Экономия массы

Пластины из композиционных материалов обычно образованы из совокупности отдельных слоев и, как правило, имеют постоянную толщину (рис. 3, а). Однако для экономии массы применяют пластины переменной толщины, изменяющейся ступенчато (рис. 3, б) или непрерывно (рис. 3, в). [c.155]

Сбыт большинства автомобилей связан с сильной конкуренцией, поэтому выбор композиционных материалов, предназначенных для деталей автомобилей, в значительной мере определяется их стоимостью. Для успешной конкуренции с иными материалами, применяемыми в серийном производстве, композиционные материалы должны обладать хорошей воспроизводимостью при серийном изготовлении из них деталей, доступной технологичностью и стабильными расчетными свойствами. В настояш ее время высокие затраты на композиционные материалы, связанные с их разработкой, не могут быть покрыты лишь экономией массы, реализуемой в автомобилях. [c.12]

Рис. 1. Экономия массы (доллары за фунт) для легких самолетов при различной интенсивности эксплуатации (ч/год) [15]

Рис. 11. Материалы и схема выкладки наполнителя при изготовлении интерцептора самолета Боинг-737 из эпоксидного углепластика (длина 1320 мм, ширина 559 мм, площадь поверхности 146 дм , масса 5,44 кг, экономия массы 15%)

Как отмечалось ранее, двигатели гражданских самолетов должны обладать высокой надежностью в течение длительного ресурса эксплуатации. Детали из композиционных материалов должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить одинаковый с металлическими аналогами (для замены которых они предназначены) комплекс служебных свойств. В связи с этим недостаточно рассмотрения только экономии массы (даже когда она достигает значительных величин), если не обеспечиваются требования по коррозионной и эрозионной стойкости, усталости, вязкости разрушения, чувствительности к концентраторам напряжений, стабильности размеров, химической стойкости и термостойкости. [c.55]

Вполне возможно, что благодаря дешевизне и надежности местное усиление будет широко применяться при постройке пилотируемых космических кораблей, несмотря на ограниченную экономию массы. [c.103]

Логичнее было бы облегчить хвост при помощи композиционных материалов. Экономия массы становится тем более эффективной, чем дальше она отнесена назад от ЦТ, так как влияние ее на уравновешенность корабля пропорционально произведению экономии массы на плечо. С другой стороны, в данной ситуации бесцельно заботиться об экономии массы впереди ЦТ, так как это не столько разрешило бы проблему, сколько усугубило. [c.106]

Во многих случаях, и это можно показать, стоит поступиться сроком службы системы, чтобы сэкономить массу. Для этого нужно точно знать во что обойдется сэкономленный килограмм, чем за экономию массы оплатит система. [c.107]

Вопросам экономии массы, улучшения эксплуатационных характеристик и удешевления конструкций при использовании композиционных материалов уделялось много внимания, гораздо меньше внимания уделялось вопросам повышения надежности. При условии, что масса конструкции останется постоянной, представляет интерес [c.108]

На корабле имеется целый ряд узлов конструкций, где использование перспективных композиций могло бы обеспечить существенную экономию массы или улучшение характеристик. Работы были сконцентрированы на шести основных вариантах композиций бор — эпоксидная смола, графит — эпоксидная смола, бор — полиимид, графит — полиимид, бор — алюминий и PH В-49 — эпоксидная смола. Исследовали следующие элементы конструкций (включая разработку демонстрационных образцов) 1) панели фюзеляжей 2) рамы фюзеляжей 3) каркас отсеков крыльев 4) ребра, работающие на срез 5) люки шасси 6) сосуды, работающие под давлением (бандажированные) 7) несущие элементы силового оборудования, трубчатые фермы, панели и брусья 8) несущую конструкцию системы тепловой защиты 9) панели, разделяющие ступени 10) панели радиаторов. [c.118]

Детали, изделия Фирма- изготовитель Материал Тип конструкции Испытания Экономия массы, % Заказчик Примечание [c.134]

Прогнозируемая в настоящее время величина экономии массы коробчатой конструкции в целом составляет 195 кг. Композиционные материалы составляют 60 % массы конструкции. Экономия массы для конструкции, выполненной из композиционных материалов, составляет 29%, для агрегата в целом—ЗО /о. [c.154]

