Композиционные материалы в аэрокосмической отрасли

Решетневские чтения

УДК 621. 763:629. 7. 014

Ю. Н. Андреева Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ

Рассматриваются композиционные материалы (КМ), как новый класс материалов в производстве космических аппаратов (КА), развитие, некоторая оценка физико-механических характеристик конструкций, принципы структурной организации изделий и общие вопросы для дальнейшего изучения КМ.

В производстве КА к материалам предъявляют самые жесткие требования по прочности, плотности, температурному расширению и другим показателям. Волокнистые КМ, армированные нитевидными кристаллами и непрерывными волокнами тугоплавких соединений и элементов (81С, А1203, бор, углерод и др.) являются новым классом материалов, которые должны обеспечить требуемые эксплуатационные свойства.

В аэрокосмической отрасли существует множество разных факторов, влияющих на жизнеспособность КА. В области проектирования размерно-стабильных несущих конструкций космического приборостроения необходим учет вклада всех конструктивных и технологических элементов в общую стабильность размеров конструкций. Например, в случаях организации компенсации термоупругих деформаций, вызванных присоединением к размерно-стабильной конструкции элементов с высоким коэффициентом температурного расширения, компенсационная схема выполняется по кинематическим связям, предотвращающим передачу избыточных температурных деформаций. Также необходимо свести к минимуму вероятности образования микротрещин, так как их наличие способствует проникновению и миграции через них влаги, что приводит к изменению геометрических размеров конструкции, снижению несущей способности, сопротивления, усталости и долговечности. Решаются задачи защиты от сверхвысоких частот и радиации, предъявляются высокие требования к температурному удлинению, удельным жесткости и прочности, технологичности переработки, стоимости и др.

Комплекс свойств определяется на этапе конструкторской подготовки производства элементов КА из КМ с применением пакетов прикладных программ в условиях модельной проработки элементов с определением геометрических параметров, которые и будут обеспечены в итоге изготовления. Формирование свойств деталей при ее изготовлении происходит в результате двух одновременно протекающих процессов - изменении свойств (и соответствующих значений показателей качества) и их сохранении (наследовании). Для наглядности проиллюстрируем это процесс (см. рисунок).

Изменение состояния качества при изготовлении поверхности I может быть представлено условно, как движение конца ВСК к/ в пространстве качества К (см. рисунок); К]—К — элементы (координаты) пространства качества К; к], ..., к5 — вектор состояния качества поверхности I для состояний 1, 2, ..., 5; I = 1, 2, ..., Ь; I = 1, 2, ..., I; Р1, ..., Р4 — векторы пере-

вода качества из состояния / в состояние (/ + 1); (Кд оп )ь (<оп )5 — подпространства допустимого качества для исходного 1 и конечного 5 состояний качества поверхности I. Каждому этапу процесса изготовления поверхности соответствует определенное подпространство допустимого качества (Кдоп). Один и тот же вектор перевода качества может быть реализован несколькими вариантами. Задача построения оптимальной структуры технологического процесса сводится к выбору необходимых ограничений предшествования и вариантов реализации векторов перевода качества. При этом учитывают, что каждая реализация вектора перевода качества связана с определенными значениями затрат, производительности и надежности достижения допустимых значений показателей качества.

Иллюстрация изменения состояния качества при изготовлении поверхности I

Технологическими методами изготовления КМ являются пропитка армирующих волокон матричным материалом; формирование в пресс-форме лент уп-рочнителя и матрицы, получаемых намоткой; холодное прессование обоих компонентов с последующим спеканием; электрохимическое нанесение покрытий на волокна с последующим прессованием; осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием; пакетная диффузионная сварка монослойных лент компонентов; совместная прокатка армирующих элементов с матрицей и др. Весьма перспективны композиционные материалы,

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

армированные нитевидными кристаллами (усами) керамических, полимерных и других материалов.

В связи с широким применением в различных конструкциях КА различных КМ актуальными считаются следующие задачи:

- развитие инженерных методов расчета деталей и узлов из КМ;

- совершенствование технологий изготовления для обеспечения и повышения стабильности необходимых эксплуатационных свойств, снижения затрат на производство и удешевление конструкций КА;

- создание методов неразрушающего контроля;

- обеспечение желанных свойств КМ и эксплуатационной надежности;

- удешевление армирующих волокон и самих КМ;

- продолжение и расширение исследований работоспособности деталей и узлов из КМ при комплексном воздействии служебных и климатических факторов.

КМ постоянно совершенствуются и занимают все большее место в аэрокосмической отрасли. Диапазон применения этих материалов увеличивается день ото дня и сулит еще много интересного. Можно с уверенностью сказать, что это материалы будущего.

Y. N. Andreeva Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

COMPOSITE MATERIALS IN AEROSPACE BRANCH

Composite materials are considered as a new class of materials in the aerospace industry. Development, an estimation of the physical and mechanical characteristics of structures, principles of structural organization of production and general issues for further study of composite materials are observed.

© Андреева Ю. Н., 2010

УДК 621.787

А. М. Бакин, Б. Н. Исмаылов, Л. И. Оборина, И. В. Трифанов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ВОЛНОВОДОВ СВЧ-, КВЧ-ДИАПАЗОНА

Показаны методы изготовления многоканальных волноводов СВЧ-, КВЧ-диапазонов с применением диэлектрических выплавляемых моделей.

При изготовлении антенно-фидерных устройств (АФУ) СВЧ-, КВЧ-диапазонов широко применяются многоканальные волноводы типа разветвитель, мост кольцевой и другие, имеющие каналы переменного сечения [1].

Для изготовления таких волноводов может быть использован метод послойного электрического формообразования с применением диэлектрических выплавляемых моделей при t = 80-100 °С.

Изменение вязкости у от температуры нагрева модельного состава рассчитывается по формуле

у = 3767,11x0,95 Т, где Г - температура нагрева модельной смеси при заливке ее в пресс-форму.

Колебание усадки размеров моделей при заливке в пресс-форму составляет 0,62-0,7 %.

Шероховатость поверхности модели имеет вид:

Ка = (0,055х + 0,61) 0,98*",

где х

= dT (t) d t

изменение температуры заливочнои

смеси; т - время запрессовки модельной смеси; - температура пресс-формы.

Технология послойного электролитического формообразования позволяет изготавливать волноводы малого сечения 3,6x1,8 мм любой конфигурации с применением диэлектрических выплавляемых моделей, с обеспечением точности частотнозависимых размеров 0,015 мм и шероховатости поверхности Яа 0,16-0,2 мкм.

Библиографическая ссылка

1. Трифанов И. В., Евтушенко Е. И. Технологическое обеспечение качества при изготовлении линий передачи энергии антенно-фидерных устройств ; Краснояр гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2006.