Здравствуйте уважаемые журналисты, и гости конференции вашему вниманию предлагается научная работа на тему:

"ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В АВИАСТРОЕНИИ НА ПРИМЕРЕ САМОЛЁТОВ ТИПА «АН»"

Работу выполнил студент колледжа филиала ДВФУ в г. Арсеньеве, студент, 241 гр. Малофеев Ф.А Научный руководитель: преподаватель филиала ДВФУ в г. Арсеньеве (ПАТ, АрТИ), Рябов В.В.

Актуальность работы (2 слайд)

22

АктуальностьАктуальность темытемы««КомпозиционныеКомпозиционные материалыматериалыболееболее лёгкиелёгкие ии прочныепрочные чемчем

металлическиеметаллические»»

После того как современная физика металлов подробно разъяснила нам

механизмы пластичности, прочности и ее увеличения, началась интенсивная

систематическая разработка новых материалов. Это привело, к созданию

материалов с прочностью, во много раз превышающей значения обычных

сплавов. При этом большое внимание уделяется в наше время известным

механизмам закалки стали и старения алюминиевых сплавов, комбинациям

различных механизмов с процессами формования и возможностями создания

композиционных материалов.

Два перспективных пути открывают композиционные материалы, усиленные

либо волокнами, либо диспергированными твердыми частицами.

В неорганическую металлическую или в органическую полимерную матрицу

вводятся с последующим отверждением тончайшие высокопрочные волокна из

стекла, углерода, бора, бериллия, стали или нитевидные монокристаллы,

имеющие непрерывную кристаллическую решётку.

В результате такого комбинирования разных компонентов максимальная

прочность нового материала даёт хорошее сочетание: высокого модуля упругости

и небольшой плотности. Именно такими материалами будущего, являются

композиционные материалы.

Цели и задачи работы (3 слайд)

33

ЦелиЦели ии задачизадачи::Показать на примере группы самолётовАн целесообразность применения КМв авиастроении в замен металлическихконструкций в целях снижения массыпланера при тойже прочности,увеличения грузоподъёмности,сократить затраты на изготовление,повышение ресурса конструкции.)

Показать на сколько развиваетсяприменение КМ в авиации.

Показать на примере группы самолётов типа «Ан» целесообразность

применения КМ в авиастроении, взамен металлических конструкций, в целях

снижения массы планера при той же прочности, и как следствие увеличение

грузоподъёмности, сокращение затрат на изготовление и повышение ресурса

конструкции.

Показать насколько интенсивно развивается применение КМ в авиации.

Виды композиционных материалов (4 слайд)

ВидыВиды композиционныхкомпозиционныхматериаловматериалов

44

стеклопластик

органопластик

углепластик

Формование КМ (5 слайд)

ФормованиеФормование КМКМ

55

55

-стекло-, органопластик

-углепластик

Как правило, процесс изготовления изделий из непрерывно армированных

полимерных композиционных материалов совпадает с процессом получения

самого композита.

Наибольшее практическое применение находят следующие способы

производства изделий из армированных пластиков:

- контактное формование с укладкой пропитанного смолой волокнистого холста

на форму;

- напыление волокнисто-полимерной композиции на поверхность формы;

- различные способы формования в закрытой форме; (автоклавы)

- намотка пропитанного смолой волокна на форму;

- пултрузия, или формование профильных изделий путем протяжки волокна через

ванну с полимером и калибрующую фильеру.

В зависимости от технологии формования значения свойств полимерных

композитов могут отличаться в несколько раз. Выбор технологии зависит от

конструкции изделия, условий его эксплуатации, объема изготовления и

имеющихся производственных ресурсов.

Внедрение композиционных материалов

в авиационной промышленности (6 слайд)

66

ВнедрениеВнедрение композиционныхкомпозиционных материаловматериалов ввавиационнуюавиационную промышленностьпромышленность

СС 19601960--хх годовгодовблагодаряблагодаря своимсвоимхарактеристикамхарактеристикамкомпозиционныекомпозиционныематериалыматериалыуспешноуспешновнедряютсявнедряются ввавиационнуюавиационнуютехникутехнику..

