Сообщение на тему роль полимеров в современном самолетостроении

Обновлено: 02.07.2024

Полимеры в авиастроении стали играть заметную роль в 1950-е года, когда появились планеры и легкие самолеты, изготовленные почти полностью из стеклопластика. Достигнутое благодаря этому значительное уменьшение массы самолетов (до 50%) позволило существенно увеличить их полезную нагрузку и дальность полетов. Интерес к самолетам, изготовленным целиком из пластмасс, вызван также их минимальной доступностью для обнаружения радиолокаторами. Целесообразность применения полимерных материалов в авиастроении обусловлена их легкостью, вариабельностью состава и строения и, следовательно, широким диапазоном технических свойств. Тенденция к все более широкому применению полимерных материалов характерна также для производства ракет и космических аппаратов, в которых масса деталей из полимеров может составлять ~ 50% общей массы аппарата.

Реактопласты в авиастроении

Широкое применение в авиастроении армированных пластиков обусловлено прежде всего их высокой удельной прочностью, а также термостойкостью. Первые попытки применить стеклопластик вместо металла в конструкции передней части авиационных реактивных двигателей, детали которых подвержены длительному воздействию температур от 100 до 300°С, относятся к началу 1950-х годов. Первоначальные разработки ограничивались газотурбинными двигателями самолетов вертикального взлета и посадки, для которых увеличение тяговооруженности (отношение тяги к массе) особенно важно.

Согласно расчетам, при замене металла на углеродопластик и боропластик тяговооруженность подъемных авиационных двигателей удастся повысить до 4 кн/кг D00 кгс/кг). Значительный эффект может быть получен и в маршевых реактивных двигателях. Наибольшее внимание уделяется применению армированных пластиков при разработке таких силовых агрегатов, как оперение, крыло, фюзеляж. Перспективны для авиастроения прессматериалы, наполненные нитевидными монокристаллами графита, сапфира, карбидов кремния и бора, обладающими очень высокой прочностью и жесткостью. Изделия из таких материалов могут успешно сочетать функции несущих силовых элементов и тепловой защиты.

Из изотропных материалов можно изготовлять точным литьем детали небольших двигателей, гироскопов и др. Одна из причин широкого применения эпоксидных пластиков, помимо их высокой прочности,— возможность изготовлять из них детали при сравнительно небольшом давлении. Благодаря этому из таких материалов методом прессования можно получать не только небольшие изделия — лопатки компрессоров, кронштергаы, крышки лючков и др., но и крупногабаритные элементы — створки контейнеров, колеса, каркасы рулей, обтекатели, панели крыльев и фюзеляжа.

Уменьшение массы деталей во всех названных выше случаях применения углеродо- и боропластиков находится в пределах 15—50%. По предварительным оценкам, в случае широкого использования боропластиков удастся снизить массу:

вертолетов на 35%,
военно-транспортных самолетов — на 22%;
самолетов вертикального взлета и посадки — на 21%.

Наиболее перспективными высокомодульными армированными пластиками считаются углеродопласты, стоимость которых меньше, чем боропластиков. При этом самолеты, в которых углеродопласты найдут широкое применение, будут дешевле изготовленных целиком из металла.

Широкое применение получили теплозащитные (абляционностойкие) покрытия из реактопластов, в частности из фенопластов. Некорые из этих материалов способны длительное время находиться в контакте с открытым пламенем, температуpa которого может быть выше 5000 °С

Основной недостаток высокодисперсных наполнителей (особенно порошкообразных), применяемых в теплозащитных материалах,— унос их газообразными продуктами деструкции еще до того, как они выполнят свою основную функцию. Поэтому в прессматериалах для защитных покрытий порошкообразные наполнители используют только в сочетании с коротковолокнистыми. Например, асбофенопласты с добавкой высокодисперсных порошков бора и графита сохраняют свою структуру в атмосфере сгорающего ракетного топлива при температуре до 1100 °С в течение 0,5 ч. Такие комбинированные материалы применяют для облицовки выхлопных труб и экранов ракетных двигателей.

