Departemen ini juga dibentuk pada tahun 2002–2008. menuju Bulanov Igor Mikhailovich(1941–2008), wakil rektor Universitas Teknik Negeri Moskow. N. E. Bauman, Doktor Ilmu Teknik, Profesor, Penerima Hadiah Pemerintah Federasi Rusia, Pekerja Kehormatan Tinggi pendidikan kejuruan RF, anggota penuh Akademi Ilmu Pengetahuan Alam Rusia dan Akademi Kosmonotika Rusia dinamai menurut namanya. K.E.Tsiolkovsky. Sejak tahun 2008 hingga sekarang, departemen ini dipimpin oleh Reznik Sergey Vasilievich, Doktor Ilmu Teknik, Profesor, Pekerja Kehormatan Pendidikan Profesi Tinggi Federasi Rusia.
Departemen ini didirikan pada tahun 2002 untuk melatih spesialis di bidang desain, produksi dan pengujian roket dan pesawat ruang angkasa, dengan penggunaan material komposit (CM) secara luas, yang mampu bekerja dalam kondisi yang paling sulit (sangat tinggi/ suhu rendah, vakum, tekanan tinggi, lingkungan yang aktif secara kimia, aliran partikel erosif, dll.).
Pembentukan dan pengembangan sekolah ilmiah MSTU dinamai. N. E. Bauman di bidang mekanika kuantum tidak dapat dilepaskan dari sejarah perkembangan teknologi roket dan luar angkasa. Halaman-halaman cemerlang dalam sejarah ini adalah hasil kerja sama yang erat antara para pekerja di industri, ilmu akademis, dan pendidikan tinggi, yang banyak di antaranya adalah lulusan universitas kami. Keunikan sekolah ilmiah adalah kombinasi penelitian lanjutan di bidang mekanika, fisika termal, ilmu material dan teknologi terkini.
Pada akhir tahun 1940-an, para perancang rudal balistik berpemandu jarak jauh (LGBM) domestik pertama, yang dipimpin oleh S.P. Korolev, dihadapkan pada masalah perlindungan termal hulu ledak rudal dari pemanasan aerodinamis saat masuk kembali. Lulusan Universitas Teknik Tinggi Moskow dinamai demikian. N. E. Bauman - karyawan SRI-88 V. N. Iordansky, G. G. Konradi bersama dengan rekan ilmuwan material dari OKB-1 (A. A. Severov dan lainnya) dan VIAM (A. T. Tumanov dan lainnya.) untuk pertama kalinya di dunia, mereka memecahkan masalah ini dengan menggunakan lapisan ablatif berbahan polimer CM (asboplastik) pada bagian kepala roket R-5 (8K51). Pendekatan untuk mengatasi “penghalang termal” ini kemudian berhasil diterapkan dalam desain modul keturunan pesawat ruang angkasa berawak “Vostok”, “Voskhod”, “Soyuz”, pesawat ruang angkasa otomatis (SC) seperti “Zenith”, “Zond” , “Venera” dan “Mars”, telah menjadi solusi utama untuk aplikasi serupa pada mesin roket bahan bakar padat dan pembangkit listrik. Studi mendalam tentang masalah perlindungan termal menggunakan CM tercermin dalam karya profesor di universitas kami I. S. Epifanovsky, V. V. Gorsky, D. S. Mikhatulin, anggota koresponden. RAS Yu.V.Polezhaeva, acad. RAS S.T.Surzhikova.
Pada tahun 1960-an-1980-an, Uni Soviet memecahkan masalah rumit yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam menciptakan sistem rudal bergerak dan berbasis silo dengan UBRDD berbahan bakar padat. Ada kebutuhan untuk mengembangkan bahan bakar padat campuran komposit dan teknologi untuk menggulung cangkang silinder berukuran besar dari rumah mesin roket fiberglass, dan kemudian cangkang tipe “kepompong” yang terbuat dari organoplastik. Di antara pionir arah ini adalah kepala desainer OKB-1, Akademisi S.P. Korolev, yang memprakarsai desain rudal 8K95 dan 8K98, dan ilmuwan terkenal di bidang roket bahan bakar padat, Yu A. Pobedonostsev. Di bawah bimbingan lulusan Universitas Teknik Tinggi Moskow dinamai demikian. N. E. Bauman, kepala perancang TsKB-7 (Biro Desain Arsenal) P. A. Tyurin pada awal 1960-an merancang sistem rudal bergerak pertama RT-15 dengan rudal jarak menengah 8K96, mengembangkan rudal balistik antarbenua 8K98P, yang bertugas tempur di Pasukan Rudal Strategis pada tahun 1971–1994. (Gbr. 1).
Beras. 1. Rudal balistik antarbenua berbahan bakar padat domestik pertama 8K98P terdiri dari 90% komposit (mesin, hulu ledak, bahan bakar campuran). Roket itu dibuat di bawah kepemimpinan lulusan Sekolah Teknik Tinggi Moskow. N. E. Bauman - S. P. Korolev dan P. A. Tyurin. Museum OJSC "Tanaman Motovilikha", Perm
Kontribusi luar biasa terhadap penciptaan sistem rudal modern RT-2PM Topol dan RT-2PM2 Topol-M dibuat oleh desainer umum MIT B. N. Lagutin dan Yu. DI DALAM beberapa tahun terakhir Rudal balistik antarbenua terbaru dari kompleks Yars dan R-30 Bulava dibuat di MIT.
Kontainer pengangkut dan peluncuran yang terbuat dari CM menjadi bagian integral dari Temp-2S, Pioneer, Topol dan sistem rudal bergerak lainnya (Gbr. 2). Dalam penelitian dan penerapan teknologi penggulungan cangkang komposit dari rumah mesin roket serta wadah pengangkut dan peluncuran, peran lulusan Sekolah Teknik Tinggi Moskow dinamai demikian. N. E. Bauman, kepala desainer dan direktur TsNIISM, anggota koresponden. RAS V. D. Protasov, rekan dan pengikutnya V. I. Smyslov, V. A. Barynin, A. A. Kulkov, A. B. Mitkevich dan lainnya.
