Сегодня в авиастроении часто используют полимерные композиционные материалы, но они склонны к расслоению. Поэтому для их укрепления применяют специальные 3D-ткани. Ученые пермского Политеха впервые провели комплексные испытания таких композитов на прочность. По их словам, изучение процессов деформирования и разрушения позволит сделать современные самолеты более долговечными и надежными. Об этом рассказали в пресс-службе ВУЗа. Результаты работы ученые опубликовали в журнале IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.
Исследование проведено при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Его инициатором выступило одно из промышленных предприятий Пермского края, которое уже внедрило результаты в производство.
– Традиционные полимерные композиты в ряде случаев не всегда могут обеспечить необходимую прочность: материал может со временем расслаиваться. Чтобы избежать этого недостатка, используют 3D-ткани – материалы с пространственно-армированными наполнителями. Но при этом могут изменяться другие важные свойства таких «сложных» композитов. Поэтому мы провели комплексный анализ механических характеристик 3D-тканей, чтобы выявить их «слабые места». Это позволит в будущем сделать самолеты более прочными и долговечными, – рассказывает научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат физико-математических наук Елена Струнгарь.
По словам исследователя, многослойные углеродные ткани объемного плетения используют в качестве армирующего материала углепластиков. Они работают в сложных и жестких условиях – при воздействии высокоскоростных аэродинамических потоков, вибрации и высоких температур. Например, эти материалы применяют в производстве «черного крыла» самолета МС-21. В перспективе ближайших 3-5 лет их будут использовать и в конструкциях фюзеляжей и двигателей современных самолетов, считает Елена Струнгарь.
Ученые впервые провели всестороннее исследование механических характеристик композитов на основе углеволокна и эпоксидного связующего. С помощью современного оборудования Центра экспериментальной механики Пермского Политеха они изучили процессы деформирования и разрушения материалов различных схем армирования.
В ходе эксперимента ученые испытывали 3D-ткани с разными типами переплетения: изучали способность материала выдерживать разрывы, скручивания, сжатия и удары. После каждого эксперимента ученые анализировали данные, полученные на лабораторных установках, записи видеосистемы и искали под стереомикроскопом повреждения. В результате исследователи получили карты «слабых мест» 3D-тканей — областей, на которых скапливалось больше всего дефектов после внешних воздействий.
Переславские ученые создали космический сверхпрочный композит нового поколения
Ученые из Переславского НИИ космических и авиационных материалов создали композиционный материал нового поколения, способный выдерживать огромные нагрузки. Полоска шириной 5 миллиметров при собственной массе 2 грамма способна удерживать груз массой более 500 килограммов. Ни сталь, ни авиационный алюминий с таким не справятся. К тому же, в отличие от классических эпоксидных полимеров, активно используемых в гражданской авиации, новый материал – огнеупорный, влагостойкий и не подвержен деформации при использовании.
– Ярославская область является площадкой уникальных инновационных разработок в сферах образования, здравоохранения и промышленности. Поддержка исследований имеет стратегическое значение для социально-экономического развития региона, – отметил губернатор Дмитрий Миронов. – Переславский НИИ работает более 30 лет, здесь свыше 100 собственных разработок. В этом году, объявленном Президентом России Годом науки и технологий, наши ученые презентовали образец высокотехнологичной продукции – неубиваемый композит нового поколения, который, я уверен, будет востребован российской и мировой промышленностью.
Материал получил название «аристар» от греческого и латинского «наилучший» и «звездный». По словам разработчиков, он рассчитан на использование в технологиях будущего, требующих высокой прочности в сочетании с малым весом, огнеупорными свойствами, а также устойчивостью к радиационному воздействию. Изобретение имеет российские и международные патенты и прошло испытания.
Источник по теме: Фото предоставлено правительством Ярославской области
– Технология, на основе которой мы разработали этот материал, известна ученым около 20 лет, но за все эти годы успеха смогли добиться только в США, в Японии уже 15 лет проводят опыты.
Нам понадобилось семь лет, но по свойствам наша разработка опережает американскую, – рассказал почетный профессор Академического союза Оксфорда в области бизнеса, управления и научных исследований, генеральный директор ООО «НИИКАМ» Василий Аристов. – Такой материал обладает свойствами, которые должны помочь людям в дальнейшем освоении космоса как элемент несущих конструкций и антенн.
Также аристар может применяться в гражданской авиации. В ней сейчас активно используются схожие по внешним характеристикам эпоксидные полимеры, но они не обладают стойкостью при воздействии огня. Возможно использование в судостроении, противопожарных технологиях, перспективно и для атомной промышленности. Применяя такой материал, мы сохраним тысячи жизней.
В 2020 году переславскими учеными был создан материал аристид, пригодный для использования в авиационной, космической и других сферах. Он в 10 раз легче авиационного алюминия и способен выдерживать температуры до 1300 градусов, оставаясь устойчивым к возгоранию. Кроме того, он может выдержать выстрел из пистолета и постепенно регенерироваться.
По мнению ученых, аристид – достойная замена авиационному алюминию и эпоксидным полимерам. По способности сохранять тепло 3 миллиметра этого материала могут равняться метру кирпичной кладки, поэтому сфера применения его достаточно широка. В настоящее время материал уже применяется при производстве радиотехнических изделий и в качестве теплоизоляции спутниковых систем.
По теме подробнее: Российские ученые создали уникальные для авиастроения материалы
