Растяжение самолета при полете
Передвигаясь на земле большинство людей чувствуют себя спокойно и уверено. Заметив яму на дороге можно оценить ее размер, глубину, предугадать опасность, которую она представляет, принять необходимые меры предосторожности. В воздухе ситуация иная, люди испытывают тревогу. Наиболее пугающими кажутся воздушные ямы при полете, так как неизвестность и отсутствие контроля над ситуацией основные факторы страха. Что это за явление воздушные ямы, откуда они берутся, их особенности и насколько глубоко можно провалиться в них расскажем подробнее.
Турбулентность
Пассажиров пугает когда самолет внезапно начинает подбрасывать и трясти — это физическое явление называют турбулентностью. Она абсолютно неопасна. Существуют различные виды турбулентности. При прохождении воздушного судна через некоторые виды облаков может ощущаться лёгкая тряска. Это и есть воздушные ямы. Эти явления абсолютно неопасны. Скопления грозовых туч могут подвергнуть лайнер более серьезным нагрузкам. Однако подобные зоны легко выявляются локатором. Пилот не полетит в область с грозовыми тучами, он их постарается обогнуть. Перед каждым рейсом летчик в обязательном порядке проходит брифинг и узнает сводку погоды. Также другие воздушные суда рассказывают по рации о зонах болтанки, так летчики между собой называют воздушные ямы и турбулентность, и экипаж вносит коррективы в маршрут.
Как влияет профессионализма экипажа на комфортность перелета?
Тряска и ее сила не зависят от навыков, опыта или квалификации пилота. Большую часть перелета судно пилотирует автопилот. Повлиять на силу болтанки могут размеры и скорость самолета. Так пассажиры больших авиалайнеров в меньшей степени ощущают турбулентность и воздушные ямы.
Стоит ли бояться воздушных ям, зон турбулентности?
Влияние турбулентности и воздушных ям в обязательном порядке учитывается при конструировании самолётов. Конструкция воздушного судна успешно справляется с нагрузками подобного рода. Поэтому, несмотря на неприятные ощущения, описанные явления неопасны для людей, находящихся на борту.
Меры предосторожности
Турбулентность и воздушная яма в самолете неопасны. Несмотря на болтанку и потерю высоты все технические системы судна будут работать в штатном режиме. Однако во время тряски люди могут терять равновесие, падать, травмироваться. Это основная угроза, которую несут ямы в воздухе. Поэтому очень важно соблюдать технику безопасности и выполнять команды экипажа. Обязательно выполняйте распоряжения «Вернитесь на место», «Пристегните ремни безопасности». Во время болтанки оставайтесь на своём месте. Эти простые предосторожности помогут избежать проблем.
Насколько глубоко можно провалиться в воздушную яму?
При попадании самолета в воздушную яму пассажиру кажется что лайнер падает. На самом деле это обман собственного организма, в реальности самолет смещается меньше чем на метр. Ощущение глубоко провала возникает по причине того, что вестибулярный аппарат человека не приспособлен к полетам и не может корректно реагировать. Так же из-за скорости все движения ощущаются особенно сильно, как например, по-разному ощущается пересечение «лежачего полицейского» на скорости в 10 и в 80 км/час. То есть размер препятствия не меняется, меняется скорость, и она меняет ощущения.
Подводя итоги
Готовясь к полету, помните о том, что современные самолеты — безопасный транспорт. Их конструкция учитывает все возможные внешние нагрузки. Поэтому бояться тряски не стоит. Воздушные ямы, турбулентные потоки — естественные широко распространенные явления, не несущие ни малейшей угрозы лайнеру и здоровью пассажиров.
Другие интересные ответы на вопросы.
Источник
Íåò, ðå÷ü â «ëåêöèè» ïîéäåò íå î çàðïëàòàõ ïèëîòîâ, òåõíèêîâ èëè àâèàêîíñòðóêòîðîâ. Ðå÷ü ïîéäåò îá èñïîëüçóåìûõ â êîíñòðóêöèÿõ ñîâðåìåííûõ ñàìîëåòîâ ìàòåðèàëàõ — òèòàíå, ñòàëè, àëþìèíèè è êîíå÷íî æå êîìïîçèòàõ.
Íà çàãëàâíîé êàðòèíêå ïîêàçàíî, êàêèå òèïû ìàòåðèàëîâ ïðèìåíåíû â êîíñòðóêöèè Boeing 787.
Êàêèå îñíîâíûå ïàðàìåòðû ñðàâíèâàþòñÿ ïðè âûáîðå ìàòåðèàëà?
Êàêèå ïàðàìåòðû ëó÷øå èëè õóæå ó òîãî èëè èíîãî ìàòåðèàëà?
Êàêèå òèïû ìàòåðèàëà èñïîëüçóþòñÿ â ðàçëè÷íûõ ÷àñòÿõ ïëàíåðà ñàìîëåòà?
×åì òàê õîðîøè êîìïîçèòû?
Ýòîò òåêñò — íå óíèâåðñèòåòñêàÿ ëåêöèÿ, à ïîïóëÿðíûé ðàññêàç î ïðî÷íîñòíîì âçãëÿäå íà àâèàöèîííûå êîíñòðóêöèîííûå ìàòåðèàëû.  òåêñòå äîñòàòî÷íî íåñòðîãèõ òðàêòîâîê è óïðîùåíèé, äëÿ îáëåã÷åíèÿ ïîíèìàíèÿ âîïðîñà øèðîêîé àóäèòîðèè.
