КРЫЛАТЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ | Наука и жизнь
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Восьмимоторный гигант АНТ-20 («Максим Горький») был построен, как и многие металлические самолеты начала 30-х годов, из гофрированного алюминия.
При использовании традиционного сплава Д-16 пассажирский самолет Ту-154 получался слишком тяжелым.
Сварной корпус самолета МиГ-29 изготовлен из алюминиево-литиевого сплава 1420.
Массивные и очень ответственные детали шасси современных транспортных и пассажирских самолетов ОКБ им. С. В. Ильюшина изготовлены из титанового сплава ВТ-22. На снимке: Ил-76.
‹
›
Открыть в полном размере
— Сталь и алюминий, титан и пластмассы, клеи и дерево, стекло и резина — ни один самолет не полетит без этих материалов. Все они разработаны или испытаны в ВИАМе
— В каждой лопатке турбины реактивного двигателя воплощены самые совершенные металлургические технологии. Стоимость одной монокристаллической лопатки соизмерима с ценой дорогого легкового автомобиля
— Испытательный центр — «малая академия наук» ВИАМа.
Грозит ли усталость металла разрушением самолета? Как найти скрытые дефекты в металле? Какими свойствами обладает новый материал? Во всем этом разбираются сотрудники Испытательного центра
— Армрестлинг как способ разрешения ученого спора, или Как Н. С. Хрущев летал в Америку
— «Состаренный» материал не значит «старый»
— Как кроили «шубу» для «Бурана»
— От воздействия высоких температур турбинные лопатки защищает плазма
— Чем совершеннее летательный аппарат, тем больше в нем неметаллических материалов . Уже спроектированы самолеты, на две трети состоящие из композитных материалов и пластмасс
— Утром лаборант, вечером студент. И все это — не выходя из родной лаборатории. Если государство не готовит специалистов, их приходится учить на месте
— Коррозия — враг любого металла. Ржавеет даже нержавеющая сталь. Как лечить язвы на теле «Рабочего и колхозницы»?
— Склеить можно все что угодно. Нужен только подходящий клей.
В небе летают склеенные самолеты, и это не детские модели, а большие транспортные воздушные суда.
Первые шаги нашей авиации связаны с закупкой иностранных самолетов. Были они по большей части деревянными, фюзеляж и крылья обтягивались тканью. Конечно же такие «матерчатые» самолеты не могли выдерживать значительных скоростных и температурных нагрузок, нужны были иные материалы, прежде всего — металл.
Идея строить самолеты из алюминия возникла в Германии. Там же появились первые сплавы, разработанные специально для самолетов. Их назвали дуралюминами. Подобный сплав был создан и у нас в стране в середине 20-х годов. Он получил марку Д-1 — это сплав алюминия с медью и небольшим количеством магния.
В 1932 году академик А. А. Бочвар разработал теорию рекристаллизации алюминиевых сплавов, которая легла в основу создания легких сплавов. В стране к тому моменту существовала производственная база: первый алюминиевый завод «Кольчугалюминий» (расположенный в селе Кольчугино Владимирской области) выпускал гладкие и гофрированные листы технического алюминия — это алюминий с небольшими добавками марганца и магния.
Такой алюминий обладал достаточной прочностью, был пластичен и потому использовался для обшивки фюзеляжей летательных аппаратов.
Однако материал для новых скоростных самолетов должен был иметь совершенно иные качества. И через некоторое время в лаборатории алюминиевых сплавов ВИАМа (созданной одновременно с открытием института в 1932 году) разработали сплав Д-16, который применялся в самолетостроении почти до середины 80-х годов. Это сплав на основе алюминия с содержанием 4-4,5% меди, около 1,5% магния и 0,6% марганца. Из него можно было делать практически любые детали самолета: обшивку, силовой набор, крыло.
Но скорости и высота полетов росли. Требовались высокопрочные сплавы. В середине 50-х годов возглавивший лабораторию алюминиевых сплавов академик И. Н. Фридляндер совместно со своими коллегами В. А. Ливановым и Е. И. Кутайцевой разрабатывает теорию легирования высокопрочных сплавов. Введение в систему алюминий — медь цинка и магния позволило резко увеличить прочность материала.
Так возник сплав В-95, обладающий прочностью 550-580 Мпа (~ 5500-
5800 кгс/см2) и в то же время имеющий хорошую пластичность. У него был один изъян: недостаточная коррозионная стойкость, что, однако, устранялось путем двухступенчатого искусственного старения.
Новый сплав получил признание авиастроителей не сразу. В это время А. Н. Туполев создавал новый пассажирский лайнер Ту-154. Проект никак не укладывался в заданные весовые характеристи ки, и тогда генеральный конструктор сам позвонил Фридляндеру, обратившись за помощью, на что тот конечно же предложил использовать новый сплав. Проект новой машины переработали. Сплав В-95 нашел свое место для верхней поверхности крыла, из него изготовили прессованные панели и стрингеры, значительно снизив вес самолета. Такие же исследования параллельно шли в США. Там возникли сплавы серии 7000, в частности сплав 7075 — полный аналог нашего сплава.
