Pogledajte 13 raketnih i svemirskih kompozitnih struktura. Kompozitni materijali u avionima. Koncept kompozitnih materijala i primjena u raketnoj nauci

Od 2008. godine do danas odjelom rukovodi Reznik Sergej Vasiljevič, doktor tehničkih nauka, profesor, Počasni radnik viši stručno obrazovanje RF.

Jedna od karakteristika CM je da se ne mogu razmatrati odvojeno od dizajna i tehnologije proizvodnje. U sadašnjoj fazi razvoja raketno-kosmičke tehnologije, postoji nekoliko oblasti u kojima će upotreba CM imati ključnu ulogu: razmjenjive svemirske strukture (antene, elektrane, strukture velikog volumena), raketne obloge, svemirske letjelice za višekratnu upotrebu, hipersonične aviona sa ramjet vazdušnim mlaznim motorima.

Nova riječ u stvaranju moći dizajn prostoračelične mrežaste školjke od CM (sl. 3-6). Teorija i tehnologija za proizvodnju takvih konstrukcija razvijaju se u TsNIISM pod vodstvom dopisnog člana. RAS V.V. Vasiliev, njegove kolege A.F. Razin, V.A. Bunakov i drugi.

Rice. 3 Kompozitni mrežasti pretinac rakete-nosača Proton-M

Rice. 4 Kompozitni mrežni adapter nosivost

Rice. 5 Kompozitna mreža Osnovna struktura Telo letelice serije "Express".

Rice. 6 Kompozitnih mrežastih krakova svemirske antene koja se može postaviti

Objekti naučno istraživanje Profesori A. M. Dumansky, G. V. Malysheva, P. V. Prosuntsov, S. V. Reznik, M. Yu. Rusin, B. I. Semenov, O. V. Tatarnikova, V. P. Timoshenko su čvorovi, jedinice i odeljci umjetnih Zemljinih antena, satelitskih satelita, planetarnih i ili bitnih klase letjelica, razne rakete, motori. Feature Ove studije su kombinacija kompjuterskih i fizičkih eksperimenata (sl. 7-9).

Rice. 7 Ultra laganih reflektora ugrađenih zrcalnih svemirskih antena od karbonskih vlakana

Rice. 8 Rezultati matematičkog modeliranja temperaturnog stanja reflektora ugrađene zrcalne svemirske antene

Rice. 9 Studentski projekat svemirske letjelice za višekratnu upotrebu „Sivka“ (projekat je inicirao prvi naučnik kosmonaut, profesor K.P. Feoktistov, a razvili su ga studenti odsjeka SM-1 i SM-13)

U sklopu istraživačkog rada sa PJSC RSC Energia po imenu. S.P. Korolev" pomoću programa za analizu konačnih elemenata paketa "CAR", proučavana su temperaturna polja, naponi i deformacije u tankozidnim elementima kompozitne strukture antenskog reflektora prečnika 14 m perspektivnog geostacionarnog komunikacionog satelita. Dobijeni rezultati su bili u dobroj saglasnosti sa rezultatima nezavisnih proračuna koje su izvršili italijanski stručnjaci iz kompanije Alenia Spazio, koristeći računarske programe Evropske svemirske agencije ESATAN i EASARAD, kao i sa podacima dobijenim tokom termičkih ispitivanja u Evropskom centru za svemir Istraživanje i tehnologija u Noordwijku, Holandija.

Među uspešno realizovanim projektima je i učešće u projektovanju i otklanjanju grešaka na ispitnim stolovima i instalacijama u AD ONPP Technology im. A. G. Romashina." By tehničke specifikacije AD "Composite" je izvršio niz istraživačkih i razvojnih radova na razvoju proizvodnih tehnologija i sveobuhvatnu studiju karakteristika ugljenika. keramičkih materijala. Od 2011. godine završeno je nekoliko velikih projekata u saradnji sa Istraživačkim centrom „Novi materijali, kompoziti i nanotehnologije“ u ukupnom iznosu od oko 300 miliona rubalja.

Tokom 15 godina odbranjeno je 25 kandidatskih i 3 doktorske disertacije pod naučnim rukovodstvom profesora katedre. Nastavnici, diplomirani studenti i studenti katedre bili su učesnici istraživačkog rada u okviru 5 grantova RFBR.

Svake godine studenti odsjeka prezentuju 12-15 izvještaja na konferenciji SNTO-a po imenu. N. E. Zhukovsky.

Diplomci odsjeka stiču znanja, vještine i sposobnosti potrebne savremenom inženjeru za obavljanje naučno-istraživačkog rada i proizvodnju nove opreme. Teorijsku osnovu obrazovnog procesa čine discipline matematičkog i prirodno-naučnog ciklusa - višu matematiku, hemija, fizika, teorijska mehanika, termodinamika i prijenos topline. Među posebne discipline- “Osnove fizička hemija kompoziti", " Strukturna mehanika kompozitne strukture“, „Mehanika kompozitnih medija“, „Optimizacija kompozitnih struktura i tehnologija“, „Osnove raketne i svemirske tehnologije“. Nastavni plan i program predviđa izučavanje metoda kompjuterski potpomognutog projektovanja, proizvodnje i ispitivanja kompozitnih konstrukcija sa razne kombinacije punila i matrice. IN poslednjih godina Nastavni plan i program uključuje nove discipline: „Nanoinženjering svemirskih letelica“, „Metode stvaranja inovativnog okruženja“, „ Tehnička obuka svemirske ekspedicije“, „Tehnologija svemirskih letjelica za višekratnu upotrebu“, koje nisu dostupne ni na jednom univerzitetu u Rusiji.