Åñòåñòâåííî, îñâåòèòü ïîëíîñòüþ âñå àñïåêòû (ñî ñòîðîíû òåõíîëîãèè íàïðèìåð) ïðèìåíåíèÿ àâèàöèîííûõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ íå ñòàâèëîñü öåëüþ, â âèäó ìåíåå óâåðåííîãî âëàäåíèÿ âîïðîñîì.
Ïîíÿòèå î íàïðÿæåíèÿõ, äåôîðìàöèÿõ, ìîäóëå Þíãà è çàêîíå Ãóêà
Åñëè ìû íà÷íåì íàãðóæàòü (äëÿ ïðîñòîòû — ïðîñòî ðàñòÿãèâàòü) êàêîå ëèáî ôèçè÷åñêîå òåëî — ñòåðæåíü èç àëþìèíèÿ, ðåçèíîâûé æãóò è ïîäîáíîå, òî â ñàìîì òåëå âîçíèêíóò âíóòðåííèå óñèëèÿ, ïðîòèâîäåéñòâóþùèå ïðèëîæåííûì ê òåëó íàãðóçêàì. Çíàÿ ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ýêñïåðèìåíòàëüíîãî îáðàçöà è ñèëó, ïðèëîæåííóþ ê íåìó ìîæíî, ïîäåëèâ ñèëó íà ïëîùàäü ïîëó÷èòü íàïðÿæåíèå, âîçíèêàþùèå â ìàòåðèàëå. Ðàçìåðíîñòü êàê ó äàâëåíèÿ — ñèëà íà åäèíèöó ïëîùàäè: êã/ìì^2, ôóíò/äþéì^2 (psi., pound per square inch), ó íàñ ÷àùå âñåãî èñïîëüçóåòñÿ Ïàñêàëè, à òî÷íåå — Ìåãàïàñêàëè (ñîêðàùåííî — ÌÏà), îáîçíà÷àåòñÿ ãðå÷åñêîé áóêâîé σ (ñèãìà)
Îáðàçåö ïîä íàãðóçêîé áóäåò äåôîðìèðîâàòüñÿ — àëþìèíèåâûé ñòåðæåíü ìåíüøå, ðåçèíîâûé æãóò — áîëüøå.
Ðàçíèöà ìåæäó äëèíîé íàãðóæåííîãî ñòåðæíÿ è ñòåðæíÿ áåç íàãðóçêè — ýòî àáñîëþòíàÿ äåôîðìàöèÿ, èçìåðÿåìàÿ â ìèëëèìåòðàõ, äþéìàõ, ñàíòèìåòðàõ è ïð. Åñëè àáñîëþòíóþ äåôîðìàöèþ ñîîòíåñòè ê äëèíå íåäåôîðìèðîâàííîãî îáðàçöà, òî ìû ïîëó÷èì áåçðàçìåðíûé ïàðàìåòð, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ îòíîñèòåëüíàÿ äåôîðìàöèÿ, îáîçíà÷àåìàÿ áóêâîé ε (ýïñèëîí).
 íåêîòîðûõ ïðåäåëàõ ñîîòíîøåíèå ñèãìà-ýïñèëîí èìåëî ëèíåéíûé õàðàêòåð è ìîãëî áûòü çàïèñàíî â âèäå:
Ïàðàìåòð E ïîëó÷èë íàçâàíèå ìîäóëÿ óïðóãîñòè èëè ìîäóëÿ Þíãà. Ðàçìåðíîñòü èìååò, êàê íåòðóäíî äîãàäàòüñÿ, èäåíòè÷íóþ íàïðÿæåíèþ — ÌÏà. Íà ïàëüöàõ — ýòîò ïàðàìåòð ïîêàçûâàåò íàñêîëüêî ñèëüíî òîò èëè èíîé ìàòåðèàë ñîïðîòèâëÿåòñÿ ïðèëîæåííûì óñèëèÿì, íàñêîëüêî ìàòåðèàë æåñòêèé.
Ñîîòíîøåíèå ïðèâåä¸ííîå âûøå áûëî ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åíî àíãëèéñêèì ó÷åíûì Ðîáåðòîì Ãóêîì:
×åëîâåêîì, ïî ñâèäåòåëüñòâàì ñîâðåìåííèêîâ, îí áûë ñêðîìíûì è íàõîäèëñÿ â òåíè áîëåå èçâåñòíîãî ó÷åíîãî Èñààêà Íüþòîíà. Íî — íå ìåíåå âûäàþùèìñÿ, íà Âèêèïåäèè ìîæíî îçíàêîìèòüñÿ ñî ñïèñêîì îòêðûòèé Ðîáåðòà Ãóêà. Åñòü ìíåíèå, ÷òî è îòêðûòèå çàêîíà âñåìèðíîãî òÿãîòåíèå ïðèíàäëåæèò èìåííî Ãóêó, à íå Íüþòîíó.