Beras. 2. Sistem rudal berbasis darat bergerak "Topol-M" dengan rudal 15Zh55: wadah peluncuran rudal dan transportasi terbuat dari komposit
Berkat luasnya pandangan sejumlah ilmuwan dan guru terkemuka, seperti V. I. Feodosiev dan E. A. Satel, dan di bawah pengaruh tuntutan praktik di MSTU. N. E. Bauman di departemen M-1 (sekarang SM-1) dan M-8 (sekarang SM-12) memberikan kursus pelatihan yang mencerminkan kekhususan desain, produksi dan pengujian struktur komposit. Pada tahun 1986, Dewan Kementerian Teknik Mesin Umum Uni Soviet memutuskan kelayakan membuka spesialisasi baru di Sekolah Teknik Tinggi Moskow: “Desain dan produksi produk dari CM.” Perekrutan tidak hanya dilakukan satu, melainkan tiga kelompok mahasiswa sekaligus. Perhatian besar diberikan pada penciptaan basis pengujian modern di Pusat Pendidikan dan Eksperimental di desa Orevo, distrik Dmitrovsky, wilayah Moskow (sekarang MSTU cabang Dmitrovsky dinamai N.E. Bauman).
Penggemar arah baru di bidang teknologi adalah A.K. Dobrovolsky, S.S. Lenkov, I.M. Bulanov, M.A. Komkov, V.M. Siswa menguasai metode penghitungan kekuatan struktur komposit di bawah bimbingan N. A. Alfutov, P. A. Zinoviev, B. G. Popov, V. I. Usyukin. Fitur perhitungan kekuatan termal dan termal struktur komposit dibahas dalam kuliah oleh V. S. Zarubin, V. N. Eliseev, S. V. Reznik. Di bawah kepemimpinan G.B. Sinyarev, teori pengujian termal struktur komposit dikembangkan, banyak ketentuannya didasarkan pada hasil eksperimen yang dilakukan di bangku uji baru di desa Orevo.
Sejak tahun 2008 hingga sekarang, departemen ini dipimpin oleh Reznik Sergey Vasilievich, Doktor Ilmu Teknik, Profesor, Pekerja Kehormatan Pendidikan Profesi Tinggi Federasi Rusia.
Salah satu ciri CM adalah tidak dapat dianggap terpisah dari desain dan teknologi produksi. Pada panggung modern perkembangan teknologi roket dan luar angkasa, beberapa arah diidentifikasi di mana penggunaan CM akan berperan peran kunci: struktur luar angkasa yang dapat dipasang (antena, pembangkit listrik, struktur bervolume besar), fairing roket, dapat digunakan kembali pesawat ruang angkasa, pesawat hipersonik dengan mesin ramjet.
Sebuah kata baru dalam menciptakan kekuatan desain ruang cangkang jaring baja yang terbuat dari CM (Gbr. 3-6). Teori dan teknologi untuk produksi struktur tersebut sedang dikembangkan di TsNIISM di bawah kepemimpinan anggota terkait. RAS V.V.Vasiliev, rekannya A.F. Razin, V.A.
Beras. 3 Kompartemen jaring komposit kendaraan peluncuran Proton-M
Beras. 4 Adaptor muatan mesh komposit
Beras. 5 Jaring komposit struktur penahan beban Badan pesawat ruang angkasa seri "Ekspres".
Beras. 6 Jari-jari jaring komposit dari antena luar angkasa yang dapat dipasang
Objek riset ilmiah profesor A. M. Dumansky, G. V. Malysheva, P. V. Prosuntsov, S. V. Reznik, M. Yu. pesawat ruang angkasa kelas, berbagai roket, mesin. Fitur Studi-studi ini merupakan kombinasi eksperimen komputasi dan fisik (Gbr. 7-9).
Beras. 7 reflektor ultra-ringan pada antena ruang cermin terpasang yang terbuat dari serat karbon
Beras. 8 Hasil pemodelan matematis keadaan suhu reflektor antena ruang cermin terpasang
Beras. 9 Proyek siswa dari pesawat ruang angkasa “Sivka” yang dapat digunakan kembali (proyek ini diprakarsai oleh ilmuwan kosmonot pertama, Profesor K. P. Feoktistov dan dikembangkan oleh mahasiswa departemen SM-1 dan SM-13)
Sebagai bagian dari penelitian dengan PJSC RSC Energia dinamai. S.P. Korolev" menggunakan program analisis elemen hingga dari paket "CAR", bidang suhu, tegangan dan deformasi pada elemen berdinding tipis dari struktur komposit reflektor antena dengan diameter 14 m dari satelit komunikasi geostasioner yang menjanjikan dipelajari. Hasil yang diperoleh sesuai dengan hasil perhitungan independen yang dilakukan oleh spesialis Italia dari perusahaan Alenia Spazio, menggunakan program komputasi ESATAN dan EASARAD Badan Antariksa Eropa, serta dengan data yang diperoleh selama uji termal di Pusat Luar Angkasa Eropa. Riset dan Teknologi di Noordwijk, Belanda.
Di antara proyek yang berhasil diselesaikan adalah partisipasi dalam desain dan debugging bangku uji dan instalasi di Teknologi ONPP JSC yang dinamai demikian. A.G. Romashina." Sesuai dengan spesifikasi teknis JSC Composite, sejumlah proyek penelitian dan pengembangan telah dilakukan untuk menguasai teknologi produksi dan mempelajari secara komprehensif karakteristik bahan karbon-keramik. Sejak 2011 beberapa proyek-proyek besar dilakukan bekerja sama dengan Pusat Penelitian dan Pendidikan “Bahan Baru, Komposit dan Teknologi Nano” dengan jumlah total sekitar 300 juta rubel.
Selama 15 tahun, 25 kandidat dan 3 disertasi doktoral dipertahankan di bawah pengawasan ilmiah para profesor departemen. Guru, mahasiswa pascasarjana dan mahasiswa departemen adalah peserta dalam pekerjaan penelitian di bawah 5 hibah RFBR.
