УДК 620.22-419.8

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Подтелкина Ольга Александровна
ФГБУ «Главный научно-исследовательский испытательный центр робототехники» Министерства обороны Российской Федерации
научный сотрудник

Аннотация
В данной статье представлен общий обзор композиционных материалов и их типов, были проанализированы преимущества и недостатки композиционных материалов по сравнению с традиционными материалами, используемыми при конструировании беспилотных летательных аппаратов и рассмотрены перспективы их развития.

Ключевые слова: , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Подтелкина О.А. Применение композиционных материалов при конструировании беспилотных летательных аппаратов // Современные научные исследования и инновации. 2018. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2018/11/88047 (дата обращения: 02.02.2020).

Активное развитие беспилотных летательных аппаратов (БЛА) требует новых технологических решений. Одним из наиболее приоритетных направлений развития БЛА является повышение степени автономности и повышение экономической эффективности аппарата за счет снижения веса конструкции. Этого можно достичь путем использования новых композиционных материалов, которые превосходят традиционные материалы по многим параметрам.

Традиционные однородные материалы имеют микроповреждения. Для устранения данной проблемы целесообразно использовать подобные материалы в виде тонких волокон, так как чем тоньше волокно, тем меньше остается дефектов в сечении. Волокна (упрочнители) заключаются в матрицу (основу), которая обеспечивает изгиб, сжатие или растяжение волокон. Свойства композиционных материалов позволяют достичь высокой прочности и жесткости.

По природе компонентов композиционные материалы делят на следующие группы:

1. содержащие компоненты из металлов или сплавов;

2. включающие компоненты из неорганических соединений оксидов, карбидов, нитридов и др.;

3. состоящие из неметаллических элементов, углерода, бора и др.;

4. содержащие компоненты из органических соединений (эпоксидные, полиэфирные, фенольные и другие смолы).

По структуре композиты делятся на волокнистые, слоистые, дисперсно-упрочненные, упрочненные частицами и нанокомпозиты.

Решающее влияние на механические свойства композиции зависит от объемного соотношения упрочнителей и матрицы, от вида и ориентации волокон. При использовании упрочнителей в виде частиц передача нагрузки ложится на основу материала. Преимуществом данного варианта является простота изготовления. При использовании упрочнителей в виде непрерывного волокна увеличивается способность материала принимать растягивающие нагрузки путем частичного снятия нагрузки с матрицы.

При использовании нескольких слоев волокна под углом 45° материал получается изотропным, то есть он способен воспринимать нагрузки одинаково во всех направлениях. Композиционные материалы сотовой конструкции (сэндвич-панели) являются высокопрочными материалами, обладающие малым весом и выдерживающие большие нагрузки на сжатие.

Содержание упрочнителей в ориентированных материалах составляет примерно 60-80% от общего объема, в неориентированных до 30%. Чем выше прочность и жесткость волокон, тем выше прочность получаемого материала к растяжениям. Свойства матрицы определяют прочность материала при сдвиге и сжатии и сопротивление усталостному разрушению.

Меньшая, чем у традиционных материалов, чувствительность композиционных материалов к концентрации напряжений и низкая скорость распространения усталостных трещин увеличивает долговечность структур в композиционных материалах, также увеличивает показатели радиопрозрачности и коррозионной стойкости.

Основное преимущество композиционных материалов – возможность самостоятельно определять тип материала, ориентацию и объемное содержание волокон, что позволяет получать конструкционные материалы с требуемыми функциональными свойствами и делает использование композиционных материалов очень ценным и перспективным направлением в проектировании беспилотных летательных аппаратов.

Важную роль играет относительно небольшой вес композиционных материалов и их способность создавать сложные аэродинамические поверхности высокого качества. Использование композиционных материалов при создании силовой части конструкции БЛА позволяет не только снизить массу аппарата, но и повысить его аэродинамическое совершенство, что позволяет по сравнению с традиционными материалами увеличить аэродинамическое качество на 10-20%.

В настоящее время использование композиционных материалов при строительстве беспилотных летательных аппаратов неуклонно растет. Примеры использования композиционных материалов:

БЛА самолетного типа S100 (ООО «Беспилотные Системы» г. Ижевск) имеет конструкцию, выполненную из карбона и композитных материалов, благодаря чему может транспортироваться любым транспортным средством до места эксплуатации.

Микро-БЛА Mosquito-1 производства фирмой IAI (Израиль) изготовлен из композиционных материалов на основе углерода, имеет массу около 250 граммов при размахе крыла 30 сантиметров.

БЛА «Аса-2», предназначенный для тестирования навигационных комплексов, комплексов управления, управляющих систем, силовых установок и т.д., изготовлен с использованием композиционных материалов, благодаря чему обладает высокой прочностью конструкции при малом весе.

Помимо многих положительных свойств композиционные материалы обладают рядом недостатков, которые ограничивают их распространение и использование. К ним относятся: высокая стоимость; анизотропия; низкая ударопрочность; высокий удельный объем; токсичность и т.д.

Из-за низкой ударной вязкости применение композиционных материалов ограничено изготовлением элементов, воспринимающих статические нагрузки.

Однако несмотря на перечисленные недостатки, композиционные материалы уже достаточно широко применяются при изготовлении беспилотных летательных аппаратов, и дальнейшее развитие в этом направлении имеет большие перспективы.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Бобович Б.Б. Неметаллические конструкционные материалы: Учебное пособие. М.: МГИУ. 2009. 384 с.
  2. Интеллектуальные авиаконструкционные материалы и микросистемная техника / В сборнике материалов конференции «Будущее индустрии». М.: МФТИ, 2012. 32 с.
  3. Бейдер Э.Я., Петрова Г.Н., Изотова Т.Ф., Гуреева Е.В. Композиционные материалы термопластичные материалы и пенополиимиды // Труды ВИАМ. 2013. № 11.Ст. 01 (viam-works.ru)
  4. Каблов Е.Н. Современные материалы – основа инновационной модернизации России // Металлы Евразии. 2012. № 3. С. 10–15.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Подтелкина Ольга Александровна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация