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

19 апреля 2019
Магнит против фреона: Ученые изобрели магнитный холодильник, эффективность которого выше обычного на 30-40%
Принципиально новый холодильник разработали исследователи из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и Тверского государственного университета — в его основе твердотельная ...
19 апреля 2019
НИТУ «МИСиС» приступил к in vivo тестам клеточно-инженерных имплантатов нового поколения
НИТУ «МИСиС» совместно с НИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи приступили к испытаниям in vivo клеточно-инженерных имплантатов нового поколения. ...
18 апреля 2019
Как расстаться с дантистом: новая стоматологическая технология, вдвое продлевающая срок службы пломб
Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационные антибактериальные составы для материалов, используемых при установке постоянных зубных пломб — протравочного геля, промывающей жидкости ...
16 апреля 2019
Ученые нашли способ очищать воду при помощи графена
Коллектив ученых из НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из ТГУ имени Г.Р. Державина и СГУ имени Н.Г. Чернышевского выяснили, что ...
10 апреля 2019
«БелАЗ» и Россия выводят сотрудничество на новый уровень
Заместитель генерального директора по качеству и стандартизации производства «БелАЗа» Сергей Лесин рассказал о новейших разработках компании и перспективах сотрудничества с ...
10 апреля 2019
Супермагнит для Арктики и космоса, работающий при —180°С
АО «Научно-производственное объединение „Магнетон“ приступило к полномасштабному производству нового типа постоянных магнитов для Арктики и космоса, разработанных научным коллективом НИТУ ...
08 апреля 2019
Ученые НИТУ «МИСиС» создали сверхбыстрый робот-микроскоп для поиска темной материи
Сотрудники Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС», Москва) и Национального Института Ядерной Физики (INFN, Неаполь, Италия) разработали простую и ...
29 марта 2019
В «Российской газете» написали про разработку ученых Политеха
Публикация посвящена «умным» снарядам «Российская газета» пишет, что междисциплинарная проектная команда под руководством профессора кафедры «Технология твердых химических веществ» Сергея ...
29 марта 2019
Ученые придумали, как быстро и эффективно получать термоэлектрики
Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») совместно с коллегами из Российской академии наук, Московского государственного университета им. М.В. ...
21 марта 2019
Учёные СФУ исследовали «космические» алмазы
Международный коллектив учёных провёл масштабный эксперимент, направленный на выявление основных свойств и механических характеристик импактных алмазов Попигайского месторождения (Якутия и ...
19 марта 2019
«Роснефть» разработала уникальное техническое масло
Специалисты ООО «РН-ЦИР» (входит в состав корпоративного научно-проектного комплекса «Роснефти») при содействии ООО «РН-Смазочные материалы» (входит в состав «Роснефти») запатентовали ...
18 марта 2019
Как заниматься наукой в условиях тотального недофинансирования
Россия находится на десятом месте в рейтинге государств по величине расходов на науку. На первой строчке – Соединённые Штаты, где ...