книги / Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов

того, метод не позволяет предсказать место предстоящего раз­ рушения.

Для НК изделий широко применяют ультразвуковую де­ фектоскопию, которая основана на использовании ультразву­ ковых волн. При контроле ультразвуковые волны вводят в

изделие посредством специальных излучателей, затем после прохождения волн через изделие их замеряют приемником. Обнаружение дефектов осуществляется по снижению интен­ сивности ультразвуковых волн, прошедших через изделие.

Источниками ультразвуковых колебаний являются специаль­ ные излучатели, которые подключены к обычным высокочастот­ ным генераторам. Принцип действия излучателей ультразвуковых волн основан на пьезоэлектрическом эффекте. Сущность этого явления заключается в том, что при сжатии или растяжении некоторых кристаллов (кварца, сегнетовой соли и др.) на их поверхности возникает электрический заряд, значение которого прямо пропорционально силе тока. Имеет место также обратный пьезоэлектрический эффект, когда размеры кристалла изменяют­ ся при воздействии на него электрического поля. Обратный пьезоэлектрический эффект используют в излучателях, а прямой - в приемниках ультразвуковых колебаний.

На практике одной из основных проблем при проведении ультразвуковых испытаний является передача энергии ультра­ звуковых волн к изделию при помощи излучателя. Иногда акустическую связь между излучателем и изделием осуществля­ ют с помощью промежуточной среды; в качестве такой среды можно использовать масло, воду и ртуть.

Ульразвуковую дефектоскопию широко применяют для ис­ пытания изделий из КМ. Методы ультразвуковой дефектоско­ пии позволяют выявить разрывы стеклонитей, пузырьки воз­ духа и скопление смолы. В связи с очень большим демпфиро­ ванием в изделиях из КМ большей частью применяют ультра­ звуковые колебания с амплитудой (1,5— ,5)-10—3 м и с большой продолжительностью импульса. Испытаниям ультразвуковыми методами можно подвергать изделия произвольной формы.

Методы радиационного НК основаны на взаимодействии проникающего ионизирующего излучения с контролируемым объектом и регистрации прошедшего через объект излучения (рис. 5.30).

В зависимости от способа детектирования дефектоскопической информации разли­ чают радиографические, радиоскопические и радиометри­ ческие методы радиационного контроля.

Радиографические методы радиационного НК основаны на преобразовании радиаци­ онного изображения контро­ лируемого объекта в радиогра­ фический снимок. На практи­ ке этот метод наиболее широ­ ко распространен в связи с его простотой и документальным подтверждением получаемых результатов. К преимуществам радиографии относится высо­

кая чувствительность при обнаружении мелких дефектов. Радиационная интроскопия — метод НК, основанный на

преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в световое изображение на выходном экране радиаци­ онно-оптического преобразователя.

Чувствительность этого метода немного меньше, чем метода радиографии, но его преимуществом является высокая произ­ водительность при непрерывном контроле.

Радиометрическая дефектоскопия — метод получения ин­ формации о внутреннем состоянии контролируемого объекта, просвечиваемого ионизирующим излучением, в виде электри­ ческих сигналов. Преимуществом метода является возможность проведения непрерывного высокопроизводительного контроля. Чувствительность этого метода не уступает чувствительности радиографических методов.

С помощью традиционных методов радиационного НК вы­ являют в контролируемых изделиях трещины, раковины, поры, рыхлоты, посторонние включения и целый ряд других наруше­ ний заданной структуры материалов, определяют характер, форму, размеры и место расположения дефектов и т.д.

Эти методы обладают принципиальной возможностью вы­ являть такие структурные дефекты композитов, как пропуски армирующих элементов и нарушения заданной схемы армиро­ вания.

Однако традиционные методы радиационного НК имеют общий недостаток, связанный с взаимным наложением теней от различных структурных элементов контролируемого объекта. Это обстоятельство не позволяет получить полную информа­ цию о структуре композита внутри контролируемого объекта, что особенно важно при отработке технологии изготовления композитных конструкций.

Тем не менее простота, доступность и восокопроизводительность этих методов позволяет использовать их для НК в серийном производстве для обнаружения предварительно клас­ сифицированных и заэталонированных дефектов в соответст­ вии с разработанными специализированными методиками.

Недостатков, присущих традиционным методам ра­ диационного контроля, лишен бурно развивающийся в пос­ леднее время новый метод ра­ диационной дефектоскопии -

ритных корпусов РДТТ из композитов. Структурная схема про­ мышленного рентгеновского вычислительного томографа пред­ ставлена на рис. 5.32.

