VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Использование углепластика в боевом истребителе пятого поколения - СУ57
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Вступление.
Еще с самого раннего детства я увлекаюсь самолетами. Впервые увидел боевой самолет в возрасте двух лет. Так же в этом возрасте впервые сел в кабину боевого самолета СУ-27. С того времени я стал изучать боевые самолеты и их строение.
Цель работы: изучить современный композитный материал (углепластик), провести эксперименты для сравнительного анализа характеристик композиционного материла (углепластика) и алюминиевого сплава, выяснить преимущества применения данного композитного материала при производстве современного самолета боевой авиации.
Актуальность моей работы была подтверждена проведённым опросом среди учеников 1 и 4 классов моей школы. Такой современный композитный материал, как углепластик, большинству анкетируемых не известен.
Объект исследования – образец углепластика и образец сплава алюминия в виде прямоугольных пластин.
Гипотеза исследования: современный композиционный материал является более легким, но в тоже время более прочным, по сравнению с металлом, в частности, с алюминием, а так же менее подвержен воздействию агрессивной окружающей среды.
Для достижения цели работы мной были использованы следующие методы: анкетирование, эксперимент, сравнительный анализ результатов экспериментов.
Мной были применены следующие технические средства: весы, фотоаппарат, персональный компьютер.
Исследование проводилось в четыре этапа:
- теоретические исследования с использованием литературы и сети Интернет;
- анкетирование учащихся школы №10;
- экспериментальное определение основных характеристик представленных образцов;
- анализ и обобщение результатов исследований.
Глава 1.История развития самолёта.
Самый первый летательный аппарат был построен братьями Райт более 100 лет назад из дерева и тканей. Но с развитием аэродинамики стали использовать специально обработанные ткани и стальные трубки.1 А впоследствии - только сплавы металла. В настоящее время предпочтение отдают композиционному материалу -(искусственно созданный неоднородный сплошной материал, который состоит из нескольких слоев) – углепластику.
Углепластик. Сферы применения.
Углепластик- это композиционный материал из переплетенных нитей углеродного волокна (очень тонких нитей, образованных атомами углерода).
В настоящее время этот материал используют в разных отраслях жизни человека: в машиностроении, судостроении, как уже говорилось выше, в авиастроение, а так же его используют при производстве удочек, велосипедов, коньков, бытовой техники, струн музыкальных инструментов, спиц и т.д. Однако, очень широко использование данного материала затрудняется тем, что его рыночная стоимость очень велика, что связано со сложным производством. Так, например, 1 кг алюминиевого сплава стоит в районе 90 рублей, а 1 кг. углеродной нити стоит около 11 000 руб. Стоит, однако, отметить, что углепластик является искусственно созданным материалом, тогда как алюминий – природный материал. Не смотря на то, что он и занимает первое место по распространенности в земной коре среди металлов2, его запасы все же не безграничны.
Глава 2.Эксперименты по сравнению характеристик образцов углепластика и алюминия.
В домашних условиях мной были исследованы сравнительные характеристики двух представленных образцов: прямоугольной пластины углепластика и прямоугольной пластины алюминиевого сплава.
Итак, для начала эксперимента, два представленных образца мной были измерены и взвешены. После чего посчитан примерный вес равного объема вещества, из которого состоит образец. Было установлено, что композиционный материал - углепластик легче, чем сплав алюминия, при условии использования одинаковых объёмов сравниваемых образцов.
Для производства следующего эксперимента оба образца были мной помещены в солёный водный раствор. При этом с алюминиевой пластины предварительно наждачной бумагой была удалена оксидная (защитная) пленка. Спустя неделю оба образца были изъяты из данной среды и мной осмотрены. На алюминиевой пластине видны следы точечной коррозии (следы саморазрушения материала под воздействием окружающей среды), на образце из углепластика каких-либо изменений не наблюдается. Таким образом, можно сделать вывод, что углепластик не подвержен воздействию окружающей среды, в частности, соленой воды и, таким образом, является более надежным.
Для следующего эксперимента были взяты уменьшенные образцы вышеуказанных материалов (алюминевая скоба и углеродное волокно). При воздействии силы (при сгибании) алюминевая скоба деформируется, то есть метал проявляет пластичные свойства, и уже не возвращается в исходное состояние, тогда как углеродное волокно также сгибается при воздействии силы, но при ее ослаблении – возвращается в исходное состояние. При воздействии ещё большей силы сгибания не деформируется, а ломается. Таким образом, можно сделать вывод о том, что углеродное волокно обеспечивает большую жёсткость.
Характеристики боевого истребителя СУ-57.
В 2010 году, за год до моего рождения, герой России, лётчик-испытатель Богдан С.Л. совершил первый полет опытного самолета Т-50-13 (который впоследствии получил название СУ-57). Это российский многофункциональный истребитель пятого поколения, разработанный ОКБ Сухого, имеет ряд уникальных особенностей: малозаметность, сверхманевреность, многофункциональность, сверхзвуковая скорость, мощный бортовой компьютер.
Заключение.
70 процентов поверхности истребителя пятого поколения (СУ-57) – углепластик.4 Далеко не секрет, что одним из основных желаемых качеств военного самолета является его малозаметность на радарах противника. Применение углепластика в СУ-57 позволяет снизить заметность данного самолета, за счет того, что электромагнитный сигнал не отражается от углеродного волокна, как на самолете из алюминиевых сплавов, а поглощается им, или проникает сквозь него. Поэтому радар вместо самолета видит пустое место. Также углепластик обладает двумя другими бесценными для авиации качествами — легкостью и прочностью, что было мной доказано в домашних условиях. В настоящее время боевой истребитель СУ-57, благодаря в том числе использованию в его производстве современного композиционного материла – углепластика, является одним из лучших в мире истребителей.
Изучив данный композитный материал, проведя экспериментальным путём анализ его свойств и характеристик, я подтвердил гипотезу о том, современный композитный материал является более легким, но в тоже время более прочным, по сравнению с металлом, в частности, с алюминием, и менее подвержен воздействию агрессивной внешней среды, что важно при эксплуатации истребителя в неблагоприятных погодных условиях. В связи с чем, убежден, что в будущем данный материал будут активнее применять в различных сферах жизни человека, особенно если найдут способы более рентабельного его производства. И я обязательно продолжу изучение его свойств и характеристик.
Список использованной литературы
Елена Качур. Самолёты и Авиация., «Ман, Иванов и Фербер», 77с., 2017 г.;
http://ru.wikipedia.
ОКБ Сухого, 75 лет, 103 с., 2014 г.,
Периодическое издание «Горизонты», № 2 (18), 64 с., 2018 г.
1 Елена Качур. Самолёты и Авиация., «Ман, Иванов и Фербер», 77с., 2017 г.
2 http://ru.wikipedia.
3 ОКБ Сухого, 75 лет, 103 с., 2014 г.,
4 Периодическое издание «Горизонты», № 2 (18), 64 с., 2018 г.