Izložbeni salon sadrži jedinstvene uzorke materijala i kompletne konstrukcije (element ivice krila letelice Buran, nosni oklop letelice Bor, mrežasti adapteri rakete-nosača Proton, cevovodi za snabdevanje komponentama raketnog goriva, boce sa komprimovanim gasom , oklopi za nos rakete S-300, X-35, blokovi mlaznica, kompleti ljepila za popravak, itd.). Pri Odjeljenju je formiran Centar informacione tehnologije dizajn, opremljen savremenom kompjuterskom tehnologijom.

Odsjek obučava studente iz Bjelorusije, Bugarske, Vijetnama, Indije, Italije, Kazahstana, Kine, Koreje, Mjanmara, Slovačke, Francuske i postdiplomce iz Bjelorusije, Vijetnama, Kazahstana, Kine, Mjanmara. Uspostavljeni su odnosi sa nizom stranih univerziteta: Univerzitet u Ljubljani (Slovenija), Univerzitet Glindor (Wrexham, UK), Ecole Polytechnic (Leon, Francuska), Pekinški institut za tehnologiju (Univerzitet), Politehnički univerzitet Harbin (Kina), Nacionalni svemirski univerzitet. N. E. Žukovski (KhAI), Harkov, Ukrajina, itd. Održavaju se plodna partnerstva sa Institutom za prenos toplote i mase po imenu. A. V. Lykova NAS Bjelorusije, Minsk.

Zaposleni u katedri su organizatori međunarodnih naučnih konferencija i simpozijuma: „Materijali i premazi u ekstremnim uslovima"(zajedno sa Institutom za probleme nauke I.N. Frantsevich Nacionalne akademije nauka Ukrajine, Katsiveli, Krim, 6 konferencija 2002-2012), "Napredni kompozitni materijali i aerokosmičke tehnologije" (Wrexham, Wales, UK, godišnje u 2011–2015), „Napredni tehnički sistemi i tehnologije“ (Sevastopolj, godišnje od 2005), „Raketna i svemirska tehnologija: fundamentalni i primenjeni problemi“ (Moskva, 5 konferencija 1998–2018).

U okviru međunarodnog projekta INTAS 00-0652 2000–2005. obavljena su zajednička istraživanja sa stručnjacima iz Bjelorusije, Njemačke, Španije i Francuske u oblasti materijala za zaštitu od toplote za perspektivne svemirske letjelice za višekratnu upotrebu, čiji su rezultati na svjetskoj razini.

Odsjek je također organizovan 2002–2008. na čelu Bulanov Igor Mihajlovič(1941–2008), prorektor Moskovskog državnog tehničkog univerziteta. N. E. Bauman, doktor tehničkih nauka, profesor, laureat Vlade Ruske Federacije, počasni radnik visokog stručnog obrazovanja Ruske Federacije, redovni član Ruska akademija Prirodnih nauka i Ruska akademija kosmonautike nazvana po. K. E. Tsiolkovsky. Od 2008. godine do danas odjelom rukovodi Reznik Sergej Vasiljevič, doktor tehničkih nauka, profesor, počasni radnik visokog stručnog obrazovanja Ruske Federacije.

Katedra je organizovana 2002. godine za obuku stručnjaka iz oblasti projektovanja, proizvodnje i ispitivanja raketa i svemirskih letelica, sa širokom upotrebom kompozitnih materijala(KM), sposoban za rad u najtežim uslovima (ekstremno visoka/ niske temperature, vakuum, visokog pritiska, hemijski aktivne sredine, tokovi erozivnih čestica itd.).

Formiranje i razvoj naučne škole MSTU po imenu. N. E. Bauman u oblasti kvantne mehanike neraskidivo je povezan sa istorijom razvoja raketne i svemirske tehnologije. Svetle stranice ove istorije rezultat su bliske saradnje radnika u industriji, akademskoj nauci i visokom obrazovanju, od kojih su mnogi diplomirali na našem univerzitetu. Posebnost naučne škole je kombinacija naprednih istraživanja u oblastima mehanike, toplotne fizike, nauke o materijalima i najnovijih tehnologija.

Krajem 1940-ih, konstruktori prvih domaćih vođenih balističkih projektila dugog dometa (LGBM), predvođeni S.P. Koroljevom, suočili su se s problemom termičke zaštite bojevih glava raketa od aerodinamičkog zagrijavanja pri ponovnom ulasku. Diplomci Moskovskog Visokog tehničkog univerziteta po imenu. N. E. Bauman - zaposleni u SRI-88 V. N. Iordansky, G. G. Konradi zajedno sa kolegama naučnicima materijala iz OKB-1 (A. A. Severov i drugi) i VIAM (A. T. Tumanov i dr.) su po prvi put u svijetu riješili ovaj problem tako što su korišćenjem ablativnog premaza od polimera CM (asboplastika) na glavi rakete R-5 (8K51). Ovaj pristup prevladavanju „termičke barijere“ kasnije je uspješno implementiran u dizajn spuštajućih vozila s ljudskom posadom. svemirski brodovi„Vostok“, „Voskhod“, „Sojuz“, automatske svemirske letelice (SC) kao što su „Zenit“, „Zond“, „Venera“ i „Mars“, postali su glavno rešenje za slične primene u raketnim motorima na čvrsto gorivo i elektranama. . Duboko proučavanje pitanja termičke zaštite upotrebom CM ogleda se u radovima profesora našeg univerziteta I. S. Epifanovski, V. V. Gorsky, D. S. Mikhatulin, dopisni član. RAS Yu. V. Polezhaeva, akad. RAS S. T. Suržikova.

1960-1980-ih godina SSSR je riješio neviđeno složene probleme stvaranja mobilnih i silosnih raketnih sistema sa čvrstim gorivom UBRDD. Postojala je potreba za razvojem kompozitnih kompozita čvrsta goriva i tehnologije za namotavanje velikih cilindričnih školjki kućišta raketnih motora od stakloplastike, a kasnije i školjki tipa „čahura“ od organoplastike. Među pionirima ovog pravca su glavni dizajner OKB-1, akademik S.P. Koroljev, koji je inicirao projektovanje projektila 8K95 i 8K98, i poznati naučnik u oblasti raketa na čvrsto gorivo, Yu. A. Pobedonostsev. Pod vodstvom diplomca Moskovskog višeg tehničkog univerziteta nazvanog. N. E. Bauman, glavni konstruktor TsKB-7 (Arsenal Design Bureau) P. A. Tyurin je početkom 1960-ih dizajnirao prvi mobilni raketni sistem RT-15 sa raketom srednjeg dometa 8K96, razvio interkontinentalnu balističku raketu 8K98P, koja je bila na borbenoj dužnosti. Strateške raketne snage 1971–1994. (Sl. 1).

Rice. 1. Prva domaća interkontinentalna balistička raketa na čvrsto gorivo, 8K98P, sastoji se od 90% kompozita (motori, bojeva glava, miješana goriva). Raketa je stvorena pod vodstvom diplomaca Moskovske Više tehničke škole nazvane po. N. E. Bauman - S. P. Korolev i P. A. Tyurin. Muzej OJSC "Motovilikha Plants", Perm

Izuzetan doprinos stvaranju savremenih raketnih sistema RT-2PM Topol i RT-2PM2 Topol-M dali su generalni konstruktori MIT-a B. N. Lagutin i Yu. S. Solomonov. Poslednjih godina MIT je stvorio najnoviji interkontinentalni balističkih projektila kompleksi "Yars" i R-30 "Bulava".

Transportno-lansirni kontejneri od CM postali su sastavni deo Temp-2S, Pioneer, Topol i drugih mobilnih raketnih sistema (sl. 2). U istraživanju i implementaciji tehnologija za namotavanje kompozitnih školjki kućišta raketnih motora i transportnih i lansirnih kontejnera, uloga diplomca Moskovske Više tehničke škole po imenu. N. E. Bauman, glavni dizajner i direktor TsNIISM, dopisni član. RAS V. D. Protasov, njegove kolege i sledbenici V. I. Smyslov, V. A. Barynin, A. A. Kulkov, A. B. Mitkevič i drugi.

Rice. 2. Mobilni zemaljski raketni sistem "Topol-M" sa raketom 15Ž55: raketa i transportno-lansirni kontejner su napravljeni od kompozita

Zahvaljujući širini pogleda brojnih istaknutih naučnika i nastavnika, kao što su V. I. Feodosiev i E. A. Satel, i pod uticajem zahteva prakse u MSTU. N. E. Bauman na odjeljenjima M-1 (sada SM-1) i M-8 (sada SM-12) imenovani su obuke, odražavajući specifičnosti projektovanja, proizvodnje i ispitivanja kompozitnih konstrukcija. Godine 1986. Odbor Ministarstva opšte mašinstva SSSR-a odlučio je o preporučljivosti otvaranja nove specijalnosti „Projektovanje i proizvodnja proizvoda iz CM“ u Moskovskoj višoj tehničkoj školi. Organizirano je zapošljavanje ne jedne, već tri grupe studenata odjednom. Značajna pažnja posvećena je stvaranju moderne baze za testiranje u obrazovno-eksperimentalnom centru u selu Orevo, Dmitrovski okrug, Moskovska oblast (sada Dmitrovski ogranak MSTU-a po imenu N.E. Bauman).

Entuzijasti novog pravca u oblasti tehnologije bili su A.K. Dobrovolsky, S.S. Lenkov, I.M. Bulanov, M.A. Komkov, V.M. Kuznetsov, G.E. Nekhoroshikh, V.A. Shishatsky. Studenti su savladali metode za proračun čvrstoće kompozitnih konstrukcija pod vodstvom N. A. Alfutova, P. A. Zinovjeva, B. G. Popova, V. I. Usyukina. Karakteristike proračuna toplinske i toplinske čvrstoće kompozitnih konstrukcija obrađene su u predavanjima V. S. Zarubina, V. N. Elisejeva, S. V. Reznika. Pod vodstvom G.B. Sinyareva razvijena je teorija termičkog ispitivanja kompozitnih konstrukcija, od kojih su mnoge odredbe bile zasnovane na rezultatima eksperimenata provedenih na novim ispitnim stolovima u selu Orevo.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://allbest.ru

Izvještaj

Kompozitni materijali V aviona

Uvod

Moderna raketna i svemirska tehnologija nezamisliva je bez polimernih kompozitnih materijala. Prilikom razvoja alata za istraživanje svemira, potrebni su novi materijali koji moraju izdržati opterećenja svemirskih letova (visoke temperature i pritisak, opterećenja od vibracija u fazi lansiranja, niske temperature svemira, duboki vakuum, izlaganje radijaciji, izlaganje mikročesticama itd.) , imajući Ovo je prilično mala masa. Kompozitni materijali ispunjavaju sve ove zahtjeve. Kompozitni materijali se široko koriste u konstrukciji aviona i svemirska tehnologija zbog njihove dobre težine i mehaničke karakteristike, što omogućava stvaranje laganih i izdržljivih struktura koje rade i na povišenim temperaturama.