Setiap tahun, mahasiswa departemen menyajikan 12-15 laporan pada konferensi SNTO yang dinamai demikian. N.E.Zhukovsky.
Lulusan departemen menerima pengetahuan, keterampilan dan kemampuan yang diperlukan bagi seorang insinyur modern untuk melakukan penelitian ilmiah dan memproduksi peralatan baru. Landasan teoretis proses pendidikan terdiri dari disiplin ilmu siklus matematika dan alam - matematika tingkat tinggi, kimia, fisika, mekanika teoritis, termodinamika dan perpindahan panas. Di antara disiplin ilmu khusus tersebut adalah “Dasar-dasar kimia fisik komposit”, “Mekanika struktur struktur komposit”, “Mekanika media komposit”, “Optimasi struktur dan teknologi komposit”, “Dasar-dasar teknologi roket dan luar angkasa”. Kurikulum menyediakan studi tentang metode desain berbantuan komputer, produksi dan pengujian struktur komposit dengan berbagai kombinasi pengisi dan matriks. Dalam beberapa tahun terakhir, disiplin ilmu baru telah dimasukkan dalam kurikulum: “Teknik nano pesawat ruang angkasa”, “Metode untuk menciptakan lingkungan yang inovatif”, “ Pelatihan teknis ekspedisi luar angkasa”, “Teknologi pesawat ruang angkasa yang dapat digunakan kembali”, yang tidak tersedia di universitas mana pun di Rusia.
Ruang pamer berisi sampel unik bahan dan struktur skala penuh (elemen tepi sayap pesawat ruang angkasa Buran, fairing hidung pesawat ruang angkasa Bor, adaptor jaringan kendaraan peluncuran Proton, saluran pipa untuk memasok komponen bahan bakar roket, tabung gas terkompresi , fairing hidung roket S-300, X-35, blok nosel, kit perekat perbaikan, dll.). Departemen telah mendirikan Pusat Teknologi Informasi Perancangan yang dilengkapi dengan teknologi komputer modern.
Departemen ini melatih mahasiswa dari Belarus, Bulgaria, Vietnam, India, Italia, Kazakhstan, China, Korea, Myanmar, Slovakia, Prancis, dan mahasiswa pascasarjana dari Belarus, Vietnam, Kazakhstan, China, Myanmar. Hubungan telah terjalin dengan sejumlah universitas asing: University of Ljubljana (Slovenia), University of Glindor (Wrexham, UK), Ecole Polytechnic (Leon, Prancis), Beijing Institute of Technology (Universitas), Harbin Polytechnic University (China), Universitas Dirgantara Nasional. N. E. Zhukovsky (KhAI), Kharkov, Ukraina, dll. Kemitraan yang bermanfaat dipertahankan dengan Institut Perpindahan Panas dan Massa yang dinamai demikian. A. V. Lykova NAS dari Belarus, Minsk.
Karyawan departemen adalah penyelenggara konferensi dan simposium ilmiah internasional: "Bahan dan pelapis dalam kondisi ekstrim" (bersama dengan Institut Masalah I.N. Frantsevich dari Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Ukraina, Katsiveli, Krimea, 6 konferensi pada tahun 2002 –2012), “Material dan teknologi komposit canggih untuk aplikasi luar angkasa” (Wrexham, Wales, Inggris, setiap tahun pada tahun 2011–2015), “Advanced sistem teknis dan teknologi" (Sevastopol, setiap tahun sejak 2005), "Teknologi roket dan luar angkasa: masalah mendasar dan terapan" (Moskow, 5 konferensi pada tahun 1998–2018).
Dalam kerangka proyek internasional INTAS 00-0652 pada tahun 2000–2005. penelitian bersama dilakukan dengan spesialis dari Belarus, Jerman, Spanyol dan Perancis di bidang bahan pelindung panas untuk pesawat ruang angkasa yang menjanjikan dan dapat digunakan kembali, yang hasilnya berkelas dunia.
Mengirimkan karya bagus Anda ke basis pengetahuan itu mudah. Gunakan formulir di bawah ini
Pelajar, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.
Diposting pada http://allbest.ru
Laporan
Bahan komposit di pesawat terbang
Perkenalan
Teknologi roket dan luar angkasa modern tidak dapat dibayangkan tanpa material komposit polimer. Saat mengembangkan alat eksplorasi ruang angkasa, diperlukan material baru yang harus tahan terhadap beban penerbangan luar angkasa (suhu dan tekanan tinggi, beban getaran selama fase peluncuran, suhu luar angkasa yang rendah, vakum dalam, paparan radiasi, paparan mikropartikel, dll.) , memiliki massa yang cukup rendah. Bahan komposit memenuhi semua persyaratan ini. Material komposit banyak digunakan dalam konstruksi pesawat terbang dan teknologi luar angkasa karena bobotnya yang baik dan karakteristik mekanisnya, yang memungkinkan terciptanya struktur yang ringan dan tahan lama yang juga dapat beroperasi pada suhu tinggi.
1. Konsep material komposit dan penerapannya dalam ilmu roket
Saat ini, komposit adalah material yang paling populer dan sering digunakan dalam pesawat terbang dan peroketan. Banyak dari bahan-bahan ini lebih ringan dan kuat daripada bahan-bahan yang paling sesuai sifat fisik paduan logam (aluminium dan titanium). Pada sebagian besar komposit (kecuali laminasi), komponen dapat dibagi menjadi matriks (atau pengikat) dan elemen penguat (atau pengisi) yang termasuk di dalamnya. Dalam komposit untuk keperluan struktural, elemen penguat biasanya memberikan karakteristik mekanis yang diperlukan dari material (kekuatan, kekakuan, dll.), dan matriks menyediakan bekerja sama memperkuat elemen dan melindunginya dari kerusakan mekanis dan lingkungan kimia yang agresif. Apabila unsur-unsur penguat dan suatu matriks digabungkan, maka akan terbentuk suatu komposisi yang mempunyai seperangkat sifat yang tidak hanya mencerminkan ciri-ciri asli komponen-komponennya, tetapi juga sifat-sifat baru yang tidak dimiliki oleh masing-masing komponen.
