Применение неметаллических композиционных материалов (НМКМ) в двигателях летательных аппаратов

1.

ДЛА: НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И МЕТОДЫ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ
Лахин Антон Владиславович,
к.т.н., доцент,
начальник отдела разработки УУКМ,
АО «Композит», г. Королев

2.

Новые
аив
материалы
Принципиально
новые
аив
материалы
Принципиальное
изменениеаив
конструкции
Модернизированные
аив
материалы
Незначительное
аив
изменение конструкции
К принципиально новым
аивдля ЖРД и
материалам
АД относят НМКМ
1

3.

ПРИМЕНЕНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
(НМКМ) В ДВИГАТЕЛЯХ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
2

4. ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Классификация двигателей летательных аппаратов
(ДЛА)
2. Неметаллические композиционные материалы
(НМКМ). Компоненты и материалы, применяемые в
НМКМ
3. Технологии КМ применительно к деталям и узлам
ДЛА
3

5. ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Классификация двигателей летательных аппаратов
(ДЛА)
2. Неметаллические композиционные материалы
(НМКМ). Компоненты и материалы, применяемые в
НМКМ
3. Технологии КМ применительно к деталям и узлам
ДЛА
4

6. ЛА, оснащаемые двигательными энергетическим установками

1. Авиационная техника
2. Ракетно-космическая техника:
- ракеты носители
-космические аппараты
3. Боевая ракетная техника:
- РКСН
- тактическое ракетное вооружение (ТРВ)
5

7. Основные классы ДЛА

ВРД
ЭРД и ЯРД
РДТТ
ЖРД
6

8. Воздушно-реактивные двигатели (ВРД), их виды и применение

Газотурбинные ВРД
Прямоточные ВРД
7

9. Применение жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в ЛА

Маршевые
ЖРД
Ракеты-носители
(гражданские и боевые)
8

10. Применение жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в ЛА

ЖРД малой тяги
(МТ)
Двигатели
орбитального
маневрирования
КА
9

11. Применение твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ)

ТРВ и РСЗО
РКСН и РН
ПТДУ, САС,
АСО
10

12. Применение ЭРД и ЯРД в КА

ЭРД
двигатели КА
ЯРД
11

13. Цели применения НМКМ в ДЛА

1. Повышение ТТХ
2. Снижение веса конструкции
3. Повышение экологичности
4. Повышение экономичности
5. Снижение шумности
12

14. Распределение температур в ГТД

ВРД (ГТД)
13

15. Распределение температур в ПВРД

КР С ПВРД
14

16. Распределение температур в ЖРД

ЖРД
15

17. Распределение температур в РДТТ

(зеркальное
отображение)
16

18. Термонагруженные узлы ЭРД и ЯРД

ЭРД
ЯРД
17

19. ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Классификация двигателей летательных аппаратов
(ДЛА)
2. Неметаллические композиционные материалы
(НМКМ). Компоненты и материалы, применяемые в
НМКМ
3. Технологии КМ применительно к деталям и узлам
ДЛА
18

20. Применение НМКМ в узлах ДЛА

ВРД
РДТТ
ЖРД
19

21. Применение НМКМ в узлах ВРД

19

22. Классификация композиционных материалов

20

23. Характер армирования композитов

21

24. Сравнительная характеристика волокон

21

25. Характеристика волокон SiC

23

26.

24

27. Ткани для НМКМ

25

28. Ткани для НМКМ

26

29.

27

30. Нетканые технологии в НМКМ

Нетканый
материал
28

31. Нетканые технологии в НМКМ

Брэйдинговое
плетение
29

32. Матричные материалы НМКМ

-Полимерные
- Углеродные
- Керамические
30

33. Характеристики полимерных связующих для ПКМ

31

34. Характеристики армированных ПКМ

32

35. Характеристики УУКМ

33

36. Поведение ККМ при испытаниях на изгиб

34

37. Характеристики ККМ С-SiC и С-SiC

35

38. Применение высокотемпературных КМ (УУКМ ККМ) в узлах ДЛА

36

39. ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Классификация двигателей летательных аппаратов
(ДЛА)
2. Неметаллические композиционные материалы
(НМКМ). Компоненты и материалы, применяемые в
НМКМ
3. Технологии КМ применительно к деталям и узлам
ДЛА
37