1. Koncept kompozitnih materijala i primjena u raketnoj nauci

Danas su kompoziti najpopularniji i najčešće korišteni materijali u avionima i raketama. Mnogi od ovih materijala su lakši i jači od najprikladnijih fizička svojstva legure metala (aluminijum i titanijum). U većini kompozita (sa izuzetkom laminata), komponente se mogu podijeliti na matricu (ili vezivo) i armaturne elemente (ili punila) uključene u nju. U kompozitima za konstruktivne svrhe, armaturni elementi obično obezbeđuju potrebne mehaničke karakteristike materijala (čvrstoću, krutost, itd.), a matrica obezbeđuje raditi zajedno ojačavajući elemente i štiteći ih od mehaničko oštećenje i agresivno hemijsko okruženje. Kada se kombiniraju elementi za ojačanje i matrica, formira se sastav koji ima skup svojstava koja odražavaju ne samo početne karakteristike njegove komponente, ali i nova svojstva koja pojedine komponente ne posjeduju

Upotreba kompozitnih materijala omogućava smanjenje težine proizvoda (rakete, svemirske letjelice) za 10...50% ovisno o vrsti konstrukcije i, shodno tome, smanjenje potrošnje goriva, uz povećanje pouzdanosti. Stvoreni su i kompozitni materijali u kojima je plastična (polimerna) baza ojačana staklenim, kevlarnim ili karbonskim vlaknima. Kompozitni materijali se široko koriste u konstrukciji aviona i svemirskoj tehnici zbog svoje dobre težine i mehaničkih karakteristika, što omogućava stvaranje laganih i izdržljivih konstrukcija koje mogu raditi i na povišenim temperaturama.

Smanjenje težine je glavni prioritet u dizajnu svemirskih letjelica. Mnogi napredak u oblasti stvaranja ljuski sa tankim zidovima duguju svoje poreklo ovom zahtevu. Tipični primjeri ovog dizajna su Atlas tečno lansirno vozilo i dizajn čvrste rakete. Za Atlas je stvorena posebna napunjena monokok školjka. Raketa s motorom na čvrsto gorivo proizvodi se namotavanjem staklenog filamenta oko trna u obliku punjenja čvrstog goriva i impregniranjem sloja rane posebnom smolom, koja se stvrdne nakon vulkanizacije. Ovom tehnologijom odjednom se dobijaju i noseći omotač aviona i raketni motor sa mlaznicom. Koristeći savremene kompozitne materijale, letelice za ponovni ulazak su projektovane sa školjkom konusnog oblika prekrivenom slojem materijala za zaštitu od toplote, koji, isparavajući kada visoke temperature, hladi strukturu.

Drugi sjajan primjer upotreba kompozitnih materijala - orbitalni svemirski šatl, sposoban da leti u Zemljinoj atmosferi hipersoničnim brzinama (više od 5 maha ili 6000 km/h). Krila sprave imaju višeslojni okvir; Ojačani monokok kokpit, kao i krila, napravljen je od legura aluminijuma. Vrata prtljažnika su izrađena od grafitno-epoksidnog kompozitnog materijala. Toplinsku zaštitu uređaja obezbjeđuje nekoliko hiljada pluća keramičke pločice, koji pokrivaju dijelove površine, izloženi veliki toplotni tokovi.

Za svemirska stanica"Alpha", kreirana u skladu s rusko-američkim programom, mnogi strukturni elementi izrađeni su od kompozitnih materijala: rešetkaste šipke visoke čvrstoće, paneli solarni paneli, posude pod pritiskom, "suhi" odjeljci, reflektori, itd.

Lake posude i kontejneri izrađeni od polimernih kompozitnih materijala koji rade pod pritiskom uspješno se koriste u raketnoj i svemirskoj tehnici. Kreiran i vođen rezervoari za gorivo, baloni, kućišta raketnih motora, akumulatori pritiska, cilindri za disanje za pilote i astronaute???. Upotreba organskih i staklenih vlakana omogućit će stvaranje izdržljivih tlačnih cilindara s visokim koeficijentom težine.

Trenutno se plastika od karbonskih vlakana, odnosno, široko koristi u avijaciji i raketnoj industriji. polimeri ojačani karbonskim vlaknima.

Ugljična vlakna i karbonski kompoziti imaju duboku crnu boju? dobro boje i provode električnu energiju, što daje posebna elektrofizička svojstva (na primjer, za radarske antene), kao i zahtjeve za otpornost na toplinu i toplinsku provodljivost.