Нагрузки, которые испытывает крыло самолета, неравноценны. Если верх крыла работает в основном на сжатие, то нижняя часть — на растяжение.
Поэтому ее по-прежнему делали из дуралюмина Д-16, имеющего более высокие пластичность и порог усталости. Но и этот сплав претерпел серьезную модификацию за счет повышения чистоты по примесям при литье слитков. Технологические усовершенствования были столь значительны, что появился фактически новый материал — сплав 1163, который и в настоящее время успешно используется в нижних обшивках крыла и всего фюзеляжа.
Увеличение эксплуатационного ресурса самолетов всегда оставалось и остается задачей номер один. Добиться еще большей надежности и долговечности материалов можно, изменив структуру металла — «измельчив зерно». Для этого в сплавы начали вводить небольшие количества (до 0,1%) циркония. Величина зерна металла действительно резко уменьшилась, ресурс возрос. Одновременно создавались специальные ковочные сплавы, предназначенные для самых ответственных, силовых конструкций лайнеров. Так был разработан сплав 1933, превосходящий по своим параметрам зарубежные аналоги. Из него изготовляют детали силового набора и шпангоуты.
Специалисты европейской авиастроительной фирмы «Эрбас» провели испытания нового материала и приняли решение использовать его в своих самолетах серий А-318 и А-319.
К сожалению, процесс весьма выгодного сотрудничества приостановлен. Причина в том, что акции двух основных российских производителей алюминиевой продукции — Самарского и Белокалитвенского металлургических комбинатов — выкуплены американской фирмой «ALKO». Значительная часть оборудования на предприятиях демонтирована, технологическая цепочка нарушена, квалифицированные кадры разошлись, и производство фактически прекратилось. Сейчас эти предприятия выпускают в основном фольгу, которая идет на изготовление пищевых банок и упаковок…
И хотя в настоящее время при посредстве российского правительства между компанией «АЛКОА-РУС» (она теперь называется так), ВИАМом и авиационными конструкторскими бюро достигнуты договоренности о возобновлении выпуска так необходимых нашей авиационной промышленности материалов, процесс восстановления идет крайне медленно и болезненно.
ВИАМ стал родоначальником серии сплавов пониженной плотности. Это совершенно новый класс материалов, содержащих литий. Первый такой сплав создал академик И. Н. Фридляндер со своими учениками еще в 60-х годах — на четверть века раньше, чем где-либо в мире. Его практическое использование, правда, поначалу было ограничено: такой активный элемент, как литий, требует особых условий выплавки. Первый промышленный алюминиево-литиевый сплав (его марка 1420) был создан на основе системы алюминий — магний с добавлением 2% лития. Его использовали в КБ А. С. Яковлева при строительстве самолетов вертикального взлета для палубной авиации — именно для таких конструкций экономия веса имеет особое значение. Як-38 эксплуатируется до сих пор, и никаких нареканий к сплаву нет. Более того. Оказалось, что детали из этого сплава обладают повышенной коррозионной стойкостью, хотя алюминиево-магниевые сплавы и сами по себе мало подвержены коррозии.
Сплав 1420 можно сваривать. Это его свойство использовали при создании самолета МиГ-29М.
Выигрыш в весе при строительстве первых опытных образцов самолета за счет пониженной плотности сплава и исключения большого количества болтовых и клепочных соединений достигал 24%!
В настоящее время модификацией этого сплава — сплавом 1424 — весьма заинтересовались специалисты «Эрбаса». На заводе в городе Кобленце (ФРГ) из сплава откатали широкие листы длиной 8 м, из которых изготовили полноразмерные элементы конструкции фюзеляжа. Ребра жесткости из того же материала приварили лазерной сваркой, а элементы соединили между собой сваркой трением, после чего отправили на ресурсные испытания во Францию. Несмотря на то что некоторым деталям намеренно нанесли повреждения (для оценки работоспособности в экстремальной ситуации), после 70 тысяч циклов нагрузки конструкция полностью сохранила эксплуатационные свойства.
Еще один сплав с литием, созданный в ВИАМе, — 1441. Его главная особенность в том, что из него можно делать листы рулонной прокатки толщиной 0,3 мм с сохранением высоких прочностных качеств.
Конструкторское бюро имени Бериева использовало сплав для изготовления обшивки своего гидросамолета Бе-103. Эту небольшую — всего на четыре человека — машину, толщина обшивки которой 0,5-0,7 мм, выпускает завод в Комсомольске-на-Амуре. Ее вес на 10% меньше, чем аналогичных моделей из традиционных материалов. Партию таких самолетов уже купили американцы.
