Найден способ повысить устойчивость самолетов к молниям

U.S. Air Force/Senior Airman J.T. Armstrong

Российские ученые смогли увеличить прочность материала, которым покрываются некоторые части самолетов. Это поможет сократить риск аварий по причине плохих погодных условий. Работа опубликована в журнале Materials and Manufacturing Processes.

Полимерные композиционные материалы представляют собой особым образом выполненное соединение двух и более неоднородных веществ, которое дает значительное улучшение свойств конечного материала. Благодаря одновременно высокой прочности и легкости, одной из основных сфер их применения стала аэрокосмическая промышленность. Свойства композитов позволяют существенно снизить массу конструкций самолетов. Крупнейшие разработчики и изготовители гражданских и военных самолетов во всем мире, в том числе и в России, используют углеродное волокно для крыльев. Кроме того, композиты широко применяют в производстве, транспортном дизайне и строительстве. Однако у полимерных композитов есть довольно серьезный недостаток: они могут быть сильно повреждены при ударе молнией или столкновении с птицей. В результате связи между слоями ослабевают и они смещаются, вследствие чего материал теряет прочность. Такая ситуация называется межслоевым сдвигом.

Ученые из межотраслевого инжинирингового центра «Композиты России» МГТУ имени Н. Э. Баумана разработали метод повышения устойчивости полимерных композиционных материалов к межслоевому сдвигу. Его суть заключается в предварительной обработке углеродных лент ионизированным газом, после чего на обработанные углеродные ленты методами вакуумно-дугового или магнетронного напыления наносятся тонкие слои титана и стали. Эти два способа напыления отличаются тем, что в первом случае испарение металла происходит за счет сопротивления току, тогда как во втором случае металл мишени распыляется в газовом заряде. За счет предварительной обработки ионизированным газом улучшается связь между слоем металла и углеродного волокна. Итоговая толщина металлического покрытия зависела от продолжительности процесса. После напыления формировались образцы композитного материала, которые впоследствии испытывались на межслоевой сдвиг.

Результаты исследований говорят о том, что метод магнетронного напыления эффективнее, чем вакуумно-дуговой. Его применение обеспечивает гораздо более высокую сопротивляемость межслоевому сдвигу. Анализ результатов экспериментов также показал, что важным аспектом повышения прочности является контроль времени ионной обработки материала. Увеличение времени способствует укреплению межслойных связей между молекулами, которое упрочняет материал на 20% и более. Вместе с тем ученые выяснили, что для наилучшего эффекта необходимо ограничение процесса металлизации до трех минут. Это связано с тем, что превышение лимита приводит к стремительной потере веществом своей устойчивости к повреждениям из-за нарушения и ослабления связей между молекулами.

«Разработка нового способа повысит устойчивость полимерных композитов к повреждениям, увеличит их надежность, что немаловажно для аэрокосмической промышленности. Улучшение прочности и функциональности конструкции самолетов позволит несколько обезопасить полеты в опасных условиях, например во время грозы. Удар молнии не будет так опасен, как сейчас. Более того, металлизация полимерных композиционных материалов при использовании их в производстве увеличит срок службы оборудования», — подчеркнул один из исследователей, директор центра «Композиты России» МГТУ Владимир Нелюб.

Материал подготовлен при поддержке Фонда президентских грантов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.