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.

Номер контракта: 14.574.21.0078

Руководитель: Халиулин Валентин Илдарович

Должность: заведующий кафедрой

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
космический аппарат, конструкция, прочность, термостабильность, композитные технологии, сэндвич-панель, складчатый заполнитель, многостеночный заполнитель, стержневой заполнитель, углепластик, напряженно-деформированное состояние

Цель проекта:
Задача проекта: Создание научно-технических основ синтеза и изготовления легких заполнителей из композиционных материалов армированных высокопрочными и высокомодульными волокнами для многослойных панелей корпуса космического аппарата. Цель проекта: Создание научно-технологического задела в области производства сэндвич-панелей с повышенными эксплуатационными характеристиками за счет применения новых конструктивно-технологических решений создания легких заполнителей стержневого и складчатого типа.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные результаты:
- Технология изготовления заполнителей из композитов стержневого и складчатого
типа, обеспечивающие высокую точность и стабильность изготовления.
- Методики расчета напряженно-деформированного состояния конструктивно-технологических параметров легких заполнителей
стержневого и складчатого типа.
- Методики исследования механических свойств панелей со стержневыми и складчатыми
заполнителями на основные виды нагружения.
- Экспериментальное технологическое оснащение для изготовления образцов заполнителей и сэндвич панелей.
- Образцы панелей со стержневыми и складчатыми заполнителями для испытаний.
- Результаты экспериментальных исследований механических свойств многослойных панелей с новыми типами заполнителей.
- Рекомендации по проектированию заполнителей и выбору их рациональных параметров.
- Экспериментальные образцы сендвич панелей со стержневыми и складчатыми заполнителями.
- Технические требования для проведения опытно-конструкторских работ по проектированию и изготовлению панелей для элементов конструкции космических аппаратов.

Основные характеристики результатов:

Для изготовления многослойных панелей с заполнителями нового типа, как обшивок, так и самого заполнителя, предполагается использовать полимерные композиционные материалы, армированные непрерывными высокопрочными или высокомодульными волокнами. Наиболее оптимальным вариантом является использование углепластиков.
Стержневые и складчатые заполнители характеризуются наличием типовых структурных элементов, периодически повторяющихся по двум измерениям блока. При этом типовые структурные элементы имеют степень осевой симметрии не менее четырех. 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.
Для изготовления рассматриваемых типов заполнителя планируется использование следующих технологий последнего поколения по подготовке преформ и формования: технология радиального плетения на машинах типа Herzog, направленная укладка волокна (TFP-технология) на машине типа Tajima, технология синхронного и циклического формообразования складчатых заполнителей.
Для прочностных расчетов предполагается создать соответствующие математические модели с привлечением конечно-элементных программных комплексов.
Экспериментальные исследования и верификация разработанных методик будет проводится на базе испытательной лаборатории Центра композитных технологий КНИТУ-КАИ, оснащенной необходимым оборудованием.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Многослойные панели, используемые в конструкции космических аппаратов, с повышенными прочностными и термостабильными характеристиками.

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. Результаты расчетных исследований должны быть подтверждены экспериментальными исследованиями механических характеристик экспериментальных образцов панелей со стержневыми и складчатыми заполнителями.

При реализации данного проекта планируется получить заполнитель превосходящий по своим характеристиками традиционно используемые сотовые конструкции.

Ограничением является наличие и доступность высокомодульных углеродных волокон для создания стержневых конструкций.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты выполнения проекта могут быть использованы в ракетно-космической, авиационной, судостроительной отрасли и транспортном машиностроении при разработке новых легких конструкций, обладающих высокой прочностью и жесткостью.

Получение основных результатов работы направленно на удовлетворение потребностей Индустриального партнера – АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева», во внедрении новых технологий и материалов при изготовлении многослойных панелей для элементов конструкции космических аппаратов.

Реализация данного проекта является развитием работ, проводимых по заказу Airbus SAS (в 2002-2009 г.г.), по созданию нового складчатого заполнителя для многослойных панелей фюзеляжа самолета из арамидной бумаги Nomex. Полученные результаты в рамках данного проекта могут дать новый импульс для сотрудничества с зарубежными университетами и научно-производственными центрами.

Текущие результаты проекта:
Получены следующие результаты:
Программа и методики исследовательских испытаний по отработке технологических схем изготовления стержневого и складчатого заполнителя
Компьютерные функциональные модели стержневых и складчатых заполнителей, сэндвич панелей с их использованием для силовых конструкций корпуса негерметичного космического аппарата.
Методика расчета напряженно- деформированного состояния сэндвич-панелей со стержневыми и складчатыми заполнителями.
Лабораторный технологический регламент изготовления макетов заполнителей стержневой и складчатой структуры и экспериментальных образцов сэндвич панелей с их использованием.
Программа и методики исследовательских испытаний лабораторной технологии изготовления макетов стержневого и складчатого заполнителя и экспериментальных образцов сэндвич панелей с их использованием.
Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов сэндвич панелей со стержневым и складчатыми заполнителями на механическое воздействие и термостабильность.
Электронные модели сэндвич-панелей со стержневыми и складчатыми заполнителями и технологичеcкой оснастки для их изготовления.
Эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы сэндвич панелей с новыми типами легких заполнителей стержневого и складчатого типа .
Эскизная конструкторская документация на технологическую оснастку для изготовления макетов стержневых и складчатых заполнителей и экспериментальных образцов сэндвич панелей с их использованием