по курсу «Перспективные наукоемкие технологии» на тему : «Возможности применения нанотехнологий в авиации и космонавтике» (стр. 1 из 4)

При использовании нанотехнологий могут производиться востребованные авиапромом композиционные материалы, гальванические покрытия, антистатические покрытия, клеи-герметики. Продукция, произведенная при помощи нанотехнологий, значительно превосходит таковую, сделанную традиционными методами.

В ЦАГИ была создана группа специалистов, которая оценила возможности реализации НТ и выбрала из несколько направлений.

· Прочность летательных аппаратов. Сейчас ставится задача довести возможность их совершать до 70-90 тысяч полетов, что требует повышения прочностных характеристик, которые обеспечивают новые наноматериалы.

· Живучесть и снижение веса, которое обеспечивают в настоящее время композиты. К ним должны присоединиться наноматериалы.

· Аэроупругость.

· Снижение трения, которое можно достигнуть, переходя на НТ

· Решение задачи борьбы с обледенением и прилипанием к внешней стороне конструкции ЛА различной "биологической живности" с помощью отслаивающихся чешуек.

· Снижение заметности ЛА

В области аэродинамики ведется разработка системы управления пограничным слоем для снижения сопротивления трения путем ламинаризации обтекания поверхностей летательного аппарата. Исследуется возможность снижения трения путем нанесения химически инертных наночастиц на аэродинамические поверхности. Разрабатываются нанопокрытия, препятствующие образованию льда на передних кромках крыльев, несущих и воздушных винтов.
В области прочности использование наноматериалов и нанотехнологий обеспечит многократное увеличение долговечности, коррозионной и эрозионной стойкости, повышение прочности и живучести конструкций, расширение их функциональных возможностей при эксплуатации и ремонте. Ведется работа по использованию наноструктурных магнитных композитов, металлосодержащих фуллереновых структур и нанотрубок в качестве тонких легких широкополосных радиопоглощающих материалов для решения проблемы заметности летательного аппарата.

Упрочение материалов нанодобавками самым позитивным образом влияют на свойства материалов. В ЦАГИ прорабатывается концепция новых конструкций, которые при использовании материалов с нанодобавками могли бы существенно облегчить конструкцию летательного аппарата. "На уровне гиперзвуковых скоростей или космических аппаратов возникает много поверхностных проблем, для решения которых также необходимы нанотехнологии", - добавил С.Чернышев.

Нанопокрытие против оледенения поверхностей

Защита от наледи на дорогах, линиях ЛЭП и обшивке самолетов может быть всего в несколько нанометров толщиной. Международная группа исследователей, возглавленная учеными из Питтсбургского университета, опубликовала на страницах ноябрьского выпуска журнала Американского химического общества Langmuir описание нового нанопокрытия. Оно было разработано в лаборатории Гао Ди (Di Gao), профессора химии и нефтяных технологий, работающего в Суонсоновском технологическом колледже (Swanson School of Engineering) при Питтсбургском университете. Это легко наносимое на любую твердую поверхность покрытие эффективно препятствует образованию льда.

Это исследование — первое применение на практике свойств такого бурно развивающегося ныне класса водоотталкивающих веществ, как сверхгидрофобные покрытия. Эти тончайшие пленки по структуре поверхности напоминают бороздчатые листья лотоса; благодаря массе микроскопических бороздок уменьшается площадь поверхности, к которой могут пристать молекулы воды. Авторы статьи подчеркивают, что, поскольку свойства льда отличаются от свойств воды, способность отталкивать воду не может легко быть примененной к торможению обледенения.

Группа обнаружила, что сверхгидрофобные покрытия можно составить таким образом, чтобы они предотвращали обледенение. Гао и его группа создали серии покрытия из кремнийорганической смолы с наночастицами кремния размером от 20 нанометров до 20 микрометров максимум. Они наносились на алюминиевые пластинки; затем эти конструкции обливались сильно переохлажденной водой (-20 градусов Цельсия), имитирующей дождь с гололедом.

Ученые пишут, что, хотя все покрытия с частицами кремния размером менее 10 микрометров отталкивали воду, лишь покрытия с частицами менее 50 нанометров в диаметре полностью предотвращали оледенение. Столь малые размеры частиц означают и минимальный контакт с водой — вода соприкасается лишь с воздушной прослойкой между частицами и соскальзывает с поверхности, не замерзая. Хотя и не все сверхгидрофобные поверхности соответствуют тому составу, который исследовали в Питтсбургском университете, исследователи заключили, что любой тип покрытий с частицами того или иного размера будет отталкивать лед еще лучше, чем воду.

Реализация летно-тактических характеристик

Реализация летно-тактических характеристик самолетов и вертолетов, эффективность их применения, безопасность полетов, а также обеспечение нормального летного долголетия членов экипажа в значительной мере зависят от условий обитания в кабине летательного аппарата. Так, вследствие физических принципов и технических особенностей работы радиолокационного и навигационного оборудования самолета, персонал подвергается мощному воздействию электромагнитного излучения, превышающему допустимые санитарные нормы. Возможность снижения этого воздействия в наибольшей степени определяется техническим уровнем применяемого остекления кабины экипажа. Остекление не в полной мере отвечает современным требованиям к защите от проникновения тепловой составляющей солнечной радиации. Проблема ослабления теплового излучения особенно актуальна при эксплуатации авиатехники в условиях тропического или жаркого климата. Летный персонал воспринимает мощные тепловые нагрузки, приводящие к замедлению реакции летчиков и их повышенной восприимчивости к окружающей обстановке.

Для военной авиации все более актуальной задачей становится снижение радиолокационной заметности летательных аппаратов, в частности кабины пилотов, находящейся под остеклением. Поэтому ведущими авиационными конструкторскими бюро России – РСК «МиГ» и «ОКБ «Сухого» – была поставлена задача, получить изделия конструкционной оптики из органического стекла, обеспечивающего ослабление потока высокочастотного электромагнитного излучения, проникающего в кабину пилота, более чем на 20 дБ; снижение тепловой составляющей солнечной радиации в диапазоне длин волн 900-2500 нм – на 40%; снижение коэффициента отражения (блики) от поверхности стекла – до 6%, сохраняя при этом достаточно высокое светопропускание – более 65%.

Для выполнения столь противоречивых требований Разрабатываются промышленные технологии нанесения многофункциональных наноразмерных покрытий и органосиликатных составов толщин 3-10 нм на изделия из силикатного и органического стекла. Это обеспечивает снижение в 3-4 раза воздействия электромагнитного поля на экипаж и приборное оборудование, ослабление теплового потока солнечных лучей на 40% путем отражения инфракрасного излучения в диапазоне длин волн 0,9-2,5 мкм, улучшает оптические и антибликовые свойства за счет снижения коэффициента отражения от поверхности стекла в видимом диапазоне длин волн от 400 до 740 нм, существенно повышает абразиво-, серебро- и влагостойкость, термостабильность оптических и прочностных характеристик остекления. Изделия остекления с такими покрытиями выпускаются для новых боевых самолетов МиГ-29К, Су-30МКИ, Су-35, вертолетов "Ансат", Ка-32.

Таунит

Таунит, позволяющий улучшать качество любых материалов, применяется в авиационной промышленности.

Углеродный наноматериал «Таунит» представляет собой одномерные наномасштабные нитевидные образования поликристаллического графита в виде сыпучего порошка черного цвета. Гранулы наноматериала микрометрических размеров имеют структуру спутанных пучков многостенных трубок (MWNT).

Способ получения: газофазное химическое осаждение (каталитический пиролиз-CVD) углеводородов (СхHy) на катализаторах (Ni/Mg) при атмосферном давлении и температуре 580÷650 °С. Время процесса 10÷80 мин.