Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка элементов конструкций и лабораторных технологий их изготовления для создания эффективной тепловой защиты аэрокосмических летательных аппаратов и их энергетических систем.

Докладчик: Резник Сергей Васильевич

Должность: заведующий кафедрой, профессор

Цель проекта:
Обеспечение работоспособности неохлаждаемых теплонапряженных элементов конструкций ракетно-космической техники из керамических и углерод-керамических композиционных материалов с помощью организации эффективной многоуровневой защиты их поверхности

Основные планируемые результаты проекта:
2.1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:
а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
б) результаты сравнительной оценки эффективности возможных направлений исследований по разработке состава и технологии получения термостойких пористых и градиентных углерод-керамических композиционных материалов (УККМ);
в) результаты параметрического моделирования состава и структуры пористых и градиентных теплозащитных углерод-керамических композиционных материалов для теоретического обоснования возможности создания материалов с уровнем теплофизических и термомеханических свойств, соответствующих требованиям Технического задания;
г) теоретическое обоснование возможности создания пористых и градиентных теплозащитных углерод-керамических композиционных материалов методом газофазного осаждения карбида кремния;
д) выбор и обоснование направления исследований, обеспечивающего достижение характеристик разрабатываемых пористых градиентных теплозащитных керамических композиционных материалов, соответствующих требованиям Технического задания;
е) результаты исследовательских испытаний по отработке технологических режимов получения пористых и градиентных термостойких УККМ;
ж) описание математической модели прогноза теплофизических и термомеханических свойств пористых и градиентных термостойких УККМ;
з) описание математической модели прогрева и деформирования элементов конструкций РКТ из пористых и градиентных термостойких УККМ;
и) описание прототипа программных компонентов для компьютерного моделирования теплофизических и термомеханических свойств высокотемпературных УККМ;
к) результаты математического моделирования температурного и напряженно-деформированного состояния элементов конструкций ракетно-космической техники (РКТ) на основе пористых и градиентных термостойких УККМ;
л) результаты моделирования и оптимизации технологии получения термостойких УККМ с целью повышения их эксплуатационных характеристик за счет подбора оптимальной структуры и состава;
м) результаты лабораторных исследований характеристик пористых и градиентных термостойких УККМ;
н) описание технологических схем получения экспериментальных образцов элементов конструкции РКТ на основе пористых и градиентных термостойких УККМ;
о) результаты исследовательских испытаний по отработке технологических схем получения экспериментальных образцов элементов конструкции РКТ на основе пористых и градиентных термостойких УККМ;
п) результаты исследовательских испытаний экспериментальных образцов пористых и градиентных термостойких УККМ и элементов конструкции РКТ в условиях конвективного нагрева на высокотемпературных газодинамических стендах;
р) подтверждение результатов прогнозов теплофизических и термомеханических свойств, полученных путем математического моделирования прогрева и деформирования элементов конструкции РКТ из теплозащитных пористых и градиентных УККМ, результатами исследовательских испытаний;
с) технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики;
т) обобщение и оценка результатов, полученных в ПНИ.
2.2 Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
2.3 Лабораторный технологический регламент получения пористых и градиентных термостойких УККМ.
2.4 Программа и методики исследовательских испытаний по отработке технологических режимов получения пористых и градиентных термостойких УККМ.
2.5 Эскизная конструкторская документация на оснастку для получения экспериментальных образцов пористых и градиентных термостойких УККМ и экспериментальных образцов элементов конструкций РКТ на их основе.
2.6 Оснастка для получения экспериментальных образцов пористых и градиентных термостойких УККМ и экспериментальных образцов элементов конструкций РКТ на их основе.
2.7 Экспериментальные образцы пористых и градиентных термостойких УККМ.
2.8 Программа и методики лабораторных исследований характеристик образцов пористых и градиентных термостойких УККМ.
2.9 Программа и методика исследовательских испытаний по отработке технологических схем получения экспериментальных образцов элементов конструкций РКТ на основе пористых и градиентных термостойких УККМ.
2.10 Лабораторный технологический регламент получения экспериментальных образцов элементов конструкций РКТ на основе пористых и градиентных термостойких УККМ.
2.11 Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов пористых и градиентных термостойких УККМ в условиях конвективного нагрева на высокотемпературных газодинамических стендах.
2.12 Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов элементов конструкций РКТ в условиях конвективного нагрева на высокотемпературных газодинамических стендах.
2.13 Экспериментальные образцы элементов конструкций РКТ на основе теплозащитных пористых и градиентных термостойких УККМ.
2.14 Проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии изготовления опытных образцов пористых и градиентных керамических и углерод-керамических композиционных материалов для тепловой защиты аэрокосмических летательных аппаратов и их энергетических систем».
2.15 Руководство пользователя для прототипа программных компонентов для компьютерного моделирования теплофизических и термомеханических свойств высокотемпературных УККМ.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
3.1 Разработанные лабораторные технологические регламенты должны обеспечивать получение:
- экспериментальных образцов композиционных материалов на основе пористых и градиентных термостойких УККМ;
- экспериментальных образцов элементов конструкций РКТ на основе пористых и градиентных термостойких УККМ.
3.2 Разработанная математическая модель должна обеспечить возможность достоверного прогноза теплофизических и термомеханических свойств высокотемпературных композиционных теплозащитных материалов с учетом особенностей их структуры на микро/нано- масштабных уровнях в широком диапазоне изменения термодинамических параметров состояния, сред, условий нагревания и охлаждения.
3.3 Прототип программных компонентов для компьютерного моделирования должен позволять проводить расчеты с использованием разработанной математической модели прогноза свойств высокотемпературных композитов. Прототип программных компонентов должен обладать необходимым тестовым пользовательским интерфейсом и системой визуализации расчетных данных. Должна быть обеспечена возможность проведения оптимизационных расчетов.
3.4 Разработанная математическая модель должна позволять проводить математическое моделирование температурного и напряженно-деформированного состояния элементов конструкций РКТ на основе пористых и градиентных термостойких УККМ.

Текущие результаты проекта:
Анализ научно-технической литературы, нормативной-технической и методической документации, затрагивающей научно-техническую проблему ведется по следующим направлениям: виды эластомеров, углеродные волокна (УВ), виды углеродных волокон, углеродные нанотрубки (УНВ), методы модификации УНТ и УВ.
Углеродные волокна являются перспективным армирующим компонентом в производстве современных композиционных материалов.
В России углеродные волокна производят путем термической обработки волокон на основе полиакрилонитрила (ПАН) и гидратцеллюлозы (ГЦ).
Углеродные волокнистые материалы на основе ГЦ имеют такие достоинства, как высокая удельная поверхность, пористая структура, стабильность электрической проводимости, высокая сорбционная способность активированного волокна.
Волокна на основе ПАН почти в 10 раз превосходят волокна на основе ГЦ по модулю упругости и по прочности на разрыв элементарного волокна. Кроме того, стоимость УВ на основе ПАН ниже стоимости гидратцеллюлозных волокон в 2-3 раза.
Таким образом, УВ на основе ПАН-волокна являются предпочтительным армирующим материалом для композитов вследствие их высокой удельной прочности и жесткости в совокупности с малой массой и низкой стоимостью.