2 Применене нанотехнологий.

2.1 Облегчение конструкции летательного аппарата без потери прочности.

Одна из основных задач современного самолетостроения — облегчение конструкции летательного аппарата без потери в прочности. Замена нескольких сотен тысяч заклепок, используемых при изготовлении корпуса большого пассажирского самолета, на сварные швы позволила бы значительно облегчить его, удешевить производство и существенно улучшить эксплуатационные характеристики. Однако в конструкции самолета все детали должны иметь одинаковую прочность, т. е. сварной шов должен обладать такой же прочностью, что и свариваемый материал, чего нельзя достигнуть традиционными методами. Ученые Института теоретической и прикладной механики СО РАН разработали технологию, которая может помочь в решении этой задачи. Ее основная идея — введение в сварной шов порошка тугоплавкого соединения (например, карбида или нитрида титана) с наноразмерными частицами. Это дает возможность управлять процессом кристаллизации металла при сварке. Введение нанопорошка в сварной шов кардинальным образом изменяет процесс зародышеобразования, которое происходит на наноразмерных частицах на границе контакта трех фаз (наночастица – зародыш - расплав) и резко изменяет строение и величину растущего зерна. Структура шва вместо игольчато-дендритной становится квазиравноосной и мелкодисперсной. Уменьшается размер неметаллических включений. Соответственно, повышаются механические свойства(прочность и пластичность) металла шва, возрастает в несколько раз относительное удлинение, увеличиваются предел прочности и предел текучести.

Рассмотрим конкретный пример. Диффузионная сварка различных конструкционных материалов, в том числе материалов с наноструктурным состояние при помощи системы управления УДС-1

Сварка плавлением не применима для материалов, упрочненных армирующей фазой или нерастворимыми дисперсными включениями тугоплавких соединений, так как при расплавлении матрицы происходят необратимые процессы, связанные с нарушением распределения и коагуляцией упрочняющей фазы. Решить данную задачу могут установки диффузионной сварки.

Сварка в вакууме предохраняет соединяемые детали от окисления. Диффузионная сварка происходит за счет взаимной диффузии атомов соединяемых деталей. Одной из основных причин, сдерживающих широкое внедрение процесса диффузионной сварки в промышленное производство, является низкая производительность специализированного оборудования.

Разработана и изготовлена установка нового поколения «УДС-1» для диффузионной сварки в вакууме. Она состоит из главной рабочей камеры объемом 0,4 м³ (диаметр 1 мм, высота 0,5 м). Источником нагрева свариваемого изделия является нагреватель, изготовленный из ниобия. Сжимающее усилие на свариваемые детали передается от электромеханической системы.

Рис.3 Структурная схема системы управления «УДС-1»

Установка оснащена компьютерной системой управления, обеспечивающей в автоматическом режиме управление процессом подготовки вакуума, программное управление процессом сварки, автоматический контроль основных параметров режима сварки, распечатку технологического паспорта сварки.

Электрический шкаф системы управления включает программируемый контроллер DL-205, электрическую автоматику для управления элементами вакуумной системы – автоматы и пускатели для управления клапанами, насосами. Основная составляющая электрического шкафа системы управления – контроллер DirectLogic 205.

Аппаратные средства СУ позволяют реализовать закон автоматического регулирования температурой с программируемым участком нарастания и спада температуры, усилия, поворота планшайбы.

Напомним, что 100—150 лет назад по морям ходил и суда с клёпаными корпусами. Затем была разработана технология сварки стали, обеспечивающая необходимую прочность, и все корабельные корпуса стали сварными. Так и клёпаные самолёты, возможно, скоро будут заменены на сварные. Тем более что опыт изготовления сварных самолётов, правда пока только военных, уже есть.