Нанесение теплозащитных покрытий на поверхность летательных аппаратов осуществляется различными способами в зависимости от типа материала: приклеиванием, послойной выкладкой, напылением и др. Тепловая защита может составлять значительную часть массы летательного аппарата (например, 20—40% от массы ракеты без топлива).

Прессматериалы применяют в производстве подвесных топливных баков. Изготовление баков из асботекстолита и стекловолокнита методом центробежного формования позволяет существенно снизить их стоимость. Высокими фрикционными характеристиками асбоволокнита обусловлено его применение для колодок, накладок и дисков в тормозных устройствах самолетов.

Технологические, механические и колористические свойства полимерных материалов открывают также широкие перспективы для их использования при создании интерьера кабины, салона и вспомогательных помещений летательных аппаратов. Распространенный отделочный материал — декоративный бумажно-слоистый пластик.

Термопласты в авиастроении

Из термопластов, используемых в самолетостроении, в наименее благоприятных эксплуатационных условиях (большие механические и тепловые нагрузки) находятся элементы остекления (фонари, блистеры, иллюминаторы и др.), которые изготовляют обычно из полиметилметакрилата, обладающего высокой светопрозрачностью, низкой плотностью и способностью легко формоваться (см. Органическое стекло).

Термопласты используют также при декоративной отделке интерьеров самолетов. В частности, широкое применение для этой цели находят разнообразные материалы на основе поливинилхлорида — искусственная кожа, пленки и др.

Пенопласты и сотопласты в авиастроении

Эти материалы благодаря их низкой плотности, а также звукопоглощающим и теплоизоляционным свойствам используют в качестве заполнителей высоконагруженных трехслойных авиационных конструкций. Пенопласты изготовляют из композиций фенольных смол с каучуками, полистирола, эластифицированного поливинилхлорида. При использовании последнего достигается высокий коэффициент звукопоглощения (~0,9 при 1 кгц). В трехслойных конструкциях широко применяют также пенополиуретаны. В этом случае собранные панели заполняют через технологические отверстия жидкой смесью исходных продуктов, которая вспенивается под действием газов, выделяющихся в результате реакции между компонентами, образуя пенопласт. Иногда для повышения прочности и жесткости пенопласт армируют волокнами (обычно стеклянными).

Резины в авиастроении

Из резин изготовляют шины, амортизаторы, рукава, мягкие топливные баки, разнообразные профилированные монолитные шнуры, которыми герметизируют люки, окна, двери кабин и др. В производстве авиашин используют главным образом резины из натурального и синтетического изопреновых каучуков и кордные ткани из полиамидных волокон. При изготовлении поверхностных нагревателей и антиобледенителей, для экранирования деталей электро- и радиоаппаратуры, а также в производстве шлангов и покрышек, которые не должны накапливать зарядов статического электричества, применяют токопроводящие резины, наполненные ацетиленовой сажей. Из маслостойких резин изготовляют топливные баки, в том числе взрывобезопасные. В последние помещают специальный пенополиуретан, занимающий 3—5% полезного объема бака и препятствующий взрывной волне от разорвавшейся пули, достигающей критической скорости.

В элементах авиационных конструкций больших размеров и невысокой жесткости используют резиновые абляционностойкие теплозащитные покрытия, не разрушающиеся при деформации конструкции. Перспективный материал для таких покрытий — резины на основе кремнийорганических каучуков, в том числе наполненные полыми микросферами (см. Пластики с полым наполнителем), волокнами или сотами. Бутилкаучук, вулканизованный фенолоформальдегидными смолами, может стать заменителем фторопласта в усовершенствованных вытеснительных емкостях систем подачи жидких компонентов топлива при низких температурах.