Ugljična vlakna se koriste za izradu nosnih konusa raketa, dijelova brzih aviona podložnih maksimalnim aerodinamičkim opterećenjima, mlaznica raketnih motora itd. Osim toga, s obzirom da je grafit čvrsto mazivo, karbonska vlakna se koriste za izradu kočionih pločica i diskova za brze avione, spejs šatl za višekratnu upotrebu i trkaće automobile. Ogledala antenskih konstrukcija od karbonskih vlakana naći će široku primjenu za rješavanje komunikacijskih problema putem satelita. Važno je uzeti u obzir da će njihova upotreba s masom do 15 kg osigurati destruktivno opterećenje od 900 kgf sa vijekom trajanja od najmanje 20 godina. Kompozitni materijali (troslojni) od karbonskih vlakana u nosivi elementi konstrukcije u poređenju sa jednoslojnim (monolitnim) pod datim radnim uslovima i povećanjem opterećenja pri datoj masi elementa obezbediće: smanjenje mase elementa konstrukcije za 40...50% i povećanje njegove krutosti za 60...80%; povećanje pouzdanosti za 20...25% i povećanje period garancije za 60...70%.

2. Primjena nanotehnologije u razvoju kompozitnih materijala

NASA i svemirski centar Johnson sklopili su sporazum o zajedničkom razvoju i primjeni visoke tehnologije a posebno nanotehnologija za istraživanje svemira. NASA planira da pojednostavi lansiranje svemirskih letelica??? u orbitu pomoću svemirskog lifta baziranog na nanocijevi.

Nanocijevi se odlikuju velikom krutošću, te stoga materijali na njihovoj osnovi mogu zamijeniti većinu modernih aerostrukturnih materijala. Kompoziti na bazi nanocevi će smanjiti težinu modernih svemirskih letelica??? skoro udvostručen.

Istraživači iz NASA-e i LiftPort Inc. ponuditi da se pojednostavi izlaz velikih objekata??? u orbitu koristeći sistem koji su nazvali "svemirski lift". Svemirski lift je traka čiji je jedan kraj pričvršćen za površinu Zemlje, a drugi je u Zemljinoj orbiti u svemiru (na visini od 100.000 km). Gravitaciono privlačenje donjeg kraja trake kompenzirano je silom uzrokovanom centripetalnim ubrzanjem gornjeg kraja i traka je stalno u napetom stanju.

Promjenom dužine trake mogu se postići različite orbite. Svemirska kapsula koja sadrži korisne? teret će se kretati duž pojasa. Na krajnjoj stanici, ako je potrebno, kapsula se odvaja od lifta i odlazi u otvoreni prostor.

Brzina kapsule bit će 11 km/s. Ova brzina će biti dovoljna za početak putovanja do Marsa i drugih planeta. Na osnovu navedenog dolazimo do zaključka da će troškovi lansiranja kapsule biti tek na početku njenog puta u orbitu. Spuštanje će se obaviti u obrnutim redosledom- na kraju spuštanja, kapsulu će ubrzati Zemljino gravitaciono polje.

Ugljične nanocijevi sa jednim zidom, izumljene 1991. godine, dovoljno su jake da služe kao jezgro pojaseva za liftove.

Oni su 100 puta jači od čelika i, teoretski, 3-5 puta jači od onoga što je potrebno za izgradnju lifta.

Traka, koja se sastoji od nanocijevi dužine 1 m i širine 5 cm, ima veliku čvrstoću. Odnos čvrstoće/težine materijala remena je veći nego kod visoko kaljenog čelika.

Nanocevi će takođe biti veoma korisne u razvoju nanoelektronskih uređaja, računara velike snage i memorijskih uređaja.

3.Samozacjeljujući kompozitni materijali

kompozitni raketni konstrukcijski materijal

Eksperimentalno? strukturalni? materijal za svemirske letelice??? će udvostručiti vijek trajanja svojih kućišta. Pukotine i male rupe odmah će se sanirati posebnim spojem koji se brzo stvrdnjava, bez smanjenja čvrstoće konstrukcije.

Trupovi svemirskih letjelica??? su stalno izloženi oštrim temperaturnim kontrastima???. sunčeve zrake može zagrijati površinu do 100°C ili više. Kada se nađe u zemljinoj senci, uređaj počinje da se brzo hladi. Čak i jednostavna rotacija dovodi do konstantnih temperaturnih fluktuacija na površini uređaja.

Konstantne promjene temperature stvaraju naprezanje u materijalu kućišta i dovode do pojave mikropukotina.

Drugi mehanizam erozije svemira su udari mikrometeora???. Ne govorimo o objektima koji mogu izazvati ozbiljno uništenje - takvi su izuzetno rijetki. Ali u isto vrijeme, zrnca kosmičke prašine i čestice svemirskog otpada veličine manje od milimetra su prilično brojne i pri brzinama od desetina kilometara u sekundi uzrokuju postupnu degradaciju struktura.

Razvijen novi materijal? u Evropskoj svemirskoj agenciji, ima povećana stabilnost faktorima erozije prostora zbog sposobnosti samoizlječenja pri oštećenju. Prilikom kreiranja, programeri su bili inspirirani sposobnošću živog tkiva da samostalno zacjeljuje male rane zbog efekta zgrušavanja krvi.

Istina, zgrušavanje krvi nastaje pod utjecajem zraka, pa je za svemirsku tehnologiju bilo potrebno koristiti nešto drugačiji pristup. U kompozitni materijal uvedeno je dosta najtanjih staklenih posuda spoljašnjeg prečnika 60 mikrona i unutrašnjeg prečnika 30. Posude su punjene sa dve tečnosti koje su, kao i komponente epoksidna smola, brzo stvrdne kada se miješa. Kada se pojavi pukotina, staklene posude se lome i tečnosti koje sadrže popunjavaju pukotinu. Brzina procesa je takva da tečnosti nemaju vremena da ispare u vakuumu prostora. Tako se odmah zaustavlja dalje širenje pukotine – proces koji uzrokuje mnogo više štete od same pukotine.

Uzorci novog materijala uspješno su prošli prve testove u vakuumskoj komori. Pred nama su još brojni testovi, prvenstveno na čvrstoću i temperaturnu stabilnost. Dakle praktična primjena Samoizlječivanje materijala u svemirskim letjelicama može se očekivati najkasnije za deset godina. Međutim, ESA već vjeruje u to novi materijalće vam omogućiti da produžite vrijeme rada onih svemirskih letjelica za koje je erozija ograničavajući faktor.

Zaključak

Kao što praksa pokazuje, kompozitni materijali, unatoč tome visoka cijena i poteškoće u proizvodnji, mogu postati najčešće korišteni i udobnih materijala at pravilnu upotrebu. Kompozitni materijali daju konstrukcijama visoku čvrstoću i otpornost na habanje, kao i malu težinu, što je od vitalnog značaja pri projektovanju aviona i svemirskih letelica. Osim toga, kompozitni materijali se ništa manje uspješno koriste u drugim oblastima, od mašinstva do medicine. Otvaraju se široke perspektive i u stvaranju novih kompozitnih materijala sa jedinstvenim svojstvima, koji će otvoriti nove horizonte u mnogim područjima ljudske djelatnosti.

Bibliografija

1. Priručnik kompozitnih materijala: u 2 knjige. Knjiga 2 Ed. J. Lubina. - M.: Mašinstvo, 1988

2. Zuev N.I., Golikovskaya K.F. - Časopis "Novosti Samarskog naučnog centra Ruske akademije nauka" Izdanje br. 4-2 / tom 14 / 2012.

3. Magazin" Stvarni problemi Vazduhoplovstvo i kosmonautika" Broj 6 / Svezak 1 / 2010.

4. Kompozitni materijali u raketnoj i svemirskoj tehnici Ed. Gardymova G.P. - Sankt Peterburg: SpetsLit, 1999

Objavljeno na Allbest.ru

...

Slični dokumenti

Raznolikost svemirskih materijala. Nova klasa konstrukcijski materijali – intermetalna jedinjenja. Svemir i nanotehnologija, uloga nanocijevi u strukturi materijala. Samoizlječenje svemirskih materijala. Primjena "inteligentnih" svemirskih kompozita.

izvještaj, dodano 26.09.2009

Opće informacije o kompozitnim materijalima. Svojstva kompozitnih materijala kao što je sibunit. Asortiman poroznih ugljičnih materijala. Zaštitni i radio-apsorbirajući materijali. Keramika od kalcijum fosfata je biopolimer za regeneraciju koštanog tkiva.

sažetak, dodan 13.05.2011

Vrste kompozitnih materijala: sa metalnom i nemetalnom matricom, njihova Uporedne karakteristike i specifičnosti primjene. Klasifikacija, vrste kompozitnih materijala i definicija ekonomska efikasnost primjena svakog od njih.

sažetak, dodan 01.04.2011

Klasifikacija kompozitnih materijala, njihove geometrijske karakteristike i svojstva. Upotreba metala i njihovih legura, polimera, keramičkih materijala kao matrica. Osobine metalurgije praha, svojstva i primjena magnetodielektrika.

prezentacija, dodano 14.10.2013

Koncept polimernih kompozitnih materijala. Zahtjevi za njih. Upotreba kompozita u proizvodnji aviona i raketa, upotreba poliester stakloplastike u automobilskoj industriji. Metode za proizvodnju proizvoda od krute pjenaste plastike.

sažetak, dodan 25.03.2010

Regulatorni materijali za regulaciju rada, njihova primjena. Suština, raznolikost, zahtjevi, razvoj regulatornih materijala. Metodološke odredbe o razvoju regulatornih materijala. Industrijski standardi. Klasifikacija standarda rada.

sažetak, dodan 10.05.2008

Proizvodnja proizvoda od kompozitnih materijala. Pripremni tehnološkim procesima. Proračun količine materijala za ojačanje. Izbor i priprema za rad tehnološke opreme. Oblikovanje i proračun komadnog vremena, oblikovanje konstrukcije.

kurs, dodato 26.10.2016

Razvoj principa i tehnologija za lasersku obradu polimernih kompozitnih materijala. Studija uzorka laserske instalacije na bazi fiber lasera za ispitivanje tehnologija laserskog rezanja materijala. Sastav opreme, izbor emitera.

kurs, dodan 12.10.2013

Tehnologija ugradnje sanitarnih sistema i opreme. Proizvodnja komponenti od termoplasta, čelika i cijevi od livenog gvožđa. Sastav, struktura i svojstva kompozitnih materijala. Ugradnja odvoda, unutarblokovske i dvorišne mreže potrošnje gasa.

teze, dodato 18.01.2014

Struktura kompozitnih materijala. Karakteristike i svojstva sistema disperzijski ojačanih legura. Područje primjene materijala ojačanih vlaknima. Dugotrajna čvrstoća CM ojačanih česticama različite geometrije, starenjem legura nikla.

