Регистрация / Вход
Прислать материал

Проведение прикладных научных исследований в области проектирования и создания сэндвич-панелей с уменьшенными весовыми характеристиками и термостабильностью для силовых конструкций корпуса негерметичного космического аппарата на базе новых типов легких заполнителей стержневого и складчатого типа.

Докладчик: Халиулин Валентин Илдарович

Должность: заведующий кафедрой, профессор, заведующий кафедрой Производство летательных аппаратов, профессор

Цель проекта:
Повышение весовой эффективности космических аппаратов за счет снижения массы элементов конструкции является актуальной и важной задачей. В конструкции космических аппаратов широко применяются сэндвич-панели в том числе в качестве панелей для крепления элементов солнечных батарей, панелей негерметичного корпуса КА, монтажных панелей крепления полезной нагрузки. Традиционно данные панели изготавливаются с сотовым заполнителем. Однако, панели с данным видом заполнителей обладают рядом недостатков, преодолеть которые предполагается за счет использования новых заполнителей стержневого и складчатого типа. Основной целью выполнения проекта является повышение эксплуатационных характеристик сэндвич-панелей для силовых конструкций корпуса негерметичного космического аппарата за счет применения новых конструктивно-технологических решений по созданию легких заполнителей стержневого и складчатого типа.

Основные планируемые результаты проекта:
Для изготовления многослойных панелей с заполнителями нового типа, как обшивок, так и самого заполнителя, предполагается использовать полимерные композиционные материалы армированные непрерывными высокопрочными или высокомодульными угле волокнами.
Стержневые и складчатые заполнители характеризуются наличием типовых структурных элементов, периодически повторяющихся по двум измерениям блока. Как правило, их осевая симметрия будет иметь четвертую или шестую степень. Это определяет высокую степень квазиизотропности данных видов заполнителей: при 4-й степени симметрии заполнитель обладает одинаковыми свойствами в двух ортогональных направлениях, при 6-й степени – в трех гексагональных. Это практически обеспечивает одинаковые механические и теплофизические свойства панелей во всех направлениях в плоскости, параллельной обшивкам.
В силу структурной изотропии плоский блок заполнителя может укладываться на поверхность одинарной и двойной кривизны.
По площади заполнителя отдельные структурные элементы или их группы могут быть выполнены усиленными для передачи сосредоточенных усилий.
Тот факт, что обшивки и заполнитель выполняются из одного и того же материала, упрощает расчеты и прогнозирование деформаций под действием неравномерного теплового поля.
Для изготовления рассматриваемых типов заполнителя планируется разработка четырех вариантов технологий, прототипами которых будут технологические схемы последнего поколения по подготовке преформ и формования. В частности технология направленной укладки волокна (TFP-технология) на машине типа Tajima, технология синхронного и циклического формообразования складчатых заполнителей, реализованная на экспериментальном оборудовании собственной разработки в КНИТУ-КАИ. Именно эти инновационные технологии определяют реальную осуществимость создания рассматриваемых заполнителей.
Для прочностных и теплофизических расчетов предполагается создать соответствующие математические модели с привлечением конечно-элементных программных комплексов.
Новизна предполагаемых исследований и разработок заключается в создании заполнителей с нетрадиционными конструктивными схемами и применении для их изготовления последних достижений в композитных технологиях, включая авторские технологические разработки.
Для расчета и анализа напряженно-деформированного состояния панелей под действием внешнего силового нагружения и теплового воздействия предполагается создание оригинальных математических моделей и расчетных методик. Сведений о таких конструкциях в известной литературе не обнаружено.
Стержневые заполнители представляют собой объемные конструкции, образованные стержнями из однонаправленных волокон. Исследования по таким конструкциям (как перспективным) ведутся в различных странах мира, включая РФ. Информация о практическом применении пока не обнаружена. Ключевой (сдерживающей) проблемой является создание технологии их изготовления.
При реализации данного проекта предполагается, что преформы для стержневых конструкций должны изготавливаться методом направленной выкладки (TFP-технологии) с последующим трансформированием в объемное состояние и пропиткой связующим методом RTM или инфузии.
Складчатые заполнители на основе рядовых и полюсных квадро- и гексаструктур являются новыми, малоизученными решениями. Технологическая схема их изготовления изометрическим преобразованием (складыванием) заготовки из препрега является основой для разработки новой оригинальной технологии. Сведений о прототипах не обнаружено.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основными областями применения результатов данных работ являются:
- аэрокосмическая отрасль;
- высокоскоростной транспорт;
- судостроение для создания многослойных панелей корпусов кораблей и надстроек;
- станко и приборостроение в части создания термостабильных платформ для элементов конструкций.
Результаты исследований предполагается использовать при разработке элементов конструкций космических аппаратов в виде сэндвич-панелей с высокой весовой эффективностью и термостабильностью, в том числе при конструировании и проектировании элементов конструкций, разработке технологии, проведении численного моделирования напряженно-деформированного состояния конструкции.
Также данные результаты могут широко использоваться для разработки многослойных конструкций для авиа- и судостроительной отрасли, а также для изготовления элементов высокоскоростных транспортных средств.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ научно-технической, нормативной, методической литературы по проблеме создания сэндвич-панелей с уменьшенными весовыми характеристиками и термостабильностью для силовых конструкций корпуса негерметичного космического аппарата (КА).
Обоснован выбор направлений исследований по перспективным технологиям создания новых типов заполнителей и сэндвич панелей с их использованием для снижения весовых характеристик и повышения термостабильности.
Разработана технологических схем изготовления заполнителей стержневого и складчатого типа, а также сэндвич панелей с их использованием.
Разработана программа и методики исследовательских испытаний по отработке технологических схем изготовления стержневого и складчатого заполнителя.
Разработан алгоритм и расчет конструктивно-технологических параметров легких заполнителей стержневого и складчатого типа.
Проведены патентные исследования.
Проведены исследовательские испытания по определению возможности использования высокопрочных и высокомодульных армирующих материалов для реализации разрабатываемых технологических схем изготовления заполнителей методом направленной выкладки и складывания.