Penggunaan material komposit memungkinkan pengurangan berat produk (roket, pesawat ruang angkasa) sebesar 10...50% tergantung pada jenis strukturnya dan, karenanya, mengurangi konsumsi bahan bakar, sekaligus meningkatkan keandalan. Bahan komposit juga telah dibuat di mana dasar plastik (polimer) diperkuat dengan kaca, Kevlar atau serat karbon. Material komposit banyak digunakan dalam konstruksi pesawat terbang dan teknologi luar angkasa karena bobotnya yang baik dan karakteristik mekanisnya, yang memungkinkan terciptanya struktur yang ringan dan tahan lama yang juga dapat beroperasi pada suhu tinggi.
Pengurangan berat badan adalah prioritas utama dalam desain pesawat ruang angkasa. Banyak kemajuan dalam bidang pembuatan cangkang berdinding tipis berasal dari persyaratan ini. Contoh tipikal Desain tersebut adalah kendaraan peluncuran berbahan bakar cair Atlas dan desain roket berbahan bakar padat. Cangkang monocoque supercharged khusus diciptakan untuk Atlas. Roket dengan mesin propelan padat diproduksi dengan melilitkan filamen kaca di sekitar mandrel yang berbentuk seperti muatan propelan padat dan menghamili lapisan luka dengan resin khusus, yang mengeras setelah vulkanisasi. Dengan teknologi ini, baik cangkang pendukung pesawat maupun mesin roket dengan nosel diperoleh sekaligus. Menggunakan material komposit modern, pesawat ruang angkasa yang masuk kembali dirancang dengan cangkang berbentuk kerucut yang dilapisi dengan lapisan bahan pelindung panas, yang menguap ketika suhu tinggi, mendinginkan struktur.
Contoh mencolok lainnya dari penggunaan material komposit adalah pesawat ulang-alik orbital, yang mampu terbang di atmosfer bumi dengan kecepatan hipersonik (lebih dari Mach 5 atau 6000 km/jam). Sayap perangkat memiliki bingkai multi-spar; Kokpit monocoque yang diperkuat, seperti sayapnya, terbuat dari paduan aluminium. Pintu kompartemen kargo terbuat dari bahan komposit grafit-epoksi. Perlindungan termal perangkat disediakan oleh beberapa ribu paru-paru ubin keramik, yang menutupi bagian permukaan yang terkena aliran panas besar.
Untuk stasiun luar angkasa"Alpha", dibuat sesuai dengan program Rusia-Amerika, banyak elemen struktural terbuat dari bahan komposit: batang rangka berkekuatan tinggi, panel panel surya, bejana tekan, kompartemen "kering", reflektor, dll.
Kapal ringan dan wadah yang terbuat dari bahan komposit polimer dan beroperasi di bawah tekanan berhasil digunakan dalam teknologi roket dan luar angkasa. Tangki bahan bakar, balon silinder, rumah mesin roket, akumulator tekanan, silinder pernapasan untuk pilot dan astronot telah dibuat dan digunakan??? Penggunaan serat organik dan kaca akan memungkinkan terciptanya silinder bertekanan yang tahan lama dengan koefisien kesempurnaan berat yang tinggi.
Saat ini, plastik serat karbon banyak digunakan dalam penerbangan dan peroketan. polimer yang diperkuat serat karbon.
Serat karbon dan komposit karbon memiliki warna hitam pekat? mewarnai dan menghantarkan listrik dengan baik, yang memberikan sifat elektrofisika khusus (misalnya, untuk antena radar), serta persyaratan ketahanan panas dan konduktivitas termal.
Serat karbon digunakan untuk membuat kerucut hidung roket, bagian pesawat berkecepatan tinggi yang terkena beban aerodinamis maksimum, nozel mesin roket, dll. Selain itu, mengingat grafit merupakan pelumas padat, serat karbon digunakan untuk membuat bantalan rem dan cakram pada pesawat berkecepatan tinggi, pesawat ulang-alik yang dapat digunakan kembali, dan mobil balap. Cermin struktur antena yang terbuat dari serat karbon dapat ditemukan aplikasi yang luas untuk memecahkan masalah komunikasi melalui satelit. Penting untuk mempertimbangkan bahwa penggunaannya dengan massa hingga 15 kg akan memberikan beban destruktif sebesar 900 kgf dengan masa pakai minimal 20 tahun. Bahan komposit (tiga lapis) yang terbuat dari serat karbon dalam elemen struktur penahan beban dibandingkan dengan lapisan tunggal (monolitik) dalam kondisi operasi tertentu dan peningkatan beban untuk massa elemen tertentu akan memberikan: pengurangan massa elemen elemen struktur sebesar 40...50% dan peningkatan kekakuannya sebesar 60...80%; meningkatkan keandalan sebesar 20...25% dan terus meningkat masa garansi sebesar 60...70%.
2. Penerapan nanoteknologi dalam pengembangan material komposit
NASA dan Johnson Space Center telah membuat kesepakatan mengenai pengembangan bersama dan penerapan teknologi tinggi dan, khususnya, nanoteknologi untuk eksplorasi ruang angkasa. NASA Berencana Menyederhanakan Peluncuran Pesawat Luar Angkasa??? ke orbit menggunakan lift ruang angkasa berbasis nanotube.
Nanotube dicirikan oleh kekakuan yang tinggi, dan oleh karena itu bahan yang dibuat berdasarkan nanotube dapat menggantikan sebagian besar aerosol modern. bahan konstruksi. Komposit berbahan dasar nanotube akan mengurangi bobot pesawat ruang angkasa modern??? hampir dua kali lipat.
