?
Традиционные материалы с их ограниченными характеристиками не могут помочь удовлетворить быстрорастущие потребности человечества, поэтому ученые решили сделать композиты – вещества, которые соединяли бы в себе свойства нескольких материалов. Причем попытались создать не обычный сплав, а что-либо принципиально новое. Это получилось, и даже больше: в результате совмещения элементов часто образовывалась композиция с набором свойств не только исходных компонентов, но приобретала новые.
Это можно рассмотреть на примерах авиакосмической техники. Она достаточно капризна и к материалам всегда предъявляла повышенный комплекс требований: и сочетайте в себе высокую прочность с жесткостью, обязательно имейте хорошую стойкость к динамическим нагрузкам, конечно же – малую массу, но высокие значения длительной прочности и при всем этом обеспечивайте повышенную надежность конструкции. В ответ ученые придумали углепластики на основе термореактивных матриц: они наиболее полно отвечали данным требованиям.
По комплексу свойств углепластики существенно превосходят традиционные стали, алюминиевые и титановые сплавы, обладая повышенной удельной прочностью и жесткостью, высокой усталостной и длительной прочностью, широким комплексом тепло- и электрофизических характеристик, многофункциональностью назначения.
Началось широкое применение углепластиков в авиастроительной отрасли. Сейчас на композиционные материалы может приходиться до 70% площади поверхности и до 50% веса современного самолета, присем не важно, боевого или гражданского. Использование углеродных волокон (УВ) в конструкциях позволяет увеличить прочность и ресурс изделий, а также снизить вес. Например, применение углепластика при изготовлении корпуса крыла позволяет сэкономить до нескольких тонн веса.
Углепластики используются для изготовления элеронов, откидного обтекателя, внешних дверей, основных и центральных ступенчатых дверей, носовых обтекателей, центральной тормозной коробки, покрытия пола, панелей пассажирских полов и опор, внешней коробки горизонтальных обтекателей, вертикального стабилизатора, конуса хвоста и других элементов.
Углепластики успешно используются в конструкциях лопастей вертолетных винтов. Такая конструкция обладает высокой надежностью. Лопасти, выполненные из однонаправленных углеродных волокон, несут основную нагрузку и обладают высокой сопротивляемостью крутящим и изгибающим нагрузкам. Также эти композиты широко применяются в конструкциях беспилотных аппаратов (БЛА), где из них может быть изготовлен практически весь планер (до 90% его веса). Применение УВ в такой конструкции снижает ее вес и повышает полезную нагрузку.
Из углепластиков изготавливают головные обтекатели для отечественных ракет-носителей. Углеродные волокна и материалы из них, а также из карбидов работают в условиях высоких температур и давления, при высоких вибрационных нагрузках, низких температурах космического пространства, в вакууме, в условиях радиационного воздействия, а также воздействия микрочастиц.
В автомобилестроении из УВ изготавливаются корпус, шасси, быстродвижущиеся детали, панели на шасси автомобиля, отдельные части кузова, что уменьшает массу конструкции на 70–80% и помогает снизить расход ГСМ.
В текстильной промышленности изготавливают узлы и детали ткацких станков и помогают работать на скоростях на 20% выше обычных. В электротехнике и электронике из них изготавливают высокопрочные электроды, термопары, электрические щетки. При этом увеличивается срок службы и снижаются затраты производства.
Возможность сочетать в одном материале высокую прочность и химическую инертность, а также вибро-, звуко- и радиопоглощение обуславливает выбор именно этого материала для изготовления конструкций различных видов гражданских судов.
Композиционные материалы интенсивно входят в привычный мир каждого человека. Из них создаются многие товары: предметы интерьера, детали бытовых приборов, спортивная экипировка и многое другое.
Одним из главных производителей изделий из углепластика в России является «РТ-Химкомпозит». В холдинге выпускают 28 агрегатов крыла и фюзеляжа из ПКМ для многоцелевого истребителя Т-50, крупногабаритные углепластиковые оболочки головных обтекателей, отсеков ступеней, гаргротов, деталей приборных отсеков ракет-носителей «Протон-М», «Рокот» и «Ангара».
