Глава 10

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

   Современную авиакосмическую технику характеризует необычайный прогресс в области конструирования. Применение новых материалов и технологических методов, более точных методик прочностных расчетов позволяет создавать конструкции, не имеющие аналогов в практике конструирования. В то же время не только собственный опыт конструирования, но и опыт, накопленный в других отраслях транспортного машиностроения, находит самое широкое применение при создании конструкций ЛА. Возможность создания конструкции минимальной массы, обладающей необходимой прочностью и жесткостью, во многом зависит от характеристик применяемых материалов.

10.1. Основные конструкционные материалы

   Материалы, используемые в конструкции ЛА, должны обладать:
      - высокими физико-механическими (прочностными) характеристиками, которые должны сохраняться как в широком диапазоне температур (низкие, отрицательные - при дозвуковом полете в стратосфере, высокие - при сверхзвуковом полете в условиях кинетического нагрева конструкции), так и при неблагоприятном воздействии внешней среды (см. раздел 3.2.3);
      - возможно меньшей плотностью;
      - хорошими технологическими свойствами (способностью поддаваться различным методам обработки в процессе производства);
   Важными характеристиками материалов являются низкая стоимость в состоянии поставки (стоимость заготовок) и минимальные затраты на обработку.
   Характеристики и свойства материалов определяют не только качество деталей, но и саму возможность достаточно экономичного получения заготовок для них (листов, профилей, отливок, штамповок, поковок и т. д.).
   Различные технологические процессы изготовления деталей (литье, ковка, штамповка, механическая обработка резанием, термическая и химическая обработка) определяются свойствами металлов и, в свою очередь, влияют на них.
   В настоящее время основными материалами для изготовления агрегатов планера ЛА (крыла, фюзеляжа, оперения) и элементов системы управления являются алюминиевые сплавы.
   Для наиболее нагруженных и ответственных деталей применяются высокопрочные высоколегированные стали, титановые и другие сплавы.
   Широко применяются и неметаллические материалы - стеклопластики, углепластики, полимерные заполнители, клеи, органическое стекло и др.
   Одной из важнейших характеристик конструкционных материалов является их удельная прочность - отношение максимально допустимых напряжений, которые способен выдержать материал без разрушения, к плотности материалоа.
   Рациональность использования материала при преобразовании заготовки в готовую деталь может быть оценена коэффициентом использования материала (КИМ) - отношением массы детали к массе заготовки, из которой она получена. Чем меньше материала идет в отходы, тем выше КИМ.
   Все более широкое применение в конструкции ЛА находят композиционные материалы (КМ), в которых высокопрочные углеродные, органические, борные или другие армирующие волокна связаны в монолит (от греч. monos - единый и lithos - камень) - в единое целое податливой полимерной или металлической матрицей ( связующим), заполняющей межволоконное пространство.
   Основной особенностью КМ является то, что он "проектируется" одновременно с проектированием элементов конструкции. Располагая соответствующим образом (ориентируя) армирующие волокна (которые будут воспринимать нагрузки, действующие на конструкцию, и придавать ей жесткость и прочность), организуя технологический процесс заполнения межволоконного пространства матрицей (обеспечивающей совместную работу армирующих волокон), конструктор сразу, практически без отходов материалов, создает необходимый элемент конструкции, обладающий свойствами, строго соответствующими его назначению, что позволяет в некоторых случаях достичь такого уровня совершенства конструкции, который недостижим при использовании традиционных материалов.
   В каждом конкретном случае выбор того или иного материала определяется конструктивными требованиями (по удельной прочности, теплопрочности, коррозионной стойкости, чувствительности к знакопеременным нагрузкам и т. д.), а также требованиями по технологическим свойствам и стоимости.