Композиційні матеріали у ракетно-космічній техніці. Композитні матеріали у літальних апаратах

Кафедру організував і у 2002–2008 роках. очолював Буланов Ігор Михайлович(1941–2008 рр.), проректор МДТУ ім. Н. Е. Баумана, д. т. н., професор, Лауреат премії Уряду РФ, Почесний працівник вищої професійної освітиРФ, дійсний член Російської академіїприродничих наук та Російської академії космонавтики ім. Ціолковського. З 2008 року до цього часу кафедру очолює Резник Сергій Васильович, д. т. н., професор, Почесний працівник вищої професійної освіти РФ.

Кафедра організована у 2002 році для підготовки фахівців у галузі проектування, виробництва та випробування ракет та космічних апаратів, з широким використанням композиційних матеріалів(КМ), здатних працювати в самих складних умовах(екстремально високі/ низькі температури, вакуум, високий тиск, Хімічно активні середовища, потоки ерозійних частинок і т. д.).

Становлення та розвиток наукової школиМДТУ ім. Н. Е. Баумана в галузі КМ нерозривно пов'язане з історією розвитку ракетно-космічної техніки. Яскраві сторінки цієї історії - результат тісної співпраці працівників промисловості, академічної науки та вищої школи, багато з яких закінчили наш вуз. Особливість наукової школи - поєднання передових досліджень у галузі механіки, теплофізики, матеріалознавства та новітніх технологій.

Наприкінці 1940-х років перед конструкторами перших вітчизняних керованих балістичних ракет дальньої дії (УБРДД) на чолі з С. П. Корольовим постала проблема теплового захисту головних частин ракет від аеродинамічного нагріву при вході в атмосферу. Випускники МВТУ ім. Н. Е. Баумана - співробітники НДІ-88 В. Н. Йорданський, Г. Г. Конраді разом з колегами-матеріалознавцями з ОКБ-1 (А.А. Северов та ін.) та ВІАМ (А.Т. Туманов та ін.) .) вперше у світі вирішили цю проблему, застосувавши на головній частині ракети Р-5 (8К51) абляційне покриття з полімерного КМ (асбопластика). Цей підхід до подолання «теплового бар'єру», пізніше був успішно реалізований в конструкціях пілотованих апаратів, що спускаються. космічних кораблів"Схід", "Схід", "Союз", автоматичних космічних апаратів (КА) типу "Зеніт", "Зонд", "Венера" та "Марс", став магістральним рішенням для аналогічних додатків у ракетних двигунах твердого палива та енергетичних установках. Глибоке опрацювання питань теплового захисту із застосуванням КМ знайшло відображення у працях професорів нашого університету І. С. Єпіфановського, В. В. Горського, Д. С. Міхатуліна, чл.-кор. РАН Ю. В. Полежаєва, акад. РАН С. Т. Суржикова.

У 1960–1980-х роках у СРСР вирішено безпрецедентні за складністю проблеми створення мобільних і шахтних ракетних комплексів з УБРДД на твердому паливі. Виникла необхідність розробки композитних сумішових твердих паливта технологій намотування великогабаритних циліндричних оболонок корпусу ракетних двигунів зі склопластику, а пізніше оболонок типу «кокон» з органопластику. Серед піонерів цього напряму – головний конструктор ОКБ-1, академік С. П. Корольов, який став ініціатором проектування ракет 8К95 та 8К98 та відомий вчений у галузі ракет на твердому паливі Ю. А. Побєдоносцев. Під керівництвом випускника МВТУ ім. Н. Е. Баумана головного конструктора ЦКЛ-7 (КБ «Арсенал») П. А. Тюріна на початку 1960-х спроектовано перший мобільний ракетний комплексРТ-15 з ракетою середньої дальності 8К96, розроблено міжконтинентальну балістичну ракету 8К98П, яка перебувала на бойовому чергуванні в РВСН в 1971-1994 роках. (Рис. 1).

Мал. 1. Перша вітчизняна міжконтинентальна балістична ракета на твердому паливі 8К98П на 90% складається з композитів (двигуни, головна частина, сумішеві палива). Ракету створено під керівництвом випускників МВТУ ім. Н. Е. Баумана - С. П. Корольова та П. А. Тюріна. Музей ВАТ «Мотовіліхінські заводи», м. Перм

Визначний внесок у створення сучасних ракетних комплексів РТ-2ПМ «Тополь» та РТ-2ПМ2 «Тополь-М» зробили генеральні конструктори МІТ Б. Н. Лагутін та Ю. С. Соломонов. У останні рокиу МІТ створено нові міжконтинентальні балістичні ракети комплексів «Ярс» і Р-30 «Булава».