Использование резин для сверхзвуковых самолетов и космических кораблей ограничено из-за высоких требований к тепло- и морозостойкости материалов, а также к их стойкости в условиях действия радиации и в вакууме. Однако общее потребление каучуков в авиастроении не уменьшается.

Герметики в авиастроении

Применение герметизирующих составов для поверхностной и внутришовной герметизации авиационных конструкций позволило увеличить высоту полета до 10 км и более, а также значительно усовершенствовать самолеты — повысить их надежность, уменьшить массу, увеличить дальность полета. Эффективная герметизация кабин, топливных отсеков, воздуховодов, клепаных и других соединений оказалась практически возможной с появлением эластичных герметиков на основе каучуков. Невысыхающие пластичные замазки, например, на основе полисульфидных каучуков, использовавшиеся для герметизации кабин высотных самолетов после второй мировой войны, в современных самолетах применяют лишь в неответственных соединениях. Вместо них используют вулканизующиеся герметики, обеспечивающие большую теплостойкость соединительного шва и его меньшую чувствительность к перепадам давлений. Требованиям сверхзвуковой авиации отвечают герметики на основе кремнийорганических каучуков, применяемые для поверхностной герметизации. Большие и малодоступные поверхности, например, топливные отсеки, герметизируют вулканизующимися при обычной температуре составами на основе полисульфидных каучуков. Такая герметизация позволяет размещать топливо непосредственно в отсеках фюзеляжа и крыльев, благодаря чему исключается применение резиновых топливных баков. Количество топлива на самолете может быть при прочих равных условиях увеличено на 30—40% . Для сверхзвуковых самолетов с относительно малыми толщинами крыльев такие герметизированные отсеки — единственно возможные емкости для топлива. Недостаток герметиков на основе каучуков — низкую адгезию ко многим конструкционным материалам — устраняют модификацией составов, например, изоцианатами или эпоксидными смолами. Распространено также применение клеевых подслоев, обладающих одинаково высокой адгезией как к герметизируемому материалу, так и к герметику. Герметики с хорошими адгезионными свойствами, например, на основе полиизобутилена, фенолоформальдегидных и эпоксидных смол, полиуретанов, используют только при герметизации малонагруженных узлов, так как эти герметики значительно изменяют форму и размеры под действием деформаций и при колебаниях температуры.

Клеи в авиастроении

Основное назначение клеев в авиастроении — сборка самих самолетных конструкций. Наиболее широко для этой цели применяют термореактивные клеи на основе эпоксидных, полиэфирных и фенольных смол, полиуретанов и их модификаций (см. Клеи синтетические). Применение клеев для крепления обшивок фюзеляжа, крыла, стабилизатора и других элементов со стрингерами и шпангоутами, пено- и сотозаполнителями обусловлено тем, что клеевые соединения, обеспечивая необходимую герметичность, более равномерно, чем заклепочные, болтовые или сварные, распределяют напряжения. Кроме того, склеивание осуществляют по более простой технологии и при значительно более низких температуpax, чем сварку. Клеевая пленка выполняет одновременно роль демпфера, способствующего гашению вибрации. Благодаря применению клеев для сборки отсеков вертолетных лопастей и крепления их на лонжероне ресурс лопастей увеличился до 1,5— 2 тыс. часов. Известны также примеры использования клеев в производстве ракет, космических кораблей и спутников.

Формирование клеевых соединений удается значительно ускорить при использовании клеев-расплавов. В зависимости от требуемой теплостойкости используют различные термопласты, чаще всего полиэтилен и политетрафторэтилен, которые наносят на соединяемые поверхности в виде порошка, пленки или волокон. После кратковременного нагревания под давлением (обычно несколько кн/м 2 , или гс/см 2 ) до температуры плавления полимера и последующего охлаждения давление снимают. Такие соединения характеризуются высокой прочностью при сдвиге. Например, при использовании полиэтилена в конструкциях из алюминиевых сплавов она равна 14,5—29 Мн/м 2 (145—290 кгс/см 2 ).