Çàêîí Ãóêà — îñíîâíîé çàêîí ôèçèêè òâåðäîãî òåëà. Âñå îñòàëüíûå îòêðûòèÿ â òåîðèè óïðóãîñòè áûëè ñäåëàíû òàê èëè èíà÷å íà îñíîâå ôðàçû «çàïèøåì çàêîí Ãóêà â òåíçîðíîé ôîðìå»
Äàëüíåéøèå èñïûòàíèÿ ìàòåðèàëîâ ïîêàçàëè, ÷òî, îäíàêî, çàêîí Ãóêà ïîëíîñòüþ âûïîëíÿåòñÿ íå âñåãäà è íå äëÿ âñåõ ìàòåðèàëîâ, à òîëüêî â ñðàâíèòåëüíî óçêîì äèàïàçîíå äåôîðìàöèé. Äàëüíåéøèå èñïûòàíèÿ îáðàçöîâ ìàòåðèàëà âûÿâèëè çàâèñèìîñòü äåôîðìàöèé îáðàçöà è ïðèëîæåííîé ê íåìó íàãðóçêè.
Òèïîâîé îáðàçåö äëÿ èñïûòàíèé ìàòåðèàëà:
Òèïîâîé ãðàôèê èñïûòàíèé ìåòàëëà (ìàëîóãëåðîäèñòîé ñòàëè) âûãëÿäèò âîò òàê:
Ïðèìå÷àíèå: íà ïðèâåäåííîì ðèñóíêå ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü àáñîëþòíîãî óäëèíåíèÿ îò ïðèëîæåííîé íàãðóçêè, à íå íàïðÿæåíèÿ îò îòíîñèòåëüíîé äåôîðìàöèè. Íà ñàìîì äåëå ýòî íåñòðàøíî, ôîðìà è õàðàêòåðíûå òî÷êè ãðàôèêà îò ýòîãî íå èçìåíÿòñÿ.
Íàçûâàåòñÿ îí ó íàñ «äèàãðàììà ðàñòÿæåíèÿ» èëè «ãðàôèê ñèãìà-ýïñèëîí». Çà ðóáåæîì ðàñïðîñòðàíåíî íàçâàíèå «stress-strain curve»
Èòàê.
Äèàãðàììà ðàñòÿæåíèÿ. Õàðàêòåðíûå òî÷êè.
Ïðÿìîé ó÷àñòîê ÎÀ íà ãðàôèêå — ýòî èìåííî òà îáëàñòü, ãäå ñîáëþäàåòñÿ çàêîí Ãóêà. Òî÷êà À, ãäå íàðóøàåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíàÿ çàâèñèìîñòü ìåæäó íàïðÿæåíèÿìè è äåôîðìàöèåé íàçûâàåòñÿ ïðåäåëîì ïðîïîðöèîíàëüíîñòè. Åñëè ìû ñíèìåì íàãðóçêó ñ îáðàçöà, òî îí âåðíåòñÿ â èñõîäíîå ñâîå ñîñòîÿíèå ïî ëèíèè ÎÀ áåç ïðîÿâëåíèÿ îñòàòî÷íûõ äåôîðìàöèé.
Ó÷àñòîê À — ýòîò òî ìåñòî, ãäå äåôîðìàöèè ïåðåñòàþò ïîä÷èíÿòüñÿ Çàêîíó Ãóêà. Ïðè ðàçãðóçêå îáðàçöà ñ òî÷êè íà ó÷àñòêå À äî òî÷êè Î äåôîðìàöèè âñ¸ æå îñòàíóòñÿ óïðóãèìè. Òî÷êà  íîñèò íàçâàíèå ïðåäåë óïðóãîñòè.
Çà÷àñòóþ òî÷êè À è  áëèçêè íà ãðàôèêàõ è ðàçëè÷èåì ìåæäó íèìè ïðåíåáðåãàþò.
Ïðè äàëüíåéøåì íàãðóæåíèè îáðàçåö îò òî÷êè  ïîäõîäèò ê òî÷êå Ñ. Îò òî÷êè Ñ äî òî÷êè D äåôîðìàöèÿ îáðàçöà ðàñòåò áåç óâåëè÷åíèÿ íàãðóçêè, ìàòåðèàë òå÷¸ò. Íàïðÿæåíèå ñîîòâåòñòâóþùåå òî÷êå Ñ íà ãðàôèêå íàçûâàåòñÿ ïðåäåëîì òåêó÷åñòè σò, à ó÷àñòîê CD — ïëîùàäêîé òåêó÷åñòè. Ïðè äîñòèæåíèè ìàòåðèàëîì ñâîåãî ïðåäåëà òåêó÷åñòè ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå âíóòðåííåãî ñòðîåíèÿ ìàòåðèàëà, åãî ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ.
Ó÷àñòîê DE íàçûâàåòñÿ ó÷àñòêîì óïðî÷íåíèÿ. Òî÷êà Å — òî÷êà íàèâûñøåé ïðî÷íîñòè ìàòåðèàëà. Íàïðÿæåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùèå ýòîé òî÷êå êàê ïðàâèëî ìàòåðèàë íå ìîæåò âûäåðæèâàòü ïîñòîÿííî, ïîòîìó ýòî íàïðÿæåíèå íàçûâàþò âðåìåííûì ïðåäåëîì ïðî÷íîñòè -σâ .
Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî äèàãðàììû ðàñòÿæåíèÿ îñíîâíûõ àâèàöèîííûõ ìàòåðèàëîâ — àëþìèíèåâûõ ñïëàâîâ èìåþò íåñêîëüêî äðóãîé âèä:
Äèàãðàììû ðàñòÿæåíèÿ äëÿ ñïëàâà Ä16(2024) è âûñîêîïðî÷íîãî Â95(7075)
Ó ïðèâåäåííûõ âûøå ñïëàâîâ îòñóòñòâóåò ÿðêî âûðàæåííàÿ ïëîùàäêà òåêó÷åñòè, ïîýòîìó â êà÷åñòâå ïðåäåëà òåêó÷åñòè áåð¸òñÿ òàêîå íàïðÿæåíèå, ïðè êîòîðîì âåëè÷èíà îñòàòî÷íîé äåôîðìàöèè ñîñòàâëÿåò 0,2% îò ïåðâîíà÷àëüíîé äëèíû. Ýòî íàïðÿæåíèå íàçûâàþò óñëîâíûì ïðåäåëîì òåêó÷åñòè èëè «ñèãìà-íîëü-äâà».
 àâèàöèîííîé ïðî÷íîñòíîé ðàáîòå íå çàìîðà÷èâàþòñÿ, òàì âîîáùå íåò ìàòåðèàëîâ ñ ÿðêî âûðàæåííîé ïëîùàäêîé òåêó÷åñòè, à ïîòîìó ýòî íàïðÿæåíèå íàçûâàþò ïðîñòî ïðåäåëîì òåêó÷åñòè, áåç âñÿêèõ óñëîâíîñòåé.
Ãîâîðÿ îá àâèàöèîííûõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëàõ îáÿçàòåëüíî ñëåäóåò ïîãîâîðèòü è îá óäåëüíûõ ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ ìàòåðèàëîâ. Âåäü íåäîñòàòî÷íî òîãî, ÷òîáû ìàòåðèàë áûë àáñîëþòíî ïðî÷íûì. Âåäü äåëî íå â ïðî÷íîñòè êàê òàêîâîé, à â ñî÷åòàíèè ïðî÷íîñòè è ìàëîãî âåñà ìàòåðèàëà. Âûñîïðî÷íûå ñòàëè òàê æå è äîñòàòî÷íî «âûñîêîòÿæåëûå». À ñàìîëåòó íàäî ëåòàòü è âîçèòü ãðóçû ñ ïàññàæèðàìè, à íå ñàìîãî ñåáÿ.
Ïîòîìó íåîáõîäèìî åùå âñïîìíèòü îá óäåëüíîì âåñå ìàòåðèàëà.
Âû÷èñëÿåòñÿ îí ïðîñòî — âåñ äåëèòñÿ íà îáúåì, îáîçíà÷àåòñÿ áóêâîé ãàììà — γ.
Åñëè ìû ñîîòíåñ¸ì ïàðàìåòðû ïðî÷íîñòè è æåñòêîñòè ìàòåðèàëà — ïðåäåë ïðî÷íîñòè è æåñòêîñòü ê óäåëüíîìó âåñó, òî ìû ïîëó÷èì, ñîîòâåòñòâåííî, óäåëüíóþ ïðî÷íîñòü è óäåëüíóþ æåñòêîñòü ìàòåðèàëà.
Ïðîìåæóòî÷íûé èòîã:
Îñíîâíûå òåðìèíû, íóæíûå íàì äëÿ äàëüíåéøåãî ðàçãîâîðà:
σ — íàïðÿæåíèå
σò — ïðåäåë òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà
σâ — ïðåäåë ïðî÷íîñòè ìàòåðèàëà (è óäåëüíûé ïðåäåë ïðî÷íîñòè)
Å — ìîäóëü óïðóãîñòè ìàòåðèàëà (óäåëüíûé ìîäóëü óïðóãîñòè)
Ñðàâíèòåëüíàÿ òàáëèöà ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ìåòàëëîâ.
 òàáëèöå ïðèâåäåíû äàííûå äëÿ ÷åòûðåõ «õàðÀêòåðíûõ» ñïëàâîâ. Ä16ÀÒ — ñàìîãî ðàñïðîñòðàí¸ííîãî ìåòàëëà â êîíñòðóêöèÿõ ñàìîëåòîâ, âûñîêîïðî÷íîãî Â95, ñóïåðñòàëè 30ÕÃÑÀ è òèòàíîâãî ñïëàâà ÂÒ5.
Ïðèâåäåíû äàííûå î ïðåäåëàõ òåêó÷åñòè ìàòåðèàëîâ (Fty), ïðåäåëàõ ïðî÷íîñòè (Ftu), ìîäóëå Þíãà (E), óäåëüíîì âåñå (y), óäåëüíîé ïðî÷íîñòè (Ftu/y) è óäåëüíîé æåñòêîñòè (E/y).