С 1960-х годов благодаря своим характеристикам композиционные

материалы начинают успешно внедряться в авиационную.

Отдельные детали из КМ. Агрегат – мотогондола двигателя

из КМ

Для Украины авиастроение всегда являлось одной из ведущих отраслей в

экономике. Главный разработчик авиационной техники на Украине – это

Авиационный научно-технический комплекс им. Антонова, который может

изготовить самолет и обеспечить его окончательную доводку, а именно:

построение модели, изготовление опытного экземпляра, проведение прочностных

испытаний и, наконец, доводка самолета на летно-испытательной и доводочной

базе, и, конечно, сертификация самолета.

С 70-х годов АНТК им. О.К. Антонова является одной из ведущей

организацией отрасли по разработке конструкций деталей транспортных и

пассажирских самолетов с применением композиционных материалов (КМ).

Более 30 лет АНТК им. О.К. Антонова выполнял комплекс работ по

созданию и внедрению конструкций из полимерных композиционных материалов

(ПКМ) в самолеты АН-2М, АН-26, АН-28, АН-32 Ан-70, АН-71, АН-72, АН-74,

АН-124, АН-225, с постоянным ростом объема КМ.

Эти объемы находились на уровне мировых достижений, а в самолетах

сверхбольшой грузоподъемности АН-124 и АН-225 превысили этот мировой

уровень для самолетов данного класса.

Схемы применения КМ в конструкции самолётах типа «Ан» (7 слайд)

77

-стекло-, органопластик

-углепластик

В настоящее время ведущие авиационные фирмы мира уже разрабатывают

проекты создания крупных пассажирских самолетов с объёмом внедрения КМ до

60-70% от веса конструкции планера.

С 1965 по 1970 год на заводе «ПРОГРЕСС» в г. Арсеньеве выпускали

«Пчёлку» - лёгкий и маневренный самолёт Ан-14.

Первыми агрегатами, выполненными с применением углепластика, являются

подкосы крыла самолета АН-28. Применение углепластиков позволило повысить

жесткость подкосов в 2 раза и снизить их массу на 15%.

В 80-х годах ХХ века на ААК «ПРОГРЕСС» организуется и успешно

развивается целое производство композиционных материалов, которое

занимается изготовлением лопастей из КМ несущих винтов вертолётов, деталей и

агрегатов с КМ самолёта Ан-74 таких, как мотогондолы двигателей с

газогенератором, киль и стабилизатор с их поставкой на 4-ре авиазавода отрасли

по кооперации.

Самолет АН-72, изготовляемый на Харьковском авиазаводе является первым

отечественным самолетом, выполненным с применением КМ.

В настоящее время современные КМ (углепластики, боропластики и

органопластики) находят большое применение в конструкции летательных

аппаратов. Особенно широкое применение новые материалы находят при

изготовлении средненагруженных конструкций, хотя имеется и достаточное

число примеров изготовления из них высоконагруженных конструкций, таких как

крыло, стабилизатор, киль, шасси и др.

Основные преимущества КМ (8 слайд)

ОсновныеОсновные преимуществапреимущества КМКМ

МалаяМалая плотностьплотность..ВысокиеВысокие характеристикихарактеристикистатистическойстатистической ии усталостнойусталостнойпрочностейпрочностей..ЖёсткостиЖёсткости..МалыйМалый коэффициенткоэффициент температурноготемпературногорасширениярасширения..СопротивляемостьСопротивляемость кк коррозиикоррозии..

88

К основным преимуществам композиционных материалов следует отнести

следующие:

- малую плотность,

- высокие характеристики статической и усталостной прочностей и

жесткости,

- малый коэффициент температурного расширения,

- сопротивляемость к коррозии и т.п.

(9 слайд)

99

За счет применения более легких материалов, по сравнению с

алюминиевыми сплавами, уменьшения конструктивных и технологических

разъемов, замены механического крепежа на клеевые соединения и др., удается

снизить массу конструкции на 20-30%. При этом наибольший выигрыш

достигается при изготовлении из КМ элементов конструкции фюзеляжа.

Кроме того, за счет применения современных средств механизации при

изготовлении полуфабрикатов КМ, их раскроя и выкладки, удается одновременно

снизить и трудоемкость изготовления конструкций из алюминиевых сплавов на

30-40%.

По удельным, прочностным и жесткостным характеристикам принципиально

новые композиционные материалы (КМ) на основе полимеров, армированных

высокопрочными углеродными, борными, органическими и стеклянными

волокнами в 2 - 3 раза превосходят традиционные металлы и сплавы.

Применение композиционных материалов (10 слайд)

1010

Применение КМ позволяет:1. Снижение массы конструкции на 25-50%;2. Резкое сокращение количества деталей и нормалей;3. Снижение трудоемкости более чем на 30 %;4. Повышение в 2 раза коэффициента использование

материала;5. Трехкратную экономию металлов энергоресурсов на

каждый килограмм примененного КМ;6. Повышение эксплутационной надежности,

коррозиционной стойкости и аэродинамическогокачества;

7. Снижение себестоимости перевозок.

Применение КМ позволяет создавать конструкции с заранее заданными

характеристиками и дает возможность значительно повысить их весовую

эффективность и снизить металлоемкость. Для авиационной техники это

обеспечивает:

1. Снижение массы конструкции на 25-50%;

2. Резкое сокращение количества деталей и нормалей;

3. Снижение трудоемкости более чем на 30 %;

4. Повышение в 2 раза коэффициента использование

материала;

5. Трехкратную экономию металлов энергоресурсов на каждый килограмм

примененного КМ;

6. Повышение эксплуатационной надежности,

коррозионной стойкости и аэродинамического качества;

7. Снижение себестоимости перевозок.

Применение КМ в наземном транспорте (11 слайд)

1111

ПрименениеПрименение КМКМ вв наземномназемномтранспортетранспорте

Современный скоростной железнодорожный поезд

Интенсивный рост объемов применения КМ произошел не только в

авиастроении. На основе авиационных технологий расширились объемы

применения КМ в наземном транспорте (автобусах, троллейбусах, трамваях,

современный скоростной поездах, в судостроении, в спортивном инвентаре

(велосипедах, санях, лыжах).

Вредные факторы при работе с КМ (12 слайд)

1212

ВредныеВредные факторыфакторы припри работеработе сс КМКМ..

Зачистка панелей

Оседание пыли при

шлифовке и полировке

детали

В процессе работы с КМ человек взаимодействует со средствами производства,

производственной средой и средствами труда. При этом он подвергается

воздействию большого числа факторов, различных по своей природе, формам

проявления, характеру действия и другим показателям, которые влияют на здоровье

и трудоспособность человека

Меры защиты (13 слайд)

1313

МерыМеры защитызащиты

Применение средства индивидуальной защиты Установка приточно- вытяжной вентиляции

Угольная пыль, появляющаяся при переработке углеродных волокон,

попадая в дыхательные пути, может привести к тяжелым заболеваниям органов

дыхания.

Чтобы этого не произошло, необходимо применять средства индивидуальной

защиты и исключить возможность появления пыли в помещении. В помещении

должна быть установлена приточно-вытяжная вентиляция.

Утилизация отходов (14 слайд)

1414

УтилизацияУтилизация отходовотходов

Печь для переработки КМ

Часть отходов может быть использована для производства предметов

народного потребления (резиновые напольные плиты), а неиспользованные

отходы должны быть обезврежены в печах для переработки КМ.

Заключение (15 слайд)

1515

заключениезаключениеОбщество всегда должно стремится к

прогрессу. На современном этапе развитиябольшую роль играет то, в каком состояниинаходится экономика страны. Такие отрасли, какавтомобилестроение, авиастроение и ряд другихведущих отраслей, и то, в каком состоянии онинаходятся, определяют экономический потенциалстраны.

Замена металлических деталей и узлов накомпозитные материалы позволяет при тех жепрочностных и жесткостных характеристикахконструкции снизить её вес и сократить затраты наизготовление летательных аппаратов.