Peneliti dari NASA dan LiftPort Inc. menawarkan untuk menyederhanakan keluaran benda besar??? ke orbit menggunakan sistem yang mereka sebut “lift ruang angkasa”. Lift luar angkasa adalah sebuah pita yang salah satu ujungnya menempel pada permukaan bumi, dan ujung lainnya berada pada orbit bumi di luar angkasa (pada ketinggian 100.000 km). Tarikan gravitasi ujung bawah pita dikompensasi oleh gaya yang disebabkan oleh percepatan sentripetal ujung atas dan pita terus-menerus dalam keadaan tegang.
Dengan mengubah panjang pita, orbit yang berbeda dapat dicapai. Kapsul luar angkasa yang mengandung manfaat? beban akan bergerak sepanjang sabuk. Di stasiun terakhir, jika perlu, kapsul terputus dari lift dan menuju ke ruang terbuka.
Kecepatan kapsul tersebut adalah 11 km/s. Kecepatan ini akan cukup untuk memulai perjalanan ke Mars dan planet lain. Berdasarkan uraian di atas, kami sampai pada kesimpulan bahwa biaya peluncuran kapsul hanya pada awal perjalanannya ke orbit. Penurunan akan dilakukan dalam urutan terbalik - pada akhir penurunan kapsul akan dipercepat oleh medan gravitasi bumi.
Tabung nano karbon berdinding tunggal, ditemukan pada tahun 1991, cukup kuat untuk dijadikan inti sabuk elevator.
Mereka 100 kali lebih kuat dari baja dan, secara teori, 3-5 kali lebih kuat dari yang dibutuhkan untuk membangun elevator.
Pita perekat yang terdiri dari nanotube dengan panjang 1 m dan lebar 5 cm ini memiliki kekuatan yang tinggi. Rasio kekuatan/berat bahan sabuk lebih tinggi dibandingkan baja yang sangat keras.
Nanotube juga akan sangat berguna dalam pengembangan perangkat nanoelektronik, komputer berdaya tinggi, dan perangkat memori.
3. Bahan komposit penyembuhan diri
bahan struktur peroketan komposit
Eksperimental? struktural? bahan untuk pesawat luar angkasa??? akan menggandakan masa pakai rumah mereka. Retakan dan lubang kecil akan segera diperbaiki dengan kompon khusus pengerasan cepat, tanpa menyebabkan penurunan kekuatan struktur.
Lambung pesawat luar angkasa??? terus-menerus terkena kontras suhu yang tajam???. Sinar matahari dapat memanaskan permukaan hingga 100°C atau lebih. Begitu berada di bawah bayangan bumi, perangkat mulai mendingin dengan cepat. Bahkan rotasi sederhana pun menyebabkan fluktuasi suhu yang konstan pada permukaan perangkat.
Perubahan suhu yang konstan menimbulkan tekanan pada material rumah dan menyebabkan munculnya retakan mikro.
Mekanisme lain dari erosi ruang angkasa adalah dampak mikrometeor???. Kami tidak berbicara tentang objek yang dapat menyebabkan kerusakan serius - hal ini sangat jarang terjadi. Namun pada saat yang sama, butiran debu kosmik dan partikel puing-puing ruang angkasa berukuran kurang dari satu milimeter jumlahnya cukup banyak dan, dengan kecepatan puluhan kilometer per detik, menyebabkan degradasi struktur secara bertahap.
Materi baru dikembangkan? di Badan Antariksa Eropa, telah meningkatkan ketahanan terhadap faktor erosi ruang angkasa karena kemampuan menyembuhkan diri sendiri ketika rusak. Saat membuatnya, para pengembang terinspirasi oleh kemampuan jaringan hidup untuk menyembuhkan luka kecil secara mandiri akibat efek pembekuan darah.
Benar, pembekuan darah terjadi di bawah pengaruh udara, jadi teknologi luar angkasa perlu menggunakan pendekatan yang sedikit berbeda. Banyak bejana kaca tertipis dengan diameter luar 60 mikron dan diameter dalam 30 dimasukkan ke dalam material komposit resin epoksi, cepat mengeras jika dicampur. Ketika retakan terjadi, bejana kaca pecah dan cairan yang dikandungnya mengisi retakan tersebut. Kecepatan prosesnya sedemikian rupa sehingga cairan tidak sempat menguap dalam ruang hampa. Dengan demikian, penyebaran retakan lebih lanjut segera dihentikan - sebuah proses yang menyebabkan lebih banyak kerusakan daripada retakan itu sendiri.
Sampel material baru berhasil melewati pengujian pertama di ruang vakum. Masih banyak pengujian yang harus dilakukan, terutama pada kekuatan dan stabilitas suhu. Jadi aplikasi praktis Bahan penyembuhan diri di pesawat ruang angkasa dapat diharapkan paling cepat sepuluh tahun dari sekarang. Namun, ESA sudah meyakini hal itu materi baru akan memungkinkan Anda untuk memperpanjang waktu pengoperasian pesawat ruang angkasa yang erosi merupakan faktor pembatasnya.
Kesimpulan
Seperti yang diperlihatkan oleh praktik, material komposit, meskipun biayanya tinggi dan kesulitan dalam produksinya, dapat menjadi material yang paling banyak digunakan dan nyaman digunakan penggunaan yang benar. Material komposit memberikan struktur dengan kekuatan dan ketahanan aus yang tinggi, serta bobot yang rendah, yang sangat penting saat merancang pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa. Selain itu, material komposit juga berhasil digunakan di bidang lain, mulai dari teknik mesin hingga kedokteran. Prospek luas terbuka dalam penciptaan material komposit baru, dengan properti unik, yang akan membuka cakrawala baru di banyak bidang aktivitas manusia.
