Применение композитных материалов

Применение композитных материалов перед традиционными металлами особенно значимы в авиации и космонавтике. Замена традиционных материалов композитами позволяет резко снизить массу самолетов, ракет, космических кораблей. Это достигается как за счет малой плотности многих композитов (органопластик, углепластиков, углеалюминия и др.), так и за счет их высокой прочности, жесткости, вязкости, износостойкости.

Применение композитных материалов в самолетостроении

Чем легче самолет, тем меньше горючего он потребляет, тем больший полезный груз может нести и тем выше его эксплуатационные характеристики. Сегодня ведется упорнейшая борьба за экономию каждого килограмма массы летательных аппаратов, потому что каждый килограмм экономит деньги, вложенные в его создание. Применение композитов позволит снизить массу самолетов,   вертолетов,   космических   кораблей   на   15—50 %    по сравнению   с   конструкциями   из   традиционных   металлов.

А   это — миллионы   и   миллиарды   рублей   экономического эффекта.

Самолет
Применение композитных материалов в самолетостроении позволяет снизить массу самолетов

Стоимость запуска спутника

Вот  несколько  цифр из оценок американских специалистов. Если полезная нагрузка   спутника   13,6 т   и   стоимость   одного   запуска спутника   4,5   млн. долларов, то вывод на орбиту одного килограмма полезного груза обходится в 4,5 • 106 : 13,6 • 103 = 330 долларов.

Следовательно, при снижении массы конструкции на 1 кг носитель сможет выводить на орбиту во время каждого запуска лишний I килограмм стоимостью 330 долларов. Если носитель использовать 500 раз, экономия за счет килограмма полезной нагрузки   (только 1 кг!)   составит  330•500=165 000  долларов.

А снизив массу спутника на 2 т, то есть всего на 15 % , удастся сэкономить 330 млн. долларов.

Цифры достаточно красноречивые, чтобы оценить применение композитных материалов в космической технике.

Подобные задачи стоят перед авиацией, судостроением, автомобилестроением и многими другими отраслями техники.

Достоинства композитных материалов

Достоинствами композитных материалов является то, что объединение в одном материале компонентов, обладающих различными физическими свойствами, позволит получать новые физические эффекты, которые у традиционных материалов отсутствуют.

Уже сегодня применяются композиты, сконструированные из магнитострикционных и пьезоэлектрических материалов, которые обладают способностью без вспомогательного источника тока преобразовывать магнитные сигналы в электрические.

Уже используются композиты, состоящие из проводников и полупроводников, способные резко изменять электросопротивление под действием магнитного поля. Различных сочетаний можно создавать неограниченно. И каждое — новый физический эффект, а значит, новые приборы, новые технологии, новые знания.

Деятельность инженеров

Можно долго перечислять области техники, в которых применение композитов поможет решить важнейшие технические   и   экономические   задачи.   Но   важнее   конкретных удачных   применений   влияние   самой   идеи   композитов   на деятельность инженеров.

Инженер
Композиты используются в деятельности инженеров

Например работа конструктора. Ведь это только кажется, что он сначала придумывает новую конструкцию, а потом выбирает для нее материал. Так должно быть, но в подавляющем большинстве случаев так не бывает.

На самом деле конструктор подсознательно, на основе имеющегося у него опыта, разрабатывает новую конструкцию под определенный материал, все время держа в уме его свойства и возможности. То есть он заранее ставит себя в жесткие рамки, ограниченные свойствами известных материалов, потому что знает: на разработку нового, не существующего сегодня материала, нужны годы, а дожидаться, пока это произойдет, он не может.

И в общем-то такой подход оправдан существующим положением дел с материалами. Вернее, существовавшим до осознания возможностей композитов. С широким внедрением композитов в технику должна меняться психология конструкторов. И не только конструкторов, а технологов, физиков, специалистов по прочности, представителей многих других профессий. Изменится их образ мышления. Они будут знать, что свойства материалов можно изменить так, как требуется для создаваемого изделия.

Это обычное дело для композитов — подстраивать материал под конструкцию. Поэтому полет фантазии специалистов, их творчество не будут ограничиваться рамками раз и навсегда заданных свойств материала. А это значит, что появятся новые машины, двигатели, здания, приборы, которые не могли появиться в докомпозиционную эру. Композиты должны произвести революцию в психологии инженеров, и в этом, пожалуй, их главная миссия.

Наука о материалах — это интересно, а композиты — один из самых увлекательных ее разделов.

 

Subscribe

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *