Область применения

Рубленое стекловолокио/по-

Лиэфир

Рубленое Я-стекловолок - но/эпоксиды

Я-стеклоткань/эпоксидная смола

£-стеклоткань/полиимид

Пропитанная эпоксидной смолой однонаправленная лента из стекловолокна:

Ненесущие детали взамен металлических отли­вок, кожухи электрических устройств и др. Сложные электротехнические детали, передние и задние кромки, высоконагруженные детали сложного профиля

Несущие и ненесущие конструкции сверхзвуко­вых самолетов, трубопроводы, корпуса, шпан­гоуты, лопасти винтов вертолетов, обтекатели (наиболее универсальный материал) Высокотермостойкое применение, обтекатели антенн радиолокаторов и двигателей

Наиболее целесообразное применение: лопасти роторов, детали крыльев малых летательных аппаратов

Жестче и прочнее, чем с Е-стекловолокном, по­этому рекомендуется для наиболее ответственного использования

Намотка S - и £-стеклово - локном с матрицей: эпоксидной полиимидной

Эпоксиуглепластик (ЭУП)

Эпоксиборопластик (ЭБП)

Полиимидоуглепласти к

Эпоксиарамидопластик (с использованием волокна «Кевлар»)

Гибридные материалы иа эпоксидной основе с исполь­зованием стекло-, углерод­ного, арамидного и борного волокон

Обтекатели, емкости высокого давления

Та же область применения, но для условий более

Высоких температур

Конструкционное применение для систем высо­кой жесткости и повышенного предела выносли­вости. Приемлем для использования в большин­стве сильно нагруженных конструкционных де­талей

То же, что и в предыдущем случае, ио для дета­лей простой формы и малой кривизны Используется для высокоскоростных самолетов в случае необходимости высокой термостойкости Высокоэффективные обтекатели с высокой удар­ной прочностью и малой массой

Прекрасно используются для вертолетов и само­летов типа ITL, Использование многих комби­наций волокон дает возможность получать де­тали лучшего качества, чем при одном виде во­локна

Дополнительные данные, необходимые для детальной разра­ботки, можно найти в соответствующей главе. Качество выпол­няемых конструкторских разработок находит свое отражение в результатах испытаний в условиях статического и усталост­ного нагружения. Большинство разработок деталей летательных аппаратов характеризуется высокими эксплуатационными свой­ствами. Предполагаете^, что разрушение деталей в среднем про­исходит при величинах, составляющих 125 % от максимальной

Величины, заложенной при разработке деталей. Разрушению обычно подвергают 10 % деталей от числа изготовленных. В случае правильно изготовленных деталей стойкость к усталостным на­грузкам составляет от одного до четырех закладываемых при разработке уровней работоспособности. Эти требования удовлетво­ряются даже при необходимости высокого сопротивления уста­лости для летательных аппаратов гражданской авиации.

28.5. Первоначальное применение КУС для изготовления летательных аппаратов

Некоторые из первых КУС конструкций включали конец крыла самолета С-141 (фирмы «Локхид»), Эпоксидно-бороволок - нистая концевая часть крыла стала первой деталью с использо­ванием борного волокна, зарегистрированной в федеральном управлении гражданской авиации. Гребень консоли крыла само­лета марки А6-А, изготовленный фирмой «Грумман», представлял собой одну из первых деталей на основе эпоксидно-бороволокни - стого материала, изготовленную на достаточно широкой основе. Испытание поверхности после 200 ч полета показало необходи­мость использования защитного покрытия для этих материалов.

Фирмой «Макдоннел» была изготовлена серия рулей поворота из эпоксидно-бороволокнистого материала для самолета F-4, установленных затем на большом числе летательных аппаратов, находящихся на вооружении США. Это было первое широкое использование КУС и оно дало большое количество данных по эксплуатационным свойствам этих новых конструкционных ма­териалов. Были решены некоторые проблемы, связанные с пове­дением деталей в полете, но большинство из них оказались не связанными с характеристикой материалов. Напротив, эти проб­лемы явились результатом незнакомства с требованиями по

Толщине материала и критё-» рнями, связанным^ с иХ прЬ- изводством.

Первой ' изготовленной де­талью, разработанной специ­ально из композита, был гори­зонтальный стабилизатор для самолета F-14A [7]. Деталь имела размер 2,5x2,5 м, тра­пециевидную форму (рис. 28.3) и состояла из сотового запол­нителя и обшивок из эпо - ксидно-бороволокнистого пла­стика. Толщина обшивки ме­нялась от семи слоев на краю детали до 56 слоев у основания. Рис - 28-4- Конструкция предкрылка из При этом благодаря использова - «opo™*™» самолета С'5А нию борного волокна было сэко­номлено 83 кг массы. Такие стабилизаторы использовались в са­молетах вплоть до 1970 г. и никаких серьезных проблем в их обслуживании не было обнаружено. Была отмечена интересная особенность увеличения производства этих материалов: кривая освоения производства этих конструкций была круче, чем кривые освоения производства для металлических конструкций, что привело к существенному снижению стоимости деталей из ком­позитов.

Наиболее обширная, поддержанная правительством США про­грамма транспорта включала разработку предкрылка для само­лета С-5А (см. рис. 28.4). В данном случае отказались от исполь­зования существующей конструкции из алюминия и разработали конструкцию этой детали целиком из эпоксидно-бороволокнистого пластика. Предложенная конструкция обеспечила 22 %-ное снижение массы. Пока новая конструкция состоит только из 79 деталей по сравнению с 800 деталями при использовании алю­миниевых панелей, не считая ребер жесткости.

При эксплуатации композитов в авиации были выявлены пре­красные характеристики изделий из них, причем никакой раз­ницы в ресурсе самолета в случае использования композиционных материалов не обнаружено. Неудачное исполнение некоторых деталей привело к необходимости возврата их на ремонт, свиде­тельствуя косвенным образом о некоторых преимуществах, за­ключающихся в возможности ремонта деталей.

Обычное снижение массы при производстве современных воен­ных летательных аппаратов составляет 20 %, для перспективных летательных аппаратов гражданской авиации — около 25%, для перспективных Ценных летательных аппаратов •— до 30— 35 % и для конструкций космических летательных аппаратов — до 40 %. В табл.

Сокращения: ДжДКЭ — фирма «Дженерал дайнемикс коивэр эаро- спейс»; НАР — отделение аэрокосмической техники фирмы «Норт Америкэн Рокуэлл»; РАЕ — «Роял эаркрафт»

Ционных материалов с данными по снижению массы по сравнению с их металлическими аналогами. Разработка новых материалов и технологии их применения привела к снижению первоначально высокой стоимости компонентов из композитов для летательных аппаратов и космических аппаратов, которая теперь равна стои­мости их металлических аналогов или ниже ее. Производство де­талей из композитов для летательных аппаратов гражданской авиации продолжает вырастать и ожидается, что они будут иметь цену на 10 ... 15 % меньше, чем у аналогичных металлических деталей. Первоначально автоматизация процессов их получения и низкая стоимость композитов привела к их использованию для ненесущих конструкционных элементов и должна привести к их использованию в основных (несущих) элементах.