Referensi
1. Buku Pegangan Bahan Komposit: dalam 2 buku. Buku 2 Edisi. J.Lubina. - M.: Teknik Mesin, 1988
2. Zuev N.I., Golikovskaya K.F. - Majalah "Izvestia Samara" pusat ilmiah Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia" Edisi No. 4-2 / volume 14/2012
3. Jurnal “Masalah terkini penerbangan dan astronotika” Edisi No. 6/volume 1/2010
4. Material komposit dalam teknik roket dan luar angkasa Ed. Gardymova G.P. - SPb.: SpetsLit, 1999
Diposting di Allbest.ru
...Dokumen serupa
Berbagai bahan ruang. Kelas baru bahan struktural adalah senyawa intermetalik. Luar angkasa dan nanoteknologi, peran nanotube dalam struktur material. Bahan luar angkasa yang dapat menyembuhkan diri sendiri. Penerapan komposit ruang "cerdas".
laporan, ditambahkan pada 26/09/2009
Informasi umum tentang material komposit. Sifat material komposit seperti sibunit. Berbagai bahan karbon berpori. Bahan pelindung dan penyerap radio. Keramik kalsium fosfat adalah biopolimer untuk regenerasi jaringan tulang.
abstrak, ditambahkan 13/05/2011
Jenis material komposit: dengan logam dan matriks non-logam, milik mereka karakteristik komparatif dan spesifik aplikasi. Klasifikasi, jenis material komposit dan penentuan efisiensi ekonomi penggunaan masing-masing material.
abstrak, ditambahkan 01/04/2011
Klasifikasi material komposit, karakteristik dan sifat geometrisnya. Penggunaan logam dan paduannya, polimer, bahan keramik sebagai matriks. Fitur metalurgi serbuk, sifat dan penerapan magnetodielektrik.
presentasi, ditambahkan 14/10/2013
Konsep material komposit polimer. Persyaratan untuk mereka. Penggunaan komposit dalam produksi pesawat terbang dan roket, penggunaan fiberglass poliester dalam industri otomotif. Metode pembuatan produk dari plastik busa kaku.
abstrak, ditambahkan 25/03/2010
Materi peraturan tentang peraturan ketenagakerjaan, penerapannya. Esensi, keragaman, persyaratan, pengembangan materi peraturan. Ketentuan metodologis untuk pengembangan materi peraturan. Standar industri. Klasifikasi standar ketenagakerjaan.
abstrak, ditambahkan 05/10/2008
Produksi produk dari bahan komposit. Proses teknologi persiapan. Perhitungan jumlah bahan penguat. Seleksi dan persiapan pengoperasian peralatan teknologi. Pembentukan dan perhitungan waktu potong, pencetakan struktur.
tugas kursus, ditambahkan 26/10/2016
Pengembangan prinsip dan teknologi pemrosesan laser bahan komposit polimer. Studi sampel instalasi laser berdasarkan laser serat untuk teknologi pengujian pemotongan laser bahan. Komposisi peralatan, pemilihan emitor.
tugas kursus, ditambahkan 12/10/2013
Teknologi pemasangan sistem dan peralatan sanitasi. Pembuatan komponen dari termoplastik, baja dan pipa besi cor. Komposisi, struktur dan sifat material komposit. Pemasangan saluran pembuangan, jaringan konsumsi gas intra-blok dan pekarangan.
tesis, ditambahkan 18/01/2014
Struktur material komposit. Karakteristik dan sifat sistem paduan yang diperkuat dispersi. Lingkup penerapan bahan yang diperkuat serat. Kekuatan jangka panjang CMs diperkuat dengan partikel dari berbagai geometri, paduan nikel yang menua.
Departemen ini juga dibentuk pada tahun 2002–2008. menuju Bulanov Igor Mikhailovich(1941–2008), wakil rektor Universitas Teknik Negeri Moskow. N. E. Bauman, Doktor Ilmu Teknik, Profesor, Pemenang Pemerintah Federasi Rusia, Pekerja Kehormatan Pendidikan Profesional Tinggi Federasi Rusia, Anggota Penuh Akademi Ilmu Pengetahuan Alam Rusia dan Akademi Kosmonotika Rusia dinamai. K.E.Tsiolkovsky. Sejak tahun 2008 sampai sekarang, departemen ini dipimpin oleh Reznik Sergey Vasilievich, Doktor Ilmu Teknik, Profesor, Pekerja Kehormatan Pendidikan Profesi Tinggi Federasi Rusia.
Departemen ini dibentuk pada tahun 2002 untuk melatih spesialis di bidang desain, produksi dan pengujian roket dan pesawat ruang angkasa, dengan meluasnya penggunaan material komposit (CM) yang mampu beroperasi dalam kondisi paling sulit (suhu sangat tinggi/rendah, vakum, tekanan tinggi, lingkungan yang aktif secara kimia, aliran partikel erosi, dll.).
Pembentukan dan pengembangan sekolah ilmiah MSTU dinamai. N. E. Bauman di bidang mekanika kuantum tidak dapat dilepaskan dari sejarah perkembangan teknologi roket dan luar angkasa. Halaman-halaman cemerlang dalam sejarah ini adalah hasil kerja sama yang erat antara para pekerja di industri, ilmu akademis, dan pendidikan tinggi, yang banyak di antaranya adalah lulusan universitas kami. Keunikan sekolah ilmiah adalah kombinasi penelitian lanjutan di bidang mekanika, fisika termal, ilmu material dan teknologi terkini.
Pada akhir tahun 1940-an, para perancang rudal balistik berpemandu jarak jauh (LGBM) domestik pertama, yang dipimpin oleh S.P. Korolev, dihadapkan pada masalah perlindungan termal hulu ledak rudal dari pemanasan aerodinamis saat masuk kembali. Lulusan Universitas Teknik Tinggi Moskow dinamai demikian. N. E. Bauman - karyawan SRI-88 V. N. Iordansky, G. G. Konradi bersama dengan rekan ilmuwan material dari OKB-1 (A. A. Severov dan lainnya) dan VIAM (A. T. Tumanov dan lainnya.) untuk pertama kalinya di dunia, mereka memecahkan masalah ini dengan menggunakan lapisan ablatif berbahan polimer CM (asboplastik) pada bagian kepala roket R-5 (8K51). Pendekatan untuk mengatasi “penghalang termal” ini kemudian berhasil diterapkan dalam desain modul keturunan pesawat ruang angkasa berawak “Vostok”, “Voskhod”, “Soyuz”, pesawat ruang angkasa otomatis (SC) seperti “Zenith”, “Zond” , “Venera” dan “Mars”, telah menjadi solusi utama untuk aplikasi serupa pada mesin roket bahan bakar padat dan pembangkit listrik. Studi mendalam tentang masalah perlindungan termal menggunakan CM tercermin dalam karya profesor di universitas kami I. S. Epifanovsky, V. V. Gorsky, D. S. Mikhatulin, anggota koresponden. RAS Yu.V.Polezhaeva, acad. RAS S.T.Surzhikova.
Pada tahun 1960-1980an, Uni Soviet memecahkan masalah rumit yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam menciptakan sistem rudal bergerak dan berbasis silo dengan bahan bakar padat UBRDD. Ada kebutuhan untuk mengembangkan bahan bakar padat campuran komposit dan teknologi untuk menggulung cangkang silinder berukuran besar dari rumah mesin roket fiberglass, dan kemudian cangkang tipe “kepompong” yang terbuat dari organoplastik. Di antara pionir arah ini adalah kepala perancang OKB-1, akademisi S.P. Korolev, yang memprakarsai desain rudal 8K95 dan 8K98, dan ilmuwan terkenal di bidang roket bahan bakar padat, Yu A. Pobedonostsev. Di bawah bimbingan lulusan Universitas Teknik Tinggi Moskow dinamai demikian. N. E. Bauman, kepala perancang TsKB-7 (Biro Desain Arsenal) P. A. Tyurin pada awal 1960-an merancang sistem rudal bergerak pertama RT-15 dengan rudal jarak menengah 8K96, mengembangkan rudal balistik antarbenua 8K98P, yang bertugas tempur di Pasukan Rudal Strategis pada tahun 1971–1994. (Gbr. 1).
Beras. 1. Rudal balistik antarbenua berbahan bakar padat domestik pertama 8K98P terdiri dari 90% komposit (mesin, hulu ledak, bahan bakar campuran). Roket itu dibuat di bawah kepemimpinan lulusan Sekolah Teknik Tinggi Moskow. N. E. Bauman - S. P. Korolev dan P. A. Tyurin. Museum OJSC "Tanaman Motovilikha", Perm
Kontribusi luar biasa terhadap penciptaan sistem rudal modern RT-2PM Topol dan RT-2PM2 Topol-M dibuat oleh desainer umum MIT B. N. Lagutin dan Yu. Dalam beberapa tahun terakhir, MIT telah menciptakan rudal balistik antarbenua terbaru dari kompleks Yars dan R-30 Bulava.
Kontainer pengangkut dan peluncuran yang terbuat dari CM menjadi bagian integral dari Temp-2S, Pioneer, Topol dan sistem rudal bergerak lainnya (Gbr. 2). Dalam penelitian dan penerapan teknologi penggulungan cangkang komposit dari rumah mesin roket serta wadah pengangkut dan peluncuran, peran lulusan Sekolah Teknik Tinggi Moskow dinamai demikian. N. E. Bauman, kepala desainer dan direktur TsNIISM, anggota koresponden. RAS V. D. Protasov, rekan dan pengikutnya V. I. Smyslov, V. A. Barynin, A. A. Kulkov, A. B. Mitkevich dan lainnya.
Beras. 2. Sistem rudal berbasis darat bergerak "Topol-M" dengan rudal 15Zh55: wadah peluncuran rudal dan transportasi terbuat dari komposit
Berkat luasnya pandangan sejumlah ilmuwan dan guru terkemuka, seperti V. I. Feodosiev dan E. A. Satel, dan di bawah pengaruh tuntutan praktik di MSTU. N. E. Bauman di departemen M-1 (sekarang SM-1) dan M-8 (sekarang SM-12) memberikan kursus pelatihan yang mencerminkan kekhususan desain, produksi dan pengujian struktur komposit. Pada tahun 1986, Dewan Kementerian Teknik Mesin Umum Uni Soviet memutuskan kelayakan membuka spesialisasi baru di Sekolah Teknik Tinggi Moskow: “Desain dan produksi produk dari CM.” Perekrutan tidak hanya dilakukan satu, melainkan tiga kelompok mahasiswa sekaligus. Perhatian besar diberikan pada penciptaan basis pengujian modern di Pusat Pendidikan dan Eksperimental di desa Orevo, distrik Dmitrovsky, wilayah Moskow (sekarang MSTU cabang Dmitrovsky dinamai N.E. Bauman).
Penggemar arah baru di bidang teknologi adalah A.K. Dobrovolsky, S.S. Lenkov, I.M. Bulanov, M.A. Komkov, V.M. Siswa menguasai metode penghitungan kekuatan struktur komposit di bawah bimbingan N. A. Alfutov, P. A. Zinoviev, B. G. Popov, V. I. Usyukin. Fitur perhitungan kekuatan termal dan termal struktur komposit dibahas dalam kuliah oleh V. S. Zarubin, V. N. Eliseev, S. V. Reznik. Di bawah kepemimpinan G.B. Sinyarev, teori pengujian termal struktur komposit dikembangkan, banyak ketentuannya didasarkan pada hasil eksperimen yang dilakukan di bangku uji baru di desa Orevo.
Perkenalan
Teknologi roket dan luar angkasa modern tidak dapat dibayangkan tanpa material komposit polimer. Saat mengembangkan alat eksplorasi ruang angkasa, diperlukan material baru yang harus tahan terhadap beban penerbangan luar angkasa (suhu dan tekanan tinggi, beban getaran selama fase peluncuran, suhu luar angkasa yang rendah, vakum dalam, paparan radiasi, paparan mikropartikel, dll.) , memiliki massa yang cukup rendah. Bahan komposit memenuhi semua persyaratan ini. Material komposit banyak digunakan dalam konstruksi pesawat terbang dan teknologi luar angkasa karena bobotnya yang baik dan karakteristik mekanisnya, yang memungkinkan terciptanya struktur yang ringan dan tahan lama yang juga dapat beroperasi pada suhu tinggi.