По сравнению с алюминиевым аналогом были достигнуты следующие показатели экономии массы для конструкции в целом 138,2 кг (21,5%), для обшивок 125,6 кг (65%). С учетом ряда обстоятельств (отсутствие опыта в проектировании и изготовлении конструкций из композиционных материалов, использование разработанных для металлов конструктивных решений и др.) полученные результаты можно считать замечательными. [c.156]

Эта первая попытка применения композиционных материале в конструкции фюзеляжа обеспечила значительное (19%) снижение массы (табл. 4). Наиболее обнадеживающий результат — экономия массы 26% — был достигнут в самом сложном узле. Возможности снижения массы оболочек ограничены конструкцией боковых панелей, на долю которых приходится 50% массы оболочек. При их изготовлении использованы листы углепластика длиной 1 м, соединяемые послойно встык, в связи с чем для обеспечения необходимой прочности добавлены два слоя, ориентированные в направлениях 45°. Фактически масса боковых панелей возросла на 2% вследствие некоторого завышения толщины углепластика сверх спецификации. Однако на верхней и нижней панелях было сэкономлено 26 % массы. [c.162]

Экономия массы — есть результат замены части металла, необходимой для достижения заданных характеристик, на боропластик. Металлический элемент обеспечивает требуемую прочность при расчетных нагрузках, а боропластик создает необходимую жесткость. Этот принцип был положен в основу при конструировании лонжерона. Было выбрано борное волокно повышенного ( - 140 мкм) диаметра, как более дешевое в изготовлении И требующее меньших затрат при переработке в связи с уменьшением числа слоев препрега, необходимых для набора заданной [c.164]

Использование волокна РВВ-49 обеспечило экономию массы по панели в целом на 24%, по обшивкам на 38% в сравнении с соответствующими алюминиевыми конструкциями. В настоящее время панель проходит испытания в Лаборатории динамики полета ВВС США. [c.167]

Рассмотрев вопросы применения композиционных материалов, можно отметить, что ограничения, вызванные попытками использовать композиционные материалы в конструкциях, по традиции создаваемых из металлов, не давали возможности полностью раскрыть достоинства композиционных материалов. Несмотря на уже достигнутые высокие показатели экономии массы, жесткости, долговечности, повышение коррозионной стойкости, имеется возможность дальнейшего значительного совершенствования этих важнейших характеристик при условии, если развитие композиционных материалов не будет подавлено мощной, хорошо разработанной технологией металлов. Наиболее рациональные идеи конструирования и изготовления изделий из композиционных материалов, обеспечивающие максимальное использование представляемых ими возможностей в отношении снижения массы и стоимости, должны реализоваться, начиная с ранних стадий разработки проекта. По-видимому, необходимость именно такого подхода к проблеме композиционных материалов станет очевидной в самое ближайшее время. [c.171]

Конструкция кабины и головного модуля высокоскоростного поезда описана Центром развития железнодорожного транспорта [10]. Кабина изготовляется Отделом пластиков Британского центра развития железнодорожного транспорта в Дерби. Обе оболочки кабины изготовлены из трехслойного пластика с крученым армирующим волокном. Внутренняя и наружная стенки изготовляются в одних и тех же формах при по.лучении наружной стенки в форму вставляется 10-сантиметровый вкладыш, а при получении внутренней — вкладыш удаляется. Пространство между двумя стенками заполняется пеной, образуя монококовую конструкцию. Стены выполнены как одно целое с полом, а каркас машинного отделения смонтирован снаружи кабины. Такой метод конструирования позволяет достичь экономии массы приблизительно 30% по сравнению с традиционным конструированием кабин. Большое значение имеет то обстоятельство, что все внутренние поверхности кабины гладкие, так как трубопроводы, кабели и воздуховоды заключены внутри слоистой панели. [c.186]

При разработке этих конструкций могут быть полезны диаграммы, показанные на рис. 8 и 11. Для определения результатов ожидаемой экономии массы целесообразно использовать диаграмму распределения массы вагона по различным узлам, например, представленную на рис. 12. На рис. 10 представлены некоторые конструктивные элементы и материалы, рекомендуемые для их изготовления, с кратким описанием каждого варианта. Следует отметить, что большинство из этих представлений развивались применительно к другим отраслям техники и, прежде всего, к самолетостроению. [c.194]