×òî âèäíî èç ýòîé òàáëèöû? Íó íàïðèìåð òî, ÷òî ñâåðõïðî÷íàÿ ñòàëü èç-çà ñâîåãî âûñîêîãî óäåëüíîãî âåñà íåäàëåêî óøëà îò Ä16ÀÒ ïî óäåëüíîé ïðî÷íîñòè, êîòîðûé — âòðîå ìåíåå ïðî÷íûé. Âèäíî òàêæå, ÷òî âûñîêîïðî÷íûé àëþìèíèåâûé ñïëàâ Â95 ïî ýòîìó æå ïàðàìåòðó ïî÷òè ðàâåí ëèäåðó òàáëèöû — òèòàíîâîìó ñïëàâó.
×òî ãäå èñïîëüçîâàòü?
Òàêèå êîìáèíàöèè ñâîéñòâ, ïðèâåä¸ííûå â òàáëèöå âûøå, çàñòàâëÿþò òùàòåëüíî âûáèðàòü ìàòåðèàë äëÿ êîíñòðóêöèè ñàìîëåòîâ. À åñëè ïðèíèìàòü âî âíèìàíèå è äðóãèå àñïåêòû — õàðàêòåð ðàáîòû äåòàëè ïîä íàãðóçêîé, òåìïåðàòóðíûé ðåæèì ðàáîòû, ÷àñòîòà è ïîâòîðÿåìîñòü íàãðóçêè, êîððîçèîííàÿ è óñòàëîñòíàÿ ñòîéêîñòü ìàòåðèàëà, òåõíîëîãè÷íîñòü ñïëàâà — íàñêîëüêî ëåãêî ñïëàâ ïîääàåòñÿ ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêå è ñâàðêå.
Àëþìèíèåâûå ñïëàâû, íàïðèìåð, ïëîõî ñâàðèâàþòñÿ, ïîòîìó èõ ïðèõîäèòñÿ ñêðåïëÿòü çàêëåïêàìè è áîëòàìè. Õîðîøî áû ñäåëàòü âñ¸ èç âûñîêîïðî÷íîãî Â95, íî ó íåãî åñòü áîëüøîé íåäîñòàòîê — âòðîå õóäøèå ÷åì ó Ä16 óñòàëîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè. Ïðèíèìàÿ ýòî âî âíèìàíèå ýòîò ñïëàâ ëó÷øå âñåãî ïðèìåíÿòü òàì, ãäå íàãðóçêè îòíîñèòåëüíî ðåäêè, íå èìåþò âûñîêî÷àñòîòíûé öèêëè÷åñêèé õàðàêòåð è äåòàëè ïîäâåðæåíû ñêîðåå ñäâèãîâûì, íåæåëè ðàñòÿãèâàþùèì óñèëèÿì.
Äåëàÿ íàïðèìåð äâåðü â ïàññàæèðñêèé ñàëîí áóäåò îïòèìàëüíî íà ñèëîâûå áàëêè äâåðè èñïîëüçîâàòü âûñîêîïðî÷íûé ñïëàâ, à âîò äëÿ îáøèâêè, ðàáîòàþùåé öèêëè÷íî íà ðàñòÿæåíèå îò íàääóâà — áîëåå ñòîéêèé ê óñòàëîñòè Ä16. Íå çàáûâ ïðè ýòîì îáåñïå÷èòü õîðîøåå èçîëèðîâàíèå îò îêðóæàþùåé ñðåäû, â âèäó ïëîõîé êîððîçèéíîé ñòîéêîñòè.
Òèòàíîâûé ñïëàâ ïðèâëåêàòåëåí ïî ñâîèì ïàðàìåòðàì, íî äîðîã ñàì ïî ñåáå, äîðîã â ïðîèçâîäñòâå ò.ê. òðåáóåò îñîáûõ ïîäõîäîâ ê ìåõîáðàáîòêå è ñâàðêå. Â ïîñëåäíåå âðåìÿ ñòàëüíûå äåòàëè çàìåíÿþòñÿ íà òèòàíîâûå. Ïðèìåíÿåòñÿ îí â îòâåòñòâåííûõ óçëàõ øàññè,ðàçíîãî ðîäà êðîíøòåéíîâ íàâåñêè ìåõàíèçàöèè è ò.ï.
Ñòàëüíûå ñïëàâû îñòàþòñÿ â ïëàíåðå ñàìîëåòà òàì, ãäå íóæíî ñîõðàíÿòü ñâîè ñâîéñòâà ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå.  ýòîì êîíå÷íî ñòàëÿì íåò ðàâíûõ ïîêà. Íà ýòîé íåäåëå â òðåíäå ÌèÃ-31 èç Ïåðìè, íó âîò âàì ÿðêèé îáðàçåö âûáîðà ìàòåðèàëà ïîä êîíêðåòíûå çàäà÷è — ñòàëü ëó÷øå âñåãî ðàáîòàåò ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ, â ðàçû äåøåâëå è òåõíîëîãè÷íåå ðîñêîøíîãî òèòàíà.
Êîìïîçèöèîííûå (êîìïîçèòíûå) ìàòåðèàëû.
Êîìïîçèòíûìè, èëè êîìïîçèöèîííûìè ìàòåðèàëàìè íàçûâàþòñÿ ìàòåðèàëû, ñîñòîÿùèå èç äâóõ èëè áîëåå êîìïîíåíòîâ, âçàèìíî íåðàñòâîðèìûõ äðóã â äðóãå. Â îáùåì âèäå òàêèõ êîìïîíåíòîâ ó áîëüøèíñòâà êîìïîçèòîâ äâà — ýòî ìàòðèöà è àðìèðóþùèå âîëîêíà.
