Проблемы и перспективы применения композиционных материалов в авиастроении

Abstract

RU: Цель. Авиастроение использует очень широкий спектр конструкционных технологий, но технический прогресс и экономический кризис приводят к поиску композиционных материалов с высоким уровнем механических и эксплуатационных свойств. Преимуществом таких материалов является низкая плотность, что приводит к снижению общего веса, экономии топлива и увеличению пассажировместимости самолетов. Методика. Значения эксплуатационных характеристик (удельная прочность, удельная жесткость) композиционных материалов и сплавов, показывают возможность их применения в авиастроении. Результаты. История применение композиционных материалов в авиастроении насчитывает более 45 лет. За этот период процент использования композиционных материалов увеличился с 1 до 60. Установлена взаимосвязь развития авиастроения с развитием материаловедения композиционных материалов. Применение композиционных материалов на основе стекловолокна, борного волокна и углеродного волокна приводит к снижению общего веса самолета на 4 0 .6 0% и, соответственно, к снижению стоимости самих конструкций. Показано сравнение механических свойств композиционных материалов и сплавов, которые чаще всего применяются в авиастроении (алюминий, титан, сталь со стекловолокном, борным волокном и углеродным волокном). Определены эксплуатационные свойства (удельная прочность и удельная жесткость) этих материалов. Внедрение композиционных материалов в авиастроение позволит радикально повысить прочность, надежность, безопасность и другие эксплуатационные характеристики воздушных судов - поскольку в них используются усиливающие элементы нитей, волокон, вкраплений более прочного материала, наномодифицирующих частиц. Для снижения стоимости изделий из композитов в Украине необходимо развивать материаловедение композитов и привлекать инвестиции. Научная новизна. Использование композиционных материалов в авиастроении, на основе стекловолокна или углеродного волокна, вместо алюминия позволит в 3 . 5 раз повысить эксплуатационные свойства изделий. Практическая значимость. Применение композиционных материалов в авиастроении привело к значительному снижению общего веса самолетов, что позволит значительно экономить топливный ресурс.

UK: Мета. Авіабудування використовує дуже широкий спектр конструкційних технологій, але технічний прогрес і економічну кризу призводять до пошуку композиційних матеріалів з високим рівнем механічних і експлуатаційних властивостей. Перевагою таких матеріалів є низька щільність, що призводить до зниження загальної ваги, економії палива і збільшення пасажиромісткості літаків. Методика. Значення експлуатаційних характеристик (питома міцність, питома жорсткість) композиційних матеріалів і сплавів, показують можливість їх застосування в авіабудуванні. Результати. Історія застосування композиційних матеріалів в авіабудуванні налічує більше 45 років. За цей період відсоток використання композиційних матеріалів збільшився з 1 до 60. Встановлено взаємозв'язок розвитку авіабудування з розвитком матеріалознавства композиційних матеріалів. Застосування композиційних матеріалів на основі скловолокна, борного волокна і вуглецевого волокна призводить до зниження загальної ваги літака на 40 ... 60% і, відповідно, до зниження вартості самих конструкцій. Показано порівняння механічних властивостей композиційних матеріалів і сплавів, які найчастіше застосовуються в авіабудуванні (алюміній, титан, сталь зі скловолокном, борним волокном і вуглецевим волокном). Визначено експлуатаційні властивості (питома міцність і питома жорсткість) цих матеріалів. Впровадження композиційних матеріалів в авіабудування дозволить радикально підвищити міцність, надійність, безпеку та інші експлуатаційні характеристики повітряних суден - оскільки в них використовуються підсилюючі елементи ниток, волокон, вкраплень більш міцного матеріалу, наномодіфікуючих частинок. Для зниження вартості виробів з композиційних в Україні необхідно розвивати матеріалознавство композитів і залучати інвестиції. Наукова новизна. Використання композиційних матеріалів в авіабудуванні, на основі скловолокна або вуглецевого волокна, замість алюмінію дозволить в 3 ... 5 разів підвищити експлуатаційні властивості виробів. Практична значимість. Застосування композиційних матеріалів в авіабудуванні призвело до значного зниження загальної ваги літаків, що дозволить значно економити паливний ресурс.

EN: Purpose. Aircraft uses a very wide range of constructional technologies, but the technological progress and economic crisis lead to the research of composite materials with high mechanical and operational properties level. The advantage of such materials is the low density, which reduces the overall weight and increase fuel economy and increases airplanes' passenger capacity. Methodology. The values of the exploitation characteristics (specific strength, specific stiffness) of composite materials and alloys show the possibility of their use in aircraft. Findings. The history of composite materials use in aircraft totals to more than 45 years. During this period, the percentage of use of composite materials has increased from 1 to 60. The relationship between the aircraft industry and the development of material science of composite materials has been established. The application of composite materials based on glass fibers, boron and carbon fibers leads to the 40...60% decrease in the overall weight of the airplane and, consequently, to the decrease of the cost of such constructions. The comparison of mechanical properties of composite materials and alloys, which are mostly often used in the aircraft industry (aluminum, titanium, steel, glass fiber, boron fiber, and carbon fiber) is shown. The exploitation properties (specific strength and specific stiffness) of these materials have been determined. The implementation of composite materials into aircraft will allow to drastically increase the strength, reliability, safety and other exploitation characteristics of aircraft - because reinforcing yarn elements, fibers, inclusions of materials with higher strength, nano-modifying particles are used in them. In order to reduce the cost of products from composites in Ukraine it is necessary to develop material science of composite materials and bring investments in. Originality. The use of composite materials in aircraft, based on glass or carbon fibers, instead of aluminum will allow 3.. .5 times increasing of product exploitation properties. Practical value. Application of composite materials in aircraft has resulted in significant decrease in the total weight of the airplanes, this will allow saving of fuel resources.