Волокнистые композиционные материалы могут быть использованы непосредственно в деталях контейнера в форме панелей, как правило, рифленых. Некоторые компании используют стеклопластиковые панели для внутренней отделки самолетов вместо фанеры. Отмечается, что при этом экономится масса и увеличивается срок службы. Вместе с тем такая замена приводит к удорожанию отделочного материала. [c.203]

Область применения композиции стеклопластик—фанера в настоящее время ограничивается панелями. Композиция стеклопластик—фанера относится к семейству слоистых материалов и обладает многими привлекающими внимание возможностями. В композициях этого типа можно получить экономию массы [c.221]

Стоимость единицы массы планера имеет тенденцию изменяться пропорционально величине массы пустого самолета. По данным Пезмени и др. [15], среднее значение ее составляло в 1968 г, 15,5 дол-ларов/кг для легких самолетов общецелевого назначения. Согласно этому же источнику, соответствующий показатель для легких вертолетов равен 90,6 доллар/кг. Величина экономии массы легких самолетов изменяется в зависимости от интенсивности их использования, как показано на рис. 1 [15]. [c.38]

По мере развития техники композиционных материалов проведен широкий круг исследований по определению экономии массы, получаемой в результате применения их в авиационных конструкциях. Министерство обороны и другие организации признали, что композиционные материалы обеспечивают существенное снижение массы и способствуют совершенствованию летных качеств авиационной техники [12]. Эти выводы в равной дшре применимы и к гражданским самолетам, однако они недостаточно серьезно рассматривались вплоть до недавнего времени, когда снизилась стоимость композиционных материалов и стали более доступными как сами материалы, так и технологические процессы изготовления изделий из них. [c.39]

Прямые эксплуатационные расходы (ПЭР). Для самолетов общих типов ПЭР часто выражаются в центах на милю, для коммерческих — в центах на пассажироместомилю. Экономические аспекты применения композиционных материалов в легких самолетах практически не изучены. Выполненные по программе НАСА исследования показывают, что преимущества, полученные вследствие экономии массы, в этом случае, по-видимому, не столь велики как для крупных самолетов, однако можно ожидать большего эффекта при условии расширения масштабов производства и снижения стоимости изготовления. [c.44]

Примером применения боропластика является экспериментальный предкрылок, установленный на самолете <<Боинг-707 . Два таких вспомогательных агрегата проходят эксплуатационные испытания. Предкрылок представляет собой тонкую сотовую моноко-ковую конструкцию с обшивками из эпоксидного боропластика. По данным Джуна и Келли [8], экономия массы составляет 25% по сравнению с цельнометаллической аналогичной конструкцией, выполненной из алюминия. [c.50]

Необходимо отметить, что применение композиционных материалов, как показали результаты исследования, обеспечивает двойной эффект. С одной стороны, более легкие материалы обеспечивают непосредственную экономию массы по сравнению с металлами, с другоц — позволяют уменьшить размеры самолета, что дает возможность для дальнейшего улучшения массовой эффективности. [c.73]

Чем система готова отплатить за экономию массы Существует удивительное несоответствие между тем, что казалось, бы, можно выгодать, сэкономив килограмм массы, и тем, чем система готова отплатить за эту экономию. Руководитель программы может поднять тягу более экономичным способом, чем переконструированием системы, пересмотром технологии и вопросов приемки. Может оказаться целесообразным снизить коэффициенты запаса или изменить траекторию. Уточненный анализ нагрузок моя<ет показать возможность снижения массы конструкций. Иными словами, становится трудно убедить руководителя программы, что замена материала — это самый простой способ разрешения проблемы, так как при этом часто увеличиваются капитальные затраты и сроки. [c.108]

Хотя допустимое значение экономии массы (10,2%) обшивок из композиционного материала оказалось нинш заданного (25%), оно представляется достаточным с учетом того, что это была одна из ранних попыток использования композиционных материалов. Пониженные значения экономии массы явились следствием использования титановых прокладок для обеспечения более высокой, чем первоначально предполагалось, прочности и невозможности преодолеть ряд конструктивных ограничений. [c.142]

