1 стр. из 1

Применение мультиаксиальных структур в конструкции аэробуса А380

В производстве самолетов в последнее время установлено, что каждые 15 лет происходит качественный прыжок в их создании и внедрении совершенно новых достижений. Если в 1987г. был создан Боинг 747-400, то в настоящее время наблюдается новый прыжок к Аэробусу А380. Это будет самый передовой самолет с большими возможностями: 555 пассажиров он должен доставить без промежуточных посадок на 16000км. Максимальное число перевозимых пассажиров может достигать 1000 чел. В самолете размещаются казино, фитнес-центр, магазины и другие помещения для пассажиров. Создание такого самолета связано с большими капиталовложениями, которые являются рекордными на сегодняшний день: так европейский консорциум выделяет для создания аэробуса А380 около EUR10 млрд., однако для постройки предыдущей серии аэробуса затраты были еще больше (EADS).

Прогнозы на будущее гласят, что каждый год рост перевозок пассажиров будет неуклонно расти на 5%. Это означает, что в последующие 20 лет необходимо ввести в строй по меньшей мере 750 таких гигантов. При этом необходимо обеспечить экономичность и снижение расходов на обслуживание таких самолетов. Одним из самых важных технических нововведений является применение искусственных материалов на основе их усиления карбоновыми волокнами. Они обеспечат значительное снижение веса, больший срок службы, коррозионную и химическую стойкость, а также негорючесть, но, прежде всего, они обеспечат особопрочный профиль, изготовленный с высочайшей точностью в соответствии с предполагаемой нагрузкой, и дизайн.

Это возможно благодаря целевому изготовлению из мультиаксиальной структуры материала, используемого как несущий композит из длинноволокнистых полотен. Мультиаксиальные структуры могут выдерживать, как никакие другие текстильные материалы, чрезвычайно высокие нагрузки с равномерным распределением усилий во всех направлениях. Это оказалось возможным благодаря распределению вытянутых и параллельных слоев нитей в различных направлениях, например: 4 слоя — 0°/90°/+45°/-45°. На рис.1 представлена система нитей с 4 слоями: +45°/0°/-45°/90°, уложенных на волокнистый холст.

Затем все слои фиксируются нитями на основе любого основовязального переплетения. Благодаря такому прямому и параллельному расположению нитей и волокон без изгибов (Non Crimp) прочность компонентов используется оптимально во всех направлениях — это очень важное преимущество в сравнении с ткаными структурами, где уток огибает основные нити.

Провязывание с помощью мультиаксиальной основовязальной технологии обеспечивает равномерность поверхности без образования рядов и валиков из нитей и волокон. Кроме того, плотность укладки слоев нитей и угол их укладки необходимо учитывать в зависимости от характеристики нагрузки. Обычная четырехслойная укладка рекомендуется так: от -45° через 90° до +45° и 0° при возможной бесступенчатой регулировке угла раскладки.

Таким образом достигается необходимая анизотропность материала или усиление материала в тех местах и направлениях, в которых возникают наибольшие напряжения, и, как результат, большая сопротивляемость сдвигу элементов структуры, повышенная ударная вязкость материала, стабильность размеров во всех направлениях, равномерное и одинаковое растяжение и быстрая пропитка смолой. Кроме того, опасность смешения структурных элементов минимизируется за счет фиксирующей провязанной нити — укрепление структуры в третьем измерении, т.е. по оси z.

При этом система конструирования из пластмасс, усиленных карбоновыми волокнами, в общем, одновременно как экономична, так и экологична: это означает, что применяется минимально возможное количество материала, это свойство широко используется производителями. Данное свойство системы конструирования позволяет объединять несколько элементов в один. Преимущество: вместо обработки множества элементов можно в несколько раз быстрее обработать один объединенный элемент. Так, например, еще в 1992г. при изготовлении вертикального оперения середины корпуса аэробуса А320 применили подобную комбинацию. Два легко интегрируемых и усиленных боковых узла, а также передний, средний и задний лонжероны изготовлены из твердой пластмассы, эпоксидной смолы и углеродных волокон в качестве усилительного материала. Изделия, изготовленные из искусственных материалов взамен металлических, оказались по весу на 20% легче. Кроме того, эти компоненты изготавливались автоматически. Оказалось, что при такой технологии необходимо только 96 отдельных деталей против 2072 деталей при аналогичной алюминиевой конструкции.

Все вертикальное оперение нового А380 будет изготовлено из пластмассы, усиленной карбоновыми волокнами, которые входят в мультиаксиальные полотна, что обеспечивает следующие преимущества: материал, монтаж и расходы производства значительно ниже.

Текущие расходы на одно пассажирское место в сравнении с Боингом 747-400 будут на 15% ниже. Изготовление специальных деталей самолета подразумевает особые знания и умение. Этим обладают специалисты фирмы Saerbecker Firma Saertex. Производитель инвестировал почти EUR5 млн. в новый завод, который находится непосредственно рядом с площадкой строительства аэробуса. В сентябре 2002г. будут изготовлены полотна на основе мультиаксиальных структур, которые будут сшиты и позднее вмонтированы в корпус аэробуса А380.

Сшитые конструкции таких полотен не имеют удлинений, которые так и называются — Non-Crimp-Fabrics и находят широкое применение везде, где необходима высокая прочность и экономящая энергию легкость: в строительстве лодок и кораблей, во всех габаритных транспортных средствах, частях кузова автомобилей, загрузочных частях большегрузов, сноубордов или серфбордов, лопастях и кожухах ветряных электростанций.

С 1997г. мультиаксиальные изделия фирмы Saertex квалифицированы и рекомендованы для применения в самолетостроении.

Лопасти ветряных электростанций из мультиаксиальных трикотажных полотен

Когда Поль ла Кур в1891г. построил первую в мире ветряную электростанцию для освещения деревенской школы, он и не подозревал, какую динамику получит это изобретение в последующем столетии. В настоящее время в Германии, «стране ветра» №1, производится более 4% потребляемой электроэнергии. В 2002г. было изготовлено примерно 12500 ветряных электростанций (ВЭ) с установленной мощностью свыше 12000 МВт и выработанной «чистой» электроэнергией около 20 млрд. кВт•ч, и тенденция постоянного роста сохраняется. Алоис Воббен, руководитель крупнейшего предприятия по производству ветроэлектростанций Enercon GmbH, прогнозирует долю электроэнергии в ФРГ от ВЭ до 25% в ближайшие годы.

В Дании к 2030г. эта доля составит вместо нынешних 14% — 50%. Как отмечает Пребен Маегаард, президент датской компании Welt-Windenergie-Verbandes, в следующие четыре года во всем мире будет установлено еще 55000 МВт мощностей. Это означает рост на 120% по сравнению с 2001г.

Таким образом, возникает возможность значительного снижения вредных выбросов в атмосферу в соответствии с Киотскими соглашениями.

Прошло 110 лет со дня изобретения Поля ла Кура. Сегодня фирма Enercon GmbH выпускает ВЭ со следующими данными: высота башни 124м, мощность 4,5 МВт и размах лопастей 52м (по спец. заказу — до 65м.)

Эти установки рассчитаны на срок работы до 20 лет. Особые требования предъявляются в первую очередь к материалам и компонентам для подвижных частей: лопасти, генератор и др. Они должны выдерживать удары молний, жару и холод, экстремально резкие смены направления ветра и др.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!