Невід'ємною частиною мобільних ракетних комплексів "Темп-2С", "Піонер", "Тополь" та ін стали транспортно-пускові контейнери з КМ (рис. 2). У дослідженні та реалізації технологій намотування композитних оболонок корпусів ракетних двигунів та транспортно-пускових контейнерів велика роль вихованця МВТУ ім. Н. Е. Баумана головного конструктора та директора ЦНДІСМ, чл.-кор. РАН В. Д. Протасова, його колег та послідовників В. І. Смислова, В. А. Бариніна, А. А. Кулькова, А. Б. Міткевича та ін.

Мал. 2. Рухомий ґрунтовий ракетний комплекс «Тополь-М» з ракетою 15Ж55: ракета та транспортно-пусковий контейнер виготовлені з композитів

Завдяки широті поглядів ряду видатних учених-педагогів, таких як В. І. Феодосьєв та Е. А. Сатель, та під впливом запитів практики у МДТУ ім. Н. Е. Баумана на кафедрах М-1 (нині СМ-1) та М-8 (нині СМ-12) були поставлені навчальні курси, що відображають специфіку проектування, виробництва та випробування композитних конструкцій. Колегія Міністерства загального машинобудування СРСР 1986 р. ухвалила рішення про доцільність відкриття в МВТУ нової спеціальності «Конструювання та виробництво виробів із КМ». Було організовано набір не однієї, а одразу трьох груп студентів. Значна увага приділялася створенню сучасної випробувальної бази в Навчально-експериментальному центрі у п. Орево Дмитрівського р-ну Московської області (нині Дмитрівська філія МДТУ ім. Н.Е. Баумана).

Ентузіастами нового напряму в галузі технології стали А. К. Добровольський, С. С. Леньков, І. М. Буланов, М. А. Комков, В. М. Кузнєцов, Г. Є. Нехороших, В. А. Шишацький. Методи розрахунку на міцність композитних конструкцій студенти освоювали під керівництвом Н. А. Алфутова, П. А. Зінов'єва, Б. Г. Попова, В. І. Усюкіна. Особливості теплових і тепломіцних розрахунків композитних конструкцій висвітлювалися в лекціях В. С. Зарубіна, В. Н. Єлісєєва, С. В. Резніка. Під керівництвом Г. Б. Синярьова набула розвитку теорія теплових випробувань композитних конструкцій, багато положень якої спиралися на результати експериментів, проведених на нових випробувальних стендах у п. Орево.

Вступ

Сучасна ракетно-космічна техніка неможлива без полімерних композиційних матеріалів. Під час розробки засобів дослідження космічного просторупотрібні нові матеріали, які повинні витримувати навантаження космічних польотів (високі температури та тиск, вібраційні навантаження на етапі виведення, низькі температури космічного простору, глибокий вакуум, радіаційний вплив, вплив мікрочастинок тощо), маючи при цьому досить низьку масу. Композиційні матеріали відповідають усім цим вимогам. Композиційні матеріали широко використовуються в літакобудуванні та космічній техніці через їх хороші вагові та механічних характеристик, що дозволяють створити легені та міцні конструкції, що працюють і за підвищених температур.

Поняття композиційних матеріалів та застосування в ракетобудуванні

На сьогоднішній день, композити є найпопулярнішими і найчастіше застосовуваними матеріалами в авіабудуванні та ракетобудуванні. Багато з таких матеріалів легше і міцніше найбільше підходять за своїми фізичним властивостямметалевих (алюмінієвих та титанових) сплавів. У більшості композитів (за винятком шаруватих) компоненти можна розділити на матрицю (або сполучна) і включені до неї армуючі елементи (або наповнювачі). У композитах конструкційного призначення армуючі елементи зазвичай забезпечують необхідні механічні характеристики матеріалу (міцність, жорсткість тощо), а матриця забезпечує спільну роботуармуючих елементів та захист їх від механічних пошкодженьта агресивного хімічного середовища. При поєднанні армуючих елементів і матриці утворюється композиція, що володіє набором властивостей, що відображають не тільки вихідні характеристики його компонентів, але і нові властивості, якими окремі компоненти не мають

Застосування композиційних матеріалів дозволяє знизити вагу виробу (ракети, космічного корабля) на 10...50% залежно від типу конструкції та, відповідно, скоротити витрату палива, підвищивши при цьому надійність. Створено також композиційні матеріали, в яких пластикова (полімерна) основа армується скляними, кевларовими або вуглецевими нитками. Композиційні матеріали широко використовуються в літакобудуванні та космічній техніці через їх хороші вагові та механічні характеристики, що дозволяють створити легкі та міцні конструкції, що працюють і при підвищених температурах.