Тонкий, но прочный прокат необходим для создания недавно появившегося нового класса материалов — слоистых алюмостеклопластиков, которые в России называются «сиал», а за границей — «глэр». Материал представляет собой многослойную конструкцию: чередование слоев алюминия и стеклопластика. У него немало преимуществ перед монолитными. Во-первых, стеклопластик можно армировать искусственными волокнами, на треть увеличивая прочность. Но главный выигрыш в том, что, если в конструкции появляется трещина, она растет на порядок медленней, чем в монолитных материалах. Именно этим сиалы, или глэры, в первую очередь заинтересовали авиастроителей.
Титан, как и алюминий, тоже имеет право называться небесным или крылатым. Лаборатория титановых сплавов была создана в институте в 1951 году. Ее основатель профессор С. Г. Глазунов изобрел установку для литья титана и, собственно, создал первый титановый сплав. Вторая подобная установка была с помощью ВИАМа построена во Всесоюзном институте легких сплавов (ВИЛС), а потом мы вместе внедряли разработанные технологические процессы на металлургическом комбинате в Верхней Салде, который сейчас является основным производителем титановой продукции в стране.
В советское время комбинат выпускал более 100 тыс. тонн такой продукции. После распада СССР производство сократилось в несколько раз. Новому директору завода В. В. Тютюхину пришлось приложить огромные усилия, чтобы исправить положение. После резкого спада производства завод начал подниматься. Сейчас выпуск титановой продукции составляет 25 тыс. тонн в год. Большая ее часть (около 80%) поставляется за границу по заказам ведущих самолетостроительных концернов. В связи с оживлением авиастроительной промышленности в России возникла насущная необходимость создания альтернативного производства. Гиганту, каким является комбинат, невыгодно выпускать небольшие партии продукции. Заказы же российских авиапроизводителей пока невелики — 3-5 тонн, а цикл изготовления очень длительный и доходит до года. Такое производство может быть создано на базе ВИАМа, ВИЛСа и Ступинского металлургического комбината, где, собственно, и перерабатываются слитки, получаемые из Верхней Салды.
В ВИАМе создано более полусотни титановых сплавов различного назначения, из которых сегодня серийно используется около тридцати.
Сейчас доля титановых сплавов в самолете в зависимости от его типа и назначения колеблется от 4 до 10-12%. Высокопрочные сплавы из титана, например ВТ-22, более четверти века используются для изготовления сварных шасси Ил-76 и Ил-86. Это сложные, массивные детали на Западе начинают делать из титана только сейчас. В ракетной технике доля титана намного выше — до 30%.
Созданные в ВИАМе высокотехнологичные сплавы ВТ-32 и ВТ-35 в отожженном состоянии очень пластичны. Из них можно формовать сложные детали, которые после искусственного старения приобретают чрезвычайно высокую прочность. Когда в начале 1970-х годов в КБ Туполева создавался стратегический бомбардировщик Ту-160, на московском заводе «Опыт» был построен специальный цех для изготовления титановых деталей центроплана. Эти самолеты летают до сих пор, правда, в России их осталось только одна эскадрилья.
Сегодня перед ВИАМом стоит задача создания титановых сплавов, надежно работающих при температурах 700-750оС.
К сожалению, все металловедческие возможности, использовавшиеся при создании традиционных сплавов, уже реализованы. Требуются новые подходы. В этом направлении в лаборатории идут исследования по созданию так называемых интерметаллидных соединений на базе титан — алюминий.
Алюминиево-бериллиевые сплавы (их называют АБМ) исследуются и создаются на нашем предприятии уже 27 лет. Первый самолет с использованием такого сплава построил конструктор П. В. Цыбин.
Сплавы АБМ выгодно отличаются от других алюминиевых сплавов более высокой усталостной прочностью и уникальной акустической выносливостью. Сейчас они нашли применение в сварных конструкциях космических аппаратов, в том числе в серии хорошо известных межпланетных станций «ВЕНЕРА».
Интересен и сам бериллий, у которого модуль упругости на 30-40% выше, чем у высокопрочных сталей, а коэффициенты термического расширения близки, что позволило применять его в гироскопах.
В ВИАМе разработана технология изготовления тонкой вакуумно-плотной фольги и дисков и пластин из нее.
Разработана технология пайки такой фольги с другими конструкционными материалами, и налажено серийное производство узлов рентгеновских аппаратов как для российских предприятий, так и для зарубежных фирм.
Еще один наш филиал организован в Поволжье в начале 1980-х годов, во время создания самого большого авиационного завода в Ульяновске, который выпускал гиганты авиации — «Русланы» и «Мрии». Для технологического сопровождения этих самолетов и была создана специальная лаборатория.
