ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

© Н.П.Сибилев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космической медицины и биологии"
2001 г.

В своих работах К.Э. Циолковский стремился создавать летательные аппараты для полетов в атмосфере и космическом пространстве из легких, прочных и жестких материалов.

Развитие авиакосмической промышленности привело к созданию новых конструкционных материалов, сочетающих одновременно эти свойства, позволивших улучшить важнейшие параметры летательных аппаратов.

Такие материалы образовали новый класс — композиционные материалы (КМ). Эти материалы являются искусственными, в которых соединены разнородные компоненты, называемые матрицей и упрочнителем. В КМ матрица скрепляет волокна или другие упрочняющие элементы в единый монолит, защищая их от повреждений. Матрица является средой, передающей нагрузку на волокна или другой упрочнитель, а в случае разрушения отдельных волокон перераспределяет напряжения. Матрица может быть металлической, полимерной, углеродной и керамической. Известно, что реализовать теоретическую прочность кристаллических тел, которая в Десятки раз выше фактической, можно только в тонких сечениях - волокнах, проволоках, нитевидных кристаллах, поэтому их применяют в КМ в качестве упрочнителей или армирующих компонентов. По своей природе они имеют высокую прочность, модуль упругости и, как правило, сравнительно низкую плотность. Особенностью волокнистой композиционной структуры материала является равномерное распределение с повторяющейся геометрией высокопрочных и высокомодульных волокон в пластичной матрице.

Практически во всех КМ структурные элементы композиций — матрицу и армирующий компонент выбирают готовыми, а окончательная структура формируется целенаправленно при изготовлении изделия или полуфабриката.

Такие особенности КМ позволяют применять их в летательных аппаратах, для которых наиболее важным являются снижение массы конструкций при одновременном повышении их прочности и жесткости. Кроме того, КМ имеют ряд служебных свойств. Широкий спектр свойств позволяет применять их также в различных отраслях техники.

Техническая эффективность применения КМ не ограничивается только снижением массы конструкций. Достоинством их является снижение трудоемкости при изготовлении, материалоемкости и долговечности конструкций летательных аппаратов, повышение коэффициента полезного действия двигательных установок, уменьшение удельных расходов топлива и целый ряд других положительных факторов. При производстве часто удается достичь безотходного процесса.

Все эти факторы являются твердыми признаками экологичности конструкций как летательных аппаратов, так и других видов техники, а технология производства их с применением КМ относится к малоотходным и безотходным, т.е. экологичным технологиям. Это является еще одним аспектом КМ, разработанных для летательных аппаратов, а затем примененных и в других отраслях техники.