Министерство науки и высшего образования
Российской Федерации
  •        

Уникальный термостойкий материал для гиперзвуковых летательных аппаратов позволит повысить рабочий ресурс техники

Специалисты кафедры 903 «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» Московского авиационного института под руководством доцента, кандидата технических наук Алексея Астапова работают над новым сверхвысокотемпературным углерод-керамическим материалом AeroSpace. 

Основное назначение материала – создание эффективной системы тепловой защиты для сверхманевренных гиперзвуковых летательных аппаратов, которая позволит повысить рабочий ресурс техники и в перспективе получить приоритет в оборонном производстве.

«За последние 10 лет требования к термостойким материалам существенно возросли: если раньше температура эксплуатации не превышала 1 800 °C, то теперь требуется, чтобы они выдерживали аэрогазодинамический нагрев в воздушной плазме вплоть до 2 200-2 300 °C и сохраняли при этом свою несущую способность. Сейчас научное сообщество нацелено на получение таких материалов, над этой задачей работают ведущие научные коллективы мира», – рассказывает один из участников проекта, сотрудник кафедры 903 Вениамин Погодин. 

Проблема создания таких материалов состоит в том, что на гиперзвуковых скоростях начинают работать другие законы теплообмена. Основная тепловая нагрузка на материал формируется не только за счет окисления и классических видов теплопередачи (конвекции, кондукции и излучения), но и за счет процессов рекомбинации атомов и ионов набегающего потока на поверхности (каталитичности). В результате этого выделяется теплота диссоциации на внешней обшивке летательного аппарата, что приводит к значительному росту тепловой нагрузки.

Основными компонентами для термостойких материалов являются бориды и карбиды тугоплавких металлов. Продукты окисления этих составляющих – оксиды – обладают высоким значением каталитичности и в результате непродолжительного времени эксплуатации на гиперзвуковых скоростях нагреваются до температур плавления. Таким образом, каталитичность становится естественным ограничителем и делает невозможным создание новых материалов по традиционным принципам.

«Мы в своей работе пытаемся обойти этот “природный запрет”, который ставит каталитичность. В отличие от многих лабораторий, работающих в этом направлении, мы практикуем системный и глубокий подход, нацеленный на создание технологии изготовления материала, а не только на компиляцию известных технических решений, – говорит Вениамин Погодин. – Получить материал сам по себе – это одна задача, а иметь технологию создания из него изделий, в том числе сложнопрофильных, – другая. Порой то, что удается сделать в лаборатории в небольшом масштабе, невозможно реализовать на производстве. Поэтому наша цель – оптимальная и экономически эффективная производственная технология».

Специалисты МАИ проводят масштабные исследования, направленные на разработку алгоритма ретроградного синтеза материалов с требуемой архитектурой. Особенностью данного подхода является то, что собственно процесс химического синтеза и вся технология получения материалов строятся в обратном порядке, то есть от конечного продукта с заданным уровнем эксплуатационных и функциональных свойств. На работы в 2019 году был выделен грант Российского научного фонда. К настоящему времени выполнена первая итерация в разработке опытного технологического процесса создания экспериментального образца сверхвысокотемпературного материала, включающая получение препрега на основе углеродной ткани и тугоплавких компонентов, операции карбонизации и пироуплотнения с последующей реакционной пропиткой жаростойкими композициями. 

Исследователи уверены, что результаты их работ будут востребованы АО «ВПК «НПО машиностроения» (г. Реутов), ПАО «ТМКБ «Союз» (г. Лыткарино), АО «ГосМКБ «Радуга» им. А.Я. Березняка» (г. Дубна), ФГУП «Центр Келдыша» (г. Москва), а также другими российскими компаниям. 

Дата публикации: 15.10.2020 14:56
Дата последнего изменения: 15.10.2020 14:56