Лакокрасочные материалы в самолетостроении

Ассортимент лакокрасочных материалов для авиастроения насчитывает более 200 наименований. Антикоррозионные лакокрасочные покрытия (см. Защитные лакокрасочные покрытия) защищают самолеты от атмосферных воздействий и агрессивных сред (топлив, масел и др.). Коррозия обшивки самолета особенно опасна потому, что толщина ее составляет всего 0,6—1,5 мм. Важное требование к антикоррозионным покрытиям — эффективная защита при малой толщине (при больших толщинах может значительно увеличиться масса самолета). Наилучшими эксплуатационными показателями характеризуются полиакриловые покрытия толщиной 15—20 мкм (см. Полиакриловые лаки и эмали). Такие покрытия типичны для самолетов со скоростью до М2,2. Дальнейшее повышение скорости влечет за собой необходимость повышать теплостойкость покрытий, а также создавать новые покрытия для защиты металлов, вытесняющих алюминиевые сплавы. Предполагают, что для самолетов со скоростями полетов до МЗ доминирующую роль будут играть покрытия на основе кремнийорганических полимеров (см. Кремнийорганические лаки и эмали), срок службы которых при 315 °С составляет 10 000 ч. Для скоростей порядка М4 наиболее перспективны, по-видимому, полиимидные покрытия, получаемые напылением порошкообразных композиций.

Лакокрасочные материалы на основе пластифицированных полиуретанов, эфиров целлюлозы (см. Полиуретановые лаки и эмали, Эфироцеллюлозные лаки и эмали) и некоторых других пленкообразующих обеспечивают морозостойкость от —40 до —60 °С, полиакриловые — до —100 °С. Внешние поверхности самолетов подвергаются интенсивной эрозии, особенно в результате соударения с каплями дождя при полетах на больших скоростях. Интенсивные поиски эрозионностойких лакокрасочных покрытий связаны как с опасностью обнажения защищаемой поверхности, так и со стремлением сохранить ровную поверхность, поскольку появление неровности, даже равной 0,01 (отношение глубины неровности к ее длине), приводит к снижению скорости самолета примерно на 1%.

Нанесение лакокрасочных покрытий на тонколистовую обшивку самолета может в 20—25 раз снизить ее вибрацию. Это обусловило поиски эффективных виброгасящих материалов, способных работать в широком диапазоне частот B0—3000 гц) и температур (от —50 до —300 °С). Перспективными считают покрытия на основе теплостойких каучуков, например, карбораниленсилоксановых.

Защита внутренних поверхностей самолетов не менее сложна, чем защита внешних, так как конденсирующаяся на них влага может не испаряться в течение длительного времени. Кроме того, повторное окрашивание труднодоступной внутренней поверхности осуществляется лишь через —10 лет. Чаще всего на внутренние поверхности наносят пассивирующие грунтовки на основе комбинации эпоксидных смол и полиамидов, пигментированные хроматами стронция или бария.

Терморегулирующие покрытия, которые наносят на внутренние поверхности летательных аппаратов, должны защищать кабины экипажа и пассажирский салон от переохлаждения. Коэффициент излучения в этом случае должен быть не более 0,4. Покрытия с такими свойствами получают из эпоксидно-полиамидных композиций, наполненных чешуйчатым алюминием. В результате старения коэффициент излучения покрытий повышается до 0,7. Используют также светопоглощающие (для окраски внутренних поверхностей, оптических приборов и др.) и светящиеся лакокрасочные покрытия (для шкал приборов, стрелок указателей, деталей управления и др.).

Лакокрасочные материалы применяют для создания разнообразных маскировочных покрытий (под цвет снега, зелени, ночного неба и др.). Подбирая состав компонентов, добиваются эффекта слияния контура военных самолетов с окружающей средой при визуальном и оптическом наблюдении. В отделке интерьеров самолетов важную роль играют декоративные лакокрасочные покрытия.

