Проект

1. Тема проекта: Применение композитных материалов в авиастроении

ДАТА
ИМЯ
ДОКЛАДЧИКА

2. Цель проекта

Показать значение и
преимущества использования
композитных материалов в
авиастроении, раскрыть
основные виды композитов и
их влияние на конструкцию и
эксплуатационные
характеристики самолётов.

3. Что такое композитные материалы ? Композитные материалы — это материалы, состоящие из двух или более различных компонентов,

которые
соединяются вместе для создания
нового материала с уникальными,
улучшенными свойствами,
недоступными каждому из компонентов
по отдельности

4. Краткая история применения композитов в авиастроении

Ранние этапы (1930-1950-е)-Применение композитов в авиастроении началось
в 1930-х годах, когда стали использовать стеклопластик для оснастки.
Революция произошла в 1961 году с появлением углеродных волокон, которые
стали заменой металлам, а к 1980-м годам применение композитов стало
повсеместным в массовом производстве, включая такие элементы как крыло и
оперение, что позволило снизить массу самолетов и повысить их топливную
эффективность.

5. Основные виды композитных материалов в авиастроении 1)Углепластики: Самый распространенный тип, состоящий из углеродных

волокон, пропитанных полимерной смолой. Обеспечивают высокую
прочность при низком весе. Используются для создания силовых элементов, таких как крылья и фюзеляж.
2)Стеклопластики: Изготавливаются из стекловолокна, связанного полимерной матрицей. Являются более дешевыми, чем углепластики, но
менее прочными. Применяются в производстве менее нагруженных элементов, например, внутренних панелей.
3) Арамидные композиты: Создаются на основе арамидных волокон (например, кевлара), которые обладают высокой прочностью и стойкостью
к ударам. Используются для защиты от ударов и в элементах с повышенными требованиями к прочности.
4) Керамические композиты (CMC): Используются для деталей, работающих при очень высоких температурах. Применяются в двигателях и
элементах, подвергающихся тепловым нагрузкам.
5)Металломатричные композиты (MMC): Сочетают металлическую матрицу (например, из алюминия или титана) с армирующими
волокнами или частицами. Обеспечивают более высокие прочность и жесткость по сравнению с традиционными металлами.
Углепластик
Стеклопластик
Арамидные композиты
Керамические композиты Металломатричные композиты

6. Преимущества использования композитов в авиастроении

Снижение веса: Композитные материалы легче металлических сплавов при сопоставимой прочности.
Топливная эффективность: Благодаря снижению веса и улучшенной аэродинамике, композитные
самолеты потребляют меньше топлива.
Улучшенные аэродинамические свойства: Композиты позволяют создавать более гибкие и сложные
формы крыльев, что улучшает их аэродинамические характеристики и позволяет увеличить крейсерскую
скорость и высоту полета
Высокая прочность и надежность: Композиты обладают высокой прочностью и жесткостью при
небольшом весе, что позволяет строить конструкции, выдерживающие значительные механические
нагрузки.
Возможность оптимизации конструкции: Композиционные материалы позволяют создавать элементы с
заданными параметрами прочности и другими эксплуатационными характеристиками.

7. Области применения композитов в самолётостроении Композиты широко применяются в самолётостроении для изготовления обшивки

Области применения композитов в
самолётостроении
Композиты широко применяются в самолётостроении для изготовления обшивки
фюзеляжа, крыльев, хвоста и внутренних частей салона, а также для более
нагруженных элементов, таких как шасси, детали двигателей и лопасти винтов, что
позволяет снизить вес самолета и улучшить его летные характеристики..
1) Фюзеляж, крылья и оперение: Композиты используются для создания обшивки и
силовых элементов, что снижает вес конструкции, улучшает аэродинамику и экономит
топливо.
2)Двигатели и силовые установки: Для изготовления высокопрочных и термостойких
деталей, таких как лопасти турбин, лопасти несущего винта вертолета и элементов капота
двигателя.
3) Шасси и подвеска: Применяются для изготовления стоек шасси, аэродинамических
обтекателей и других элементов шасси для снижения веса и повышения прочности.
4) Внутренняя отделка и интерьер: Используются для создания комфорта в салоне, включая
обшивку, мебель, панели и другие элементы интерьера.
5) Ремонт и обслуживание: Композиты также используются для ремонта и обслуживания
самолетов для замены изношенных или поврежденных деталей.