40. Технологии НМКМ применительно к деталям и узлам ДЛА

1. Получение полимерных КМ
2. Получение УУКМ
3. Получение(У)ККМ
4. Получение композитной керамики UHTC
38

41. Основные технологии ПКМ

39

42. Основные технологии ПКМ

40

43. Контактное формование

41

44. Получение препрегов

42

45. Ручное контактное формование с использованием препрегов

43

46. Контактное формование (автоматизированное)

44

47. Пропитка сухих преформ под ваккумом

45

48. Основные технологии ПКМ

46

49. Вакуумно-автоклавное формование

47

50. Вакуумно-автоклавное формование

48

51. Узлы ВРД из ПКМ

49

52. Основные технологии ПКМ

50

53. Мокрая намотка

51

54. Намотка препрегом (сухая)

52

55. Применение ПКМ в РДТТ

53

56. Технологии КМ применительно к деталям и узлам ДЛА

1. Получение полимерных КМ
2. Получение УУКМ
3. Получение(У)ККМ
4. Получение композитной керамики UHTC
54

57. Получение УУКМ

1. Углепластиковый передел (термообработка карбонизация углепластика)
2. Пироуплотнение углеродом (или после стадии 1 или
сухих преформ)
3. Жидкофазная пропитка и карбонизация под
давлением (или после стадий 1 или 2, или сухих
каркасов)
55

58. Термообработка полимерных связующих при получении УУКМ

56

59. Армирующие структуры для УУКМ

Углепластиковые стержни
57

60. Технология жидкофазной пропитки под давлением

58

61.

Оборудование для формирования углеродной матрицы УУКМ методом
жидкофазной пропитки в АО «Композит»
Внешний вид установки
пропитки пеком
Внешний вид установки
карбонизации
Установка
высокотемпературной
обработки до 2200 ºС
(графитации)
59

62. Газофазное получение УУКМ

60

63. Размещение заготовок в печи при изотермическом получении УУКМ

61

64. Узлы РДТТ из УУКМ

Внешний вид демонстратора соплового
вкладыша РДТТ
из УУКМ марки МКУ4М-7-У
Внешний вид демонстратора
ГР РДТТ
из УУКМ марки ИПГП
62

65.

Факторы воздействия среды на детали из УККМ
C-SiC в ЖРД и ЖРДМТ
Обеспечение
эрозионной
стойкости в
окислительной
высокотемпературной среде
Обеспечение
высокой
термостойкости
Детали ЖРД и
ЖРДМТ из
УККМ C-SiC
Обеспечение высоких
механических характеристик
при высоких температурах
63

66.

Технология получения УККМ C-SiC в аспекте решения задач, связанных с
противодействием среде функционирования
Обеспечение
прочности, в т.ч. при
высоких
температурах, и
термостойкости
Пористая УУКМ-заготовка
Газофазное или жидкофазное
насыщение карбидом кремния
Получение покрытия толщиной 100
мкм методом газофазного осаждения
Обеспечение
окислительной и
теплоэрозионной
стойкости
УККМ С-SiC, стойкий к
воздействию факторов среды
64

67. Применение УККМ в ЖРД

Камеры сгорания ЖРДМТ МАИ-202-200
Крупногабаритный
СНРО
65

68. Применение УККМ в ПВРД ГЛА

66

69. Применение ККМ в ТРД

67

70. Применение ККМ в ТРД

68

71. Заключение

- НМКМ находят всё большее применение в деталях и
узлах ДЛА в качестве материалов конструкционного и
функционального назначения;
-
повышение ТТХ, снижение веса конструкции,
повышение экологичности, экономичности,
снижение шумности (АД);
- дальнейшее совершенствование технологии
получения компонентов НМКМ, а также самих
технологий получения НМКМ обусловливает
снижение стоимость изготовления ДЛА из них,
повышение их технологичности и качества.
69