Àðìèðóþùèå âîëîêíà — ýòîò êîìïîíåíò ìàòðèàëà âîñïðèíèìàåò âñå âíåøíèå íàãðóçêè.
— èìåþò âûñîêóþ ïðî÷íîñòü è æåñòêîñòü
— äèàìåòð 7-10 ìèêðîí
— õðóïêèå
— ãëàâíûé íåñóùèé ýëåìåíò
Ìàòðèöà — ýòî ñâÿçóþùèé êîìïîíåíò ìàòåðèàëà, ïîçâîëÿåò âîëîêíàì ðàáîòàòü ñîâìåñòíî, íèêóäà íå ðàññûïàÿñü.
— Ó÷àñòâóåò â ðàáîòå êàê ñðåäà, ðàñïðåäåëÿþùàÿ íàãðóçêó
— Çàùèùàåò âîëîêíà îò âíåøíèõ ïîâðåæäåíèé
— îáåñïå÷èâàåò îáùóþ ôîðìó è ðàçìåð äåòàëè
Íåìíîãî î òîì, êàê ïîÿâèëèñü âûñîêîïðî÷íûå âîëîêíà.
 íà÷àëà XX âåêà ó÷åíûå, çàíèìàâøèåñÿ ïðî÷íîñòüþ ìàòåðèàëîâ ñìîãëè ïîäñ÷èòàòü òåîðåòè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü àêòóàëüíûõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ. Òåîðåòè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü ïîäñ÷èòûâàëè íà îñíîâå èçó÷åíèÿ ïîä ìèêðîñêîïîì àòîìàðíîé ñòðóêòóðû ìàòåðèàëîâ. Íà îñíîâàíèè âû÷èñëåíèÿ ñèë ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó àòîìàìè è äåëàëîñü çàêëþ÷åíèå î òåîðåòè÷åñêîé ïðî÷íîñòè òîãî èëè èíîãî ìàòåðèàëà. Îäíàêî ðåàëüíàÿ ïðî÷íîñòü îáðàçöîâ áûëà â äåñÿòêè ðàç íèæå òåîðåòè÷åñêîé ïðî÷íîñòè íà îñíîâå àòîìàðíîé ñâÿçè.
Êàê-òî îáúÿñíèòü ýòî íåñîîòâåòñòâèå âçÿëñÿ àíãëèéñêèé àâèàèíæåíåð èç Ôàðíáîðî Àëàí Ãðèôôèòñ.  êà÷åñòâå èñïûòóåìîãî ìàòåðèàëà îí èñïîëüçîâàë ïðîñòîå ñòåêëî. Ïî÷åìó ñòåêëî? Ïîòîìó ÷òî ñòåêëî ðàçðóøàåòñÿ àáñîëþòíî õðóïêî, ïëîùàäêè òåêó÷åñòè ó ýòîãî ìàòåðèàëà íåò îò ñëîâà ñîâñåì. Íó è ïëþñ ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ñâîéñòâà ñòåêëà ðàäèêàëüíî íå ìåíÿþòñÿ.
Ãðèôôèòñ ñòàë èñïûòûâàòü íà ðàçðûâ îáðàçöû èç ñòåêëà, ïîñòåïåííî óìåíüøàÿ èõ òîëùèíó, íàãðåâàÿ è âûòÿãèâàÿ ñòåêëÿíûå íèòè-âîëîêíà. Áûëà âûÿâëåíà èíòåðåñíàÿ çàêîíîìåðíîñòü:
Ñòåðæíè äëèíîé áîëåå 0,1 ìì. èìåëè ïðî÷íîñòü áëèçêóþ ê ðåàëüíîé ïðî÷íîñòè èçäåëèé èç ñòåêëà — áóòûëîê, ïðîáèðîê, ìåíçóð è ò.ä. Îäíàêî, ñ óìåíüøåíèåì ðàçìåðîâ ñòåêëÿííûõ âîëîêîí èõ ïðî÷íîñòü íà÷èíàëà ðåçêî âîçðàñòàòü, ïðèáëèæàÿñü ê òåîðåòè÷åñêîìó ïðåäåëó.
Âñ¸ äåëî â òîì, ÷òî â ëþáîì ìàòåðèàëå âñåãäà åñòü äåôåêòû — ìèêðîñêîïè÷åñêèå âêëþ÷åíèÿ ïîñòîðîííåãî ìàòåðèàëà, íåáîëüøèå ïîâåðõíîñòíûå òðåùèíû, ðàçëè÷èìûå òîëüêî â ìèêðîñêîï. Ìåòàëëû òàê âîîáùå èìåþò çåðíèñòóþ ñòðóêòóðó:
Âíóòðè çåðíà ìåòàëëà ïðî÷íîñòü ìîæåò áûòü è áîëüøàÿ, íî ñâÿçü ìåæäó çåðíàìè çíà÷èòåëüíî ñëàáåå âíóòðèçåðíîâîé àòîìàðíîé.