Основные достоинства метода вычислительной томографии заключаются в следующем: изображение внутренней структуры контролируемого объекта воспроизводится без наложения

теней; чувствительность к изменению плотности на порядок выше, чем у традиционных методов радиационного контроля; возможность получения количественной информации о рас­ пределении плотности по объему контролируемого изделия.

Ключевые вопросы

1. Почему механические свойства КМ часто ниже, чем свойства входящего в него наполнителя? Не противоречит ли этот факт закону аддитивности?

2. Перечислите физические явления и закономерности, ко­ торые лежат в основе измерений:

а) степени армирования КМ; б) степени отверждения; в) вязкости связующего;

г) толщины композитной пластины; д) плотности материала.

3.Почему кольцевой образец наиболее часто используют для оценки свойств КМ, применяемых для намотки конструк­ ций? Дайте сравнительную характеристику методов испытаний кольцевых образцов.

4.Назовите самый дешевый и самый дорогой в смысле затрат способ определения герметичности конструкций из КМ, работающих:

а) при внутреннем давлении; б) при наружном давлении.

5.Перечислите механические характеристики, которые можно измерить при испытании трубчатых образцов, нагру­ женных растягивающей силой и внутренним давлением. Объ­ ясните сущность подобных испытаний.

6.Докажите, что измерение теплопроводности КМ требует меньше времени, чем измерение удельной теплоемкости.

7.Расположите в порядке предпочтения методы НК по

критериям:

а) наибольшей информативности; б) наибольшей достоверности; в) минимальных затрат;

г) простоты проведения контроля.

Какие методы НК Вы можете рекомендовать в производстве нефтяных трубопроводов из стеклопластика?

6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ

ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ

ИАВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Вкопилку знаний

Прочитав эту главу, читатель узнает:

•типовые конструкции и технологии изготовления корпу­ сов РДТТ и его элементов из КМ;

•возможности применения метода намотки для изготовле­ ния сложнопрофильных конструкций из композитов на примере коробчатого шпангоута, силовой балки, подкреп­ ленного отсека;

•области применения, способы изготовления и ремонта трехслойных панелей с сотовым заполнителем;

•основные технологические методы изготовления тормоз­ ных дисков из УУКМ для авиационных систем;

•возможные конструкторские решения и применяемые технологии изготовления топливных баков, сосудов дав­ ления и трубопроводов из полимерных композитов.

В настоящей главе рассмотрены различные технологии из­ готовления основных несущих конструкций, которые широко применяют в ракетной технике, самолетах, спутниках, верто­ летах и других ЛА.

Область ракетно-космической и авиационной техники — это тот полигон, где впервые были использованы прогрессив­ ные КМ, разработаны новые технологические процессы, что позволило занять России ведущее место в мире в этой отрасли.

ми и конструктивно-технологическая схема его организации представлена на рис. 6.2. Основным элементом корпуса (рис. 6.2, а) является силовая оболочка (рис. 6.2, 6) как силовой элемент камеры сгорания двигателя. Внутренняя теплозащита

Рис. 6.1. Изменение относительной массы корпусов РДГТ бал­ листической ракеты “Минитмен”:

Рис. 6.2 . Конструктивно-техно­ логическая схема организации корпуса РДТГ:

а - корпус РДТТ из полимерных композитов; б — СО с узлами стыка; в —ТЗП корпуса с флан­ цами

(рис. 6.2, в) предохраняет силовую оболочку от воздействия продуктов сгорания топлива. Передний фланец соединяет кор­ пус с воспламенительным устройством. Задний фланец пред­ назначен для соединения соплового блока с корпусом РДТТ. С помощью узлов стыковки корпус ракеты соединяют с ее смежными элементами (переходные отсеки, ступени). Компен­ сационный клин применяют для снятия экстремальных, нор­ мальных и сдвиговых напряжений в СО и УС.

Поэлементная организация СО, УС и ТЗП, которые пред­ ставляют собой типовые конструкторские решения, показана на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Поэлементная организация типовых ТЗП, днищ СО, УС

Рассмотрим технологические процессы изготовления кор­ пуса РДТТ.

Силовая оболочка корпуса. Конфигурация СО и схема ее армирования должны быть такими, чтобы при действии экс­ плуатационных нагрузок корпус деформировался в пределах допустимых значений. Классической конфигурацией СО кор­ пуса двигателя является конструкция типа “кокон”, выполнен­ ная в виде цилиндрической оболочки, с овалоидными осесим­ метричными днищами. В малогабаритных двигателях днища обычно имеют сферическую форму, в корпусах крупногабарит­ ных двигателей - изотензоидную форму. Существует два тех­