Список литературы: Вольмир А. С, Павленко В. Ф., Пономарев А. Т., Механика полимеров, № 1, 105 A972); Применение конструкционных пластмасс в производстве летательных аппаратов, под ред. А. Л. Абибова, М., 1971; Павленко В. Ф., Силовые установки летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, М., 1972; Булатов Г. а., Пенополиуретаны и их применение на летательных аппаратах, М., 1970; Пригода Б. А., Кокунько В. С, Обтекатели антенн летательных аппаратов, М., 1070; Scow A. L., SAMPE Journal, 8, № 2, 25 A972); Peterson G. P., AIAA Paper, № 367, 1, A971); WetterR., Kunststoffe, 10, № 10, 756 A970); Johnson Z. P., Rubber World, 161, № 6, 79 A970); Encyclopedia of polymer science and technology, v. 1, N. Y.— [a. o.], 1964, p. 568. Г. С. Головкин.
Автор: Каргин В.А., академик АН СССР
Источник: Энциклопедия полимеров, под редакцией В.А. Каргина
Дата в источнике: 1972 г.

Нужно отметить широкое применение полимеров в медицине. Они используются для изготовления заменителей крови, а также в хирургии для замены отдельных костей при переломах скелета, ребер, черепной коробки, для изготовления зубных протезов, кровеносных сосудов, даже очень больших, для изготовления искусственных почек, сердечных клапанов и т. п. Прозрачные шланги из поливинилхлорида применяют при переливании крови [88]. Из пластмасс изготовляют перевязочные материалы, сухожилия, глазные протезы и т. д.

Рассмотрение проблемы применения полимеров в медицине и медицинской технике привело к созданию специализированного Всесоюзного научно-исследовательского института медицинских полимеров. Более того, учитывая важность применения полимеров в медицине. Государственный комитет по науке и технике, по предложению В. А. Каргина, счел целесообразным создать специальный Научный совет по проблеме Полимеры в эндопротезировании и физиологически активные полимеры , членом Бюро которого он состоял. В результате подготовки и постановки вопроса о состоянии и перспективах производства полимерных клеев на заседании Госкомитета по науке и технике последний принял решение об организации специализированного института, который функционирует в настоящее время как Государственный научно-исследовательский и проектный институт полимерных клеев.

Вследствие этого поверхностные явления в полимерах и полимерных материалах играют существенную роль во всем комплексе их свойств, и прежде всего в структурно-механических свойствах, а исследование особенностей поведения макромолекул иа границе раздела фаз является сейчас одной из важнейших задач в этой области. Говоря о проблеме поверхностных явлений в полимерах, нельзя забывать, что она имеет важное значение не только с технической точки зрения, но и с биологической, поскольку роль поверхностных явлений в биологических процессах, где принимают участие молекулы биополимеров, также очень велика. Наконец, проблема существенна и для решения вопросов новой развивающейся области — применения полимеров в медицине, где поверхностные явления происходят на границе раздела фаз с живыми тканями.

Следующей очень важной проблемой в области применения полимеров в медицине является создание функционально полноценной конструкции протеза. Эти работы должны проводиться медиками совместно с инженерами. В результате таких совместных работ в нашей стране были созданы протезы кровеносных сосудов, клапаны сердца, клеящие и шовные материалы для соединения живых тканей организма, полимеры для замещения мягких тканей, полимерные материалы для стоматологии. Проводятся работы по созданию оксигенаторов и диализирующих мембран для аппаратов искусственного кровообращения и искусственной почки, искусственного сердца. Особый интерес представляют работы но созданию кровезаменителей, полимеров для эндопротезирования, в том числе — биосовместимых полимеров на основе производных акриламида и винильных производных, клеящих материалов, антитромбогенных полимеров для сердечно-сосудистого протезирования, пролонгаторов лекарств, а также исследования поведения указанных материалоз в живом организме и токсикологической оценки полимеров для различных целей медицины. Однако при проведении таких работ нет еще необходимой координации между медицинскими, химическими и техническими учреждениями. Создание комплекса исследований является первоочередной задачей, успешное решение которой значительно ускорит решение многих сложных проблем создания и исследования полимеров для медицины.

