В МАИ разработали перспективный легкий заполнитель для обшивки космических аппаратов и самолетов
В Московском авиационном институте разработали новый тип заполнителя для трехслойных панелей, которые применяют в обшивке космических аппаратов, самолетов, при производстве отдельных элементов оперения и механизации воздушных судов. Проект нацелен на увеличение массовой эффективности изделий с сохранением или улучшением жесткостных и прочностных характеристик, а также значительное повышение теплоустойчивости конструкции. Об этом сообщает AVIA.RU.
Как рассказали в МАИ, при проектировании самолетов и техники, эксплуатируемой в космическом пространстве, инженеры ищут баланс между несовместимыми требованиями. С одной стороны, конструкция должна выдерживать огромные нагрузки в полете – от аэродинамического давления и перегрузок до нагрева и вибраций. С другой – чем легче аппарат, тем меньше топлива он или связанные с ним системы расходуют и тем больше полезной нагрузки возможно взять на борт. Кроме того, нужно учитывать и условия эксплуатации: перепады температур, влажность, воздействие атмосферных явлений.
"Уже давно в авиастроении нашли компромисс – трехслойные панели. Они похожи на сэндвич: два прочных внешних слоя и внутренний легкий заполнитель между ними. Его распространенный вариант похож на пчелиные соты. Он имеет малый вес, большую удельную прочность, хорошие теплоизолирующие и звукопоглощающие свойства. Однако у него есть недостатки: скопление конденсата внутри, температурные ограничения и относительно низкая стойкость к внешним воздействиям", – уточнил соавтор проекта, доцент и инженер кафедры 602 «Проектирование и прочность авиационно-ракетных и космических изделий» МАИ Антон Волков.
Специалисты МАИ предложили иную структуру заполнителя – конусообразную дискретную. Она отдаленно напоминает упаковку из‑под яиц, но с тщательно просчитанной формой ячеек. Конструкция с таким заполнителем получается исключительно жесткой, но при этом остается легкой, сравнимой по массе с классическими сотовыми панелями. При этом внутренняя часть модифицированного «сэндвича» позволяет эффективнее аналогов охлаждать внешний слой, если он подвергается воздействию высоких температур. В первую очередь, это актуально для высокоскоростных летательных аппаратов и теплонагруженных конструкций, включая многоразовые ракетные комплексы.
"Внутри заполнителя может циркулировать жидкость или газ, отводя тепло от нагреваемых элементов. При этом конструкция не теряет способности выдерживать значительные механические нагрузки без критических деформаций, – рассказал Антон Волков. – Но и это еще не все. Благодаря использованию данной разработки можно добиться снижения общей массы аппарата. Ведь заполнитель позволяет отказаться от дополнительных защитных материалов, применяемых для теплоизоляции".
В данный момент ведется разработка технологического процесса производства заполнителя. Уже изготовлены опытные образцы и проведены физические испытания, которые доказали корректность первоначальных расчетов. Дополнительно выполнено компьютерное моделирование, которое наглядно показало: система отводит тепло, удерживая температуру в безопасных пределах, а конструкция демонстрирует сохранение несущей способности. Также ученые подтвердили, что подобная конфигурация может некоторое время препятствовать возникновению явления ползучести – постепенной необратимой деформации материала под действием постоянной нагрузки и повышенной температуры. Вместе с тем, со слов разработчиков, остаются актуальными некоторые вопросы, связанные с прочностью соединения несущего слоя и заполнителя. Решить их планируется в ходе дальнейших исследований.
