Raketen- und Weltraumverbundstrukturen, von denen man arbeiten kann. Verbundwerkstoffe in Flugzeugen. Das Konzept der Verbundwerkstoffe und ihre Anwendung in der Raketenwissenschaft

Einführung

Moderne Raketen- und Raumfahrttechnik ist ohne Polymer undenkbar Kompositmaterialien. Bei der Entwicklung von Weltraumforschungswerkzeugen werden neue Materialien benötigt, die den Belastungen von Raumflügen (hohe Temperaturen und Drücke, Vibrationsbelastungen während der Startphase, niedrige Temperaturen Weltraum, tiefes Vakuum, Strahlungseinwirkung, Einwirkung von Mikropartikeln usw.) bei relativ geringer Masse. Verbundwerkstoffe erfüllen alle diese Anforderungen. Verbundwerkstoffe werden aufgrund ihres guten Gewichts und ihres guten Gewichts häufig in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt mechanische Eigenschaften Dadurch ist es möglich, leichte und langlebige Strukturen zu schaffen, die auch bei erhöhten Temperaturen funktionieren.

Das Konzept der Verbundwerkstoffe und ihre Anwendung in der Raketenwissenschaft

Verbundwerkstoffe sind heute die beliebtesten und am häufigsten verwendeten Materialien in der Flugzeug- und Raketentechnik. Viele dieser Materialien sind leichter und stärker als die am besten geeigneten Materialien physikalische Eigenschaften Metalllegierungen (Aluminium und Titan). Bei den meisten Verbundwerkstoffen (mit Ausnahme von Laminaten) können die Komponenten in eine Matrix (oder ein Bindemittel) und darin enthaltene Verstärkungselemente (oder Füllstoffe) unterteilt werden. In Verbundwerkstoffen für strukturelle Zwecke sorgen in der Regel Verstärkungselemente für die notwendigen mechanischen Eigenschaften des Materials (Festigkeit, Steifigkeit usw.) und die Matrix sorgt dafür zusammen arbeiten Elemente verstärken und vor ihnen schützen mechanischer Schaden und aggressiver chemischer Umgebung. Wenn Verstärkungselemente und eine Matrix kombiniert werden, entsteht eine Zusammensetzung, die eine Reihe von Eigenschaften aufweist, die nicht nur widerspiegeln anfängliche Merkmale seiner Bestandteile, sondern auch neue Eigenschaften, die einzelne Bestandteile nicht besitzen

Durch den Einsatz von Verbundwerkstoffen ist es möglich, das Gewicht eines Produkts (Rakete, Raumfahrzeug) je nach Strukturtyp um 10...50 % zu reduzieren und dementsprechend den Treibstoffverbrauch zu senken und gleichzeitig die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Es wurden auch Verbundwerkstoffe entwickelt, bei denen eine Kunststoffbasis (Polymer) mit Glas-, Kevlar- oder Kohlefasern verstärkt wird. Verbundwerkstoffe werden aufgrund ihres guten Gewichts und ihrer mechanischen Eigenschaften häufig im Flugzeugbau und in der Raumfahrttechnik eingesetzt. Dadurch können leichte und langlebige Strukturen geschaffen werden, die auch bei erhöhten Temperaturen betrieben werden können.

Gewichtsreduzierung hat bei der Konstruktion von Raumfahrzeugen oberste Priorität. Viele Fortschritte auf dem Gebiet der Herstellung dünnwandiger Schalen sind auf diese Anforderung zurückzuführen. Typische Beispiele für dieses Design sind die Atlas-Flüssigkeitsträgerrakete und das Feststoffraketendesign. Für den Atlas wurde eine spezielle aufgeladene Monocoque-Hülle entwickelt. Zur Herstellung einer Rakete mit Feststoffantrieb wird ein Glasfaden um einen Dorn in Form einer Feststofftreibladung gewickelt und die gewickelte Schicht mit einem speziellen Harz imprägniert, das nach der Vulkanisation aushärtet. Mit dieser Technologie erhält man gleichzeitig sowohl die tragende Hülle des Flugzeugs als auch das Raketentriebwerk mit Düse. Unter Verwendung moderner Verbundwerkstoffe wurden Wiedereintrittsraumfahrzeuge mit einer konisch geformten Hülle konstruiert, die mit einer Schicht aus hitzeschützendem Material bedeckt ist, das beim Verdunsten verdunstet hohe Temperaturen, kühlt die Struktur.

Noch eins leuchtendes Beispiel die Verwendung von Verbundwerkstoffen – das orbitale Space Shuttle, das in der Lage ist, mit Hyperschallgeschwindigkeit (mehr als Mach 5 oder 6000 km/h) in der Erdatmosphäre zu fliegen. Die Flügel des Geräts haben einen Mehrholmrahmen; Das verstärkte Monocoque-Cockpit besteht ebenso wie die Tragflächen aus Aluminiumlegierung. Die Laderaumtüren bestehen aus Graphit-Epoxid-Verbundmaterial. Der thermische Schutz des Geräts wird durch mehrere tausend Lungen gewährleistet Keramikfliesen, die Teile der Oberfläche bedecken, ausgesetzt große Wärmeströme.

Für Raumstation„Alpha“, erstellt nach dem russisch-amerikanischen Programm, viele Strukturelemente wurden aus Verbundwerkstoffen hergestellt: hochfeste Fachwerkstäbe, Platten Solarplatten, Druckbehälter, „trockene“ Fächer, Reflektoren usw.

In der Raketen- und Raumfahrttechnik werden unter Druck betriebene leichte Behälter und Behälter aus Polymerverbundwerkstoffen erfolgreich eingesetzt. Erstellt und betrieben Treibstofftanks, Ballons, Raketentriebwerksgehäuse, Druckspeicher, Atemzylinder für Piloten und Astronauten???. Durch die Verwendung organischer Fasern und Glasfasern können langlebige Druckzylinder mit einem hohen Gewichtskoeffizienten und Perfektion hergestellt werden.

Derzeit werden Kohlefaserkunststoffe häufig in der Luftfahrt und Raketentechnik eingesetzt. kohlenstofffaserverstärkte Polymere.

Carbonfasern und Carbon-Verbundwerkstoffe haben ein tiefes Schwarz? Färben und leiten Sie Elektrizität gut, was besondere elektrophysikalische Eigenschaften (z. B. für Radarantennen) sowie Anforderungen an Wärmebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit bietet.

Aus Kohlenstofffasern werden Raketenspitzen, Teile von Hochgeschwindigkeitsflugzeugen, die maximaler aerodynamischer Belastung ausgesetzt sind, Raketentriebwerksdüsen usw. hergestellt. Da Graphit außerdem ein Festschmierstoff ist, bestehen Bremsbeläge und -scheiben für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge aus Kohlefaser??? Raumschiffe wiederverwendbare Shuttle- und Rennwagen. Spiegel von Antennenstrukturen aus Kohlefaser werden breite Anwendung bei der Lösung von Kommunikationsproblemen über Satelliten finden. Es ist zu berücksichtigen, dass bei Verwendung mit einer Masse von bis zu 15 kg eine zerstörerische Belastung von 900 kgf bei einer Lebensdauer von mindestens 20 Jahren entsteht. Verbundwerkstoffe (dreischichtig) aus Kohlefaser in tragende Elemente Strukturen im Vergleich zu einschichtigen (monolithischen) Strukturen führen unter bestimmten Betriebsbedingungen und steigenden Belastungen bei einer bestimmten Masse des Elements zu: einer Verringerung der Masse des Strukturelements um 40...50 % und einer Erhöhung seiner Steifigkeit um 60...80 %; Erhöhung der Zuverlässigkeit um 20...25 % und Steigerung Garantiezeit um 60...70 %.

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Bericht

Kompositmaterialien V Flugzeug

Einführung

Moderne Raketen- und Raumfahrttechnik ist ohne Polymerverbundwerkstoffe undenkbar. Bei der Entwicklung von Weltraumforschungswerkzeugen werden neue Materialien benötigt, die den Belastungen von Raumflügen (hohe Temperaturen und Drücke, Vibrationsbelastungen während der Startphase, niedrige Temperaturen im Weltraum, tiefes Vakuum, Strahlenbelastung, Belastung durch Mikropartikel usw.) standhalten müssen. , mit Dies ist eine ziemlich geringe Masse. Verbundwerkstoffe erfüllen alle diese Anforderungen. Verbundwerkstoffe werden aufgrund ihres guten Gewichts und ihrer mechanischen Eigenschaften häufig im Flugzeugbau und in der Raumfahrttechnik eingesetzt. Dadurch können leichte und langlebige Strukturen geschaffen werden, die auch bei erhöhten Temperaturen betrieben werden können.

1. Das Konzept der Verbundwerkstoffe und ihre Anwendung in der Raketenwissenschaft

Verbundwerkstoffe sind heute die beliebtesten und am häufigsten verwendeten Materialien in der Flugzeug- und Raketentechnik. Viele dieser Materialien sind hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften leichter und fester als die am besten geeigneten Metalllegierungen (Aluminium und Titan). Bei den meisten Verbundwerkstoffen (mit Ausnahme von Laminaten) können die Komponenten in eine Matrix (oder ein Bindemittel) und darin enthaltene Verstärkungselemente (oder Füllstoffe) unterteilt werden. In Verbundwerkstoffen für strukturelle Zwecke sorgen Verstärkungselemente in der Regel für die notwendigen mechanischen Eigenschaften des Materials (Festigkeit, Steifigkeit usw.), und die Matrix gewährleistet die gemeinsame Funktion der Verstärkungselemente und ihren Schutz vor mechanischer Beschädigung und aggressiven chemischen Umgebungen. Durch die Kombination von Verstärkungselementen und einer Matrix entsteht eine Zusammensetzung, die über eine Reihe von Eigenschaften verfügt, die nicht nur die ursprünglichen Eigenschaften ihrer Komponenten widerspiegeln, sondern auch neue Eigenschaften, die einzelne Komponenten nicht besitzen

Gewichtsreduzierung hat bei der Konstruktion von Raumfahrzeugen oberste Priorität. Viele Fortschritte auf dem Gebiet der Herstellung dünnwandiger Schalen sind auf diese Anforderung zurückzuführen. Typische Beispiele für dieses Design sind die Atlas-Flüssigkeitsträgerrakete und das Feststoffraketendesign. Für den Atlas wurde eine spezielle aufgeladene Monocoque-Hülle entwickelt. Zur Herstellung einer Rakete mit Feststoffantrieb wird ein Glasfaden um einen Dorn in Form einer Feststofftreibladung gewickelt und die gewickelte Schicht mit einem speziellen Harz imprägniert, das nach der Vulkanisation aushärtet. Mit dieser Technologie erhält man gleichzeitig sowohl die tragende Hülle des Flugzeugs als auch das Raketentriebwerk mit Düse. Unter Verwendung moderner Verbundwerkstoffe wurden Wiedereintrittsraumfahrzeuge mit einer konischen Hülle konstruiert, die mit einer Schicht aus Hitzeschutzmaterial bedeckt ist, das bei hohen Temperaturen verdampft und die Struktur kühlt.

