книги / Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов

И.М. БУЛАНОВ, В.В. ВОРОБЕЙ

ТЕХНОЛОГИЯ

РАКЕТНЫХ И АЭРОКОСМИЧЕСКИХ

КОНСТРУКЦИЙ

из композиционных

МАТЕРИАЛОВ

Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации

в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности “Конструирование и производство изделий из композиционных материалов ”

Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

Я Вообще отдаю предпочтение книгам, которые исполь­ зуют достижения наук, а не тем, которые созидают сама

эти науки.

Я Вообще отдаю предпочтение книгам, которые исполь­ зуют достижения наук, а не тем, которые созидают сама

эти науки.

Предисловие

Перспективы развития ракетной, авиационной и космичес­ кой техники XXI в. в значительной мере связаны с использо­ ванием прогрессивных композиционных материалов. Успеш­ ная реализация больших потенциальных возможностей, зало­ женных в идее композитов, зависит от уровня подготовки и объема знаний специалистов, работающих в этой области.

Идея написания учебника возникла как реакция на потреб­ ность различных промышленных корпораций, институтов, предприятий России в специалистах, которые способны разра­ батывать изделия из композиционных материалов, обладая при этом знаниями о технологии изготовления.

Технология —основной этап создания конструкций из ком­ позиционных материалов, так как на этом этапе образуется как сама конструкция, так и материал, из которого она изготавли­ вается. Это обстоятельство выделяет технологию производства конструкций из композитов в самостоятельную область знаний.

В настоящее время имеется целый ряд учебников и учебных пособий, в которых рассматриваются вопросы проектирования, расчетов и конструирования изделий из композитов.

Однако область технологии изготовления они практически не затрагивают.

Предлагаемый учебник позволит студентам получить основ­ ные сведения о композиционных материалах и их компонентах, различных технологических процессах изготовления из них конструкций ракетной и аэрокосмической техники, методах сборки и испытаниях.

Содержание книги построено на материале различных ли­ тературных источников, а также на базе курсов лекций, чита­ емых авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана и в МАИ им. С. Орд­ жоникидзе.

При написании учебника авторы учитывали, что, в соот­ ветствии с учебными планами, студенты до изучения данного курса получают комплекс необходимых знаний по технологии машиностроения, механике композитов, основам проектиро­ вания и конструирования изделий из композиционных мате­ риалов.

Вглаве 1 приведены общие сведения о композиционных материалах, их компонентах, рассмотрены процессы производ­ ства различных волокон, препрегов, углерод-углеродных мате­ риалов и керамики.

Технологические процессы изготовления изделий из поли­ мерных композиционных материалов представлены в главе 2.

Вглаве 3 рассмотрены технологии формообразования де­ талей из металлокомпозитов и углерод-углеродных композици­ онных материалов.

Глава 4 посвящена вопросам соединения деталей из ком­ позиционных материалов методами склеивания, клепки, свар­ ки и т.д.

Вглаве 5 описаны различные методы испытания и контроля изделий из композитов.

Вглаве 6 приведены технологические процессы изготовле­ ния типовых, конструкций ракетной и аэрокосмической техни­ ки из композиционных материалов.

Вучебнике имеются словарь терминов, употребляемых в тексте, список основных сокращений и обозначений, которые призваны облегчить чтение и понимание материала.

Учебник предназначен для студентов высших технических учебных заведений, обучающихся по конструкторским и тех­ нологическим специальностям в области ракетной и аэрокос­ мической техники, может быть полезен широкому кругу спе­ циалистов, инженерно-техническим работникам и аспирантам, занимающимся разработкой и производством изделий из со­ временных композиционных материалов.

Авторы благодарны рецензентам канд. техн. наук,проф. Е.В. Мешкову и д-ру техн. наук, проф. В.И. Смыслову за цен­ ные замечания, улучшившие содержание учебника.

Авторам трудно судить, насколько удачно написан учебник,

иони будут признательны читателям, которые пришлют свои замечания по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская, 5.

ВВЕДЕНИЕ

Среди наиболее важных требований, предъявляемых к кон­ струкциям современных ЛА, можно назвать: минимальную массу, максимальную жесткость и прочность узлов, максималь­ ный ресурс работы конструкций в условиях эксплуатации, вы­ сокую надежность. В значительной мере перечисленные тре­ бования к конструкции обеспечиваются выбором материала и совершенством технологии изготовления конструкции из дан­ ного материала.

Внастоящее время главным классом материалов, удовле­ творяющих всему комплексу перечисленных требований, явля­ ются КМ — композиты —на основе современных углеродных, борных, органических и стеклянных волокон в сочетании с полимерными, металлическими, углеродными, керамическими

идругими видами матриц (связующих).

Впереводе с английского языка термин “композит” озна­ чает сложный. Так называют материалы со структурой, состо­ ящей из нескольких компонентов, различных по своей приро­ де. Каждый компонент имеет свои свойства, свое назначение, а весь композит в целом приобретает новые характеристики, отличные от составляющих компонентов.

Патент на создание первых композитов принадлежит вели­ кому творцу — природе. Так, дерево —это сложная структура, в которой высокопрочные длинные волокна целлюлозы связаны мягким, податливым лигнином. Такое сочетание придает древе­ сине прочность и гибкость — качества желанные для многих конструкций. Путь первых композитов, созданных человеком, начинается из глубины веков. Достоверно' известно, что ацтеки и инки упрочняли керамику растительными волокнами, а чтобы не крошился мягкий алебастр, вводили в него наполнитель — бычий волос, не подозревая, что создают новый класс материалов. Древние египтяне строили речные суда из тростника, пропитан­ ного битумом или горной смолой. При изготовлении саманного кирпича в глину добавляли наполнитель — солому, что предот­ вращало растрескивание глины при сушке.

Несмотря на то, что композиты очень древний материал, наука о них в том виде, в каком она существует, появилась в связи с применением композитов в ракетной технике. В на­ стоящее время композитные материалы широко используют в производстве аэрокосмической техники, автомобилей, бытовых и спортивных товаров, всевозможного оборудования.