Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский горно-металлургический институт

(Государственный технологический университет)»

Факультет Электронной Техники

Специальность: «Электроника и наноэлектроника»

Реферат

Нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

Выполнил: ст. гр. ЭМБ 12-2 Жуков А. В.

Проверил: доц. Кодзасова Т. Л.

Владикавказ 2015

Содержание

Введение.............................................................................................................	3
1 Авиационная техника.....................................................................................	5
2 Объемные наноструктурированные материалы..........................................	5
3 Конструкционные материалы........................................................................	6
4 Наноструктурированные покрытия..............................................................	7
5 Авиационные двигатели.................................................................................	8
6 Аэрокосмическая техника.............................................................................	9
7 Новые материалы............................................................................................	10
8 Электроника....................................................................................................	12
9 Энергоснабжение............................................................................................	13
10 Системы жизниобеспечивания....................................................................	16
11 Футурологические проекты.........................................................................	18
Заключение.........................................................................................................	21
Список использованных источников...............................................................	22

Введение

Авиация и космонавтика всегда стояли на острие научно-технического прогресса. Но они были не только постановщиками научных проблем, разработчиками и потребителями научно-технических решений и технологий, создателями передовой гражданской и военной техники, но и генераторами новых революционных подходов и пионерских идей общечеловеческой значимости, первопроходцами в области новых путей интеллектуального и духовного развития цивилизации, познавательной активности и стиля мышления. Можно сказать, что роль космонавтики выходит далеко за рамки утилитарной, узкопрагматической задачи использования космоса для решения чисто практических проблем. То есть наряду с оборонной и народно-хозяйственной она имеет большую значимость как романтическая общечеловеческая задача поиска неизвестного за пределами обжитого дома — Земли, как демонстрация примата духа перед прагматизмом, как возвышенный пример возможностей плодотворного мирного соревнования и сотрудничества стран с различной идеологией и социально-экономическими условиями.

Поэтому неудивительно и даже закономерно, что аэрокосмическая отрасль чутко отреагировала на возможности применения нанотехнологий (НТ) в своих перспективных разработках. В этом стремлении можно усмотреть и некую философию: для того чтобы более активно изучать ближайшее космическое пространство и Мегамиры, необходимо одновременно осваивать Наномир и пользоваться всеми преимуществами НТ.

Нет ни одного сколько-нибудь существенного компонента аэрокосмической техники, где не планировалось бы широкое использование НТ и ее продуктов в ближайшие несколько лет: новые высокопрочные и легкие конструкционные материалы, миниатюрные сенсоры и приборы,

термостойкие и износостойкие покрытия, более эффективное топливо, энергетические установки, научное оборудование, системы жизнеобеспечения пилотируемых аппаратов и обитаемых станций и многое другое. Есть и футурологические идеи (не выходящие, однако, за пределы научного подхода), в частности, создание «космического лифта». Его основой должен стать исключительно прочный и легкий тросик из нанотрубок, натянутый между Землей и массивным телом, которое находится на геостационарной орбите. По этому тросику можно будет поднимать грузы в космос как по канатной дороге без дорогостоящих ракет, к тому же загрязняющих атмосферу токсичными продуктами сгорания топлива.

Эксперты отмечают, что ввиду малого количества производимых авиа- и космических судов (что сохранится в обозримом будущем) аэрокосмическая техника будет долгое время оставаться для нанотехнологий нишевым, но очень важным, показательным рынком.

Ниже мы рассмотрим разнообразные перспективные направления использования НТ в аэрокосмической технике, а также существующие проекты и разработки в этой области. В значительной мере это изложение основывается на сведениях, опубликованных на Европейском портале по нанотехнологиям и Американским аэрокосмическим агентством на своем сайте.

1 Авиационная техника

Эксперты предсказывают, что в ближайшие 20 лет мировой трафик авиапассажирских перевозок будет расти со скоростью около 5 % в год. Основные причины — глобализация, рост благосостояния и народонаселения планеты. В связи с этим парк авиатехники должен будет увеличиваться, удовлетворяя при этом все более жестким требованиям в отношении повышения безопасности полетов, снижения вредных выбросов и шума, увеличения полезной нагрузки воздушных судов, дальности и скорости их полета, уменьшения себестоимости перевозок и наземного обслуживания самолетов.

2 Объемные наноструктурированные материалы

Ключевая проблема при решении перечисленных выше задач — создание более прочных и вместе с тем более легких конструкционных материалов. При прочих равных условиях стоимость воздушного судна снижается на 700. . . 800 долларов при уменьшении его массы на 1 кг (что на два порядка выше, чем в автомобилестроении). Материалы авиастроения должны иметь высокие характеристики прочности, жесткости, сопротивляемости хрупкому разрушению, живучести в экстремальных условиях при низкой плотности. Очень перспективными считаются нанокомпозиционные материалы, армированные углеродными нанотрубками. Они могут быть примерно в десятки раз прочнее стали при в шесть раз меньшей плотности. В концептуальных проектах самолетов, выполненных из подобных материалов, масса конструкции воздушного судна уменьшается в 2 раза по сравнению с традиционными.

Дополнительный резерв лежит в переходе на новые принципы и материалы контролирующих и управляющих устройств и внутренней отделки самолета.

3 Конструкционные материалы

Конструкция (или по другому планер) гражданского воздушного судна выполняется сейчас преимущественно из алюминиевых сплавов и только на 20 % из полимеров, армированных высокопрочными микроволокнами. В новых самолетах Европейского концерна «Airbus S. A. S» А380 и А400М их содержание будет увеличено до 25 и 30 % соответственно, а в концептуальном проекте корпорации Boeing 787 Dreamliner — до 50 % по массе и гораздо более 50 % по объему. Заметим, что здесь речь идет о применении уже существующих полимерных композиционных материалов с армирующими волокнами микрометрового диаметра. Их замена алюминиевыми сплавами, армированными углеродными нанотрубками позволит снизить массу этих элементов конструкции еще на 60. . . 70 %.

Любые поликристаллические металлы можно упрочнить в соответствии с правилом Холла–Петча путем уменьшения размеров зерна и доведением структуры до нанокристаллического состояния. Известно, что упрочненные таким образом алюминиевые и титановые сплавы приобретают в 2. . . 3 раза большую живучесть по отношению к усталостному разрушению.

Повышенную прочность и вязкость разрушения для высокотемпературных условий эксплуатации демонстрирует нанофазная керамика; она может применяться как термозащитное и коррозиойно стойкое покрытие для армированных нановолокнами или трубками нанокомпозиционных материалов.

Помимо снижения массы самолета использование наноматериалов может обеспечить и повышение комфорта, и безопасности для пассажиров. Так, в упоминавшемся выше Boeing 787 применение более прочных материалов в конструкции фюзеляжа позволит уменьшить разрежение воздуха в пассажирском салоне примерно на треть, что, как ожидается, снизит утомляемость пассажиров при длительных перелетах.