Åñëè àêêóðàòíî âûòÿãèâàòü âëîêîíà, óìåíüøàÿ òîëùèíó äî ðàçìåðîâ ìåíüøèõ òåõ, êîòîðûå èìåþò ïîòåíöèàëüíî âîçìîæíûå âêëþ÷åíèÿ â ýòîò ñàìûé ìàòåðèàë, òî ìîæíî çíà÷èòåëüíî óëó÷øèòü «÷èñòîòó» ýòîãî ìàòåðèàëà è çàìåòíî óâåëè÷èòü åãî ïðî÷íîñòü.
Âîò èìåííî ïîýòîìó âîëîêíà â êîìïîçèòàõ èìåþò òàêèå âûñîêèå óäåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè æåñòêîñòè è ïðî÷íîñòè. Áëàãîäàðÿ «î÷èñòêå» ìàòåðèàëà îò ïðèìåñåé è òðåùèí ïóòåì âûòÿãèâàíèÿ èç ìàòåðèàëà òîí÷àéøèõ âîëîêîí.
Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè îðãàíè÷åñêèõ âîëîêîí è ìåòàëëîâ:
Èç òàáëèöû âèäíî, ÷òî òèòàí áëèçîê, à ñòàëü — ïðåâîñõîäèò ïî ïðî÷íîñòè íåêîòîðûå ñòåêëîÿííûå è óãëåðîäíûå âîëîêíà. Íî ýòî — äî òîé ïîðû, ïîêà íå ðàññìàòðèâàòü óäåëüíûå ïàðàìåòðû ìàòåðèàëîâ.
Âûÿâèâ ñòîëü ìíîãîîáåùàþùèå õàðàêòåðèñòèêè àðìèðóþùèõ âîëîêîí èíæåíåðû ïðèíÿëèñü îñâàèâàòü ïðîèçâîäñòâî ìàòåðèàëà èç íèõ. Ïîòîìó ÷òî ñàìè ïî ñåáå îíè — ïðîñòî ïó÷îê íèòîê èëè âîëîñ. À âîò åñëè ìàòåðèàëû ñîåäèíèòü ñ ïîìîùüþ êàêîé-íèáóäü âÿçêîé ñìîëû, êîòîðóþ ïîòîì ìîæíî îòâåðäèòü ñ ïîìîùüþ òåìïåðàòóðíîé îáðàáîòêè — òî ýòî óæå ïîëó÷èòñÿ ñëîé êîìïîçèòà.
 çàâèñèìîñòè îò ðàñïîëîæåíèÿ âîëîêîí â ñëîå îíè äåëÿòñÿ íà:
— îäíîíàïðàâëåííûå íåïðåðûâíûå. Â ýòîì ñëîå âñå âîëîêíà îðèåíòèðîâàíû â îäíó ñòîðîíó è íå ïðåðûâàþòñÿ. Òàêîé òèï ñëîÿ íîñèò íàçâàíèå tape.
— äâóíàïðàâëåííûé íåïðåðûâíûé. Â ýòîì ñëîå àðìèðóþùèå âîëîêíà ñïëåòåíû ïî òèïó òêàíè è ïðîïèòàíû ñìîëîé. Òàêîé òèï ñëîÿ íîñèò íàçâàíèå fabric.
— îäíîíàïðàâëåííûé ïðåðûâèñòûé. Àðìèðóþùèå âîëîêíà ïðåðûâàþòñÿ íà ïðîòÿæåíèè ñëîÿ
— õàîòè÷íûé ïðåðûâèñòûé. Âîëîêíà, ãðóáî ãîâîðÿ, ñìåøàíû â êó÷ó áåç ÿâíî âûðàæåííîãî íàïðàâëåíèÿ.
 àâèàïðîìå ïðèìåíÿþòñÿ ïåðâûå äâà òèïà ñëîåâ êîìïîçèòà. Îäíîíàïðàâëåííûé ìîíîñëîé ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ íàìîòêè êðóïíîãàáàðèòíûõ àãðåãàòîâ:
Êîìáèíèðóÿ ìíîæåñòâî ñëîåâ ïîä ðàçëè÷íûìè óãëàìè ìîæíî ïðîåêòèðîâàòü õàðàêòåðèñòèêè æåñòêîñòè ìàòåðèàëà ïîä çàäàíûå íàãðóçêè.
Íàïðèìåð ôþçåëÿæó íàãðóæåííîìó èçáûòî÷íûì äàâëåíèåì õîðîøî áû èìåòü ïîáîëüøå âîëîêîí ïåðïåíäèêóëÿðíûéõ îñè ñèììåòðè, à â îñåâîì íàïðàâëåíèè — ïîìåíüøå. Íó è åùå áû äëÿ âîñïðèÿòèÿ ñäâèãîâûõ óñèëèé îò êðóòÿùèõ ìîìåíòîâ íåîáõîäèìî äîáàâèòü íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî ñëîåâ ïîä óãëàìè +/-45 ãðàäóñîâ.
Äâóíàïðàâëåííûå êîìïîçèòíûå ñëîè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ âûêëàäêè äåòàëåé ìåíüøåãî ðàçìåðà. Ñëîè òêàíè óêëàäûâàþòñÿ ïîä íåîáõîäèìûìè óãëàìè, à çàòåì — ïîëèìåðèçóþòñÿ â àâòîêëàâå.
