Композиты в ракетно-космической технике

Автор Fakir, 13.11.2004 20:53:43

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

Fakir

Композиты - всем, вроде бы, хороши, и лёгкие, и прочные, но тем не менее о массированном их применении в качестве конструкционных материалов космической техники что-то не слышно (если не считать Рутана). В чём причина? Косность мышления? Сложность технологий для серийного изготовления? Какие-то принципиальные недостатки? Цена, в конце концов?  То же относится и к титану.

Возникает вопрос: а каковы основные конструкционные материалы современных КК (Союз, Шаттл) и РН, и сильно ли можно было бы сэкономить на массе при переходе на титан и композиты? И если прилично (как мне кажется), то почему этого не делают? Ну, допустим, обшивка должна удовлетворять каким-то жёстким тепловым-вакуумным требованиям, но что мешает использовать композиты во внутренних силовых конструкциях? На ум приходит только вибрация...

Bell

Выскажу свое имхо :)

Композиты - дело хорошее, но зачем они нужны нашим космическим мастодонтам, когда у них отработаны технологии легких сплавов? Что-то мне настойчиво подсказывает, что алюминий-литиевые сплавы не уступают композитам по легкости, но превосходят по прочности и т.п. характиристикам.

А Рутанам всяким  деваться некуда - они-то такими технологиями не обдалают. Зато с давних пор работают с композитами.

Так что выбор материала -  не более чем издержки технологии и личных пристрастий.
Иногда мне кажется что мы черти, которые штурмуют небеса (с) фон Браун

ааа

Композиты - это сложно и дорого. Как правило, технологии для космических приложений предприятиям приходилось создавать самостоятельно, под свои задачи. За прошедшие 15 лет сами знаете чего все развалилось, оборудование пришло в негодность, преемственность утрачена. А так было кое-чего, не только дюраль применяли. :)
"One small step for a man, one giant leap for mankind." ©N.Armstrong
 "Let my people go!" ©L.Armstrong

avmich

Белл, ты скопировал плохую привычку у Старого :) и за это расплачиваешься.

Кевлар-49 имеет плотность 1,45 г/мл . Алюминий - примерно 2,7 г/мл . Кевлар подаётся при 36,2 гигапаскалях, алюминий - при 0,4 гигапаскалях.

Главное преимущество алюминия - удобство работы с ним. Ну так можно договориться и до того, что удобнее в космос не летать. И, обрати внимание, до Рутана самолёт типа Вояжер из алюминия никто сделать не мог :) . Так что тут, похоже, у Рутана более прогрессивная технология, а не нехватка оной...

Bell

ЦитатаБелл, ты скопировал плохую привычку у Старого :) и за это расплачиваешься.
Ой! Чего, правда??? Буду исправлятся :)

Не, я же не про конкретно алюминий, а про литиевые сплавы. Там плотность явно меньше. А прочность вы привели для опять же для алюминия или все-таки дюрали? ;)

Я не говорю, что композитная технология хуже. Она - ДРУГАЯ. Наши ей не обладают тольком (сейчас), а Рутан не обладает легкосплавной технологий. Кто чего умеет, из того и клепает :)
Иногда мне кажется что мы черти, которые штурмуют небеса (с) фон Браун

avmich

Прочность привёл для алюминиевых сплавов - http://en.wikipedia.org/wiki/Tensile_strength . Не думаю, что дюраль в этом отношении хуже.

Металлические конструкции - это несколько более старая и, как следствие, более дешёвая и более "скромная по достижениям" технология. Это как водородные разгонные блоки - те, кто успешно освоил эту технику, не делают РБ на керосине. Рутану, соответственно, металлы ни к чему - в аэрокосмических приложениях композиты технически лучше, а с экономичностью Рутан справляется. А вот у тех, у кого композитов нет... приходится на более технически скромной платформе добиваться тех же - или меньших - результатов, делая упор на дешевизне.

То есть, композиты - в целом более прогрессивны, но переход на них сложен, а выигрыш не настолько велик. Тенденция к сохранению статус кво.

X

Аллюминий и т.п. это материал из которого можно лепить что угодно, хочешь сферу, хочешь кубик. Композит это не просто материал, это уже конструкция и если надо слепить сферу будет один композит, надо слепить кубик - другой. Отсюда и все трудности в использовани и дороговизна. ИМХО.

X

ЦитатаВыскажу свое имхо :)

Композиты - дело хорошее, но зачем они нужны нашим космическим мастодонтам, когда у них отработаны технологии легких сплавов? Что-то мне настойчиво подсказывает, что алюминий-литиевые сплавы не уступают композитам по легкости, но превосходят по прочности и т.п. характиристикам.

А Рутанам всяким  деваться некуда - они-то такими технологиями не обдалают. Зато с давних пор работают с композитами.

Так что выбор материала -  не более чем издержки технологии и личных пристрастий.

Не сажу за космос но на всяких Мигах и СУ этих композитов как грязи. Одни кленые кралья чего стоят. И не от жиру, а потому что из метала уже ТТХ не вытянуть.  Так что и потребность и технологии есть. Скорее дело в том что космос как вышел из аритилкрии, так там и остался. И с МАПом дружить не любит

Fakir

avmich
ЦитатаКевлар-49 имеет плотность 1,45 г/мл

   Справедливости для стоит отметить, что приведенная плотность, наверное, относится только к армирующему материалу, а плотность композитной конструкции с пропиткой будет всё же больше, но, полагаю, некритично - с учётом большей прочности композитов.  

Alexc
ЦитатаНе сажу за космос но на всяких Мигах и СУ этих композитов как грязи.

     Про авицию-то я знаю. Поэтому невольно задумываешься - может, дело в каких особенностях режимов работы материалов в космонавтике по сравнению с авиацией?
      Кстати, в боевой ракетной технике композиты применяют, для корпусов РДТТ - небольшие стеклопластиковые корпуса видел своими глазами, можно сказать, в руках держал (точнее - ногами пинал:) ) С виду складывается впечатление, что они вообще сделаны чуть ли не из зауряднейшего стеклопластика.

Гость
ЦитатаАллюминий и т.п. это материал из которого можно лепить что угодно, хочешь сферу, хочешь кубик. Композит это не просто материал, это уже конструкция и если надо слепить сферу будет один композит, надо слепить кубик - другой. Отсюда и все трудности в использовани и дороговизна.

     Не вижу здесь существенной проблемы. Например, корпуса яхт, от самых простеньких до гоночных-рекордных уже не один десяток лет шпарят из композитов.  А у яхты, особенно рекордной, геометрия ого-го как непроста - куда там сфере и кубику...

P.S. А что господа имеют сказать насчёт титана?

X

ЦитатаP.S. А что господа имеют сказать насчёт титана?

Очень капризный и труднопредсказуемый материал

X

Цитатаavmich

P.S. А что господа имеют сказать насчёт титана?

Интересно к какому классу материалов благородная публика отнесет титановые соты или многслойную склейку из титановой фольги ...

А вообще-то я бы отнес не широкое использование композитов - к старости всего летаюшего и косности конструкторов. Кстати на Буране композиты применялтсь достаточно широко.

Shin

Мне кажется, что дело еще в бабках.
Применение композитов в одноразовых конструкциях - расточительство при таких объемах производства. Вот поэтому и в самолетах (а также "Буране") и широко распространены всякие неметалические штучки.
Что дешевле - намотать бак сложной формы или сварить его из фрезерованных листов АМг-6?

Kotov

ЦитатаКомпозиты - это сложно и дорого. Как правило, технологии для космических приложений предприятиям приходилось создавать самостоятельно, под свои задачи. За прошедшие 15 лет сами знаете чего все развалилось, оборудование пришло в негодность, преемственность утрачена. А так было кое-чего, не только дюраль применяли. :)


Согласен на 100%.


P.S.
Особенно перспективен композит на основе бороволокна. (Разработки были симетрично засекречены как и в США, так и в СССР)

X

Выбор тех или иных материалов зависит от целго ряда причин и во многом просто от наличия имеющихся технологий. Если есть освоеный технологисеский комплекс то им и  пользуются пока задача решается, это всегда дешевле в целом. Скажем из практики есть у нас технология сварки нержавейки и мастера так от руки за один раз заварят сразу на вакуум, а вот алюминий варить большие проблемы- не используем.  Тоже самое с титаном. Сколько раз не варили лопаты все ломались, а на соседнем предприятии где постоянно варят титан лопаты вечные.
А композиты это всегда новая технология и без особых причин ее  осваивать не будут. В военной авиации сейчас композиты применять нужда заставила - требование малой радиолокационной заметности (углепластик хорошо поглощает СВЧ), с сохранением летных параметров (иначе приходится плодить уродцев типа F-117 и B-2  или "брилиантовые" F-22).  На Су-47 "Беркут" крылья полностью углепластиковые. На Ка-28 "Касатка" полностью углепластиковый корпус. Освоен выпуск композитных несущих винтов для вертолетов.
Сейчас некуда деваться - если локатор засек птичку раньше чем она готова к  удару то ей п...ц.

Bell

Немного оффтопа
Про титан

Лет 7 назад случайно обратил дома внимание на вилки (!). Русским по серому "Титан". Думаю - нихрена себе! До чего дожили!

