Применение композитных материалов
Елена Голец 2284
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.
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.
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.
