Применение композиционных материалов в авиастроении...
TRANSCRIPT
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.