Второе направление применения полимеров в медицине — замена живых тканей организма. Создание и применение материалов для этой цели, несомненно, явится серьезной предпосылкой в решении проблемы неограниченной замены органов и тканей.

В 2010 году компания Bayer MaterialScience (сейчас она выступает под новым брендом Covestro AG) стала официальным партнером проекта Solar Impulse по разработке самолета с электродвигателями, питающимися от солнечной энергии. 24 апреля этого года "солнцелет" Solar Impulse 2 под управлением швейцарца Бертрана Пикара приземлился в США после трехдневного полета над Тихим океаном, и это стало знаковым историческим событием.

При строительстве и проектировании воздушных судов последнего поколения используется все больше композитных материалов. Это неудивительно: глобальный пассажиропоток растет, цены на авиабилеты снижаются, авиакомпании стараются сократить эксплуатационные расходы, в том числе и за счет снижения массы воздушных судов. Специалисты оценивают текущую емкость рынка полимеров в авиастроении в 8,17 миллиарда долларов США.

Еще в 1950-е годы прошлого века конструкторы попытались применить стеклопластик для обшивки передней части авиационных двигателей. Они в среднем нагреваются от 100 до 300 °С. Впоследствии армированные пластики использовались в проектах по созданию баллистических ракет "Поларис" и "Минитмен", а позднее - при изготовлении корпусов самолетов "Боинг-747", созданных на основе стеклоровницы, пропитанной полиимидом.

"Основной недостаток стеклопластиков, заключающийся в их низкой удельной жесткости, был преодолен в более новых композитах - углеродопластиках и боропластиках, из которых начали изготавливать различные элементы самолетов сначала в Америке, а потом и в Европе. Ключевое преимущество этих двух композитов - легкость, позволяющая снизить массу различных типов авиационной техники в среднем от 21 до 35 процентов", - говорит Роман Голов, профессор, доктор экономических наук, директор Института менеджмента, экономики и социальных технологий Московского авиационного института (Национальный исследовательский университет).

Кстати, применение таких полимеров, как герметики, позволило самолетам подняться на высоту 10 километров и выше.

Акцент: За последнее десятилетие аэрокосмическая промышленность увеличила спрос на полимеры более чем в 5 раз

Лакокрасочные материалы играют особую роль в авиастроении: защита от атмосферных воздействий и агрессивных сред, морозостойкость, гашение вибрации, терморегуляция и другие. Например, краска на основе пластифицированных полиуретанов дает обшивке самолета морозостойкость от минус 40 до минус 60 °С, полиакриловый лак - вообще до минус 100 °С.

"Наиболее активно полимеры сегодня применяются при создании летательных аппаратов для малой авиации. Легкие, двух-, четырехместные самолеты или вертолеты, здесь доля композиционных материалов может достигать 80 процентов от массы летательного аппарата. Это обусловлено, во-первых, стоимостью изготовления такого летательного аппарата, во-вторых, его летными качествами. Пример - самолеты австрийской фирмы "Даймонд", немецкие Extra, Extrime. Почти все мировые производители летательных аппаратов такого типа перешли на применение ПКМ, причем уже давно. В "большой" авиации, как гражданской, так и военной, процент применения полимеров пока гораздо ниже", - говорит Камиль Нурдавлетов, руководитель проекта по созданию в России производства спортивно-пилотажных самолетов.

