Отчёт по практике на тему Технология производства двигателей летательных аппаратов

Содержание:

Введение. 2

1.
Наноиндустрия авиадвигателя. 3

1.1
Создание узлов авиационных двигателей из полимерных композиционных материалов
(ПКМ), модифицированных наночастицами. 3

1.2
Создание полой широкохордной рабочей лопатки вентилятора с использованием
наноструктурированного титанового сплава. 4

1.3
Разработка технологии изготовления деталей из жаростойких наноструктурированных
композиционных материалов типа C-SiC.. 5

1.4
Создание лопаток турбин из наноструктурированного монокристального сплава с
композиционным наноструктурным защитным покрытием. 6

2.
Обзор современного состояния применения композиционных материалов при
изготовлении ЛСА.. 9

3.
Создание новых конструкционных материалов. 13

3.1
Нанокомпозиционные материалы.. 13

3.2
«Самозалечивающиеся конструкции». 17

3.3
Сплавы с памятью формы.. 17

3.4
«Умные материалы». 17

3.5
Нанопокрытия. 18

3.6
Нанотехнологии в борьбе с обледенением самолетов. 19

3.7
«Электромеханическая краска». 19

3.8
Использование нанодатчиков. 20

Заключение. 21

Список
использованной литературы.. 22

Введение:

Человечество постоянно стремится
создать все более быстрые, более надежные и более комфортабельные средства
передвижения. Преимущества авиации заключаются в том, что именно она
обеспечивает самую быструю, удобную и комфортабельную транспортировку людей и
товаров на большие расстояния.

Исторически развитие авиации было
направлено на преодоление двух барьеров – максимальных высот и скоростей полета.
Сегодня авиация активно осваивает все новые высоты в околоземном пространстве,
сверхзвуковые и гиперзвуковые диапазоны скорости.

Новый уровень развития авиации в
будущем могут обеспечить только новые инновационные технологии, так как
традиционные уже исчерпали себя и дальнейшее их использование дает
незначительные результаты при существенных затратах. В этом плане
нанотехнологии открывают практически бесчисленные возможности для развития
авиации. Они позволят перейти к принципиально новым концепциям летательных
аппаратов.

Наряду с применением
композиционных материалов в целях снижения веса конструкции самолета
используются и новые решения в системах управления его основными агрегатами.
Апробируются возможности перехода от довольно сложных и дорогих в эксплуатации
гидравлических систем к электрическим. В частности, электродвигатели
предлагается использовать для управления элементами крыла и хвостового
оперения, выпуска и уборки шасси, передвижения самолета от места посадки
пассажиров к взлетно-посадочной полосе.

Концепция «более
электрифицированного» самолета находится пока на начальной стадии разработок,
однако ей уже были посвящены четыре международные конференции. Основными
областями применения концепции может стать авиация общего назначения,
коммерческие и беспилотные летательные аппараты.

Заключение:

На фоне глобальных вызовов,
связанных с изменением климата, загрязнением атмосферы и сокращением объемов
невозобновляемых энергоресурсов, количество авиаперевозок в мире постоянно
растет, а требования к обеспечению безопасности и экологичности полетов при этом
повышаются.

Все это задает ряд прогрессивных
тенденций в развитии авиастроения и делает необходимым поиск новых подходов к
конструированию летательных аппаратов и внедрению оптимальных технических
решений.

Улучшить функциональные свойства
летательного аппарата, снизить его вес на 20–40%, сохранив при этом оптимальный
баланс между прочностью и весом, повысить энергоэффективность, минимизировать
эксплуатационные расходы и обеспечить безопасность полетов можно за счет более
широкого использования конструкционных композиционных материалов (композитов)
нового поколения.

Так, металлические композиционные
материалы, обладающие высокой жаропрочностью, могут использоваться для создания
деталей двигателей нового поколения: сопловых лопаток и створок регулируемого
сопла. Керамические композиционные материалы применяются для изготовления
теплонагруженных поверхностей носовой части фюзеляжа и передней части крыла
высокоскоростных летательных аппаратов. Информкомпозиты с сенсорными элементами
позволяют отслеживать критические деформации конструкций, снижая затраты на
диагностику, технический осмотр и ремонтные работы.

Фрагмент текста работы:

1.
Наноиндустрия авиадвигателя Базовым двигателем семейства
является двигатель ПД-14 с тягой 14 тонн, который по своим уникальным
техническим параметрам относится к пятому поколению авиационных двигателей и
будет конкурировать с перспективными двигателями ведущих западных фирм.

Определен технический облик ПД-14
и ведутся работы по созданию газогенератора-демонстратора и
двигателя-демонстратора технологий. В ОАО «Авиадвигатель» (головной
разработчик) совместно с ФГУП «ЦИАМ» спроектирован демонстрационный
газогенератор, изготовление которого начато с привлечением ОАО «НПП «Мотор»,
ОАО «ПМЗ», ОАО «УМПО» и ФГУП «ММПП «Салют». Испытания газогенератора
запланированы на 2010 год.