Êðàòêî äâà íàèáîëåå ÿðêèõ ïðåèìóùåñòâà êîìïîçèòîâ íà îñíîâå âûøåíàïèñàííîãî:
— áîëåå âûñîêèå ÷åì ó ìåòàëëîâ óäåëüíûå ïðî÷íîñòü è æåñòêîñòü
— âîçìîæíîñòü ðåãóëèðîâàíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìàòåðèàëà ïîä êîíêðåòíûå çàäà÷è
Ïîìèìî ýòîãî ó êîìïîçèòíûõ ìàòåðèàëîâ ñóùåñòâóþò ñëåäóþùèå îñîáåííîñòè, êîòîðûå ñëåäóåò ó÷èòûâàòü ïðè ïðèìåíåíèè èõ â ïðîåêòèðîâàíèè.
— ñòðîãîå ïîä÷èíåíèå âîëîêîí çàêîíó Ãóêà. Íà äèàãðàììå ñèãìà-ýïñèëîí ãðàôèê äëÿ îäíîíàïðàâëåííîãî êîìïîçèòà áóäåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé ïðÿìóþ âïëîòü äî ðàçðóøåíèÿ. Êîìïîçèò âñåãäà ðàçðóøàåòñÿ õðóïêî.
— òåìïåðàòóðíîå ðàñøèðåíèå íèæå ÷åì ó ìåòàëëîâ.
— âûñîêàÿ ñòåïåíü äåìïôèðîâàíèÿ. Êîíñòðóêöèè èç ÊÌ ëó÷øå ìåòàëëîâ ïîãëîùàþò ýíåðãèþ ïðè âèáðàöèÿõ.
— Óñòîé÷èâîñòü ê êîððîçèè
— ×óâñòâèòåëüíîñòü ê ÓÔ îáëó÷åíèþ è âëàãå. Íåîáõîäèìî áîëåå òùàòåëüíî îðãàíèçîâûâàòü ïîêðûòèå èçäåëèé èç êîìïîçèòîâ äëÿ çàùèòû îò ýòèõ ôàêòîðîâ.
— Îòíîñèòåëüíî íèçêèå òåìïåðàòóðû ýêñïëóàòàöèè. Îãðàíè÷åíèå «ïî ìàòðèöå». Åñëè åñòü òåðìîïðî÷íûé ìàòåðèàë, ïîäõîäÿùèé òåõíîëîãè÷åñêè — òî ýòó îñîáåííîñòü ìîæíî íèâåëèðîâàòü.
— Ãàëüâàíè÷åñêàÿ êîððîçèÿ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ñîåäèíåíèÿ óãëåïëàñòèêà è àëþìèíèå ìåæäó ýòèìè äåòàëÿìè ìîæåò âîçíèêíóòü ãàëüâàíè÷åñêàÿ ïàðà, êîòîðàÿ ïðèâåä¸ò ê óñêîðåííîé êîððîçèè ìåòàëëè÷åñêèõ äåòàëåé. Íåîáõîäèìî èçîëèðîâàòü àëþìèíèé ïðèìåíåíèåì ñïåöèàëüíûõ äèýëåêòðè÷åñêèõ ïðîêëàäîê.
Íó âîò òàê, åñëè «êîðîòêî».
Êîìó èíòåðåñíî óãëóáèòü çíàíèÿ:
Â. Í. Çàéöåâ, Â.Ë. Ðóäàêîâ. «Êîíñòðóêöèÿ è ïðî÷íîñòü ñàìîëåòîâ»
Èçäàíèå âòîðîå, ïåðåðàáîòàííîå è äîïîëíåííîå.
Ïîä îáù. ðåä. ïðîô. Â.Í. Çàéöåâà
Êèåâ, «ÂÈÙÀ ØÊÎËÀ» 1978 ã.
Ã.È. Æèòîìèðñêèé. «Êîíñòðóêöèÿ ñàìîëåòîâ»
2-å èçäàíèå, ïåðåðàáîòàííîå è äîïîëíåííîå
Ìîñêâà, ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈÅ, 1995
Ñ.Ì. Åãåð, À.Ì. Ìàòâèåíêî, È.À. Øàòàëîâ
«Îñíîâû àâèàöèîííîé òåõíèêè» Ó÷åáíèê
Èçäàíèå âòîðîå, ïåðåðàáîòàííîå è äîïîëíåííîå
Ìîñêâà, Èçäàòåëüñòâî ÌÀÈ 1999 ã.
J. Gordon
THE NEWSCIENCE OF STRONG MATERIALS or WHY YOU DONT FALL THROUGH THE FLOOR
Ïåðåâîä ñ àíãëèéñêîãî Ñ.Ò. Ìèëåéêî
Èçäàòåëüñòâî «Ìèð»,Ìîñêâà, 1971
Ò.Ôóäçè, Ì. Äçàêî
Ìåõàíèêà ðàçðóøåíèÿ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ.
Ìîñêâà, «Ìèð» 1982 ã
https://splav-kharkov.com/main.php
Îðèãèíàëüíûé ïîñò â ÆÆ:
https://fox511.livejournal.com/124562.html
Òàì åñòü èíòåðåñíûå âîïðîñû è ïîÿñíåíèÿ â êîììåíòàõ
Источник