В выеоконагруженных обшивках возможно достичь экономии массы в среднем на 35%. Штраф по массе , обусловленный болтовыми отверстиями, дл.ч обшивок, работающих на растяжение, составил 29%. Вследствие того, что около 70% массы лонжерона приходится на титановые наконечники и усиление отверстий, чистый проигрыш в массе лонжеронов и нервюр равен 4%. В табл. 3 приведено распределение по массе различных материалов. [c.149]

Результаты предыдущих исследований показали, что использование композиционных материалов, армированных борными волокнами, в обшивках крыла позволило обеспечить экономию массы 23—40 % в зависимости от сложности конструкции и других условий. Однако подобный успех не был достигнут в части снижения массы элементов набора. Полагают, что при устранении конструктивных ограничений, расширении круга используемых композиционных материалов и применении новых подходов к проектированию должна быть достигнута экономия массы коробчатых конструкций порядка 30—35 %. С этой целью в 1971 г. был начат второй этап программы ПКККМ. Главные усилия были направлены на устранение конструктивных ограничений и издержек, встреченных в предыдущей работе. Увеличение массы вследствие концентрации напряжений у технологических или крепежных отверстий, а также вследствие широкого использования металла было коренным образом уменьшено или полностью исключено. [c.150]

Стабилизатор самолета Р-14 представляет собой первую серийную деталь из боропластика, использованную в основной конструкции самолета. Выбор материала обшивок определялся массой и стоимостью. Алюминий был исключен из рассмотрения ввиду того, что рабочая температура не превышала 150° С. В конечном итоге был выбран эпоксидный боропластик, а не титан, исходя из обеспечиваемой экономии массы 20% ( 82,5 кг на самолет) и запланированной конкурирующей стоимости материала. Хотя стоимость промышленного титана составляет И—22 дол-лар/кг, значительные потери при механической обработке, достигающие 90%, приводят к увеличению стоимости до уровня —220 доллар/кг. Отходы в производстве деталей из композиционных материалов составляют 7—10%. Конструкция стабилизатора показана на рис. 18. Обшивки выполнены из эпоксидного боропластика, передний и задний лонжероны — из эпоксидного стеклотекстолита. В качестве заполнителя использованы алюминиевые соты. Чтобы избежать снижения прошюсти общивок вследствие концентрации напряжений у болтовых отверстий, весь крепеж на них производился через периферийные титановые элементы. [c.157]

Эта безопасная конструкция обеспечивает экономию массы 15% (57,1 кг). В дальнейшем этот показатель может быть увеличен до 26% (105 кг). Ввиду отсутствия возможности контролирования толщины композиционного материала в процессе отверждения, толщина деталей на некоторых участках оказалась выше требуемой, что привело к их перетяжелению на 16% (29,5 кг). [c.164]

Хотя основным разработчиком идеи местного упрочнения металлического силового набора накладками из композиционного материала является НАСА, конкретный вариант применения накладок на самолете В-1 был предложен ВВС США. При проектировании лонжерона определяющим фактором служит аэродинамическая жесткость, а не прочность. По удельной жесткости однонаправленный боропластик превосходит все существующие материалы. На рис, 24 показана конфигурация надфюзеляжного, нижнего внутреннего и нижнего наружного лонжеронов. Они обеспечивают экономию массы 44,28 и 29% соответственно, как показано на рис. 25 и 26. [c.164]

Важнейшей задачей при внедрении новых разработок является снижение массы транспортных средств. Наглядной характеристикой экономии массы мон ет служить масса вагона, приходящаяся на одного пассажира. Так, например, масса 25-метрового вагона Будд , рассчитанного на скорость 240 км/ч, вмещающего 80 пассажиров, составляет 720 кг на пассажира. Снижение массы, мощности, тормозного пути и эксплуатационных расходов необходимо для всех перечисленных выше типов транспортных средств. Для маломестных скоростных транспортных средств необходимо также уменьшить начальную стоимость, связанную с малой серийностью производства, а также снизить массу так, чтобы пути и несущие конструкции были бы простыми и удовлетворяли требованиям эстетики. Расходы на обслуживание путей также зависят от массы вагонов. Снижение годовых эксплуатационных расходов с большим трудом поддается расчету, некоторые сообра-ншния по этому поводу приведены в разделе 1П,Д. [c.178]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...