Одновременно проводятся
исследования по созданию и применению нанотехнологий в системе полноразмерного
двигателя, эти работы ведутся по следующим основным направлениям:

Создание узлов авиационных
двигателей из полимерных композиционных материалов (ПКМ), модифицированных
наночастицами.

Создание полой широкохордной
рабочей лопатки вентилятора с использованием наноструктурированного титанового
сплава.

Разработка технологии
изготовления деталей из жаростойких наноструктурированных композиционных
материалов типа C-SiC.

Создание лопаток турбин из
наноструктурированного монокристального сплава с композиционным наноструктурным
защитным покрытием.

1.1 Создание узлов авиационных
двигателей из полимерных композиционных материалов (ПКМ), модифицированных
наночастицами В настоящее время ПКМ находят все
более широкое распространение в конструкции узлов авиационной техники. Для
самолетов и двигателей нового поколения применение ПКМ является ключевой
технологией, позволяющей кардинально снизить вес изделий, а значит повысить
топливную эффективность самолетов и увеличить полезную нагрузку.

Но серийно эксплуатируемые типы
ПКМ на основе эпоксидной и полимерной матриц имеют ряд характерных недостатков,
в частности, им присуще расслоение внутри материала, обусловленное
недостаточным уровнем физико-механических характеристик полимерных связующих.
Использование углеродных нанотрубок для модификации применяемых и перспективных
марок связующих позволит снизить вероятность расслоения пластика, повысить
прочность самого материала, надежность и долговечность (ресурс) конструкций в
целом.

Лабораторными исследованиями ряда
организаций подтверждено увеличение межслоевой прочности углепластиков на
18–30% посредством модификации смол углеродными нанотрубками длиной 20–50 нм.
При этом достигается значение межслоевой прочности 85–90 МПа и более. Такое
повышение надежности ПКМ дает возможность конструкторам авиадвигателей
существенно расширить номенклатуру композитных деталей.

Так, применение ПКМ,
модифицированных наночастицами, позволяет довести массу узлов из композитных
материалов до 30% и более от общей массы двигательной установки ПД-14.

1.2 Создание полой
широкохордной рабочей лопатки вентилятора с использованием
наноструктурированного титанового сплава В рамках исследований, проводимых
в ИПСМ РАН (г. Уфа) совместно с ОАО «Авиадвигатель», предусматривается создание
технологии серийного производства полой лопатки вентилятора, внутри которой
находится гофрированный листовой наполнитель, соединенный сваркой давлением с
обшивками со стороны корыта и спинки лопатки. В качестве наполнителя используется
наноструктурированный титановый лист из сплава ВТ-6 с размером зерен d=100–500
нм, что позволяет осуществить качественное соединение компонентов лопатки
диффузионной сваркой при относительно низкой температуре Т=650–700°С и
обеспечить требуемый ресурс пластичности для формирования ребер жесткости при
формовке в интервале температур Т=700–750°С.

Достигаемый эффект от внедрения
облегченной конструкции лопатки — снижение массы рабочего колеса вентилятора на
30%, как следствие — снижение массы других деталей компрессора низкого давления
на 10–15%, снижение массы бронезащиты и уменьшение дисбаланса ротора при
возможном обрыве лопатки, например, из-за попадания крупной птицы на вход в
двигатель.

В настоящее время изготовлена
партия модельных лопаток, в т.ч. для проведения усталостных испытаний и
осуществляется отработка технологии изготовления на предсерийной лопатке.

1.3 Разработка технологии
изготовления деталей из жаростойких наноструктурированных композиционных
материалов типа C-SiC Целью этой работы, выполняемой
совместно с ФГУП «Уральский НИИ композиционных материалов», является создание
элементов горячей стенки камеры сгорания из композиционного материала на основе
волокнистого каркаса из углеродных волокон и керамической карбидкремниевой
матрицы, модифицированной углеродными нанотрубками с покрытием из карбида
кремния.

Модификация карбидной матрицы
наночастицами позволит существенно повысить трещиностойкость материала и, как
следствие, обеспечить длительный ресурс камеры сгорания (до 30 000 часов), ее
способность работать в высокотемпературной среде (более 1800°С) с большим
содержанием кислорода.

Не менее значимым является системный эффект по
двигателю. Так, изготовление деталей камеры сгорания из композиционной керамики
позволит высвободить существенное количество воздуха (до 20%), ранее
подаваемого на охлаждение корпуса камеры, и направить его непосредственно на
горение. Это позволит снизить локальные температуры в факеле горения и,
соответственно,