Konsep material komposit dan penerapannya dalam ilmu roket
Saat ini, komposit adalah material yang paling populer dan sering digunakan dalam pesawat terbang dan peroketan. Banyak dari material ini lebih ringan dan kuat dibandingkan paduan logam (aluminium dan titanium) yang paling sesuai dalam hal sifat fisiknya. Pada sebagian besar komposit (kecuali laminasi), komponen dapat dibagi menjadi matriks (atau pengikat) dan elemen penguat (atau pengisi) yang termasuk di dalamnya. Dalam komposit untuk keperluan struktural, elemen penguat biasanya memberikan karakteristik mekanis material yang diperlukan (kekuatan, kekakuan, dll.), dan matriks memastikan operasi gabungan elemen penguat dan perlindungannya dari kerusakan mekanis dan lingkungan kimia yang agresif. Apabila unsur-unsur penguat dan suatu matriks digabungkan, maka akan terbentuk suatu komposisi yang mempunyai seperangkat sifat yang tidak hanya mencerminkan ciri-ciri asli komponen-komponennya, tetapi juga sifat-sifat baru yang tidak dimiliki oleh masing-masing komponen.
Penggunaan material komposit memungkinkan pengurangan berat produk (roket, pesawat ruang angkasa) sebesar 10...50% tergantung pada jenis strukturnya dan, karenanya, mengurangi konsumsi bahan bakar, sekaligus meningkatkan keandalan. Bahan komposit juga telah dibuat di mana dasar plastik (polimer) diperkuat dengan kaca, Kevlar atau serat karbon. Material komposit banyak digunakan dalam konstruksi pesawat terbang dan teknologi luar angkasa karena bobotnya yang baik dan karakteristik mekanisnya, yang memungkinkan terciptanya struktur yang ringan dan tahan lama yang juga dapat beroperasi pada suhu tinggi.
Pengurangan berat badan adalah prioritas utama dalam desain pesawat ruang angkasa. Banyak kemajuan dalam bidang pembuatan cangkang berdinding tipis berasal dari persyaratan ini. Contoh umum dari desain ini adalah kendaraan peluncuran cair Atlas dan desain roket padat. Cangkang monocoque supercharged khusus diciptakan untuk Atlas. Roket dengan mesin propelan padat diproduksi dengan melilitkan filamen kaca di sekitar mandrel yang berbentuk seperti muatan propelan padat dan menghamili lapisan luka dengan resin khusus, yang mengeras setelah vulkanisasi. Dengan teknologi ini, baik cangkang pendukung pesawat maupun mesin roket dengan nosel diperoleh sekaligus. Menggunakan material komposit modern, pesawat ruang angkasa yang masuk kembali telah dirancang dengan cangkang berbentuk kerucut yang dilapisi dengan lapisan bahan pelindung panas, yang menguap pada suhu tinggi, mendinginkan strukturnya.
Contoh mencolok lainnya dari penggunaan material komposit adalah pesawat ulang-alik orbital, yang mampu terbang di atmosfer bumi dengan kecepatan hipersonik (lebih dari Mach 5 atau 6000 km/jam). Sayap perangkat memiliki bingkai multi-spar; Kokpit monocoque yang diperkuat, seperti sayapnya, terbuat dari paduan aluminium. Pintu kompartemen kargo terbuat dari bahan komposit grafit-epoksi. Perlindungan termal perangkat disediakan oleh beberapa ribu ubin keramik ringan, yang menutupi bagian permukaan yang terkena aliran panas besar.
Untuk stasiun luar angkasa Alpha, yang dibuat sesuai dengan program Rusia-Amerika, banyak elemen struktural yang terbuat dari bahan komposit: batang rangka berkekuatan tinggi, panel surya, bejana tekan, kompartemen kering, reflektor, dll.
Kapal ringan dan wadah yang terbuat dari bahan komposit polimer dan beroperasi di bawah tekanan berhasil digunakan dalam teknologi roket dan luar angkasa. Tangki bahan bakar, balon silinder, rumah mesin roket, akumulator tekanan, silinder pernapasan untuk pilot dan astronot telah dibuat dan digunakan??? Penggunaan serat organik dan kaca akan memungkinkan terciptanya silinder bertekanan yang tahan lama dengan koefisien kesempurnaan berat yang tinggi.
Saat ini, plastik serat karbon banyak digunakan dalam penerbangan dan peroketan. polimer yang diperkuat serat karbon.
Serat karbon dan komposit karbon memiliki warna hitam pekat? mewarnai dan menghantarkan listrik dengan baik, yang memberikan sifat elektrofisika khusus (misalnya, untuk antena radar), serta persyaratan ketahanan panas dan konduktivitas termal.
Serat karbon digunakan untuk membuat kerucut hidung roket, bagian pesawat berkecepatan tinggi yang terkena beban aerodinamis maksimum, nozel mesin roket, dll. Selain itu, mengingat grafit merupakan pelumas padat, serat karbon digunakan untuk membuat bantalan rem dan cakram untuk pesawat berkecepatan tinggi, pesawat ulang-alik yang dapat digunakan kembali, dan mobil balap. Cermin struktur antena yang terbuat dari serat karbon akan banyak digunakan untuk memecahkan masalah komunikasi melalui satelit. Penting untuk mempertimbangkan bahwa penggunaannya dengan massa hingga 15 kg akan memberikan beban destruktif sebesar 900 kgf dengan masa pakai minimal 20 tahun. Bahan komposit (tiga lapis) yang terbuat dari serat karbon dalam elemen struktur penahan beban dibandingkan dengan lapisan tunggal (monolitik) dalam kondisi operasi tertentu dan peningkatan beban untuk massa elemen tertentu akan memberikan: pengurangan massa elemen elemen struktur sebesar 40...50% dan peningkatan kekakuannya sebesar 60...80%; meningkatkan keandalan sebesar 20...25% dan meningkatkan masa garansi sebesar 60...70%.