Климатические испытания авиационных полимерных композиционных материалов

     Композиционные материалы приобретают все большую роль как основные конструкционные и функциональные материалы для авиационных, космических и машиностроительных изделий XXI века и используются
взамен традиционных металлических сплавов. В частности, применение в авиастроении современных полимерных композиционных материалов (ПКМ) обеспечивает не только существенное снижение массы конструкции планера, но и повышение ресурса, живучести конструкции,
снижение затрат на производство и эксплуатацию самолетов.


     В современных и перспективных зарубежных пассажирских авиалайнерах количество ПКМ, применяемых в конструкции самолета, колеблется от 5-15% (ТУ 204, Ил-96, «Сухой Суперджет-100»), 22-39% (А380, А350 и до 50-55% (Боинг 787). Основные классы ПКМ, предназначенных для применения в этих изделиях, - углепластики и стеклопластики. При этом практический интерес представляют материалы, уровень прочностных свойств которых за период эксплуатации изделий в течение 25 – 30 и более лет снизился бы не более чем на 10-20%.


     Обеспечение безопасности эксплуатации авиационной техники отражены в Авиационных Правилах (АП части 23, 25, параграфы 603, 609) и предъявляют крайне жесткие требования к надежности материалов, используемых в этих конструкциях. Установлено, что наиболее существенное влияние на техническое состояние техники оказывает не механический износ деталей, а процессы коррозии и старения конструкционных материалов под совместным воздействием нагрузок и факторов окружающей среды: температуры, влажности, солнечной радиации. 


     Одним из важнейших критериев, по которым проводится выбор материалов на этапе разработки эскизного проекта изделия, является их стойкость к воздействию климатических факторов, что отражается в паспортах материалов, разрабатываемых ВИАМ.


     В статье систематизирован опыт проведения климатических исследований ПКМ, выполненных в ФГУП «ВИАМ» в течение многих десятилетий, проанализированы современные тенденции в изучении и оценке эксплуатационной устойчивости материалов и элементов авиационных конструкций и определены основные требования к проведению
климатических испытаний.



     ПКМ авиационного назначения являются исключительно сложными объектами для прогнозирования их эксплуатационной климатической стойкости на длительный период эксплуатации изделий. В настоящее время при разработке новых композиционных материалов их стойкость к климатическому старению определяется исходя из проведения
ускоренных лабораторных испытаний (УКИ). 


    Следует отметить, что важнейшим условием использования УКИ для прогнозирования свойств материалов является идентичность механизмов старения связующего ПКМ в натурных климатических условиях и при ускоренных испытаниях. Только в этом случае результаты ускоренных испытаний можно применять для целей прогнозирования старения ПКМ. 


     Однако любое ускорение процесса старения полимерного материала (повышение температуры, влажности) может привести к изменению механизма старения, и, следовательно, его структуры и физико-механических характеристик. Поэтому результаты лабораторных ускоренных климатических испытаний материалов в ввиду отсутствия возможности полного моделирования совокупности воздействия климатических факторов
должны корректироваться результатами, получаемыми в результате проведения натурных испытаниях, которые крайне необходимы также и для совершенствования методов проведения ускоренных испытаний.



     Климатические центры ВИАМ оснащены уникальным сертифицированным
(сертификат RU.С.28.001.А № 34227) импортным метеооборудованием для измерения в непрерывном автоматическом режиме температуры, относительной влажности воздуха, количества и интенсивности осадков, плотности потока суммарной солнечной радиации в диапазонах длин волн: общая радиация (305-2800 нм), ближняя ультрафиолетовая радиация (320-400 нм), дальняя ультрафиолетовая радиация (280-320 нм). 


     Данные опроса метеопараметров регистрируются автоматически, записываются в компьютерный архив станции. Новый этап в развитии авиационной техники диктует потребность современного надежного контроля ее состояния, в том числе, и при всепогодной эксплуатации. В связи с этим встает вопрос о координации работ в области проведения климатических испытаний материалов, узлов и элементов конструкций авиационной техники. 


     Тесная и постоянная связь со специализированными институтами РАН, отраслевыми институтами, ОКБ и организациями позволяют ВИАМ объединить усилия специалистов различного профиля для решения сложной комплексной задачи, связанной с проблемой определения климатической стойкости и долговечности материалов.