Крупные производители переходят на использование ПКМ в своих изделиях. Первопроходцы уже есть, это Dreamliner и Airbus А380. Они уже доказали, что полимеры - это выгодно. Более того, они создали технологический задел для выпуска новых самолетов с еще большей долей композитов. Отечественный МС-21 также будет композитным как минимум на 40 процентов, обещают в ОАК.

"В авиастроении доля полимеров в 2005 году составляла около 15 процентов общей массы самолета, сейчас - около 20. К 2020 году предполагается увеличить долю полимерных комплектующих до 25 процентов. В целом менее чем за десятилетие аэрокосмическая промышленность увеличила спрос на полимеры более чем в 5 раз", - говорит Армен Даниелян, партнер, директор по стратегическому развитию АКГ "ДЕЛОВОЙ ПРОФИЛЬ" (GGI).

Полимеры характеризуются легкостью, разнообразием состава и широким диапазоном технических свойств, что позволяет широко использовать их в авиастроении. Детали, изготовленные на основе полимерных материалов, в среднем на треть легче металлических аналогов при одинаковой прочности.

Стоимость полимерного сырья пока выше, чем металлических аналогов. Это обусловлено сложной технологией производства полимеров. Однако экономия затрат на обработку, сборку, а также снижение расходов на транспортировку позволяют существенно снизить цены на готовые компоненты, что делает применение полимеров в авиастроении экономически эффективным. Например, при выработке деталей самолета из алюминиевого или другого металлического сырья в отходы и в обратную переработку уходит до 90 процентов материала, в то время как изготовление полимерной детали, сопоставимой по характеристикам, не оставляет отходов и позволяет получить деталь в заданных параметрах.

"У металлов есть понятие "старение", есть усталостная прочность, у углепластика, при должном изготовлении этого быть не должно. На практике это выглядит следующим образом: у металлического самолета ресурс по "крылу" может быть от 10 до 25 лет. Потом на таком самолете летать уже опасно, и его продают в "третьи страны". У композитного крыла ресурс закладывается от 50 лет. Применение углепластиков пока не самое дешевое удовольствие. Но благодаря падению цены и развитию технологий оно уже стало экономически выгодным. Хотя еще пятнадцать лет назад это было не так. Вопрос по стоимости достаточно сложный. Композиты стоят, как правило, дороже металлов. Но это очень сильно зависит от того, что делать, из чего, по какой технологии и где", - говорит Камиль Нурдавлетов.

По мнению Романа Голова, сейчас мы переживаем полимерный ренессанс, совершающийся усилиями крупных авиакомпаний. Благодаря им композитные материалы стали неотъемлемыми элементами общей инновационной экосистемы авиастроения.

Достаточно ярким примером использования инновационных полимерных материалов является наиболее амбициозный проект российского авиастроения последних десятилетий - самолет "Сухой Суперджет 100". В составе использованных при его создании материалов доля композитов занимает порядка 10-12 процентов. В частности, из композиционных материалов были созданы его агрегаты механизации крыла и оперения, элероны, обтекатель стыка крыла с фюзеляжем, тормозные щитки, рули, интерцепторы, носовой радиопрозрачный конус. Важным фактором при этом является курс на увеличение доли прогрессивных полимерных материалов в конструкции его последующих модификаций, для чего уже сейчас научным коллективом "Объединенной авиастроительной корпорации" ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.

- Авиастроение является одной из высокотехнологичных отраслей промышленности, где современные полимерные и композиционные материалы играют решающие роли. В своё время именно полимерные материалы позволили самолетам подняться на высоту 10 тысяч метров. В условиях, когда масса воздушного судна становится существенным фактором в грузоподъемности и дальности осуществляемых перелетов, современные композиционные и полимерные материалы становятся успешными конкурентами традиционных материалов. Еще в 1950-е годы прошлого века конструкторы попытались применить стеклопластик для обшивки передней части авиационных двигателей.

Полимерные лакокрасочные материалы играют особую роль в авиастроении: защита от атмосферных воздействий и агрессивных сред, морозостойкость, гашение вибрации, терморегуляция и другие.

