КРАТКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В конструкции современных самолетов применяются различные материалы: легкие сплавы (алюминиевые и магниевые), титан и его сплавы, стали и их сплавы, древесина (натуральная и облагороженная), ткани, резина, пластмассы и др.
Каждый материал обладает своими химическими и физико-механическими свойствами, которые и определяют его технологические свойства и области применения. Рассмотрим характеристики наиболее широко применяющихся материалов.
Алюминиевые сплавы применяются в конструкциях самолетов, летающих на дозвуковых и умеренных сверхзвуковых скоростях. Широкое распространение алюминиевых сплавов объясняется высокими значениями их удельной прочности и хорошими технологическими свойствами.
Из алюминиевых сплавов изготовляются листы, профили, трубы, прутки и проволока.
Отечественной промышленностью освоен ряд алюминиевых высокопрочных (0В = 55-=-60 кГ/мм2) и теплопрочных сплавов. В частности, иапример, сплав В95 сохраняет достаточно высокие механические свойства при температурах до 100—120° С.
Для деталей и узлов конструкций, работающих при температурах выше 120° С, следует применять теплопрочные алюминиевые сплавы, например Д16А-Т УН, сплав Д19 до температур 150—200° С и сплав Д20 до температур 300° С.
Стали, как правило, встречаются в конструкциях всех самолетов независимо от того, каким является их основной материал. Например, болтовые соединения, стыковые узлы крыльев, фюзеляжа и оперения, элементы фермы шасси и рамы для установки двигателей обычно выполняются из стали.
Характеристики сталей, получивших широкое применение в самолетостроении, могут быть изменены в значительных пределах путем термической обработки (закалки, отпуска, нормализации, отжига). В частности, предел прочности на растяжение распространенной в конструкции самолетов отечественной стали ЗОХГСНА в зависимости от термообработки изменяется от 70 до 200 кГ/мм2.
В конструкциях крыльев, фюзеляжа и оперения сверхзвуковых самолетов применяются жаропрочные стали.
Магниевые сплавы при высоких значениях удельной прочности обладают сравнительно низкими значениями предела прочности, поэтому они используются для уменьшения веса в конструкции слабонагружен- ных деталей, например, для барабанов колес шасси, штурвалов, качалок, колонок, педалей управления, арматуры и пр.
Основные недостатки магниевых сплавов: высокая стоимость, подверженность коррозии и воспламеняемость. Несмотря на это, магниевые сплавы находят все большее применение в конструкции самолета.
Титан и его сплавы — высокопрочные и теплопрочйые металлы. В самолетостроении распространены отечественные сплавы ВТ1 и ВТ6.
Они используются для деталей и конструктивных элементов4, работающих при температурах порядка 400—450° С. Титановые сплавы обладают высоким значением удельной прочности и предела прочности при растяжении наряду с малым удельным весом.
Следует заметить, что приведенные прочностные характеристики металлов относятся к однократному статическому их нагружению. В действительности конструкция самолета испытывает повторные знакопеременные нагружения, поэтому прочность металлов значительно снижается и элементы конструкции в результате усталости металлов могут разрушаться при нагрузке, существенно меньшей, чем статическая нагрузка.
На основании многочисленных экспериментов установлено, что прочность при повторных нагружениях уменьшается различно для различных металлов.
Древесина как авиационный материал используется в весьма ограниченных масштабах, несмотря на большие ее естественные ресурсы. Малая плотность (примерно 0,5 г/мм3 для сосны) н высокие значения коэффициентов удельной прочности прн изгибе н растяжении позволяют в некоторых случаях использовать дерево в конструкции самолетов народнохозяйственного назначения. Хорошая обрабатываемость дерева также является положительным фактором. Однако деревянные конструкции обладают рядом значительных недостатков. Дерево неоднородно по своим механическим характеристикам, зависящим от ориентации нагружающей силы относительно направления волокон (предел прочности при растяжении вдоль волокон значительно выше, чем поперек волокон).
Кроме того, механические свойства древесных материалов изменяются в зависимости от влажности воздуха; с увеличением влажности механические свойства понижаются. Деревянным конструкциям свойственны гниение н заболевание «грибком», что вынуждает принимать специальные меры защиты (окраска поверхностей, пропитывание древесины антисептиком, вентиляция внутренних пространств). Наличие возможных внутренних неконтролируемых дефектов в деревянных брусках, а также гигроскопичность дерева также являются его недостатками.
В деревянных самолетных конструкциях применяются следующие породы древесины:
сосна для изготовления полок нервюр, шпангоутов, стрингеров н поясов лонжеронов;
фанера для изготовления стенок нервюр и лонжеронов, обшивкн, т. е. для элементов конструкции, работающих в основном на сдвиг;
шпон для изготовления обшивки путем выклейки нескольких его слоев на болванках;
дельта-древесина, представляющая собой склеенный под давлением шпон высокой твердости и высокой прочности для изготовления поясов лонжеронов;
балинит-материал, изготовляемый аналогично дельта-древесине и применяющийся для усиленных стенок н перегородок каркаса крыла.
В конструкциях современных самолетов дерево применяется как вспомогательный материал.
Наряду с усовершенствованием существующих конструкционных материалов во всех индустриальных странах широким фронтом ведутся работы по изысканию новых, более совершенных металлических сплавов, композиционных материалов и пластмасс. В настоящее время особое внимание уделяется композиционным материалам на основе волокон бора и стекловолокна. В частности, стало известно, что в конструкции горизонтального оперения американского истребителя F-111 фирмы Дженерал Дайнэмикс обшивка изготовлена из эпоксидного боропластика, лонжероны — из эпоксидного стеклопластика и сотовые заполнители — из алюминия. Использование таких материалов дало возможность, по заявлению фирмы, существенно снизить массу конструкции горизонтального оперения.
В самолетостроении, кроме металлов и сплавов широко при-меняются для несиловых элементов резина, пенопласт, поролон, плексиглас, фторопласт и многие другие материалы., характеристики которых здесь не приводятся.