Технические науки / 9. Авиация и космонавтика

Д.т.н., проф. Сербиновский М.Ю., инж. Борисов О.И.

Технологический институт ЮФУ в г. Таганроге

Особенности разработки теплозвукоизоляционных материалов и покрытий для авиационной техники

Теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы и покрытия салонов самолетов и вертолетов традиционно разрабатываются как материалы функционально разные. Например, теплоизоляцию выполняют из волокнистых (матов и плит), которые имеют низкую теплопроводность и объемную плотность (коэффициент теплопроводности 0,03-0,04 Вт/(м·К), плотность 0,075-0,20 т/м³), но обеспечивают менее качественную звукоизоляцию. Не рассматриваются вопросы длительного сохранения эксплуатационных свойств и характеристик теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов и покрытий. Однако при длительной эксплуатации в условиях вибраций свойства волокнистых материалов меняются: происходит постепенное «раскрытие» стыков между матами и плитами (панелями), растут потери тепловой энергии. Эти же стыки служат проводниками звуковой энергии. В результате вибраций происходит деструкция, усталостный излом и измельчение органических и минеральных волокон, маты и плиты уплотняются, появляются сдвижки, усадка панелей, ослабление их креплений. Все это ухудшает тепло- и звукоизоляцию внутренних пространств самолетов и вертолетов.

Традиционная тепло- и звукоизоляция не обеспечивает защиты внутренних поверхностей конструкции планера от появления водяного конденсата и коррозии, не демпфирует колебания элементов конструкции.

Прогрессивным направлением в разработке новых инновационных теплоизоляционных и звукоизоляционных композиционных листовых (рулонных) материалов и покрытий для авиационной техники является создание слоистых композитов, одновременно обладающих теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами, пониженной горючестью, повышенными защитными и демпфирующими свойствами. Такие листовые (рулонные) материалы и покрытия могут использоваться на открытых плоских поверхностях или поверхностях малой кривизны планера в виде наклеиваемого листового (рулонного) материала и на поверхностях элементов сложной конфигурации, полостей и т.д. в виде покрытий, которые формируются из жидких композиций пневмонапылением, нанесением кистью, валиком, шпателем, заливкой в полости. Таким образом, разными способами может быть сформировано непрерывное многофункциональное покрытие на внутренней поверхности планера.

Состав слоев таких композитов определяется заданным набором функций. Так, введение в состав первого (приповерхностного) слоя ингибирующих агентов и компонентов, повышающих адгезию к покрываемому материалу, позволяет получить прочное сцепление покрытия с материалом планера и защитить его от коррозии. Последующие слои служат в основном для тепло- и звукоизоляции, но при обеспечении закрытой пористости материала полностью исключают образование конденсата, как на поверхности покрываемого материала, так и на поверхности покрытия (при достаточной толщине). На композит может быть нанесен тонкий защитный слой повышенной прочности, твердости и износостойкости, при необходимости этот слой может выполнять декоративные функции (различные цвета и фактуру). Дополнительными функциями композиционных покрытий являются – увеличение несущей способности тонкостенных конструкций, поперечной жесткости обшивки, нервюр и других тонкостенных элементов конструкции, а за счет демпфирования колебаний сдерживают процесс усталостного разрушения конструкции.

Для регулирования жесткости композита и обеспечения высоких теплоизоляционных свойств в состав композитов вводят стеклянные или керамические вакуумированные и невакуумированные микросферы, которые достаточно широко используют в теплоизоляционных покрытиях. Однако для авиационных материалов важнейшим показателем является объемная плотность. В связи с этим необходим жесткий гранулометрический и весовой контроль компонентов композита. Результаты теоретических расчетов и данные экспериментов свидетельствуют, что в данном случае пригодны только тонкостенные стеклянные или керамические микросферы размером 250-500 мкм. В этом случае плотность получаемых материалов близка к плотности панелей из волокнистых материалов – 0,07…0,18 т/м³.

Отметим, что слои со стеклянными или керамическими микросферами могут быть заменены на слои с полимерными микросферами или слои со вспененными композициями. В этом случае жесткость слоем мала и такие композиционные покрытия в меньшей степени влияют на несущую способность тонкостенных конструкций и их поперечную жесткость и обшивки, нервюр и других тонкостенных элементов конструкции, однако, демпфирующие свойства покрытий сохраняются, что сдерживает процесс усталостного разрушения конструкции.

Все вышеперечисленное позволяет говорить перспективности, актуальности и научной значимости исследований и разработки новых слоистых композиционных материалов с заданными функциональными свойствами и характеристиками.