Одна из ее задач — внедрение в авиастроение композиционных материалов. Это — ближайшее будущее самолетостроения. Например, «Боинг-787», который готовится к выпуску через два года, на 55-60% будет состоять из композиционных материалов. Весь планер: фюзеляж, крыло, оперение — строится из композиционных материалов — углепластиков. Доля алюминия сократится до 15%. Углепластики — чрезвычайно заманчивый материал для самолетостроителей. Они обладают высокой удельной прочностью, малым весом, довольно приличными ресурсными характеристиками.
Угроза разрушения из-за образования трещин снижается на порядки. Хотя, конечно, в отношении этих материалов остается ряд вопросов, которые до сих пор не решены. Было установлено, например, что в месте контакта углепластика с алюминием из-за возникновения гальванической пары развивается коррозия. Поэтому в таких местах алюминий пришлось менять на титан.
Когда создавался Ульяновский филиал, доля композитных материалов в конструкции отечественных летательных аппаратов была не очень велика. Тем не менее мы потихоньку начали обучать работе технологов, рабочих… Потом настали трудные времена, весь завод находился на грани закрытия, но филиал выжил. Постепенно производство восстанавливалось, и, хотя до сих пор оно наполовину законсервировано, есть несколько заказов на Ту-204, есть заказы из Германии на изготовление «Русланов». А значит, есть поле деятельности для нашей лаборатории.
Второе направление работы Ульяновского филиала — специальные, эрозионно- и коррозиестойкие покрытия.
При разложении металлоорганических жидкостей в вакууме на поверхностях образуются покрытия из хрома и карбидов хрома. Регулируя процесс, можно получать покрытия, содержащие любые соотношения этих компонентов — от чистого хрома до чистых карбидов. Твердость хромированного покрытия — 900-1000 Мпа, карбидного — вдвое выше — около 2000 Мпа. Но, чем выше твердость, тем больше хрупкость. Между этими крайностями и находят искомое в каждом отдельном случае.
Другой путь достижения нужных результатов обеспечивают нанотехнологии. В гальванические хромосодержащие ванны вводят наночастицы карбидов и оксидов металлов размером от 50 до 200 нм. Изюминка процесса в том, что сами эти частицы в состав покрытия не входят. Они лишь усиливают активность осаждаемого компонента, создают дополнительные центры кристаллизации, благодаря чему покрытие получается более плотным, более коррозиестойким, обладает лучшими противоэрозионными свойствами.
И в заключение еще об одном уникальном качестве института: в СССР существовала неплохая система, надежно гарантирующая качество конечного продукта предприятия.
В ВИАМе эта система сохранилась и поныне. Если конструкторское бюро или частная компания закупают какой-то продукт, перед использованием они предпочитают передать его в ВИАМ на испытание. Нам по-прежнему доверяют.
См. в номере на ту же тему
Е. КАБЛОВ — ВИАМ — национальное достояние.
И. ДЕМОНИС — Во все лопатки.
М. БРОНФИН — Испытатели — исследователи и контролеры.
Академики дают разрешение на беспосадочный перелет Н. С. Хрущева в Нью-Йорк на сверхдальнем самолете ТУ-114 .
И. ФРИДЛЯНДЕР — Старение — не всегда плохо.
Б. ЩЕТАНОВ — Тепловая защита «Бурана» началась с листа кальки.
С. МУБОЯДЖЯН — Плазма против пара: победа за явным преимуществом .
БЮРО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.
Э. КОНДРАШОВ — Без неметаллических деталей самолеты не летают.
И. КОВАЛЕВ — В науку — со школьной скамьи .
С. КАРИМОВА — Коррозия — главный враг авиацииc.
А.
ПЕТРОВА — Посадить на клей.
В каких странах делают самолеты, кроме США?
Есть страны-производители самолетов, которые совершенно не ассоциируются с авиастроением — ну какая авиадержава из, например, Пакистана или Болгарии? Тем не менее, и там делают самолёты! Вот вам подборка авиазаводов из самых неожиданных стран.
Теги:
Самолёты
Каких производителей самолетов вы знаете? Наверняка в вашей голове сейчас возникли названия таких компаний, крупных производителей пассажирских самолетов как «Airbus» («Аэробус») , «Boeing» («Боинг»), быть может кто-то вспомнил и третью по известности компанию «Lockheed Martin». В среднем у каждого из этих гигантов авиапроизводства по 100 000 сотрудников. Среди производителей самолетов первое место в мировом рейтинге занимает Америка. Славится и производитель самолетов «ATR» («АТР») и «Airbus» («Аэробус») Франция. Но строят их не только в США и Франции.
Как вы думаете, кто производитель «Суперджет»? Эти самолеты делаются в России. Давайте познакомимся и с другими производителями моделей самолетов со всего мира.
PAC (Пакистан). Единственный и очень даже крупный — даже на мировом уровне — пакистанский производитель авиационной техники. Основан этот авиапроизводитель в 1971 году при содействии Военно-воздушных сил Пакистана для обеспечения армии самолётами собственного производства. Начинала компания с производства лицензионных Dassault Mirage III и других самолётов, но сегодня делает и собственные модели. На снимке — основной производимый PAC самолёт, CAC/PAC JF-17 Thunder, совместная разработка PAC и китайской компании Chengdu Aircraft Corporation (CAC).
