Армированные тканью: материалы для авиационных тормозов станут надежнее

Ученые НИТУ «МИСиС» провели тестирование экспериментальных композитных материалов для авиационных тормозных систем, разрабатываемых в авиационной корпорации «Рубин». Новые материалы на основе углеродных тканей оказались значительно «выносливей» уже используемых аналогов. По итогам тестирования экспертами университета были разработаны рекомендации по повышению трещиностойкости как существующих, так и разрабатываемых композиционных материалов для тормозных систем, что в перспективе позволяет повысить надежность и безопасность эксплуатации воздушных судов и снизить расходы на техническое обслуживание. Статья об исследовании опубликована в журнале Engineering Fracture Mechanics.

Тормозная система современного пассажирского самолета представляет собой «пакет» неподвижных и вращающихся тормозных дисков, находящийся внутри колеса. При включении тормоза специальные поршни сжимают этот пакет, поверхности дисков приходят в соприкосновение, и за счет трения происходит процесс торможения. В большинстве тормозных систем фрикционные диски изготавливаются из композиционного материала класса «углерод-углеродных», который, испытывая большие механические нагрузки, сильно нагревается.

Требования к «выносливости» и эксплуатационному ресурсу таких материалов непрерывно возрастают — например, еще два десятилетия назад один комплект тормозных дисков самолета должен был выдерживать 500 циклов «взлет-посадка», а сегодня эта цифра перешагнула за 2000. Поэтому разработкой и модификацией таких композиционных материалов занимается большое количество ученых и компаний по всему миру.

Команда ученых Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» под руководством старшего научного сотрудника Андрея Степашкина по заказу ПАО «Авиационная корпорация «Рубин» исследовала, как меняется сопротивление различных видов композиционных материалов тормозных систем возникновению и росту трещин под действием периодически меняющихся нагрузок.

В качестве образцов были использованы материалы на основе дискретных углеродных волокон («ТЕРМАР-АДФ») и на основе углеродных тканей (экспериментальный образец), разработанные специалистами ПАО АК «Рубин». Исходные материалы различались по температуре финальной термической обработки и схемам армирования. Задача команды ученых НИТУ «МИСиС» была выяснить, как эти факторы влияют на сопротивление материала развитию и распространению трещин, и выбрать направления для дальнейшего совершенствования технологии.

«Стоит помнить, что самолет это очень сложная инженерная система, стоимость эксплуатации которой во много раз превосходит стоимость его изготовления. Для обеспечения безопасности пассажиров, авиационная техника постоянно проходит те или иные виды осмотров. При этом, к примеру, тормозные системы подвергаются инспекции не после каждого полета, так как это требует частичной разборки колес, а после некоторого установленного числа посадок. Авиационные конструкции и используемые в них материалы должны обладать в числе прочего и таким качеством как безопасность повреждения. Это значит, если сразу после осмотра в материале тормозного диска вдруг образуется трещина, то она не должна до следующего осмотра вырасти настолько чтобы вызвать разрушение в конструкции», — рассказывает Андрей Степашкин.

Испытания показали, что материалы, армированные дискретными углеродными волокнами, лучше выдерживают распространение трещины поперек укладки волокна, а материалы, армированные углеродными тканям — вдоль углеродного волокна. При совмещении обоих типов армирования, например, при создании слоистого материала, можно было бы существенно повысить трещиностойкость материала в обоих направлениях.

«Фрикционный углерод-углеродный материал „Термар-АДФ-ОС“ серийно выпускается ПАО АК „Рубин“ и успешно применяется в тормозах практически всех отечественных самолетов (за исключением старых). Конечно, нет предела совершенству — можно было бы увеличить его коэффициент трения и, возможно, еще какие-то характеристики. Мы над этим работаем», — рассказывает Анатолий Кенигфест, один из разработчиков и создателей материалов ТЕРМАР.

Чем надежнее материал, тем большие промежутки времени можно делать между осмотрами тормозных систем, что, соответственно, удешевляет эксплуатацию самолета и техническое обслуживание воздушных судов, что, в свою очередь, может привести к понижению стоимости авиабилетов.

©  НИТУ «МИСиС»,2019

Другие материалы

22 февраля 2019
Учёные СФУ предложили новый способ контроля производства алюминия
Исследователи СФУ предложили новую методику рентгенофлуоресцентного спектрального анализа, позволяющую в автоматическом режиме анализировать химический состав электролита в электролизных ваннах алюминиевого ...
21 февраля 2019
В НИТУ «МИСиС» создали датчики вибрации без использования свинца
Специалисты Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») разработали новый вид датчиков вибрации для устройств диагностики состояния зданий и мостов, ...
19 февраля 2019
Расшифровка генома лиственницы генетиками СФУ стала результатом мирового значения
Группа исследователей лаборатории лесной геномики научно-образовательного центра геномных исследований Сибирского федерального университета провела секвенирование, сборку и аннотацию ядерного, митохондриального и ...
19 февраля 2019
Биологи СФУ сыграли в «молекулярный тетрис»
Молодые учёные Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ работают над усовершенствованием ферментативных биолюминесцентных биотестов для оценки экологических рисков и создания ...
19 февраля 2019
Магнитная диагностика станет проще и доступней
В рамках гранта «Исследование композитных мультиферроиков на основе сегнетоэлектрических монокристаллов с целью создания высокочувствительных магнитных сенсоров, в том числе для ...
18 февраля 2019
Полимерный близнец: ученые разработали имплантат, повторяющий структуру кости
Ученые из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» первыми в мире разработали уникальный гибридный костный имплантат, сердцевина которого выполнена из пористого ...
18 февраля 2019
Материаловеды НИТУ «МИСиС» смогли почти в 5 раз увеличить скорость горения ракетного топлива
Сотрудникам Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» удалось в пять раз увеличить скорость горения твердого ракетного топлива благодаря уникальным катализаторам на ...
15 февраля 2019
Сначала «умная рука», затем и «умная нога»
Реабилитация после серьезных болезней и травм – по-настоящему трудная работа. Могут уйти годы перед тем, как вернется или улучшится подвижность ...
12 февраля 2019
О новых перспективных технологиях в результате совместных исследований научных сотрудников Губкинского университета и Технического университета Луизианы
В результате совместных исследований научных сотрудников РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина и Технического университета Луизианы созданы методы, ...
12 февраля 2019
Доцент СФУ стал соавтором открытия нового минерала
Доцент кафедры геологии месторождений и методики разведки Института горного дела, геологии и геотехнологий Сибирского федерального университета Геннадий Шведов в составе ...
06 февраля 2019
Учёные СФУ создают биосенсор, усиленный наночастицами золота, для экспресс-диагностики стресса и токсикологического загрязнения
Группа исследователей Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ под руководством старшего научного сотрудника лаборатории биолюминесцентных биотехнологий, постдока Раджива Ранджана (Индия) ...
01 февраля 2019
Оцифровать вечность: инженеры НИТУ «МИСиС» представили блокчейн-технологию верификации природных алмазов
Участники российского стартапа Bitcarat.com, выпускники НИТУ «МИСиС» выводят на рынок уникальную технологию верификации и трейсинга природных алмазов. Метод основан на ...