Повышение прочности вертолетов с использованием полимерной матрицы

1.

Кафедра «Металлургия»
Группа 243-231
«Повышение прочности вертолетов с
использованием полимерной матрицы»
Авторы:
Аметов Лев Павлович
Брыксин Дмитрий Андреевич
Казаков Владислав Витальевич
Макрищев Михаил Михайлович
Васильев Сергей Алексеевич
Сагиндиев Исмоилхон Саиджон угли
Мельников Артем Владимирович

2. ПРОБЛЕМАТИКА

2
ПРОБЛЕМАТИКА
1.Требования к легкости и высокой прочности:полимерные композиты
обеспечивают высокую прочность при малом весе — это повышает
манёвренность и эффективность.
2. Устойчивость к коррозии и долговечность: в отличие от металла,
полимеры не подвержены коррозии и требуют меньше обслуживания.
3. Адаптация к сложным геометриям: смолы позволяют изготавливать
броню сложной формы без ухудшения аэродинамики.
4. Повышение безопасности экипажа и экипажа: полимерная броня
повышает защиту пилотов и пассажиров, особенно в боевых условиях.

3. АКТУАЛЬНОСТЬ

3
АКТУАЛЬНОСТЬ
Актуальность темы обусловлена
современными
требованиями
к
защите и безопасности объектов, а
также
необходимостью
поиска
легких и надежных материалов.
Полимерные матрицы обладают
высоким потенциалом для создания
прочных, долговечных
систем
повышения прочности, что важно в
военной,
промышленной
и
гражданской сферах.

4. ЦЕЛЬ

4
ЦЕЛЬ
Создание и внедрение новых полимерных материалов и
конструкционных решений, обеспечивающих повышенную защиту,
долговечность, а также разработка технологических процессов их
производства и применения в системе повышения прочности.

5. ЗАДАЧИ

5
ЗАДАЧИ
1. Исследовать механический свойства полимерных матриц;
— Определить прочностные характеристики, износостойкость и устойчивость к ударам для различных
типов полимерных смол.
2.Подобрать состав полимерной смолы, обладающий повышенной долговечностью
— Создать и оптимизировать композиционные материалы, устойчивые к воздействию внешних факторов
(УФ-лучи, химические вещества, температура).
3.Разработать технологию производства композитных материалов на основе полимерных смол
— Создать эффективные методы нанесения, отверждения и формовки для массового производства.
4. Провести испытания разработанных материалов
— Проверить соответствие стандартам безопасности и эффективности для применения в системах
повышения прочности.

6. Целевая аудитория

• 1. Производители вертолетов и
вертолетных систем
• 2. Поставщики компонентов для
оборонной промышленности
• 3. Военные и силовые структуры
• 4. Исследовательские и научноисследовательские институты
• 5. Регулирующие органы и
сертификационные органы
6

7. Стейкхолдеры

7
Стейкхолдеры
Стейкхолдер
Интерес
Влияние на проект
Разработчики и
инженеры
Создание
эффективных,
долговечных и
надежных материалов
для бронирования
Высокое
Производственные
компании
Внедрение новых
материалов в
производство
Высокое
Заказчики и конечные
пользователи
Повышение
безопасности и
защиты экипажей и
техники
Среднее
Регулирующие и
сертификационные
органы
Соблюдение
стандартов и
получение
сертификаций
Высокое
Исследовательские
институты и
университеты
Разработка новых
технологий и
материалов
Среднее
Поставщики сырья и
компонентов
Надежность поставок и
качество исходных
материалов
Среднее
Инвесторы и
финансовые
институты
Получение прибыли и
развитие
инновационных
решений
Среднее

8. SWOT-АНАЛИЗ

8
SWOT-АНАЛИЗ
Категория
Описание
Сильные стороны
Высокая легкость материалов,
высокие механические свойства и
устойчивость к износу, низкая
стоимость производства.
Слабые стороны
Необходимость в специальной
технологии отверждения и
обработки, возможное негативное
экологическое воздействие при
утилизации некоторых видов
полимерных смол, высокая
чувствительность к качеству
исходных компонентов.
Возможности
Рост спроса на легкие и прочные
материалы для систем повышения
прочности, расширение рынков за
счет новых видов применения.
Угрозы
Возможные регуляторные ограничения
по экологической безопасности и
утилизации, Недостаточная
информированность рынка и
потенциальное сопротивление

9. Механические свойства полимерных смол

9
Механические свойства полимерных смол
Свойство
Эпоксидные
смолы
Полиизоциануратн
ые
(Полиуретановые)
Фенолформальдег
идные
Виниловые/акрил
овые
Предел прочности
на растяжение, МПа
50–100
20–80
40–70
20–60
Модуль упругости,
МПа
2000–3000
1000–2500
1500–2500
1000–2000
Предел изгиба, МПа
70–120
20–70
50–90
30–70
Ударная вязкость,
кДж/м²
50–150
20–80
30–70
10–50
Твердость по Шору,
по Бринеллю
50–70
30–50
40–60
30–50
Устойчивость к
механическим
нагрузкам
Высокая
Средняя
Средняя
Средняя
Температура
эксплуатации, °C
до 120–150
до 80–130
до 150–200
до 80–120

10. Диаграмма механических свойств полимерных смол

10

11. Состав

11
Состав
Полимерная матрица:
1. Эпоксидная смола (например, DGEBA) — обеспечивает высокую прочность, хорошую
адгезию и химическую стойкость.
2. Углеродные или стеклянные волокна (в качестве армирующих наполнителей) —
повышают механическую прочность и ударную устойчивость.
Заполнители:
1. Алюминиевые или магниевые порошки — для повышения ударной вязкости и стойкости к
износу.
2. Микро- и нанопористые наполнители (например, карбонизированные нанотрубки) — для
увеличения механической прочности и устойчивости к внешним факторам.
3. Отвердитель (например, амины или альдегиды) — для обеспечения надёжного
отверждения.
4. Растворители и добавки для улучшения адгезии и технологических свойств.
Улучшители модификаторы:
1. Добавки, повышающие устойчивость к УФ-лучам: ультрафиолетовые стабилизаторы (UVстабилизаторы).
2. Антикоррозийные и химически стойкие добавки: для защиты от химических воздействий.
3. Эпоксидные добавки, повышающие долговечность: модифицированные эпоксиды с
повышенной стойкостью к старению.

12. Стоимость полимерной смолы

Компонент
Пропорции (по
массе)
Цена за 1 кг
Полимерная матрица
100%
300-600 руб.
Заполнители
20-40% от общей массы
матрицы
400-800 руб.
Модификаторы
1-5% от общей массы
матрицы
500 – 1500 руб.
12

13. Стоимость полимерной смолы

Элемент обмазки
Кол-во смолы
Примечание
15 кг
Включает
внутреннюю и
наружную
поверхности
Обмазка для
защитных
элементов
3 кг
Например, для
кабельных каналов,
рам и креплений
Дополнительная
обработка
(подготовка)
1.5 кг
Для усиления и
герметизации
19.5 кг
Общий расход
смолы для полного
обмазочного
покрытия
Основная обмазка
(крылья, корпус)
Итого
13

14. Технологический процесс :

14
Технологический процесс :
1. Подготовка поверхности:
— Очистка поверхности от пыли, грязи, масла и других загрязнений.
— Обработка поверхности для повышения адгезии (например, шлифовка или обработка химическими составами).
2. Подготовка полимерной смолы:
— Выбор подходящего типа смолы в зависимости от требований (прочность, гибкость, устойчивость к внешним факторам).
— При необходимости смешивание компонентов (отвердитель, пластификаторы и др.) согласно инструкции производителя.
3. Нанесение смолы:
— Распределение полимерной смолы по поверхности с помощью кисти, валика, распылителя или другого инструмента.
— Обеспечение равномерного слоя без пузырей и дефектов.
4. Формование и моделирование:
— В случае необходимости придания конкретной формы или нанесения на сложные поверхности — использование шаблонов, форм или
каркасов.
5. Отверждение:
— Удержание нанесенного слоя при заданных условиях (температура, влажность) для полного отверждения смолы.
— Время отверждения зависит от типа смолы и условий эксплуатации.
6. Дополнительные слои и обработка:
— При необходимости нанесения нескольких слоев для повышения прочности или улучшения характеристик — повторение этапов нанесения и
отверждения.
— После окончательного отверждения возможна шлифовка, полировка или нанесение защитных покрытий.
7. Контроль качества:
— Проверка полученного покрытия на наличие дефектов, трещин, пузырей.
— Тестирование механических и эксплуатационных характеристик.

15.

6
ДИАГРАММА ГАНТА
Этапы
Месяц 1
Месяц 2
Месяц 3
Исследование механических
свойств полимерных смол
X
X
X
Выбор состава полимерной
смолы, обладающий
повышенной долговечностью
Разработка технологии
производства композитных
материалов
Испытания разработанных
материалов
Месяц 4-6
Месяц 7-9
Месяц 10-12
X
X
X

16. ВЫВОДЫ

Таким образом проект демонстрирует возможность
использования
дешевых,
высококачественных
полимерных
материалов,
сочетающих
надежность,
долговечность
и
технологическую эффективность для повышения прочности, что
открывает новые перспективы в области защиты и безопасности.
16