Композиты меньше весят по сравнению с металлами и устойчивы к коррозии, химическому воздействию и высоким температурам. Изначально их использовали при температуре от -60 до +150 °С. Но сейчас в авиастроении пытаются расширить область применения композитов, например, в двигателях.

Ученые из Пермского Политеха внедрили новые композитные материалы в газогенератор — «сердце» авиационного двигателя. Благодаря этому его вес стал меньше на 6 кг.

Результаты исследований представлены в виде докладов на XXV-ой Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации — 2024» и II-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов „Передовые инженерные школы: материалы, технологии, конструкции“.

Полимерные материалы, или пластики и композиты, активно используются в авиастроении с 1960-х годов. Они легкие, как перышко по сравнению с металлом, а вес очень важен для самолетов: чем легче самолет, тем меньше топлива он использует и тем меньше загрязняет воздух. К тому же, легкий самолет может перевозить больше пассажиров или груза.

Эти материалы не ржавеют, они прочные и надежные. Но не все из них могут выдержать очень высокие температуры, которые бывают в двигателях.

В турбореактивном двигателе есть важная часть, которую называют газогенератором. Это «сердце» двигателя, где энергия топлива превращается в энергию горячих газов. Газогенератор создает поток газа под высоким напором и температурой. Этот поток используют для полета самолета или работы других частей двигателя.

Во время работы газогенератора внутри него температура может быть очень высокой — более 800 °C. А на поверхности некоторых деталей — до 250 °C. Поэтому нужны новые материалы, которые выдерживают такую высокую температуру.

Ученые создали метод, который позволяет использовать специальные полимеры в конструкции газогенератора. Эти полимеры могут выдерживать очень высокие температуры — до 350 °C.

Благодаря новой технологии можно отказаться от дополнительной защиты двигателя, которая нужна для работы при высоких температурах. Это упрощает конструкцию и делает двигатель более легким. Его будет легче обслуживать и ремонтировать, а замена деталей станет быстрее.

Ученые подготовили подробные инструкции для производителей самолетов о том, как правильно делать обшивку из термостойких композитов для газогенератора. В этих инструкциях есть информация о последовательности операций, необходимом оборудовании, инструментах и материалах.

Использование новых материалов, которые выдерживают высокие температуры, позволило сделать конструкцию газогенератора проще и легче. Газогенератор стал весить как минимум на 6 кг меньше. Это упростило сборку изделия больше чем на 10%.

В конце работы мы создали настоящий образец панели обшивки газогенератора. Во время исследований мы нашли лучший способ проверить качество изделия. Мы будем использовать звуковые волны определенной частоты. Они помогут найти дефекты в материалах. Для проверки монолитных частей изделия мы применим один метод, а для участков с сотами — другой, — рассказывает Вячеслав Артемьев, заместитель директора по производству Научно-образовательного центра авиационных композитных технологий ПНИПУ.

Использование новых материалов при создании обшивки газогенератора улучшает работу двигателя. Благодаря этому исследованию не нужно будет использовать старые системы тепловой защиты. Это позволит сделать конструкцию проще и легче, что важно для самолетов.

Ранее ученые с помощью ИИ повысили точность оценки состояния авиадвигателя.