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
В Китае (второй стране производителе этого самолета) он называется «Xiaolong», что в переводе означает «Свирепый дракон». Это военный самолет, который используется для перехвата, наземной атаки, противокорабельной и воздушной разведки.
Niki (Болгария). Один из немногих в Европе и единственный в Болгарии производитель автожиров. Компания производит автожиры в формате кит-комплектов. В линейке компании — модели различных размеров и форм-факторов, на снимке — Niki Kalithea с болгарского авиазавода.
Производитель самолетов из Болгарии создал эту миниатюрную двухместную модель. Двигатель у данного самолета четырехцилиндровый четырехтактный, его мощность 100 л.с. Максимальная скорость этой модели — 190 км/ч.
Airo (Объединённые Арабские Эмираты). Производитель самолётов в Эмиратах, казалось бы, должен строить летающие лимузины класса «люкс», но на деле этот авиапроизводитель делает лёгкие самолётики по лицензии чешской Urban Air. На снимке — Airo 5 UL, лицензионная версия Urban Air Samba.
Эта спортивная модель от производителя самолетов Airo имеет одномоторный двигатель. Кроме того, этот самолет двухместен, считается легким и туристическим. Сделан он из стеклопластика.
AeroAndina (Колумбия). Этот колумбийский производитель малых самолётов существует с 1971 года. Конечно, трудно конкурировать с производителем самолета «Эмбраер», соседней Бразилией. Но на данный момент в линейке несколько моделей, на снимке — самолёт AeroAndina MXP-1000 Tayrona (крейсерская скорость — 190 км/ч, дальность полёта — 600 км, технический потолок — 3660 м).
Эта модель колумбийского производителя самолетов впервые поднялась в воздух в 2005 году. Самой первой же моделью этой компании стал автожир. Позднее AeroAndina выпустила сельскохозяйственный самолет, произвела пассажирские самолеты и вертолет.
BRM (Португалия). Португалию трудно назвать авиационной державой, и производитель самолётов там только один, причём сомнительного характера. Авиапроизводитель BRM делает малые самолёты, но инженеры компании Zenith неоднократно заявляли, что BRM — это не более чем нелегальная копия их разработок. На снимке — модель BRM Citius.
BRM Citius— детище португальского авиазавода. Эта модель выпускается с 2008 года. Её четырехцилиндровый двигатель обладает мощностью 100 л.с. Сегодня португальский производитель самолетов усовершенствовал модель и дал ей название BRM Citius Sport.
IPTN (Индонезия). Крупнейшая индонезийская компания, работающая в отрасли авиации. Существует с 1976 года, впрочем IPTN — наследница более ранних авиазаводов, образованных ВВС Индонезии ещё в 1946-м. В гамме компании в разное время были различные самолёты, лицензионные и собственной разработки, а также оборудование, запасные части; также данный авиапроизводитель обслуживает и ремонтирует самолёты. На снимке — CASA/IPTN CN-235, совместная разработка с испанской Construcciones Aeronáuticas SA.
Страны производители самолетов — Индонезия и Испания — посотрудничали и создали эту модель. Это легкий турбовинтовой военно-транспортный самолёт. Его максимальная взлётная масса равна 16 500 кг, а размах крыла составляет 25,81 м.
Raj Hamsa (Индия). В Индии несколько производителей самолётов, в том числе значительно более крупные — Hindustan Aeronautics Limited и Mahindra Aerospace. Но мы решили включить в обзор маленькую компанию из Бангалора, производящую сверхлёгкие самолёты, недалеко ушедшие от парапланеров. На снимке — Raj Hamsa X-Air, базовая модель, на которой основана целая линейка.
Производитель самолетов из Индии создал эту модель еще в начале 1990-х годов. У X-Air полотняная обшивка и дублированное управление, также закрытая кабина, что позволяет летать на нем практически круглогодично.
Utva (Сербия). Сербская компания существует с 1937 года и после распада Югославии осталась на территории Сербии, где успешно работает по сей день. Первый прототип спортивно-тренировочного самолёта Lasta поднялся в воздух в 1985 году, сегодня производится его «инкарнация» Lasta 95 (на снимке). Самый крупный заказ на Lasta к сербскому авиапроизводителю поступил из Ирака в 2007 году — сразу 36 таких машин.
Впервые эта модель сербского производителя самолетов была показана на сербской военно-технической выставке в 2007 году. В этом самолете могут разместиться два человека. Рассмотрим основные технические характеристики: максимальная скорость 345 км/ч, размах крыла 9,71 м, мощность двигателей 1 × 300 л.с.