Ein weiteres eindrucksvolles Beispiel für den Einsatz von Verbundwerkstoffen ist das orbitale Space Shuttle, das mit Hyperschallgeschwindigkeit (mehr als Mach 5 oder 6000 km/h) in der Erdatmosphäre fliegen kann. Die Flügel des Geräts haben einen Mehrholmrahmen; Das verstärkte Monocoque-Cockpit besteht ebenso wie die Flügel aus einer Aluminiumlegierung. Die Laderaumtüren bestehen aus Graphit-Epoxid-Verbundmaterial. Für den thermischen Schutz des Geräts sorgen mehrere tausend leichte Keramikfliesen, die Teile der Oberfläche bedecken, die großen Wärmeströmen ausgesetzt sind.

Für die im Rahmen des russisch-amerikanischen Programms errichtete Raumstation Alpha wurden viele Strukturelemente aus Verbundwerkstoffen hergestellt: hochfeste Spannstäbe, Sonnenkollektoren, Druckbehälter, Trockenfächer, Reflektoren usw.

In der Raketen- und Raumfahrttechnik werden unter Druck betriebene leichte Behälter und Behälter aus Polymerverbundwerkstoffen erfolgreich eingesetzt. Treibstofftanks, Zylinderballons, Raketentriebwerksgehäuse, Druckspeicher, Atemzylinder für Piloten und Astronauten sind entstanden und werden genutzt??? Durch die Verwendung organischer Fasern und Glasfasern können langlebige Druckzylinder mit einem hohen Gewichtskoeffizienten und Perfektion hergestellt werden.

Derzeit werden Kohlefaserkunststoffe häufig in der Luftfahrt und Raketentechnik eingesetzt. kohlenstofffaserverstärkte Polymere.

Aus Kohlenstofffasern werden Raketenspitzen, Teile von Hochgeschwindigkeitsflugzeugen, die maximaler aerodynamischer Belastung ausgesetzt sind, Raketentriebwerksdüsen usw. hergestellt. Da es sich bei Graphit um einen Festschmierstoff handelt, werden Kohlefasern außerdem zur Herstellung von Bremsbelägen und -scheiben für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge, wiederverwendbare Raumfähren und Rennwagen verwendet. Spiegel von Antennenstrukturen aus Kohlefaser werden breite Anwendung bei der Lösung von Kommunikationsproblemen über Satelliten finden. Es ist zu berücksichtigen, dass bei Verwendung mit einer Masse von bis zu 15 kg eine zerstörerische Belastung von 900 kgf bei einer Lebensdauer von mindestens 20 Jahren entsteht. Verbundwerkstoffe (dreischichtig) aus Kohlenstofffasern in tragenden Strukturelementen im Vergleich zu einschichtigen (monolithischen) unter bestimmten Betriebsbedingungen und steigenden Belastungen bei gegebener Masse des Elements sorgen für: eine Reduzierung der Masse des Strukturelement um 40...50 % und eine Erhöhung seiner Steifigkeit um 60...80 %; Erhöhung der Zuverlässigkeit um 20...25 % und Verlängerung der Garantiezeit um 60...70 %.

2. Anwendung der Nanotechnologie bei der Entwicklung von Verbundwerkstoffen

Die NASA und das Johnson Space Center haben eine Vereinbarung zur gemeinsamen Entwicklung und Anwendung geschlossen hohe Technologie und insbesondere Nanotechnologie für die Weltraumforschung. NASA plant, den Start von Raumfahrzeugen zu vereinfachen??? mit einem auf Nanoröhren basierenden Weltraumaufzug in die Umlaufbahn bringen.

Nanoröhren zeichnen sich durch eine hohe Steifigkeit aus und daher können darauf basierende Materialien die meisten modernen Flugzeugstrukturmaterialien ersetzen. Verbundwerkstoffe auf Basis von Nanoröhren werden das Gewicht moderner Raumfahrzeuge reduzieren??? fast verdoppelt.

Forscher der NASA und LiftPort Inc. Angebot zur Vereinfachung der Ausgabe großer Objekte??? in die Umlaufbahn mit einem System, das sie „Weltraumaufzug“ nannten. Ein Weltraumaufzug ist ein Band, dessen eines Ende an der Erdoberfläche befestigt ist und dessen anderes Ende sich in der Erdumlaufbahn im Weltraum (in einer Höhe von 100.000 km) befindet. Die Schwerkraft des unteren Endes des Bandes wird durch die durch die Zentripetalbeschleunigung des oberen Endes verursachte Kraft kompensiert und das Band befindet sich ständig in einem gespannten Zustand.

Durch Veränderung der Bandlänge können unterschiedliche Umlaufbahnen erreicht werden. Eine Raumkapsel mit nützlichem Inhalt? Die Last bewegt sich entlang des Bandes. An der Endstation wird die Kapsel bei Bedarf vom Aufzug getrennt und in den freien Raum gebracht.

