Применение композитов в авиастроении.

Аэрокосмическая промышленность является одним из основ­ных заказчиков и потребителей композиционных материалов. На рис.6 представлена относительная доля композиционных ма­териалов в массе таких конструкций, как космические аппараты, стратегические ракеты с твердотопливными двигателями (РДТТ), крупногабаритные твердотопливные ракетные двигатели, стратеги­ческие ракеты с жидкостными двигателями (ЖРД), боевые самоле­ты и вертолеты, транспортные и пассажирские самолеты. Ярким примером являются крупногабаритные твердотопливные ракетные двигатели. Доля композиционных материалов в массе этих конст­рукций составляет 85...90%. Применение композиционных мате­риалов в конструкциях летательных аппаратов позволяет уменьшить их массу, увеличить массу полезного груза, скорость и дальность по­лета.

Аэрокосмическая промышленность широко использует компо­зиционные материалы различных типов, в том числе полимерные, металлические, керамические, углерод - углеродные, гибридные [12].

Еще в 1958г. фирма «Боинг» использовала стеклопластик для изготовления самолета ДС-8. Материалы этого типа находят применение для из­готовления элементов спортивных самолетов. Из стеклопластика была выполнена тепловая защита спускаемого корабля-спутника «Восток».

Одним из наиболее активно используемых в самолетостроении типов композиционных материалов являются углерод - углеродные композиты. Отражена структура материального балан­са планера самолетов. В 1991 г. основными материалами конструк­ции планера являлись алюминиевые сплавы (80%). В связи с ужесто­чением требований за десятилетие объем их применения сократился на порядок (11% в 2000 г.). При этом доля углепластиков увеличи­лась с 3 до 65%

Конструкция планера американского спортивного самолета «Во­яджер», облетевшего в 1987 г. без промежуточных посадок земной шар, была целиком выполнена из углепластика. В табл. 8 представ­лены данные по использованию углепластиков в самолетов. Анализ данных таблицы показывает, что минимальное снижение массы ведет к увеличению полезной массы, улучшаются аэродинамика самолета и так далее.

Таблица 8: Сопоставление физических свойств различных фторополимеров.

Год
Модель	B 767, и т. д.	B 777	A 380	B 787
Конструкция	Вторичная конструкция	Несущая конструкция + вторичная конструкция	Несущая конструкция + вторичная конструкция	Несущая конструкция + вторичная конструкция
Количество CFRP (carbon fiber reinforced plastic - пластика, армированного углеродным волокном)/самолет	1,5 т (B 767)	Примерно 10 т	Примерно 35 т	Примерно 35 т (расчетные данные)
Количество CF (clay filled - заполненный глинистым материалом)/самолет	1 т (B 767)	Примерно 7 т	Примерно 23 т	Примерно 23 т (расчетные данные)

Рис.6 Композиты в ракетной и аэрокосмической технике.

Авиационная и аэрокосмическая промышленность является ос­новным потребителем боропластиков. В наибольшей степени эффек­тивность композитов этого типа проявляется при изготовлении кон­струкций, работающих в условиях действия сжимающих напряжений и конструкций, к жесткости которых предъявляются высокие требо­вания. Боропластики могут использоваться в сочетании с углеплас­тиками. Та часть конструкции, которая испытывает действие сжима­ющих напряжений, изготавливается из боропластиков, а часть,находящаяся под действием напряжений растягивающего типа, — из углепластиков. При одинаковой несущей способности масса балок такого типа на 20...30% ниже, чем масса балок, изготовленных из алюминиевых сплавов. Перспективным считается применение боропластиков при изготовлении стоек шасси, отсеков фюзеляжа самолетов, обшивки крыльев, дисков компрессоров газотурбинных двигателей. Высокая стоимость боропластиков (главным образом борного волокна) сдерживает их распространение в других отраслях промышленного производства [13].

Aвиaциoнные кoнcтpyкции

Здecь paccмaтpивaютcя ocнoвныe (cилoвыe) элeмeнты кoнcтpyкций caмoлeтoв, coвpeмeнныe мaтepиaлы и вaжныe кoнcтpyктивныe ocoбeннocти aвиaциoннoй тexники.