8. Технологии производства и обработки композитов Технологии производства композитов включают различные методы, такие как  ручное

Технологии производства и обработки
композитов
Технологии производства композитов включают различные методы, такие
как ручное формование (контактное формование) для простых изделий, вакуумная
инфузия и RTM (литье под давлением) для более сложных форм..
1)Ручное формование-(контактное формование): Самый простой и
распространенный метод, при котором армирующий материал вручную
укладывается в матрицу и пропитывается связующим (смолой).
3) RTM (Resin Transfer Moulding): Связующее впрыскивается под давлением в
закрытую матрицу, уже заполненную армирующим материалом.
4)Автоклавное форморование: Один из самых дорогих, но и самых эффективных
методов. Детали с пропитанными препрегами помещаются в автоклав, где
подвергаются воздействию повышенной температуры и давления, что обеспечивает
максимальную прочность и гладкую поверхность.
5) Намотка (филаментная): Волокна, пропитанные смолой, наматываются
на вращающийся каркас-матрицу, образуя полые или профильные изделия
(трубы, баки).
6) 3D-печать: Современный метод, позволяющий создавать сложные конструкции
путем послойного нанесения материала.

9. Проблемы и вызовы композитных материалов в авиации Ударная прочность и ремонт: Полимерные композиты имеют низкую ударную

прочность, подвержены образованию
скрытых микротрещин после удара, которые со временем могут привести к расслоению.
Контроль целостности и диагностика:
Сложность контроля — необходимость в использовании продвинутых методов диагностики,
таких как встраиваемые оптоволоконные датчики, для отслеживания появления трещин в режиме
реального времени.
Электрическая проводимость:
Композиты плохо проводят электричество, что создает проблему в случае удара молнии. Для
решения этой проблемы в фюзеляж встраивают сетки из медной проволоки
Горючесть и токсичность:
Некоторые композиты, в частности углепластики, могут гореть с выделением ядовитых веществ.
Для решении
Утилизация:
Сложность и дороговизна утилизации композитных материалов после окончания срока службы
является экологическим вызовом. я этой проблемы в интерьерах самолетов используются
специальные негорючие пластики с добавками-антипиренами.

10. Перспективы развития композитных материалов в Авиации

Перспективы развития композитных материалов в авиации связаны с дальнейшим увеличением их доли в конструкции самолетов
благодаря уникальным свойствам, таким как высокая удельная прочность, малый вес и коррозионная стойкость. В будущем
ожидается рост внедрения термопластичных и перерабатываемых композитов, усовершенствование технологий производства
(автоклавные и безавтоклавные методы) и широкое применение автоматизации и моделирования для снижения себестоимости и
улучшения характеристик.
Преимущества а композитов в авиации:
Снижение веса: Углекомпозиты позволяют снизить массу самолета на
20−50% что приводит к экономии топлива и увеличению дальности полета
Высокая прочность: Композиты обладают высокой удельной прочностью
и жесткостью, а также могут выдерживать большие нагрузки.
Коррозионная стойкость: В отличие от металлов, композиты не подвержены
коррозии, что увеличивает срок службы конструкции.
Сложные формы: Композитные материалы позволяют создавать детали
сложной аэродинамической формы, оптимизируя конструкцию
Усталостная прочность: Композиты обладают высокой усталостной
прочностью, что увеличивает ресурс эксплуатации.

11. Заключение

Итоги значимости композитов в авиастроении: снижение веса самолетов (на 15-35%), повышение прочности и усталостной
долговечности, улучшение топливной эффективности и снижение вредных выбросов. Композиты позволяют использовать
более гибкие и аэродинамичные формы, а также способствуют снижению эксплуатационных расходов за счет меньшей
коррозии и большей живучести в аварийных ситуациях.
Снижение веса: Использование композитов позволяет снизить массу самолета на 15–35%, что является решающим фактором
для улучшения всех характеристик полета.
Экономия топлива: Более легкий самолет расходует меньше топлива, что ведет к снижению эксплуатационных расходов и
уменьшению выбросов CO2.
Улучшение характеристик: Композиты обеспечивают высокую удельную прочность и жесткость, а также возможность
задания механических свойств путем ориентации волокон, что позволяет создавать более совершенные конструкции.
Повышение безопасности и долговечности: Высокая усталостная прочность и стойкость к коррозии увеличивают ресурс
эксплуатации самолета, а устойчивость к повреждениям повышает живучесть в аварийных ситуациях.
Экологичность: Применение композитов в производстве способствует сокращению выбросов парниковых газов, что особенно
важно в условиях роста мирового воздушного трафика.