IAR (Румыния). Industria Aeronautică Română, старейший румынский производитель самолётов и вертолётов. Компания существует с 1925 года и в разное время делала множество различных летательных аппаратов — планеров, самолётов различного класса. Сегодня компания делает только вертолёты, основная модель — это военно-транспортный IAR 330L Puma.
Авиапроизводитель этой румынской модели выпустил её в качестве модификации SA.330 Puma. Самолет на фото, IAR-330L, представляет собой ударно-транспортный вариант с двумя пушками, четырьмя противотанковыми управляемыми ракетами «Малютка», а также с двумя 7,62-мм пулемётами и 550 патронами.
AIDC (Тайвань).
Тайваньская компания, основанная в 1969 году, сегодня разрабатывает и производит многочисленные самолёты военного и гражданского назначения. Наиболее известный самолёт авиазавода — это многоцелевой сверхзвуковой истребитель AIDC F-CK-1 Ching-kuo, производящийся с 1994 года.
Этот многоцелевой сверхзвуковой истребитель произвел тайваньский авиазавод. Вот его основные технические характеристики: максимальная скорость на высоте: 1275 км/ч, размах крыла 9,46 м, а максимальная взлётная масса: 12 247 кг. Экипаж данного самолета может состоять из двух или одного человек. AIDC F-CK-1 состоит на вооружении страны производителя этого самолета — Тайваня.
Из каких материалов сделаны самолеты (и почему) — Приоритеты проектирования самолетов
Большинство людей в какой-то момент задаются вопросом, как самолеты могут летать, но задумывались ли вы когда-нибудь, из какого материала сделаны самолеты? Материалы, используемые для изготовления самолетов, крыльев, корпуса и кожи, имеют большое значение, когда речь идет об их надежности, и изучение этих материалов может быть интересным и увлекательным.
Содержание
- Из чего сделаны самолеты?
- Почему самолеты сделаны из алюминия
- У всех материалов есть свои плюсы и минусы
- Экономия веса превыше всего
- Приоритеты проектирования зависят от назначения самолета
- А как насчет самолетов меньшего размера?
Из чего сделаны самолеты?
Большинство самолетов изготовлены из титана, стали, алюминия и многих других материалов, включая композиты. Композиты могут содержать множество различных материалов, обычно включая полимеры, углеродное волокно и многое другое.
Эти металлы отличаются жесткостью и прочностью, а также устойчивостью к коррозии и малым весом. Это идеальные материалы для изготовления самолетов всех типов.
Редакционная группа Boeing 777 – Материалы, используемые в конструкцииПочему самолеты сделаны из алюминия
Поскольку сталь слишком тяжелая, чтобы ее можно было использовать отдельно, в некоторых самолетах, включая 787 Dreamliner производства Boeing, используется вдвое больше алюминия, чем в них.
стали в своих самолетах.
Некоторые производители добавляют такие материалы, как алюминий, к титану и другим сплавам, так как эти материалы могут быть очень дорогими в использовании сами по себе.
Например, в реактивном самолете Airbus A350 используется алюминиево-литиевый сплав, а многие фюзеляжи компании Boeing изготовлены из материалов, включающих различные полимеры.
У всех материалов есть свои плюсы и минусы
Поскольку каждый материал имеет свои преимущества и недостатки, многие самолеты на самом деле производятся с использованием различных типов авиационных материалов.
Например, многие самолеты Airbus и Boeing состоят как минимум на 50% из композитного материала, в то время как компания Rolls Royce PLC, производящая двигатели для самолетов, использует композиты, изготовленные из таких материалов, как керамика и пластик.
Различные материалы имеют разные сильные и слабые стороны.
На практике это означает, что самолет будет сделан из огромного количества различных материалов для таких частей, как крылья, фюзеляж, корпус и обшивка.
Как видите, авиакомпаниям не нужно довольствоваться только одним типом материала, потому что существует множество материалов, доступных для использования, что означает безопасный и простой в управлении самолет, который также надежен.
Экономия веса превыше всего
Конечно, обычно используемые авиационные материалы состоят как из легких, так и из тяжелых компонентов, главным образом потому, что самолет должен летать и поэтому не может быть сделан из сверхтяжелых металлов. В частности, вес тела должен быть сведен к минимуму.
Рамы большинства самолетов также изготовлены из легкого алюминия и/или композитных материалов, в состав которых часто входит пластик, армированный углеродом, или CREP.
По сути, большинство старых коммерческих самолетов сделаны в основном из алюминия, а в большинстве новых самолетов теперь используются композитные материалы.
Военные самолеты могут использовать легкий сплав, такой как титан.
Приоритеты проектирования зависят от назначения самолета
Кроме того, назначение самолета во многом определяет решение производителей использовать тот или иной тип металла, особенно металл, используемый в раме и корпусе самолета.
Что касается других деталей самолета, то поршень двигателя обычно изготавливается из стали, тогда как многие другие основные детали изготавливаются из алюминиевых сплавов. Сам двигатель обычно состоит из комбинации стали, алюминия и титановых сплавов.