Применение композиционных материалов позволяет снизить массу различных типов авиационной техники в среднем от 21 до 35 процентов.

Использование полимерных материалов в авиастроении позволяет снизить затраты на обработку, сборку, транспортировку и существенно снизить цены на готовые комплектующие. Так, при выработке деталей самолета из алюминия в отходы и в обратную переработку уходит до 90 процентов материала, а изготовление полимерной детали, позволяет без отходов получить деталь в заданных параметрах.

У металлов есть понятие "старение", есть усталостная прочность, у углепластика этого быть не должно. На практике у металлического самолета ресурс по "крылу" может быть от 10 до 25 лет. У композитного крыла ресурс закладывается от 50 лет. Применение углепластиков еще дорогое удовольствие, но благодаря падению цены и развитию технологий оно уже стало экономически выгодным.

- На Ваш взгляд, будут ли возрастать доля полимерных и композиционных материалов в авиастроении уже в ближайшие годы? Есть ли к этому предпосылки?

- Как сказал один самых успешных конструкторов Формулы 1 Эдриан Ньюи: - В то время когда конструктора бьются за каждый грамм веса болида, зубы, волосы и ногти становятся лишними…

К счастью авиастроение еще имеет значительный потенциал снижения веса судна за счет использования полимерных и композиционных материалов без применения таких крайних мер.

Как обещал ОАК - МС-21 будет композитным на 40 процентов.

В авиастроении доля полимеров в 2005 году составляла около 15 процентов общей массы самолета, сейчас - около 20. К 2020 году предполагается увеличить долю полимерных комплектующих до 25 процентов. В целом менее чем за десятилетие аэрокосмическая промышленность увеличила спрос на полимеры более чем в 5 раз.

Детали, изготовленные из полимерных материалов, в среднем на треть легче металлических аналогов при одинаковой прочности.

Современные композитные и полимерные материалы стали неотъемлемыми элементами авиастроения.

Достаточно ярким примером использования инновационных полимерных материалов является - самолет "Сухой Суперджет 100". В составе использованных при его создании материалов доля композитов занимает порядка 10-12 процентов. Из композиционных материалов были созданы его агрегаты механизации крыла и оперения, элероны, обтекатель стыка крыла с фюзеляжем, тормозные щитки, рули, интерцепторы, носовой радиопрозрачный конус.

Очень активно полимеры сегодня применяются при создании летательных аппаратов для малой авиации. Почти все мировые производители летательных аппаратов такого типа перешли на применение ПКМ, причем уже давно. Иностранные крупные производители большой авиации также переходят на использование ПКМ в своих изделиях. Это Dreamliner и Airbus. Они уже доказали, что полимеры - это выгодно.

Кроме этого уже начаты разработки самолета с электродвигателями, питающимися от солнечной энергии, что еще больше сможет расширить спектр применения полимеров и композитов в авиастроении.

- Скажите, Институт пластмасс учувствует в разработке современных полимеров для авиастроения? Есть какие-то перспективные наработки в этом направлении?

- Да. Институт пластмасс разрабатывает, производит или участвует в производстве новейших полимерных материалов для широкого круга высотехнологичных отраслей промышленности, в том числе применяемых в авиастроении. Это и инженерные пластики и изделия из них, и клеи, герметики и связующие для композитных материалов, и специальные покрытия. Выделить полимерные материалы, имеющие специфическое применение только для авиации достаточно сложно. Наиболее близки авиации - оптически прозрачные пластики для внешнего остекления, в том числе кабины пилотов, высокотемпературные связующие для композитных материалов и радиопрозрачные конструкционные пластики.

В Институте пластмасс уже разработаны и производятся целый ряд полимеров уже применяемых в самолетах иностранного производства, а также сформированы планы по разработке и постановке суперкострукционных полимеров, не производимых в нашей стране.

Читайте также: