Анализ массовых характеристик материалов конструкции фюзеляжа летательного аппарата - Припадчев, Алексей Дмитриевич; Осипов, Евгений Владимирович; Магдин, Александр Геннадьевич; Горбунов, Александр Алексеевич; Нестеренко, Руслан Андреевич; Кудрявцев, Дмитрий Викторович (Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2022)
Проанализированы теоретические формулы расчета массы фюзеляжа летательного аппарата, определены параметры, влияющие на итоговую массу конструкции: геометрические и физические характеристики силового набора, зависящие от прочности, плотности и жесткости материала элементов силового набора. Рассмотрены преимущества весовых и прочностных характеристик композиционных материалов и новейших конструкционных сплавов над характеристиками традиционных материалов, которые применяются в авиа- и ракетостроении при проектировании летательных аппаратов. Проведено сравнение и анализ нескольких типов композиционных материалов, а также алюминиевых сплавов третьего поколения с химическим составом, улучшенным за счет легирования более легким литием, по критериям плотности, прочности, текучести и жесткости. Рассмотрено и проанализировано влияние применения различных современных конструкционных материалов с уменьшенной плотностью и увеличенной прочностью на массу конструкции фюзеляжа летательного аппарата. Приведены результаты аналитических расчетов ряда авторов научных публикаций, в которых показывается существенное уменьшение массы конструкции фюзеляжа при использовании композиционных материалов вместо традиционных металлических конструкционных сплавов, таких как Д16-T и АА2124. Рассмотрена эффективность способа дополнительного снижения массы конструкции из композиционных материалов путем оптимизации топологии силовых элементов конструкции - метода оптимизации распределения конструкционного материала для создания несущей конструкции. Метод заключается в подборе геометрических размеров и форм силовых элементов, при которых расход материала, следовательно, и итоговая масса конструкции оказываются наименьшими при сохранении прочностных характеристик конструкции. По итогам анализа результатов проведенного исследования сделан вывод о преимуществе механических и весовых свойств полимерных композиционных материалов, армированных углеродным или органическими волокнистыми наполнителями над облегченными алюминиевыми сплавами третьего поколения и слоистыми металлополимерными материалами. Результаты проанализированных исследований также подтверждают сделанные выводы: возможно снижение веса конструкции фюзеляжа на 29,9 %, а предложенная в качестве дополнительной меры по снижению массы оптимизация топологии силовых элементов теоретически позволит снизить материалоемкость конструкции из композитов, уменьшив тем самым ее массу еще примерно на 18 %.