Зниження ваги є першочерговим завданням проектування космічного літального апарату. Багато досягнень у галузі створення тонкостінних оболонок зобов'язані своїм походженням цій вимогі. Типовими прикладамитакої конструкції є рідинна ракета-носій «Атлас» та конструкція твердопаливної ракети. Для «Атласу» було створено спеціальну монококову оболонку з наддувом. Ракета з двигуном на твердому паливі виходить за допомогою намотування на оправлення, що має форму твердопаливного заряду, скляної нитки та просочення намотаного шару спеціальною смолою, що затверджується після вулканізації. За такої технології виходить відразу і несуча оболонка літального апарату, і ракетний двигун із соплом. При використанні сучасних композитних матеріалів були спроектовані космічні апарати, що повертаються, з оболонкою конічної форми, що покривається шаром теплозахисного матеріалу, який, випаровуючись при високих температурахохолоджує конструкцію.

Ще один яскравий прикладвикористання композитних матеріалів - орбітальний космічний корабель "Шаттл", здатний літати в атмосфері Землі з гіперзвуковими швидкостями (більше 5 Мах або 6000 км/год). Крила апарату мають багатолонжеронний каркас; посилений монокок кабіни екіпажу, як і крила, виготовлений із алюмінієвого сплаву. Двері вантажного відсіку виготовлені з графіто-епоксидного композиційного матеріалу. Теплозахист апарату забезпечують кілька тисяч легень керамічних плиток, Якими покривають частини поверхні, схильні до впливу великих теплових потоків.

Для космічної станції"Альфа", створеної відповідно до російсько-американської програми, багато елементів конструкції виготовлялися з композиційних матеріалів: високоміцні штанги ферм, панелі сонячних батарей, судини тиску, «сухі» відсіки, рефлектори тощо.

Легкі судини та ємності, виготовлені з полімерних композиційних матеріалів і працюють під тиском, успішно застосовуються в ракетно-космічній техніці. Створені та експлуатуються паливні баки, кулі-балони, корпуси ракетних двигунів, акумулятори тиску, дихальні балони для льотчиків та космонав???. Застосування органо- та скловолокон дозволить створювати довговічні балони тиску з високим коефіцієнтом вагової досконалості.

Нині широко застосовуються авіації і ракетобудуванні, вуглепластики, тобто. полімери армовані вуглецевими волокнами.

Вуглецеві волокна і композити з них мають глибокий чорний? колір і добре проводять електрику, що забезпечує спеціальні електрофізичні властивості (наприклад, для антен радіолокаторів), а також вимоги щодо теплостійкості та теплопровідності.

З вуглепластику роблять носові обтічники ракет, деталі швидкісних літаків, що піддаються максимальним аеродинамічних навантажень, сопла ракетних двигунів та інше. Крім того, враховуючи, що графіт - це тверде мастило, з вуглепластику роблять гальмівні колодки та диски для швидкісних літаків, космічних кораблів багаторазової дії «Шаттл» і гоночних автомобілів. Дзеркала антенних конструкцій із вуглепластику знайдуть широке застосуванняна вирішення завдань зв'язку через супутники. Важливо врахувати, що їх застосування при масі до 15 кг забезпечить навантаження, що руйнує, 900 кгс при терміні служби не менше 20 років. Со???і матеріали (тришарові) з вуглепластику несучих елементахконструкцій порівняно з одношаровими (монолітними) за заданих умов експлуатації та збільшення навантажень при заданій масі елемента забезпечать: зниження маси елемента конструкції на 40...50 % та підвищення його жорсткості на 60...80 %; підвищення надійності на 20...25 % та збільшення гарантійного термінуна 60...70%.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://allbest.ru

Доповідь

Композитні матеріалив літальних апаратах

Вступ

Сучасна ракетно-космічна техніка неможлива без полімерних композиційних матеріалів. При розробці засобів дослідження космічного простору потрібні нові матеріали, які повинні витримувати навантаження космічних польотів (високі температури та тиск, вібраційні навантаження на етапі виведення, низькі температури космічного простору, глибокий вакуум, радіаційний вплив, вплив мікрочастинок тощо). цьому досить низьку масу. Композиційні матеріали відповідають усім цим вимогам. Композиційні матеріали широко використовуються в літакобудуванні та космічній техніці через їх хороші вагові та механічні характеристики, що дозволяють створити легкі та міцні конструкції, що працюють і при підвищених температурах.

1. Поняття композиційних матеріалів та застосування в ракетобудуванні

На сьогоднішній день, композити є найпопулярнішими і найчастіше застосовуваними матеріалами в авіабудуванні та ракетобудуванні. Багато з таких матеріалів легше і міцніше за найбільш сприятливі за своїми фізичними властивостями металеві (алюмінієві та титанові) сплави. У більшості композитів (за винятком шаруватих) компоненти можна розділити на матрицю (або сполучна) і включені до неї армуючі елементи (або наповнювачі). У композитах конструкційного призначення армуючі елементи зазвичай забезпечують необхідні механічні характеристики матеріалу (міцність, жорсткість і т. д.), а матриця забезпечує спільну роботу армуючих елементів та захист їх від механічних пошкоджень та агресивного хімічного середовища. При поєднанні армуючих елементів і матриці утворюється композиція, що володіє набором властивостей, що відображають не тільки вихідні характеристики його компонентів, але і нові властивості, якими окремі компоненти не мають

Зниження ваги є першочерговим завданням проектування космічного літального апарату. Багато досягнень у галузі створення тонкостінних оболонок зобов'язані своїм походженням цій вимогі. Типовими прикладами такої конструкції є рідинна ракета-носій «Атлас» та конструкція твердопаливної ракети. Для «Атласу» було створено спеціальну монококову оболонку з наддувом. Ракета з двигуном на твердому паливі виходить за допомогою намотування на оправлення, що має форму твердопаливного заряду, скляної нитки та просочення намотаного шару спеціальною смолою, що затверджується після вулканізації. За такої технології виходить відразу і несуча оболонка літального апарату, і ракетний двигун із соплом. При використанні сучасних композитних матеріалів були спроектовані космічні апарати, що повертаються, з оболонкою конічної форми, що покривається шаром теплозахисного матеріалу, який, випаровуючись при високих температурах, охолоджує конструкцію.

Ще один яскравий приклад використання композитних матеріалів - орбітальний космічний корабель "Шаттл", здатний літати в атмосфері Землі з гіперзвуковими швидкостями (більше 5 Мах або 6000 км/год). Крила апарату мають багатолонжеронний каркас; посилений монокок кабіни екіпажу, як і крила, виготовлений із алюмінієвого сплаву. Двері вантажного відсіку виготовлені з графіто-епоксидного композиційного матеріалу. Теплозахист апарату забезпечують кілька тисяч легких керамічних плиток, якими покривають частини поверхні, що піддаються впливу великих теплових потоків.

Для космічної станції «Альфа», створеної відповідно до російсько-американської програми, багато елементів конструкції виготовлялися з композиційних матеріалів: міцні штанги ферм, панелі сонячних батарей, судини тиску, «сухі» відсіки, рефлектори тощо.

З вуглепластику роблять носові обтічники ракет, деталі швидкісних літаків, що піддаються максимальним аеродинамічних навантажень, сопла ракетних двигунів та інше. Крім того, враховуючи, що графіт - це тверде мастило, з вуглепластику роблять гальмівні колодки та диски для швидкісних літаків, космічних кораблів багаторазової дії «Шаттл» і гоночних автомобілів. Дзеркала антенних конструкцій із вуглепластику знайдуть широке застосування для вирішення задач зв'язку через супутники. Важливо врахувати, що їх застосування при масі до 15 кг забезпечить навантаження, що руйнує, 900 кгс при терміні служби не менше 20 років. Со???і матеріали (тришарові) з вуглепластику в несучих елементах конструкцій порівняно з одношаровими (монолітними) за заданих умов експлуатації та збільшення навантажень при заданій масі елемента забезпечать: зниження маси елемента конструкції на 40...50 % та підвищення його жорсткості на 60...80%; підвищення надійності на 20...25% та збільшення гарантійного терміну на 60...70%.

2. Застосування нанотехнологій у створенні композиційних матеріалів

NASA і космічний центр Джонсона уклали договір про спільний розвиток та застосування високих технологійі, зокрема, нанотехнологій на дослідження космічного простору. У планах NASA - спростити виведення космічних апаратів??? на орбіту з допомогою космічного ліфта з урахуванням нано-трубок.

Нанотрубки характеризуються високою жорсткістю, і тому матеріали на їх основі можуть витіснити більшість сучасних аеро конструкційних матеріалів. Композити на основі нанотрубок дозволять зменшити вагу сучасних космічних апара??? майже вдвічі.

Дослідники з NASA та компанія LiftPort Inc. пропонують спростити виведення великих об'єктів??? на орбіту, використовуючи систему, яку вони назвали «космічним ліфтом». Космічний ліфт - це стрічка, один кінець якої приєднаний до Землі, а інший знаходиться на орбіті Землі в космосі (на висоті 100000 км). Гравітаційне тяжіння нижнього кінця стрічки компенсується силою, спричиненою доцентровим прискореннямверхнього кінця та стрічка постійно знаходиться у натягнутому стані.

Змінюючи довжину стрічки, можна досягати різних орбіт. Космічна капсула, яка містить корисні? вантаж буде пересуватися вздовж стрічки. На кінцевій станції, якщо це необхідно, капсула від'єднується від ліфта та виходить у відкритий космос.

Швидкість капсули буде складати 11 км/с. Цієї швидкості буде достатньо для того, щоб розпочати подорож до Марса та інших планет. На підставі вище сказаного приходимо до висновку, що витрати на пуск капсули будуть лише на початку її шляху на орбіту. Спуск буде здійснюватись у зворотному порядку - наприкінці спуску капсулу прискорюватиме гравітаційне поле Землі.