В разработке самолета большую роль играют инженеры, потому что именно они дают рекомендации относительно подходящих авиационных материалов для конкретного самолета.
Размер самолета, назначение и другие аспекты помогают им определить, какие материалы использовать, потому что это единственный способ гарантировать, что самолет будет хорошо построен и надежен.
Как насчет самолетов меньшего размера?
Конечно, мы говорили в основном о больших коммерческих самолетах, но как насчет других типов самолетов? Интересно, что самые ранние самолеты редко изготавливались из таких материалов, как сталь и алюминий.
На самом деле, братья Райт использовали комбинацию дерева — в основном ясеня и ели — для изготовления первого самолета, и они использовали муслиновую ткань, чтобы покрыть его, когда строительство было завершено.
Редакционная группа The Wright FlyerСамый первый пассажирский самолет Ford Tri-Motor был сделан из алюминия в конце 1920-х годов, точно такой же, как сегодняшний Boeing 747. Самый быстрый реактивный самолет Lockheed SR71 Blackbird сделан из титана.
Еще больше причин, по которым титан добавляют в сталь при изготовлении самолетов:
- Он почти так же прочен, как сталь.
- Термостойкий.
- Устойчив к коррозии.
- Металл средней тяжести.
Кроме того, во многих интернет-магазинах можно приобрести самолеты в наборах для неспециалистов, которые собирают сами пилоты.
Эти самолеты могут быть изготовлены из дерева, включая пихту Дугласа и ситхинскую ель, деревянные соединения с фанерными вставками и авиационную ткань, которая обычно представляет собой какой-либо тип полиэстера, которым самолет покрыт после сборки.
Конечно, меньшие самолеты, такие как втулочные самолеты, также могут быть изготовлены из других авиационных материалов, включая дерево/композитные материалы и металл. Некоторые из этих самолетов включают Bowers Fly Baby, Pietenpol Air Camper, Ison miniMax, PIK-26 и серию самодельных самолетов KR.
Композитный материал, используемый в этих небольших самолетах, обычно состоит из ткани из стекловолокна или углеродного волокна или конструкционного пластика, такого как винилэфир или эпоксидная смола.
На самом деле существует два основных типа композитных материалов, используемых в этих типах самолетов: формованные композитные материалы, в которых детали самолета изгибаются и формируются в формах, и бесформенные, когда они формируются из пены, а затем покрываются углеродным волокном. или стекловолокно.
Похожие сообщения
- Что такое комплект самолета?
- 9 лучших когда-либо созданных двухтактных самолетов
- Что такое Hush Kit?
Об авторе
Из чего сделаны самолеты?
Большинство современных самолетов изготавливаются из металлов и композитных материалов.
Алюминий в основном используется для корпуса самолета, поскольку он относительно легкий и обладает высокой устойчивостью к коррозии, а сталь используется для шасси самолета и других компонентов, требующих прочности и надежности.
Производители самолетов также все чаще используют композитные материалы, поскольку их легко изготавливать и формовать.
Некоторые из самых передовых военных самолетов в мире, такие как Lockheed Martin F-35 Lightning II, построены из композитных материалов, при этом 35% веса конструкции и большая часть видимой поверхности истребителя изготовлены из композитных материалов.
Из чего сделаны самолеты?
Корпус самолета (фюзеляж)
Корпуса большинства самолетов изготовлены из металлов, таких как титан, алюминий и сталь, и композитов, включая полимеры и углеродное волокно.
Например, корпус Boeing 787 изготовлен из следующих материалов:
- 50 % композитных материалов
- 20 % алюминия
- 15% титан
- 10% сталь
- 5% Другие материалы
Все эти материалы жесткие, прочные и легкие, что делает их подходящими для корпусов самолетов.
Композитные материалы особенно полезны, поскольку они также легко поддаются деформации.
Колеса
Большинство авиационных колес изготовлены из алюминиевого сплава.
Некоторые из них изготовлены из магниевого сплава.
Связанный: Как долго служат шины для самолетов?
Крылья и хвост
Крылья самолетов в основном изготавливаются из алюминия.
Двигатели и крепежные элементы в основном изготовлены из титана.
Сталь также используется для некоторых секций крыла и оперения.
Носовая часть
Носовая часть самолета в основном изготавливается из таких материалов, как кварц и стекловолокно.
Различные химические смолы и пенопластовые наполнители также часто используются для изготовления носовой части самолета.
Лобовое стекло
Если взять Боинг 737 и 747, то лобовое стекло состоит из двух слоев закаленного стекла вместе с прослойкой.
Двигатель
Реактивные двигатели изготавливаются из жаропрочных сплавов железа и никеля из-за их термостойкости при высоких температурах.
Железо-никелевые суперсплавы используются для изготовления корпуса, лопаток и дисков двигателя.
