1.2. Научная база авиационного материаловедения

Учитывая специфику авиационного материаловедения, объект исследования и требования, предъявляемые к нему, можно сделать вывод, что авиационное материаловедение базируется на более широком круге естественнонаучных и научно-технических дисциплин. Помимо указанных выше физики твёрдого тела, физической химии и электрохимии можно назвать:

• сопротивление материалов и теория прочности; особое место в исследованиях занимают механические свойства: зависимости напряжений в материале от деформаций, прочность, жёсткость, усталостные характеристики, жаропрочность, твёрдость;

• механика разрушения твёрдых тел; призвана давать возможность предсказывать развитие трещин в конструкции, влияние различного рода повреждений и дефектов и моделировать процесс разрушения конструкции;

• теория математического моделирования и численные методы; в последнее время с бурным развитием вычислительной техники появилась возможность моделировать сложные физические процессы с высокой степенью достоверности путём построения различных математических моделей, решаемых численными методами на ЭВМ, что недоступно классическому математическому анализу;

• радиационная химия; помимо вредных факторов агрессивной окружающей среды и большого перепада температур, на больших высотах присутствует повышенный фон электромагнитного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений, гамма радиации и корпускулярного излучения, что может оказывать воздействие на структуру и свойства материалов, а также на функционирование приборного оборудования и различных систем; кроме того, необходимо решать задачи защиты пассажиров и целевой нагрузки от излучения.

• теоретическая механика;

• строительная механика.

Также ещё можно добавить очевидные естественнонаучные представления о строении вещества и влиянии атомарной и молекулярной структуры на физические и химические свойства.

1.3. Цели, задачи и методология авиационного материаловедения

Соотнося цели общего материаловедения и специфику авиационного материаловедения, можно сформулировать следующие цели:

• разработка материалов, отвечающих всем требованиям, предъявляемым к авиационным материалам, в особенности – наименьший удельный вес;

• прогнозирование поведения и свойств авиационных материалов при различных условиях;

• создание научно-технического задела для реализации поставленных целей в будущем с учётом возможных изменений, связанных с развитием авиационных технологий и научно-техническим прогрессом.

Задачи авиационного материаловедения такие же, как и у общего материаловедения, а именно выявление зависимости между структурой материала и его свойствами, только спектр изучаемых свойств более специфический.

Методология авиационного материаловедения и общего материаловедения сводится к эксперименту и получению экспериментальных данных. К специфическим экспериментам, присущим авиационному материаловедению, можно отнести:

• прочностные испытания: испытание на растяжение и сжатие, сдвиг и изгиб;

• испытания на определение характеристик твёрдости и жёсткости;

• комплекс испытаний на определение характеристик жаропрочности и жаростойкости;

• испытания на усталость, вибрационную и акустическую стойкость.

В основном эти эксперименты нацелены на определение механических свойств изучаемых материалов, крайне важных для авиационных конструкций.

Экспериментальные данные подвергаются экспертизе и тщательному анализу. Выводятся эмпирические зависимости свойств от структуры путём анализа экспериментальной статистики. Затем формулируются гипотезы, которые потом подвергаются проверке. Проверка заключается в расчёте или моделировании изучаемых характеристик свойств материалов, после чего делаются выводы о достоверности той или иной гипотезы или модели. Похожий алгоритм можно встретить во многих других технических науках.