Материаловедение применение ПКМ. Матвед СНТК. Технология получения композиционных материалов для крыла самолета мс21
 Скачать 10.36 Kb.
|
|
1. Условия работы Здравствуйте, сегодня мы бы хотели представить вниманию наш проект на тему «Технология получения композиционных материалов для крыла самолета МС-21». Для дальнейшего понимания нашей работы следует начать с объяснений принципа работы крыла самолета. Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Верхний воздушный поток более разрежен, что означает, что его молекулы, пока они движутся вдоль поверхности крыла, более отдалены друг от друга. Молекулы нижнего воздушного потока, с другой стороны, менее разреженные и, таким образом, находятся ближе друг к другу. В нижнем воздушном потоке молекул больше, чем в верхнем. В результате этого между ними возникает разница в давлении. Низкое давление сверху создаёт эффект всасывания вверх, что ведёт к тому, что крыло и, соответственно, весь самолет поднимается. В придачу к разнице в давлении действует эффект Коандо (тяготение струи жидкости к ближайшей поверхности; в нашем случае вместо жидкости идет воздушный поток). Воздушный поток, идущий по прямой линии, ударяется об крыло и полностью повторяет его форму, что способствует подъему самолета. Значит, чем сильнее воздушный поток, направленный в крыло, тем сильнее заворот вверх. Для того чтобы увеличить значение этого эффекта нужно изменить форму крыла, путем добавления некоторых подвижных элементов, таких как предкрылки и закрылки. Они увеличивают как отклонение, так и площадь крыла. Для того, чтобы самолет мог летать, к нему предъявляются специальные требования, связанные с просчитанными размерами крыльев, определенными материалами и новыми технологиями для обеспечения безопасных и экономически выгодных перелетов. Далее рассмотрим новую технологию получения материала для крыла самолета МС-21. 2. Технология получения жестких и легких композитных материалов крыла МС-21-300 Российский завод «АэроКомпозит» в Ульяновске первым в мировой гражданской авиации применяет безавтоклавный метод вакуумной инфузии (VARTM) для изготовления из полимерных композитных материалов крупные силовые конструктивные элементы. Для МС-21 метод вакуумной инфузии используется при изготовлении следующих крупных силовых элементов: лонжероны панели крыла со стрингерами секции панелей центроплана (Схему работы метода вакуумной инфузии можно увидеть на презентации) По этой технологии пропитка сухого углеродного волокна и формование детали происходит на оснастке с закреплённым на ней вакуумным мешком. Полимерное связующее закачивается в форму за счёт разряжения, создаваемого под вакуумным мешком. К основным недостаткам технологии вакуумной инфузии стоит отнести трудности воспроизводимости процесса – необходима тщательная отработка технологии, чтобы получать детали со стабильными геометрическими и физико-механическими характеристиками. Стрингеры и панели выкладываются из углеволокна отдельно, но на специальной оснастке заливаются композитной смолой уже совместно. Полимеризация панели со стрингерами при инфузионной технологии происходит за один цикл. При автоклавной технологии требуется два цикла отверждения: 1-й цикл – отверждение стрингеров, 2-й цикл – совместное отверждение стрингеров и обшивки, при этом суммарные временные затраты получаются на 5%, а энергозатраты – на 30% выше, чем при использовании технологии VARTM 3. Предложения усовершенствования Применение композиционных материалов актуально везде, где важны легкость и прочность, в первую очередь в авиации: от веса самолета напрямую зависит расход топлива. Мировая аэрокомпозитная промышленность на примере разработки МС-21 получает представление о том, как безавтоклавные технологии могут быть применены к основным (силовым) авиационным конструкциям. Нас интересует крыло самолета, которое будет выполнено из полимерного композиционного материала. Использование углепластика в конструкции позволит изготовить для МС-21 крыло, имеющее большее удлинение и тонкий профиль, а следовательно – более низкое лобовое сопротивление. С толщиной все просто: чем крыло тоньше, тем меньше аэродинамическое сопротивление при нулевой подъемной силе. А вот удлинение крыла влияет на другую составляющую лобового сопротивления – индуктивное сопротивление, создаваемое, срывающимся с конца крыла, вихрем. Наше предложение: использовать при проектировании крыла углепластик КМУ-4л-2М, который предназначен для изготовления деталей и агрегатов конструкционного назначения, работающих в интервале температур от минус 60 °C до плюс 150 °C. Массовая доля связующего 38 — 42 %; Массовая доля летучих не более 1,5 %; Для препрега ПУ-4Л-2М/0,2 (толщина монослоя 0,17-0,19мм); Разрушающее напряжение при растяжении в углепластике не менее 0,7 ГПа; Разрушающее напряжение при сжатии в углепластике не менее 0,7 ГПа. Углепластик КМУ-4л-2М на основе углеродной ленты и модифицированного эпоксидного связующего. В качестве армирующего материала возьмем однонаправленную ленту из волокон IMS65-24К Teijin прочностью 6 Гпа. Это биаксиальная углеткань NCF 40 г/м² с пределом прочности 6000 Мпа, модулем растяжения 290 Гпа и удлинением при разрыве: 1.9%. Используем смолу CYCOM 7720, которая при нагревании обеспечивает клейкость, необходимую для создания трения между слоями и в то же время не препятствует процессу инфузии основной смолы. Сверху каждой ленты находится легкая вуаль, предназначенная для обеспечения устойчивости, проницаемости для самого процесса инфузии и повышения механических характеристик (эта вуаль уже запатентована). Для инфузии разработана однокомпонентная высокопрочная смола PRISM EP2400 позволяющая проводить процесс инфузии при низкой температуре (до 700 С). Вся эта система обладает заданной воздухопроницаемостью, составляющие химические вещества не мешают друг другу, а наоборот взаимодействуют, обеспечивается ровный рез, без смятия и т.д. и т.п. Полимерный композиционный материал серии КМУ-4 предложен нами не просто так. Такие углепластики как КМУ-4Л, КМУ-4К и КМУ-4У используется в модулях космических аппаратов. Зеленая область является углепластиком серии КМУ-4 конструктивной компоновки системы оптико-электронного наблюдения космического аппарата дистанционного зондирования Земли. Из выше сказанного следует, что углепластик КМУ-4л-2М вместе с новым армирующим материалом и смолой формирует достойное и технологичное покрытие крыла самолета. |