Die Geschwindigkeit der Kapsel beträgt 11 km/s. Diese Geschwindigkeit wird ausreichen, um die Reise zum Mars und zu anderen Planeten zu beginnen. Auf dieser Grundlage kommen wir zu dem Schluss, dass die Kosten für den Start der Kapsel erst zu Beginn ihrer Reise in die Umlaufbahn anfallen werden. Der Abstieg erfolgt um umgekehrte Reihenfolge- Am Ende des Abstiegs wird die Kapsel durch das Gravitationsfeld der Erde beschleunigt.

Einwandige Kohlenstoffnanoröhren, erfunden im Jahr 1991, sind stark genug, um als Kern von Aufzugsbändern zu dienen.

Sie sind 100-mal stärker als Stahl und theoretisch drei- bis fünfmal stärker als für den Bau eines Aufzugs erforderlich.

Das Band, bestehend aus 1 m langen und 5 cm breiten Nanoröhren, weist eine hohe Festigkeit auf. Das Festigkeits-/Gewichtsverhältnis des Riemenmaterials ist höher als bei hochgehärtetem Stahl.

Nanoröhren werden auch bei der Entwicklung nanoelektronischer Geräte, Hochleistungscomputer und Speichergeräte von großem Nutzen sein.

3. Selbstheilende Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoff für die Raketentechnik

Experimental? strukturell? Material für Raumschiff??? verdoppelt die Lebensdauer ihrer Gehäuse. Risse und kleine Schlaglöcher werden mit einer speziellen, schnell aushärtenden Masse sofort repariert, ohne dass die Festigkeit der Konstruktion darunter leidet.

Rümpfe von Raumfahrzeugen??? sind ständig starken Temperaturkontrasten ausgesetzt??? Sonnenstrahlen kann die Oberfläche auf 100°C oder höher erhitzen. Sobald das Gerät im Erdschatten ist, beginnt es schnell abzukühlen. Schon eine einfache Drehung führt zu ständigen Temperaturschwankungen auf der Geräteoberfläche.

Ständige Temperaturschwankungen erzeugen Spannungen im Gehäusematerial und führen zur Entstehung von Mikrorissen.

Ein weiterer Mechanismus der Weltraumerosion sind Mikrometeoreinschläge. Wir sprechen hier nicht von Objekten, die ernsthafte Zerstörungen anrichten können – solche sind äußerst selten. Aber gleichzeitig sind kosmische Staubkörner und Partikel von Weltraumschrott mit einer Größe von weniger als einem Millimeter recht zahlreich und führen mit Geschwindigkeiten von mehreren zehn Kilometern pro Sekunde zu einem allmählichen Abbau von Strukturen.

Neues Material entwickelt? bei der Europäischen Weltraumorganisation, hat erhöhte Stabilität zu den Faktoren der Weltraumerosion aufgrund der Fähigkeit zur Selbstheilung bei Beschädigung. Bei der Entwicklung ließen sich die Entwickler von der Fähigkeit lebenden Gewebes inspirieren, kleine Wunden aufgrund der Wirkung der Blutgerinnung selbstständig zu heilen.

Zwar findet die Blutgerinnung unter dem Einfluss von Luft statt, also z Weltraumtechnologie Ich musste einen etwas anderen Ansatz wählen. In das Verbundmaterial wurden viele dünnste Glasgefäße mit einem Außendurchmesser von 60 Mikrometern und einem Innendurchmesser von 30 Mikrometern eingebracht. Die Gefäße wurden mit zwei Flüssigkeiten gefüllt, die wie die Komponenten Epoxidharz, härtet beim Mischen schnell aus. Wenn ein Riss auftritt, zerbrechen Glasgefäße und die darin enthaltenen Flüssigkeiten füllen den Riss. Die Geschwindigkeit des Prozesses ist so hoch, dass Flüssigkeiten im Vakuum des Weltraums keine Zeit haben, zu verdampfen. Dadurch wird die weitere Ausbreitung des Risses sofort gestoppt – ein Vorgang, der weitaus mehr Schaden anrichtet als der Riss selbst.

Proben des neuen Materials haben die ersten Tests in einer Vakuumkammer erfolgreich bestanden. Es stehen noch zahlreiche Tests an, vor allem zur Festigkeit und Temperaturstabilität. Also praktische Anwendung Selbstheilende Materialien in Raumfahrzeugen sind frühestens in zehn Jahren zu erwarten. Allerdings glaubt die ESA bereits daran Neues Material Dadurch können Sie die Betriebszeit von Raumfahrzeugen verlängern, bei denen Erosion ein begrenzender Faktor ist.

Abschluss

Wie die Praxis zeigt, sind Verbundwerkstoffe trotz ihrer Hohe Kosten und Schwierigkeiten bei der Produktion, können zum am häufigsten verwendeten werden und bequeme Materialien bei richtige Verwendung. Verbundwerkstoffe sorgen für Strukturen mit hoher Festigkeit und Verschleißfestigkeit sowie geringem Gewicht, was bei der Konstruktion von Luft- und Raumfahrzeugen von entscheidender Bedeutung ist. Darüber hinaus werden Verbundwerkstoffe auch in anderen Bereichen, vom Maschinenbau bis zur Medizin, nicht weniger erfolgreich eingesetzt. Breite Perspektiven eröffnen sich auch bei der Schaffung neuer Verbundwerkstoffe mit einzigartigen Eigenschaften, die in vielen Bereichen menschlichen Handelns neue Horizonte eröffnen werden.

Referenzliste

1. Handbuch der Verbundwerkstoffe: in 2 Büchern. Buch 2 Ed. J. Lubina. - M.: Maschinenbau, 1988

2. Zuev N.I., Golikovskaya K.F. - Zeitschrift „Neuigkeiten des Samara Scientific Center“ Russische Akademie Wissenschaften“ Ausgabe Nr. 4-2 / Jahrgang 14 / 2012

3. Magazin“ Tatsächliche Probleme Luftfahrt und Kosmonautik“, Ausgabe Nr. 6 / Band 1 / 2010

4. Verbundwerkstoffe in der Raketen- und Raumfahrttechnik Ed. Gardymova G.P. - St. Petersburg: SpetsLit, 1999

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Von 2008 bis heute wird die Abteilung geleitet von Reznik Sergej Wassiljewitsch, Doktor der technischen Wissenschaften, Professor, Ehrenamtlicher Mitarbeiter höher Berufsausbildung RF.

CM zeichnet sich dadurch aus, dass sie nicht losgelöst von der Design- und Produktionstechnik betrachtet werden können. Im gegenwärtigen Entwicklungsstadium der Raketen- und Weltraumtechnologie gibt es mehrere Bereiche, in denen der Einsatz von CM eine Schlüsselrolle spielen wird: einsetzbare Weltraumstrukturen (Antennen, Kraftwerke, großvolumige Strukturen), Raketenverkleidungen, wiederverwendbare Raumfahrzeuge, Hyperschall Flugzeuge mit Staustrahltriebwerken.

Ein neues Wort zur Schaffung von Macht Raumgestaltungen Stahlgitterschalen aus CM (Abb. 3-6). Die Theorie und Technologie zur Herstellung solcher Strukturen werden am TsNIISM unter der Leitung eines korrespondierenden Mitglieds entwickelt. RAS V.V. Vasiliev, seine Kollegen A.F. Razin, V.A. Bunakov und andere.

Reis. 3 Verbundnetzfach der Proton-M-Trägerrakete

Reis. 4 Verbundnetzadapter Nutzlast

Reis. 5 Verbundnetz Grundstruktur Raumschiffkörper der Serie „Express“.

Reis. 6 zusammengesetzte Netzspeichen einer ausfahrbaren Weltraumantenne

Objekte wissenschaftliche Forschung Professoren A. M. Dumansky, G. V. Malysheva, P. V. Prosuntsov, S. V. Reznik, M. Yu. Rusin, B. I. Semenov, O. V. Tatarnikova, V. P. Timoshenko sind die Knoten, Einheiten und Kompartimente künstlicher Erdsatelliten, Planeten- und Orbitalstationen, Weltraumantennen, wiederverwendbare Touristen- Raumschiffe der Klasse, verschiedene Raketen, Motoren. Besonderheit Diese Studien sind eine Kombination aus rechnerischen und physikalischen Experimenten (Abb. 7-9).

Reis. 7 Ultraleichte Reflektoren von Bordspiegel-Weltraumantennen aus Kohlefaser

Reis. 8 Ergebnisse der mathematischen Modellierung des Temperaturzustands des Reflektors der Bordspiegel-Weltraumantenne

Reis. 9 Studentenprojekt des wiederverwendbaren Raumschiffs „Sivka“ (das Projekt wurde vom ersten Kosmonautenwissenschaftler, Professor K.P. Feoktistov, initiiert und von Studenten der Abteilungen SM-1 und SM-13 entwickelt)

Im Rahmen der Forschungsarbeit mit dem nach ihm benannten PJSC RSC Energia. S.P. Korolev“ wurden mithilfe von Finite-Elemente-Analyseprogrammen des „CAR“-Pakets Temperaturfelder, Spannungen und Verformungen in dünnwandigen Elementen der Verbundstruktur eines Antennenreflektors mit einem Durchmesser von 14 m eines vielversprechenden geostationären Kommunikationssatelliten untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse stimmten gut mit den Ergebnissen unabhängiger Berechnungen überein, die von italienischen Spezialisten der Firma Alenia Spazio unter Verwendung der Computerprogramme ESATAN und EASARAD der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführt wurden, sowie mit Daten, die bei thermischen Tests im Europäischen Zentrum für Raumfahrt gewonnen wurden Forschung und Technologie in Noordwijk, Niederlande.

Zu den erfolgreich abgeschlossenen Projekten gehört die Beteiligung am Design und Debugging von Prüfständen und Anlagen bei der gleichnamigen JSC ONPP Technology. A. G. Romashina.“ Von technische Spezifikationen OJSC „Composite“ hat eine Reihe von Forschungs- und Entwicklungsprojekten abgeschlossen, um Produktionstechnologien zu beherrschen und die Eigenschaften von Kohlenstoffkeramikmaterialien umfassend zu untersuchen. Seit 2011 wurden in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum „Neue Materialien, Verbundwerkstoffe und Nanotechnologien“ mehrere Großprojekte mit einem Gesamtvolumen von rund 300 Millionen Rubel abgeschlossen.

Im Laufe von 15 Jahren wurden 25 Kandidaten- und 3 Doktorarbeiten unter der wissenschaftlichen Aufsicht von Professoren des Fachbereichs verteidigt. Lehrkräfte, Doktoranden und Studierende der Abteilung nahmen an Forschungsarbeiten im Rahmen von 5 RFBR-Stipendien teil.

Jedes Jahr präsentieren Studierende des Fachbereichs 12-15 Berichte auf der gleichnamigen Konferenz der SNTO. N. E. Schukowski.

Absolventen der Abteilung erhalten die Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten, die ein moderner Ingenieur für die Durchführung wissenschaftlicher Forschung und die Herstellung neuer Geräte benötigt. Die theoretische Grundlage des Bildungsprozesses bilden die Disziplinen des mathematisch-naturwissenschaftlichen Zyklus – höhere Mathematik, Chemie, Physik, Theoretische Mechanik, Thermodynamik und Wärmeübertragung. Unter Spezialdisziplinen- „Grundlagen physikalische Chemie Verbundwerkstoffe“, „ Strukturmechanik Verbundstrukturen„, „Mechanik von Verbundmedien“, „Optimierung von Verbundstrukturen und -technologien“, „Grundlagen der Raketen- und Raumfahrttechnik“. Der Lehrplan sieht das Studium von Methoden der computergestützten Konstruktion, Herstellung und Prüfung von Verbundstrukturen vor verschiedene Kombinationen Füllstoffe und Matrizen. IN letzten Jahren Der Lehrplan umfasst neue Disziplinen: „Nanoengineering von Raumfahrzeugen“, „Methoden zur Schaffung einer innovativen Umgebung“, „ Technisches Training Weltraumexpeditionen“, „Technologie wiederverwendbarer Raumfahrzeuge“, die an keiner Universität in Russland verfügbar sind.

Der Ausstellungsraum enthält einzigartige Materialproben und maßstabsgetreue Strukturen (ein Element der Flügelkante des Buran-Raumfahrzeugs, die Nasenverkleidung des Bor-Raumfahrzeugs, Netzadapter der Proton-Trägerrakete, Rohrleitungen zur Versorgung von Raketentreibstoffkomponenten, Druckgasflaschen). , Raketennasenverkleidungen S-300, X-35, Düsenblöcke, Reparatur-Klebesets usw.). Am Fachbereich wurde ein Zentrum eingerichtet Informationstechnologien Design, ausgestattet mit moderner Computertechnik.

Die Abteilung bildet Studierende aus Weißrussland, Bulgarien, Vietnam, Indien, Italien, Kasachstan, China, Korea, Myanmar, der Slowakei, Frankreich sowie Doktoranden aus Weißrussland, Vietnam, Kasachstan, China und Myanmar aus. Es wurden Beziehungen zu einer Reihe ausländischer Universitäten aufgebaut: Universität Ljubljana (Slowenien), Universität Glindor (Wrexham, Großbritannien), Ecole Polytechnic (Leon, Frankreich), Beijing Institute of Technology (Universität), Harbin Polytechnic University (China), Nationale Universität für Luft- und Raumfahrt. N. E. Zhukovsky (KhAI), Charkow, Ukraine usw. Mit dem nach ihm benannten Institut für Wärme- und Stoffübertragung werden fruchtbare Partnerschaften gepflegt. A. V. Lykova NAS aus Weißrussland, Minsk.

Mitarbeiter der Abteilung sind Organisatoren internationaler wissenschaftlicher Konferenzen und Symposien: „Materialien und Beschichtungen in extreme Bedingungen„(zusammen mit dem I.N. Frantsevich Institute of Problems of Science der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine, Katsiveli, Krim, 6 Konferenzen in den Jahren 2002–2012), „Advanced Composite Materials and Aerospace Technologies“ (Wrexham, Wales, UK, jährlich in 2011–2015), „Fortgeschritten technische Systeme und Technologien“ (Sewastopol, jährlich seit 2005), „Raketen- und Weltraumtechnologie: grundlegende und angewandte Probleme“ (Moskau, 5 Konferenzen 1998–2018).

Im Rahmen des internationalen Projekts INTAS 00-0652 in den Jahren 2000–2005. Mit Spezialisten aus Weißrussland, Deutschland, Spanien und Frankreich wurde eine gemeinsame Forschung im Bereich Hitzeschutzmaterialien für vielversprechende wiederverwendbare Raumfahrzeuge durchgeführt, deren Ergebnisse Weltklasse sind.

Die Abteilung wurde auch in den Jahren 2002–2008 gegründet. geleitet Bulanow Igor Michailowitsch(1941–2008), Vizerektor der Staatlichen Technischen Universität Moskau. N. E. Bauman, Doktor der technischen Wissenschaften, Professor, Preisträger der Regierung der Russischen Föderation, Ehrenarbeiter der höheren Berufsbildung der Russischen Föderation, ordentliches Mitglied der Russischen Akademie der Naturwissenschaften und der nach ihr benannten Russischen Akademie für Kosmonautik. K. E. Tsiolkovsky. Von 2008 bis heute wird die Abteilung geleitet von Reznik Sergej Wassiljewitsch, Doktor der technischen Wissenschaften, Professor, Ehrenbeamter der höheren Berufsbildung der Russischen Föderation.

Die Abteilung wurde 2002 gegründet, um Spezialisten auf dem Gebiet der Konstruktion, Produktion und Erprobung von Raketen und Raumfahrzeugen auszubilden, wobei Verbundwerkstoffe (CM) weit verbreitet sind, die unter schwierigsten Bedingungen (extrem hohe/niedrige Temperaturen, Vakuum, hoher Druck, chemisch aktive Umgebungen, Ströme erosiver Partikel usw.).

Gründung und Entwicklung der nach ihr benannten wissenschaftlichen Schule der MSTU. N. E. Bauman auf dem Gebiet der Quantenmechanik ist untrennbar mit der Entwicklungsgeschichte der Raketen- und Weltraumtechnologie verbunden. Die glänzenden Seiten dieser Geschichte sind das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit zwischen Arbeitnehmern aus Industrie, akademischer Wissenschaft und Hochschulbildung, von denen viele einen Abschluss an unserer Universität hatten. Die Besonderheit der wissenschaftlichen Schule ist die Kombination fortschrittlicher Forschung in den Bereichen Mechanik, thermische Physik, Materialwissenschaften und neueste Technologien.

Ende der 1940er Jahre standen die Konstrukteure der ersten heimischen ballistischen Langstreckenraketen (LGBMs) unter der Leitung von S.P. Korolev vor dem Problem des thermischen Schutzes von Raketensprengköpfen vor aerodynamischer Erwärmung beim Wiedereintritt. Absolventen der Moskauer Höheren Technischen Universität, benannt nach. N. E. Bauman – Mitarbeiter von SRI-88 V. N. Iordansky, G. G. Konradi haben zusammen mit anderen Materialwissenschaftlern von OKB-1 (A. A. Severov und andere) und VIAM (A. T. Tumanov und andere) dieses Problem zum ersten Mal auf der Welt gelöst Verwendung einer ablativen Beschichtung aus Polymer CM (Asboplast) auf dem Kopf der R-5 (8K51)-Rakete. Dieser Ansatz zur Überwindung der „Wärmebarriere“ wurde später erfolgreich in den Entwürfen der Abstiegsmodule der bemannten Raumfahrzeuge „Wostok“, „Woschod“, „Sojus“ und automatischer Raumfahrzeuge (SC) wie „Zenith“, „Zond“ umgesetzt. , „Venera“ und „Mars“, hat sich zur Hauptlösung für ähnliche Anwendungen in Feststoffraketentriebwerken und Kraftwerken entwickelt. Die eingehende Untersuchung der Fragen des Wärmeschutzes mittels CM spiegelte sich in den Arbeiten der Professoren unserer Universität I. S. Epifanovsky, V. V. Gorsky und D. S. Mikhatulin, korrespondierendes Mitglied, wider. RAS Yu. V. Polezhaeva, acad. RAS S. T. Surzhikova.

In den 1960er und 1980er Jahren löste die UdSSR die beispiellos komplexen Probleme der Entwicklung mobiler und silobasierter Raketensysteme mit Feststofftreibstoff UBRDD. Es bestand die Notwendigkeit, Verbundwerkstoffe zu entwickeln feste Brennstoffe und Technologien zum Wickeln großformatiger zylindrischer Hüllen aus Glasfaser-Raketentriebwerksgehäusen und später „Kokon“-Hüllen aus Organokunststoff. Zu den Pionieren dieser Richtung zählen Chefdesigner OKB-1, Akademiker S.P. Korolev, der das Design der Raketen 8K95 und 8K98 initiierte, und der berühmte Wissenschaftler auf dem Gebiet der Feststoffraketen, Yu. A. Pobedonostsev. Unter der Leitung eines Absolventen der nach ihm benannten Moskauer Höheren Technischen Universität. N. E. Bauman, Chefdesigner von TsKB-7 (Arsenal Design Bureau) P. A. Tyurin entwarf Anfang der 1960er Jahre das erste mobile Raketensystem RT-15 mit der Mittelstreckenrakete 8K96 und entwickelte die Interkontinentalrakete 8K98P, die im Kampfeinsatz war die Strategic Missile Forces in den Jahren 1971–1994. (Abb. 1).

Reis. 1. Die erste inländische Interkontinentalrakete mit Festbrennstoff, 8K98P, besteht zu 90 % aus Verbundwerkstoffen (Triebwerke, Gefechtskopf, gemischte Treibstoffe). Die Rakete wurde unter der Leitung von Absolventen der nach ihr benannten Moskauer Höheren Technischen Schule entwickelt. N. E. Bauman - S. P. Korolev und P. A. Tyurin. Museum der OJSC „Motovilikha Plants“, Perm

Einen herausragenden Beitrag zur Entwicklung der modernen Raketensysteme RT-2PM Topol und RT-2PM2 Topol-M leisteten die MIT-Generaldesigner B. N. Lagutin und Yu. S. Solomonov. In den letzten Jahren hat das MIT das neueste Interkontinental geschaffen ballistische Raketen Komplexe "Yars" und R-30 "Bulava".

Transport- und Abschusscontainer aus CM wurden zu einem integralen Bestandteil der mobilen Raketensysteme Temp-2S, Pioneer, Topol und anderer (Abb. 2). Bei der Erforschung und Umsetzung von Technologien zum Wickeln von Verbundschalen von Raketentriebwerksgehäusen sowie Transport- und Abschusscontainern spielt ein Absolvent der nach ihm benannten Moskauer Höheren Technischen Schule eine Rolle. N. E. Bauman, Chefdesigner und Direktor von TsNIISM, korrespondierendes Mitglied. RAS V. D. Protasov, seine Kollegen und Anhänger V. I. Smyslov, V. A. Barynin, A. A. Kulkov, A. B. Mitkevich und andere.

Reis. 2. Mobiles bodengestütztes Raketensystem „Topol-M“ mit einer 15Zh55-Rakete: Die Rakete und der Transport-Abschusscontainer bestehen aus Verbundwerkstoffen

Dank der Breite der Ansichten einer Reihe herausragender Wissenschaftler und Lehrer, wie V. I. Feodosiev und E. A. Satel, und unter dem Einfluss der Anforderungen der Praxis an der MSTU. N. E. Bauman in den Abteilungen M-1 (jetzt SM-1) und M-8 (jetzt SM-12) ernannt Trainingskurse, die die Besonderheiten des Entwurfs, der Produktion und der Prüfung von Verbundstrukturen widerspiegeln. Im Jahr 1986 entschied der Vorstand des Ministeriums für allgemeinen Maschinenbau der UdSSR über die Zweckmäßigkeit, an der Moskauer Höheren Technischen Schule eine neue Spezialität „Design und Produktion von CM-Produkten“ zu eröffnen. Es wurde die Rekrutierung nicht einer, sondern gleich dreier Gruppen von Studierenden organisiert. Besonderes Augenmerk wurde auf die Schaffung einer modernen Testbasis im Bildungs- und Experimentierzentrum im Dorf Orevo, Bezirk Dmitrovsky, Region Moskau (heute die nach N.E. Bauman benannte Dmitrovsky-Zweigstelle der MSTU) gelegt.

Begeisterte der neuen Richtung auf dem Gebiet der Technologie waren A.K. Dobrovolsky, S.S. Lenkov, I.M. Bulanov, M.A. Komkov, V.M. Kuznetsov, G.E. Nekhoroshikh, V.A. Shishatsky. Die Studierenden beherrschten Methoden zur Berechnung der Festigkeit von Verbundstrukturen unter der Anleitung von N. A. Alfutov, P. A. Zinoviev, B. G. Popov, V. I. Usyukin. Die Besonderheiten der thermischen und thermischen Festigkeitsberechnungen von Verbundstrukturen wurden in den Vorträgen von V. S. Zarubin, V. N. Eliseev und S. V. Reznik behandelt. Unter der Leitung von G. B. Sinyarev wurde die Theorie der thermischen Prüfung von Verbundstrukturen entwickelt, deren Bestimmungen auf den Ergebnissen von Experimenten basierten, die an neuen Prüfständen im Dorf Orevo durchgeführt wurden.

In den 1960er und 1980er Jahren löste die UdSSR die beispiellos komplexen Probleme der Entwicklung mobiler und silobasierter Raketensysteme mit Feststofftreibstoff UBRDD. Es bestand die Notwendigkeit, zusammengesetzte feste Brennstoffe und Technologien zum Wickeln großformatiger zylindrischer Hüllen aus Fiberglas-Raketentriebwerksgehäusen und später „kokonartiger“ Hüllen aus Organoplastik zu entwickeln. Zu den Pionieren dieser Richtung zählen der Chefkonstrukteur von OKB-1, der Akademiker S.P. Korolev, der das Design der Raketen 8K95 und 8K98 initiierte, und der berühmte Wissenschaftler auf dem Gebiet der Feststoffraketen, Yu. A. Pobedonostsev. Unter der Leitung eines Absolventen der nach ihm benannten Moskauer Höheren Technischen Universität. N. E. Bauman, Chefdesigner von TsKB-7 (Arsenal Design Bureau) P. A. Tyurin entwarf Anfang der 1960er Jahre das erste mobile Raketensystem RT-15 mit der Mittelstreckenrakete 8K96 und entwickelte die Interkontinentalrakete 8K98P, die im Kampfeinsatz war die Strategic Missile Forces in den Jahren 1971–1994. (Abb. 1).

Einen herausragenden Beitrag zur Entwicklung der modernen Raketensysteme RT-2PM Topol und RT-2PM2 Topol-M leisteten die MIT-Generaldesigner B. N. Lagutin und Yu. S. Solomonov. In den letzten Jahren hat das MIT die neuesten Interkontinentalraketen der Komplexe Yars und R-30 Bulava entwickelt.

Reis. 2. Mobiles bodengestütztes Raketensystem „Topol-M“ mit einer 15Zh55-Rakete: Die Rakete und der Transport-Abschusscontainer bestehen aus Verbundwerkstoffen

Dank der Breite der Ansichten einer Reihe herausragender Wissenschaftler und Lehrer, wie V. I. Feodosiev und E. A. Satel, und unter dem Einfluss der Anforderungen der Praxis an der MSTU. N. E. Bauman führte in den Abteilungen M-1 (jetzt SM-1) und M-8 (jetzt SM-12) Schulungen durch, die die Besonderheiten des Entwurfs, der Produktion und des Tests von Verbundstrukturen widerspiegelten. Im Jahr 1986 entschied der Vorstand des Ministeriums für allgemeinen Maschinenbau der UdSSR über die Zweckmäßigkeit, an der Moskauer Höheren Technischen Schule eine neue Spezialität „Design und Produktion von CM-Produkten“ zu eröffnen. Es wurde die Rekrutierung nicht einer, sondern gleich dreier Gruppen von Studierenden organisiert. Besonderes Augenmerk wurde auf die Schaffung einer modernen Testbasis im Bildungs- und Experimentierzentrum im Dorf Orevo, Bezirk Dmitrovsky, Region Moskau (heute die nach N.E. Bauman benannte Dmitrovsky-Zweigstelle der MSTU) gelegt.