Одношарові вуглецеві нанотрубки, винайдені в 1991 році, досить міцні для того, щоб бути основою стрічки ліфта.

Вони міцніше стали в 100 разів і, теоретично, в 3-5 разів міцніше, ніж потрібно для будівництва ліфта.

Стрічка, що складається з нанотрубок довжиною 1 м і шириною 5 см. володіє високою міцністю. Співвідношення міцність/вага матеріалу стрічки вище, ніж у сталі високого загартування.

Нанотрубки також будуть дуже корисні при розробці наноелектронних пристроїв, надпотужних комп'ютерів та пам'яті.

3.Самовиліковуються композиційні матеріали

композиційний ракетобудування конструкційний матеріал

Експериментальні? конструкційні? матеріал для космічних апара??? дозволить вдвічі продовжити термін служби їх корпусів. Тріщини і невеликі вибоїни негайно затягуватимуться спеціальним складом, що швидко твердіє, не викликаючи зниження міцності конструкції.

Корпуси космічних апара??? постійно піддаються впливу різких температурних контрас???. Сонячне промінняможуть розігріти поверхню до 100°C та вище. Потрапивши в земну тінь, апарат починає швидко остигати. Навіть просте обертання призводить до постійних коливань температури поверхні апарату.

Постійні перепади температур породжують напруги у матеріалі корпусу та ведуть до появи мікротріщин.

Інший механізм космічної ерозії – удари мікрометеори???. Не йдеться про об'єкти, здатні заподіяти серйозні руйнування, - такі зустрічаються вкрай рідко. Але при цьому космічні порошинки та частинки космічного сміття розміром менше міліметра досить численні і при швидкостях у десятки кілометрів на секунду викликають поступову деградацію конструкцій.

Новий матеріал, розроблений? в Європейському космічному агентстві, має підвищену стійкість до факторів космічної ерозії завдяки здатності самовідновлюватися при пошкодженнях. За його створення розробники надихалися здатністю живих тканин самостійно заліковувати невеликі рани з допомогою ефекту згортання крові.

Щоправда, згортання крові відбувається під впливом повітря, отже для космічної техніки довелося використати дещо інший підхід. У композитний матеріал впровадили безліч найтонших скляних судин зовнішнім діаметром 60 мікрон, а внутрішнім - 30. Судини заповнили двома рідинами, які, подібно до компонентів епоксидної смоли, швидко тверднуть при змішуванні. У разі виникнення тріщини скляні судинируйнуються, і рідини, що містяться в них, заповнюють тріщину. Швидкість процесу така, що рідини не встигають випаруватися за умов космічного вакууму. Тим самим відразу припиняється подальше поширення тріщини - процес, що завдає набагато більших збитків, ніж сама тріщина.

Зразки нового матеріалу успішно пройшли перші випробування у вакуумній камері. Має бути ще численні випробування, в першу чергу на міцність і температурну стійкість. Так що практичного застосуваннясамовідновлюваних матеріалів у космічних апаратах можна чекати не раніше, ніж через десять років. Проте вже зараз ESA вважає, що новий матеріалдозволить вдове продовжити час роботи тих космічних апаратів, для яких ерозія є обмежуючим фактором.

Висновок

Як показує практика, композитні матеріали, незважаючи на їх високу вартість та складності у виробництві, можуть стати найвикористовуванішими та зручними матеріаламипри правильному застосуванні. Композиційні матеріали забезпечують конструкції високу міцністьта зносостійкість, а так само мала вага конструкції, що життєво необхідно при проектуванні авіаційних та космічних апаратів. Крім того, композиційні матеріали не менш успішно застосовуються і в інших областях, від машинобудування до медицини. Широкі перспективи відкриваються і у створенні нових композиційних матеріалів. унікальними властивостями, що відкриє нові горизонти у багатьох сферах людської діяльності.

Список литературы

1. Довідник з композиційних матеріалів: у 2-х книгах. Кн.2 За ред. Дж. Любіна. - М: Машинобудування, 1988

2. Зуєв Н.І., Голіковська К.Ф. - Журнал "Известия Самарського наукового центруРосійської академії наук" Випуск № 4-2 / том 14 / 2012

3. Журнал " Актуальні проблемиавіації та космонавтики" Випуск№ 6 / том 1 / 2010

4. Композиційні матеріали у ракетно-космічному апаратобудуванні Під ред. Гардимова Г.П. - СПб.: СпецЛіт, 1999

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Різноманітність космічних матеріалів. Новий класконструкційних матеріалів – інтерметаліди. Космос та нанотехнології, роль нанотрубок у будові матеріалів. Самовиліковні космічні матеріали. Застосування інтелектуальних космічних композитів.

доповідь, доданий 26.09.2009

Загальні відомостіпро композиційні матеріали. Властивості композиційних матеріалів типу сибуніту. Асортимент пористих вуглецевих матеріалів. Екрануючі та радіопоглинаючі матеріали. Фосфатно-кальцієва кераміка – біополімер для регенерації кісткових тканин.

реферат, доданий 13.05.2011

Типи композиційних матеріалів: з металевої та неметалевою матрицею, їх порівняльна характеристиката специфіка застосування. Класифікація, види композиційних матеріалів та визначення економічної ефективностізастосування кожного їх.

реферат, доданий 04.01.2011

Класифікація композиційних матеріалів, їх геометричні ознаки та властивості. Використання металів та їх сплавів, полімерів, керамічних матеріалівяк матриці. Особливості порошкової металургії, властивості та застосування магнітодіелектриків.

презентація , доданий 14.10.2013

Концепція полімерних композиційних матеріалів. Вимоги до них. Застосування композитів у літако- та ракетобудуванні, використання поліефірних склопластиків в автомобільній індустрії. Методи одержання виробів із жорстких пінопластів.

реферат, доданий 25.03.2010

Нормативні матеріали для нормування праці та їх застосування. Сутність, різновид, вимоги, розробка нормативних матеріалів. Методичні положення щодо розробки нормативних матеріалів. Галузеві нормативи. Класифікація нормативів з праці.

реферат, доданий 05.10.2008

Виробництво виробів із композиційних матеріалів. Підготовчі технологічні процеси. Розрахунок кількості армуючого матеріалу. Вибір, підготовка до роботи технологічного оснащення. Формоутворення та розрахунок штучного часу, формування конструкції.

курсова робота , доданий 26.10.2016

Розробка принципів та технологій лазерної обробкиполімерних композиційних матеріалів Дослідження зразка лазерної установки на основі волоконного лазера для відпрацювання технологій лазерного різанняматеріалів. Склад обладнання, підбір випромінювача.

курсова робота , доданий 12.10.2013

Технологія монтажу санітарно-технічних систем та обладнання. Виготовлення вузлів з термопластів, сталевих та чавунних труб. Склад, будова та властивості композиційних матеріалів. Монтаж водостоків, внутрішньоквартальної та дворової мережі газоспоживання.

дипломна робота , доданий 18.01.2014

Структура композиційних матеріалів. Характеристики та властивості системи дисперсно-зміцнених сплавів. Сфера застосування армованих волокнами матеріалів. Тривала міцність КМ, армованих частинками різної геометрії, нікелеві сплави, що старіють.

З 2008 року до цього часу кафедру очолює Резник Сергій Васильович, д. т. н., професор, Почесний працівник вищої професійної освіти РФ.

Одна з особливостей КМ полягає в тому, що їх не можна розглядати окремо від конструкції та технології виробництва. на сучасному етапірозвитку ракетно-космічної техніки виділяються кілька напрямків, у яких застосування КМ відіграватиме ключову роль: космічні конструкції, що розгортаються (антени, енергетичні установки, споруди великого обсягу), головні обтічники ракет, багаторазові космічні апарати, гіперзвукові літальні апарати з прямоточними повітряно-реактивними двигунами.

Новим словом у створенні силових космічних конструкційстали сітчасті оболонки із КМ (рис. 3-6). Теорія та технологія виробництва таких конструкцій розвиваються у ЦНДІСМ під керівництвом чл.-кор. РАН В. В. Васильєва, його колег А. Ф. Разіна, В. А. Бунакова та ін.

Мал. 3 Композитний сітчастий відсік ракети-носія «Протон-М»

Мал. 4 Композитний сітчастий адаптер корисного навантаження

Мал. 5 Композитна сітчаста несуча конструкціякорпусу космічного апарату серії «Експрес»

Мал. 6 Композитні сітчасті спиці космічної антени, що розгортається.

Об'єктами наукових дослідженьпрофесорів О. М. Думанського, Г. В. Малишевої, П. В. Просунцова, С. В. Резніка, М. Ю. Русіна, Б. І. Семенова, О. В. Татарнікова, В. П. , агрегати та відсіки штучних супутниківЗемлі, напланетні та орбітальних станцій, космічних антен, багаторазових космічних апаратів туристичного класу, різноманітних ракет, двигунів. Характерна рисацих досліджень - поєднання обчислювального та фізичного експерименту (рис. 7-9).

Мал. 7 Надлегкі рефлектори бортових дзеркальних космічних антен із вуглепластику

Мал. 8 Результати математичного моделювання температурного стану рефлектора бортової дзеркальної космічної антени

Мал. 9 Студентський проект багаторазового космічного апарату «Сівка» (проект був ініційований першим вченим-космонавтом, професором К. П. Феоктистовим та розроблявся студентами кафедр СМ-1 та СМ-13)

У рамках НДР із ПАТ «РКК «Енергія» ім. С. П. Корольова» за допомогою програм кінцево-елементного аналізу пакета «CAR» було вивчено температурні поля, напруги та деформації в тонкостінних елементах композитної конструкції рефлектора антени діаметром 14 м перспективного геостаціонарного супутника зв'язку. Отримані результати добре співпали з результатами незалежних розрахунків, проведених італійськими фахівцями з фірми Alenia Spazio, за обчислювальними програмами Європейського космічного агентства ESATAN та EASARAD, а також з даними, отриманими під час теплових випробувань у Європейському центрі космічних досліджень та технологій у Нордвейку.

Серед успішно виконаних проектів – участь у проектуванні та налагодженні випробувальних стендів та установок у АТ «ОНВП «Технологія ім. А. Г. Ромашіна». за технічним завданнямВАТ «Композит» виконано ряд НДР та ДКР з освоєння технологій виробництва та комплексного дослідження характеристик вуглець-керамічних матеріалів. З 2011 р. кілька великих проектів виконано у співдружності НОЦ «Нові матеріали, композити та нанотехнології» загальним обсягом близько 300 млн. руб.

За 15 років під науковим керівництвом професорів кафедри захищено 25 кандидатських та 3 докторських дисертації. Викладачі, аспіранти та студенти кафедри були учасниками НДР з 5 грантів РФФІ.

Щороку студенти кафедри подають 12-15 доповідей на конференції РНТО ім. Н. Є. Жуковського.

Випускники кафедри отримують знання, вміння та навички, необхідні сучасному інженеру для проведення наукових досліджень та виробництва нової техніки. Теоретичний фундамент навчального процесускладають дисципліни математичного та природничо-наукового циклу - вища математика, хімія, фізика, теоретична механіка, термодинаміка та теплопередача. Серед спеціальних дисциплін – «Основи фізичної хімії композитів», « Будівельна механікакомпозитних конструкцій», «Механіка композитних середовищ», «Оптимізація композитних конструкцій та технологій», «Основи ракетно-космічної техніки». Навчальним планом передбачено вивчення методів комп'ютерного проектування, виробництва та випробування композитних конструкцій з різним поєднаннямнаповнювачів та матриць. В останні роки до навчального плану включено нові дисципліни: «Наноінженерія космічних апаратів», «Методи формування інноваційного середовища», « Технічна підготовкакосмічних експедицій», «Техніка багаторазових космічних апаратів», яких немає у жодному вузі Росії.

У демонстраційному залі зібрано унікальні зразки матеріалів та натурних конструкцій (елемент кромки крила корабля «Буран», носовий обтічник КА «Бор», сітчасті адаптери ракети-носія «Протон», трубопроводи для подачі компонентів ракетних палив, балони для стисненого газу, головні обтічники ракет С-300, Х-35, соплові блоки, ремонтні клейові комплекти та ін.). На кафедрі створено Центр інформаційних технологійпроектування оснащений сучасною обчислювальною технікою.

На кафедрі навчаються студенти з Білорусі, Болгарії, В'єтнаму, Індії, Італії, Казахстану, Китаю, Кореї, М'янми, Словаччини, Франції, аспіранти з Білорусі, В'єтнаму, Казахстану, Китаю, М'янми. Встановлені зв'язки з низкою зарубіжних вузів: Люблянським університетом (Словенія), Університетом Гліндора (Рексем, Великобританія), Еколь Політехнік, (Леон, Франція), Пекінським технологічним інститутом (університетом), Харбінським політехнічним університетом (Китай), Національний . М. Є. Жуковського (ХАІ), Харків, Україна та ін. Плідні партнерські відносини підтримуються з Інститутом тепломассобмена ім. А. В. Ликова НАН Білорусі, Мінськ.

Співробітники кафедри - організатори міжнародних наукових конференцій та симпозіумів: «Матеріали та покриття у екстремальних умов»(спільно з ІПМ ім. І. М. Францевича НАН України, п. Кацівелі, Крим, 6 конференцій у 2002–2012 рр. р.), «Перспективні композиційні матеріали та технології аерокосмічного призначення» (м. Рексем, Уельс, Великобританія , щорічно у 2011–2015 рр.), «Передові технічні системита технології» (м. Севастополь, щорічно з 2005 р.), «Ракетно-космічна техніка: фундаментальні та прикладні проблеми» (м. Москва, 5 конференцій у 1998–2018 рр. р.).

У рамках міжнародного проекту INTAS 00-0652 у 2000–2005 роках. проведено спільні дослідження з фахівцями Білорусі, Німеччини, Іспанії та Франції у галузі теплозахисних матеріалів для перспективних багаторазових космічних апаратів, результати яких мають світовий рівень.

Кафедру організував і у 2002–2008 роках. очолював Буланов Ігор Михайлович(1941–2008 рр.), проректор МДТУ ім. Н. Е. Баумана, д. т. н., професор, Лауреат премії Уряду РФ, Почесний працівник вищої професійної освіти РФ, дійсний член Російської академії природничих наук та Російської академії космонавтики ім. Ціолковського. З 2008 року до цього часу кафедру очолює Резник Сергій Васильович, д. т. н., професор, Почесний працівник вищої професійної освіти РФ.

Кафедра організована у 2002 році для підготовки фахівців у галузі проектування, виробництва та випробування ракет та космічних апаратів, з широким використанням композиційних матеріалів (КМ), здатних працювати у найскладніших умовах (екстремально високі/низькі температури, вакуум, високі тиски, хімічно активні середовища) , потоки ерозійних частинок тощо).

Становлення та розвиток наукової школи МДТУ ім. Н. Е. Баумана в галузі КМ нерозривно пов'язане з історією розвитку ракетно-космічної техніки. Яскраві сторінки цієї історії – результат тісної співпраці працівників промисловості, академічної науки та вищої школи, багато з яких закінчили наш виш. Особливість наукової школи - поєднання передових досліджень у галузі механіки, теплофізики, матеріалознавства та новітніх технологій.

Наприкінці 1940-х років перед конструкторами перших вітчизняних керованих балістичних ракет дальньої дії (УБРДД) на чолі з С. П. Корольовим постала проблема теплового захисту головних частин ракет від аеродинамічного нагріву при вході в атмосферу. Випускники МВТУ ім. Н. Е. Баумана - співробітники НДІ-88 В. Н. Йорданський, Г. Г. Конраді разом з колегами-матеріалознавцями з ОКБ-1 (А.А. Северов та ін.) та ВІАМ (А.Т. Туманов та ін.) .) вперше у світі вирішили цю проблему, застосувавши на головній частині ракети Р-5 (8К51) абляційне покриття з полімерного КМ (асбопластика). Цей підхід до подолання «теплового бар'єру», пізніше був успішно реалізований в конструкціях апаратів, що спускаються, пілотованих космічних кораблів «Схід», «Схід», «Союз», автоматичних космічних апаратів (КА) типу «Зеніт», «Зонд», «Венера» та «Марс», став магістральним рішенням для аналогічних додатків у ракетних двигунах твердого палива та енергетичних установках. Глибоке опрацювання питань теплового захисту із застосуванням КМ знайшло відображення у працях професорів нашого університету І. С. Єпіфановського, В. В. Горського, Д. С. Міхатуліна, чл.-кор. РАН Ю. В. Полежаєва, акад. РАН С. Т. Суржикова.

У 1960–1980-х роках у СРСР вирішено безпрецедентні за складністю проблеми створення мобільних і шахтних ракетних комплексів з УБРДД на твердому паливі. Виникла необхідність розробки композитних сумішевих твердих палив та технологій намотування великогабаритних циліндричних оболонок корпусу ракетних двигунів зі склопластику, а пізніше оболонок типу «кокон» з органопластику. Серед піонерів цього напряму – головний конструктор ОКБ-1, академік С. П. Корольов, який став ініціатором проектування ракет 8К95 та 8К98 та відомий вчений у галузі ракет на твердому паливі Ю. А. Побєдоносцев. Під керівництвом випускника МВТУ ім. Н. Е. Баумана головного конструктора ЦКБ-7 (КБ «Арсенал») П. А. Тюріна на початку 1960-х спроектований перший мобільний ракетний комплекс РТ-15 з ракетою середньої дальності 8К96, розроблена міжконтинентальна балістична ракета 8К98П, що знаходилася на боях у РВСН у 1971–1994 роках. (Рис. 1).

Визначний внесок у створення сучасних ракетних комплексів РТ-2ПМ «Тополь» та РТ-2ПМ2 «Тополь-М» зробили генеральні конструктори МІТ Б. Н. Лагутін та Ю. С. Соломонов. В останні роки в МІТ створено новітні міжконтинентальні балістичні ракети комплексів «Ярс» і Р-30 «Булава».

Завдяки широті поглядів ряду видатних учених-педагогів, таких як В. І. Феодосьєв та Е. А. Сатель, та під впливом запитів практики у МДТУ ім. Н. Е. Баумана на кафедрах М-1 (нині СМ-1) та М-8 (нині СМ-12) було поставлено навчальні курси, що відображають специфіку проектування, виробництва та випробування композитних конструкцій. Колегія Міністерства загального машинобудування СРСР 1986 р. ухвалила рішення про доцільність відкриття в МВТУ нової спеціальності «Конструювання та виробництво виробів із КМ». Було організовано набір не однієї, а одразу трьох груп студентів. Значна увага приділялася створенню сучасної випробувальної бази в Навчально-експериментальному центрі у п. Орево Дмитрівського р-ну Московської області (нині Дмитрівська філія МДТУ ім. Н.Е. Баумана).