Шасси
Шасси самолета обычно изготавливают из стали, поскольку шасси должно быть прочным и прочным, чтобы выдерживать весь вес самолета.
Различные типы самолетов сделаны из разных материалов
Различные типы самолетов часто сделаны из разных материалов.
Небольшие самолеты, такие как кустарные самолеты, могут быть изготовлены из дерева/композитных материалов и металла.
Например, корпус Bowers Fly Baby изготовлен из ели и фанеры.
Напротив, более крупные коммерческие авиалайнеры в основном изготавливаются из металла и композитных материалов.
Раньше самолеты изготавливались из неожиданных материалов
Первые в мире самолеты были сделаны из дерева и ткани.
Эти материалы позволяют летать, потому что они легкие.
Оба были со временем выброшены, потому что их можно было легко повредить, а авиаторам нужны были более прочные материалы для полетов на больших высотах.
Хронология
- 1903: Братья Райт совершили первый в мире полет на самолете, в основном сделанном из дерева и ткани.
- 1915: Hugo Junkers строит Junker J1, первый в мире цельнометаллический самолет.
- 1925: Генри Форд построил Ford Trimotor, который сделал металл основным строительным материалом для самолетов.
- 1939-1945: Во время Второй мировой войны авиация США начала использовать резину для замены многих металлических частей своих самолетов.
- 1960-е: НАСА разработало кевлар и нейлон для космических кораблей. Но эти материалы также вошли в авиационную промышленность.
- С 1970-х годов по сегодняшний день: углепластики и металлы стали доминирующими материалами для авиастроения.
Почему самолеты сделаны из алюминия?
Самолеты обычно изготавливаются из алюминия, потому что он легче и дешевле, чем сталь или титан, а также обладает высокой устойчивостью к коррозии.
Например, в конструкции Boeing 787 Dreamliner алюминия вдвое больше, чем стали.
Иногда производители самолетов также используют сплавы на основе алюминия для снижения стоимости конструкции.
Например, Airbus A350 изготовлен из алюминиево-литиевого сплава.
Почему сталь не используют для постройки самолетов?
Хотя сталь используется для изготовления компонентов самолета, таких как шасси, она не используется для остальной части корпуса самолета из-за ее веса.
Корпуса самолетов должны быть легкими, так как сталь в три раза тяжелее алюминия, она просто не подходит.
Из чего будут делать самолеты в будущем?
Самолеты в будущем, скорее всего, будут изготавливаться из большего количества композитных материалов.
Авиационное подразделение НАСА завершило передовой композитный проект, который, без сомнения, найдет применение в секторе коммерческой авиации.
Композитные материалы будущего для авиастроения включают нанокомпозиты с металлической матрицей, а также материалы на основе полимеров и керамики.
Эти материалы предпочтительны, поскольку их легко изготавливать и формовать.
Некоторые из этих композитных материалов также устойчивы к молниям и электромагнитным помехам.
Сколько стоит построить самолет?
Строительство самолета стоит от 50 000 до более 100 миллионов долларов, в зависимости от его размера.
Небольшие самолеты
Строительство небольших самолетов стоит от 50 000 до нескольких миллионов долларов.
Частные самолеты
Строительство частных самолетов стоит от 1 до 100 миллионов долларов.
Коммерческие самолеты
Строительство коммерческих самолетов стоит от десятков до сотен миллионов долларов.
Стоимость сборки наиболее распространенных коммерческих самолетов Boeing и Airbus не является общедоступной информацией, но мы можем оценить, что их строительство обошлось более чем в 100 миллионов долларов.
Военные самолеты
Официальная стоимость постройки большинства истребителей засекречена, и стоимость также может значительно различаться в зависимости от модели.
По нашим оценкам, истребители Lockheed Martin F-35B стоят от 20 до 100 миллионов долларов, хотя это не включает расходы на исследования и разработки, которые могут быть огромными.
Сколько времени нужно, чтобы построить самолет?
На постройку большинства больших самолетов уходит 6 месяцев, хотя в идеальных условиях и при максимальной эффективности большой самолет можно построить всего за 2 месяца.
Широкофюзеляжные самолеты строятся дольше всего, а самолеты меньшего размера — меньше всего.
Фактическое время постройки самолета может быть отложено из-за сроков поставки, проблем и других проблем.
В заключение:
- Большинство современных самолетов построены из металлов, таких как алюминий и сталь, и композитных материалов.
- В современных самолетах используется сталь для шасси и алюминий или алюминиевый сплав для корпуса самолета.
- Композитные материалы также становятся все более популярными для изготовления самолетов, поскольку они легкие и легко поддаются формованию.
- Большинство самолетов будущего, вероятно, будут преимущественно изготавливаться из композитных материалов.
- Первые в мире самолеты были построены из дерева и ткани, но от этих материалов отказались в пользу металла, потому что металл прочнее.