Беру знач справочник по неорганике (юный химик, понимаш :)), ищу качественную реакцию на титан. Ага! Якобы раствор перекиси при кипечении с титаном должен желтеть. Беру значь у сестры таблетку (от краски для волос), кидаю в хим. стакан, туда же - вилку и кипечу :)

Через пару минут раствор ПОЖЕЛТЕЛ!!!  :shock:

До сих пор офигеваю...

PS. А вот ее фото (типа фото :))
http://www.temp-nk.narod.ru/cool_vilka.jpg
Иногда мне кажется что мы черти, которые штурмуют небеса (с) фон Браун

X

ЦитатаМне кажется, что дело еще в бабках.
Применение композитов в одноразовых конструкциях - расточительство при таких объемах производства. Вот поэтому и в самолетах (а также "Буране") и широко распространены всякие неметалические штучки.
Что дешевле - намотать бак сложной формы или сварить его из фрезерованных листов АМг-6?

Наверно Вы правы. Опять же менять технологии на отработанных изделиях нафиг нужно. Да и изобретать новое без необходимости тоже смысла нет.  Однако по уму было бы интересно увидеть разблюдовку (+увеличение полезной нагрузки +/- стоимость производства - стоимость разработки и остнастки=???)
И посмотреть при какой серии это станет выгодно.
Но только по уму у нас и раньше редко делали, а теперь и подавно

Igor

А чего такого, подумаеш вилки. Вот кусок набережной Невы меняли, так старые сваи, которыми раньше берег укрепляли оказались титановыми, вот это был номер. Против таких дел даже титановые лопаты ерунда, хотя раньше их на заводе гнали массово, весь запас сырья извели.

Igor

Насчет композитов, они плохо работают на устойчивость, это раз, направление волокон в каждой детолюшке надо подбирать в зависимости от действующих нагрузок, и соответственно под каждую подстраивать технологическое оборудование, это два, в зависимости от соблюдения технологии каждая деталь может иметь разные механические характеристики, это три. В результате выходит дорого и для одноразовых штучных изделий не нужно. Вот самолет изделие многоразовое, один раз сделал и на 20 лет улучшает ТТХ и экономит топливо.

X

К стати статья о перспективах производства титана.
http://www.sciam.ru/2004/1/index.shtml
ИННОВАЦИИ
АЛХИМИЯ СУПЕРМЕТАЛЛА
Превращение двуокиси титана в металл можно сравнить со средневековой алхимией. Подобный процесс, осуществленный в промышленном масштабе, сулит богатства, не снившиеся мудрецам

Fakir

Гость
ЦитатаОчень капризный и труднопредсказуемый материал

   А в чём конкретно проблемы?

Alexc
ЦитатаКстати на Буране композиты применялтсь достаточно широко.

   Можно подробностей?:)

SS-20
Цитатаа вот алюминий варить большие проблемы- не используем. Тоже самое с титаном.

    Почему же проблемы? Я как-то в купе ехал со сварщиком, так он между делом обмолвился, что алюминий аргоновой сваркой - на раз варится. И титан тоже варится без особого труда. Причём сварщик не с какого-нибудб высокотехнологичного производства.

ЦитатаПрименение композитов в одноразовых конструкциях - расточительство при таких объемах производства.
Что дешевле - намотать бак сложной формы или сварить его из фрезерованных листов АМг-6?

ЦитатаНасчет композитов, они плохо работают на устойчивость, это раз, направление волокон в каждой детолюшке надо подбирать в зависимости от действующих нагрузок, и соответственно под каждую подстраивать технологическое оборудование, это два, в зависимости от соблюдения технологии каждая деталь может иметь разные механические характеристики, это три. В результате выходит дорого и для одноразовых штучных изделий не нужно.

    Ну если подбирать под каждое изделие оптимальное направление волокон, то технология может оказаться избыточно сложной (хотя, опять-таки, раз изделие хоть одноразовое, но серийное, то почему бы нет? Неужели, скажем, на "Союзах" за 10 лет нельзя было бы сэкономить?).  Но так ли обязательно заниматься идеальной подгонкой волокон? Почему нельзя использовать гораздо более простую технологию, как со стеклотканью? Да, характеристики будут хуже, но с учётом того, что у того же кевлара плотность в разы меньше, а прочность в десятки раз выше, чем у сплавов - нельзя ли получить выигрыш в массе? По-моему, намотать ткань на болванку и пропитать связующим немногим сложнее, чем варить.
    А что за проблемы у композитов с устойчивостью? И в чём именно причина этих проблем - в композитах как целом или именно в армирующем материале?

Kotov
ЦитатаОсобенно перспективен композит на основе бороволокна.

    Весьма любопытно , нельзя ли поподробнее?