Odsjek je također organizovan 2002–2008. na čelu Bulanov Igor Mihajlovič(1941–2008), prorektor Moskovskog državnog tehničkog univerziteta. N. E. Bauman, doktor tehničkih nauka, profesor, laureat Vlade Ruske Federacije, počasni radnik visokog stručnog obrazovanja Ruske Federacije, redovni član Ruske akademije prirodnih nauka i Ruske akademije kosmonautike im. K. E. Tsiolkovsky. Od 2008. godine do danas odjelom rukovodi Reznik Sergej Vasiljevič, doktor tehničkih nauka, profesor, počasni radnik visokog stručnog obrazovanja Ruske Federacije.

Katedra je organizovana 2002. godine za obuku stručnjaka iz oblasti projektovanja, proizvodnje i ispitivanja raketa i svemirskih letelica, uz široku upotrebu kompozitnih materijala (CM) sposobnih za rad u najtežim uslovima (ekstremno visoke/niske temperature, vakuum, visoki pritisak, hemijski aktivna okruženja, tokovi čestica erozije, itd.).

Krajem 1940-ih, konstruktori prvih domaćih vođenih balističkih projektila dugog dometa (LGBM), predvođeni S.P. Koroljevom, suočili su se s problemom termičke zaštite bojevih glava raketa od aerodinamičkog zagrijavanja pri ponovnom ulasku. Diplomci Moskovskog Visokog tehničkog univerziteta po imenu. N. E. Bauman - zaposleni u SRI-88 V. N. Iordansky, G. G. Konradi zajedno sa kolegama naučnicima materijala iz OKB-1 (A. A. Severov i drugi) i VIAM (A. T. Tumanov i dr.) su po prvi put u svijetu riješili ovaj problem tako što su korišćenjem ablativnog premaza od polimera CM (asboplastika) na glavi rakete R-5 (8K51). Ovaj pristup prevazilaženju „termičke barijere“ kasnije je uspešno implementiran u dizajnu modula za spuštanje letelica sa ljudskom posadom „Vostok“, „Voskhod“, „Sojuz“, automatskih letelica (SC) kao što su „Zenit“, „Zond“ , “Venera” i “Mars”, postala je glavno rješenje za slične primjene u raketnim motorima na čvrsto gorivo i elektranama. Duboko proučavanje pitanja termičke zaštite upotrebom CM ogleda se u radovima profesora našeg univerziteta I. S. Epifanovski, V. V. Gorsky, D. S. Mikhatulin, dopisni član. RAS Yu. V. Polezhaeva, akad. RAS S. T. Suržikova.

1960-1980-ih godina SSSR je riješio neviđeno složene probleme stvaranja mobilnih i silosnih raketnih sistema sa čvrstim gorivom UBRDD. Pojavila se potreba za razvojem kompozitnih miješanih čvrstih goriva i tehnologije za namotavanje velikih cilindričnih školjki kućišta raketnih motora od stakloplastike, a kasnije i školjki tipa „čahura“ od organoplastike. Među pionirima ovog pravca su glavni konstruktor OKB-1, akademik S.P. Koroljev, koji je inicirao projektovanje projektila 8K95 i 8K98, i poznati naučnik u oblasti raketa na čvrsto gorivo, Yu. A. Pobedonostsev. Pod vodstvom diplomca Moskovskog višeg tehničkog univerziteta nazvanog. N. E. Bauman, glavni konstruktor TsKB-7 (Arsenal Design Bureau) P. A. Tyurin je početkom 1960-ih dizajnirao prvi mobilni raketni sistem RT-15 sa raketom srednjeg dometa 8K96, razvio interkontinentalnu balističku raketu 8K98P, koja je bila na borbenoj dužnosti. Strateške raketne snage 1971–1994. (Sl. 1).

Izuzetan doprinos stvaranju savremenih raketnih sistema RT-2PM Topol i RT-2PM2 Topol-M dali su generalni konstruktori MIT-a B. N. Lagutin i Yu. S. Solomonov. Poslednjih godina MIT je kreirao najnovije interkontinentalne balističke rakete kompleksa Yars i R-30 Bulava.

Rice. 2. Mobilni zemaljski raketni sistem "Topol-M" sa raketom 15Ž55: raketa i transportno-lansirni kontejner su napravljeni od kompozita

Zahvaljujući širini pogleda brojnih istaknutih naučnika i nastavnika, kao što su V. I. Feodosiev i E. A. Satel, i pod uticajem zahteva prakse u MSTU. N. E. Bauman na odsjecima M-1 (sada SM-1) i M-8 (sada SM-12) održavao je kurseve obuke koji odražavaju specifičnosti projektovanja, proizvodnje i ispitivanja kompozitnih konstrukcija. Godine 1986. Odbor Ministarstva opšte mašinstva SSSR-a odlučio je o preporučljivosti otvaranja nove specijalnosti „Projektovanje i proizvodnja proizvoda iz CM“ u Moskovskoj višoj tehničkoj školi. Organizirano je zapošljavanje ne jedne, već tri grupe studenata odjednom. Značajna pažnja posvećena je stvaranju moderne baze za testiranje u obrazovno-eksperimentalnom centru u selu Orevo, Dmitrovski okrug, Moskovska oblast (sada Dmitrovski ogranak MSTU-a po imenu N.E. Bauman).

