Выпускная квалификационная работа Границы допустимости использования неавиационных материалов в проектировании СЛА

Сверхлегкая авиация
В мире остро стоит вопрос доступности авиационного транспорта.
Одной из проблем является доступность и стоимость ЛА, что, в свою очередь, зависит от доступности и стоимости конструкционных материалов.
Одним из способов решения проблемы является использование более доступных аналогов, однако это может быть связано с целым рядом рисков.

Цель и задачи
Целью работы является определение границ допустимости использования следующих неавиационных материалов в проектировании СЛА:
Фанера
Пенопласт
Задачи:
- провести испытания прочностных и иных характеристик фанер
- провести испытания прочностных и иных характеристик пенопластов
- произвести сравнение характеристик с аналогичными по назначению авиационными материалами и сделать выводы о возможности прменения

Материалы
Для проведения испытаний были выбраны наиболее распространенные в сетевых строительных магазинах марки фанеры и пенопласта трех толщин:
- фанера ФК шлифованная 4x1525х1525 мм, сорт ¾;
- фанера ФК шлифованная 10x1525х1525 мм, сорт ¾;
- фанера ФК шлифованная 15x1525х1525 мм, сорт ¾;
- пенопласт ППС8-Р-А 20x1000x1200 мм;
- пенопласт ППС16Ф-Р-А 50x1000x1200 мм;
- пенопласт ППС16Ф-Р-А 100x1000x1200 мм.

Испытания
Испытания проводились на базе Исследовательской лаборатории прочности надежности конструкций летательных аппаратов КНИТУ-КАИ им.А.Н.Туполева.
Использовались ГОСТы
ГОСТ 9622-2016
ГОСТ 9623-87
ГОСТ 15588-2014
Испытательная машина
Multi ActuatorTest Sistem
Model Bi-04-CP-310
Датчик Bi-06-17

Определение предела прочности и модуля упругости при растяжении фанеры
ГОСТ 9622—2016

Предел прочности и модуль упругости при растяжении

Определение модуля упругости и предела прочности при сжатии
ГОСТ 9623-87

Результаты испытаний
Значения предела прочности и модуля упругости при растяжении и сжатии в для строительной фанеры для 4-мм фанеры в среднем в 1,2 раза ниже, чем для авиационной фанеры аналогичной толщины.
Для фанер 10 и 15 мм этот показатель выше – до 1,5-2.
Сходимость результатов для фанеры толщиной 4 мм достаточно высокая, в то же время фанеры толщин 10, и. особенно, 15 мм отличаются непредсказуемостью результатов.
Стоимость строительной фанеры в среднем в 3,5 раза ниже, чем авиационной.
Фанеру толщиной 4 мм можно рекомендовать в использование, если экономическая выгода превышает весовые потери.
Фанера толщиной 10 и 15 мм может быть использована только в качестве материала для оснастки при изготовлении ЛА.

Определение предела прочности пенопласта на сжатии при 10% деформации, изгибе.

Определение предела прочности при растяжении

Влагопоглощение и горючесть

Результаты испытаний
В результате испытаний марки строительного пенопласта показали прочностные характеристики, незначительно уступающие характеристикам аналогичных авиационных пенопластов.
Строительные пенопласты не соответствуют требованиям по наиболее важным для авиационных пенопластов характеристикам – времени самостоятельного горения и влагопоглощения.
Строительный пенопласт может быть рекомендован только для использования только в оснастке для производства ЛА, но не может быть применен в проектировании ЛА.