Uvod

Moderna raketna i svemirska tehnologija nezamisliva je bez polimernih kompozitnih materijala. Prilikom razvoja alata za istraživanje svemira, potrebni su novi materijali koji moraju izdržati opterećenja svemirskih letova (visoke temperature i pritisak, opterećenja od vibracija u fazi lansiranja, niske temperature svemira, duboki vakuum, izlaganje radijaciji, izlaganje mikročesticama itd.) , imajući Ovo je prilično mala masa. Kompozitni materijali ispunjavaju sve ove zahtjeve. Kompozitni materijali se široko koriste u konstrukciji aviona i svemirskoj tehnici zbog svoje dobre težine i mehaničkih karakteristika, što omogućava stvaranje laganih i izdržljivih konstrukcija koje mogu raditi i na povišenim temperaturama.

Koncept kompozitnih materijala i primjena u raketnoj nauci

Danas su kompoziti najpopularniji i najčešće korišteni materijali u avionima i raketama. Mnogi od ovih materijala su lakši i jači od najpogodnijih legura metala (aluminijum i titanijum) u smislu njihovih fizičkih svojstava. U većini kompozita (sa izuzetkom laminata), komponente se mogu podijeliti na matricu (ili vezivo) i armaturne elemente (ili punila) uključene u nju. U kompozitima za konstruktivne svrhe armaturni elementi obično daju potrebne mehaničke karakteristike materijala (čvrstoću, krutost, itd.), a matrica osigurava zajednički rad armaturnih elemenata i njihovu zaštitu od mehaničkih oštećenja i agresivnih kemijskih sredina. Kada se kombiniraju elementi za ojačanje i matrica, formira se sastav koji ima skup svojstava koja odražavaju ne samo originalne karakteristike njegovih komponenti, već i nova svojstva koja pojedinačne komponente nemaju.

Smanjenje težine je glavni prioritet u dizajnu svemirskih letjelica. Mnogi napredak u oblasti stvaranja ljuski sa tankim zidovima duguju svoje poreklo ovom zahtevu. Tipični primjeri ovog dizajna su Atlas tečno lansirno vozilo i dizajn čvrste rakete. Za Atlas je stvorena posebna napunjena monokok školjka. Raketa s motorom na čvrsto gorivo proizvodi se namotavanjem staklenog filamenta oko trna u obliku punjenja čvrstog goriva i impregniranjem sloja rane posebnom smolom, koja se stvrdne nakon vulkanizacije. Ovom tehnologijom odjednom se dobijaju i noseći omotač aviona i raketni motor sa mlaznicom. Koristeći savremene kompozitne materijale, projektovane su letelice za ponovni ulazak sa konusnom školjkom prekrivenom slojem toplotno zaštitnog materijala, koji, isparavajući na visokim temperaturama, hladi strukturu.

Još jedan upečatljiv primjer upotrebe kompozitnih materijala je orbitalni spejs šatl, sposoban da leti u Zemljinoj atmosferi hipersoničnim brzinama (više od 5 maha ili 6000 km/h). Krila sprave imaju višeslojni okvir; Ojačani monokok kokpit, kao i krila, izrađen je od legure aluminijuma. Vrata prtljažnika su izrađena od grafitno-epoksidnog kompozitnog materijala. Toplinsku zaštitu uređaja obezbeđuje nekoliko hiljada lakih keramičkih pločica, koje pokrivaju delove površine izložene velikim toplotnim tokovima.

Za svemirsku stanicu Alpha, kreiranu u skladu s rusko-američkim programom, mnogi strukturni elementi izrađeni su od kompozitnih materijala: rešetkaste šipke visoke čvrstoće, solarni paneli, posude pod pritiskom, suhi odjeljci, reflektori itd.

Lake posude i kontejneri izrađeni od polimernih kompozitnih materijala koji rade pod pritiskom uspješno se koriste u raketnoj i svemirskoj tehnici. Napravljeni su i koriste se rezervoari za gorivo, baloni cilindara, kućišta raketnih motora, akumulatori pritiska, cilindri za disanje za pilote i astronaute??? Upotreba organskih i staklenih vlakana omogućit će stvaranje izdržljivih tlačnih cilindara s visokim koeficijentom težine.

Trenutno se plastika od karbonskih vlakana, odnosno, široko koristi u avijaciji i raketnoj industriji. polimeri ojačani karbonskim vlaknima.

Ugljična vlakna se koriste za izradu nosnih konusa raketa, dijelova brzih aviona podložnih maksimalnim aerodinamičkim opterećenjima, mlaznica raketnih motora itd. Osim toga, s obzirom da je grafit čvrsto mazivo, karbonska vlakna se koriste za izradu kočionih pločica i diskova za brze avione, spejs šatl za višekratnu upotrebu i trkaće automobile. Ogledala antenskih konstrukcija od karbonskih vlakana naći će široku primjenu za rješavanje komunikacijskih problema putem satelita. Važno je uzeti u obzir da će njihova upotreba s masom do 15 kg osigurati destruktivno opterećenje od 900 kgf sa vijekom trajanja od najmanje 20 godina. Kompozitni materijali (troslojni) od karbonskih vlakana u nosivim konstrukcijskim elementima u poređenju sa jednoslojnim (monolitnim) pod datim uslovima rada i povećanjem opterećenja za datu masu elementa obezbediće: smanjenje mase elementa. strukturni element za 40...50% i povećanje njegove krutosti za 60...80%; povećanje pouzdanosti za 20...25% i povećanje garantnog roka za 60...70%.