Пример №4 МГУПИ /Лек-1- фото /истребители Су-30МКИ IMG_0607, F-15 PC270072 (теплостойкая органика), /МиГ – (термостойкое стекло с электрообогревом 0322, 0324)
Министерство образования и науки Российской Федерации.
Федеральное агентство образования
Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики.
Кафедра «ПР-6»
Текст лекций
ТЕХНОЛОГИЯ ОПТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Специальность 200204
(Оптические технологии и материалы)
МОСКВА 2007.
Введение
История авиационной техники наглядно свидетельствует об усилении роли прозрачных элементов в конструкциях летательных аппаратов.
На заре авиации, в начале 20-го века, когда скорости первых самолетов были небольшими (до 200 км/час) и высота полета до 1000 м защитного остекления не было. В лучшем случае летчик надевал защитные очки. Во время первой мировой войны самолеты стали использовать в виде штурмовой или бомбардировочной авиации. При этом для успешного ведения боевых действий необходимо было увеличивать скорости самолетов. Увеличение скорости привело к увеличению воздушного скоростного напора, от которого необходимо было защищать летчика. При высоте полета до 1000 м достаточно было установить на аэроплане небольшой прозрачный щиток или колпак для защиты пилота от набегающего потока воздуха. Основным материалом для него служил целлулоид (нитроцеллюлоза). Однако уже во время первой мировой войны выявились существенные недостатки нитроцеллюлозы - ограниченная прозрачность и высокая склонность к горению. В боевой авиации основное правило – кто первый увидел противника, тот и имеет преимущество, а нитроцеллюлоза этому не способствовала. Второй недостаток – при обстреле самолета, даже если пули не попадали в летчика, то они легко могли поджигать нитроцеллюлозу, что приводило к потере самолета.
|
|
|
(Пример самолет один из первых самолетов – МГУПИ/Лек-1- фото\первые самолеты
В 30-е годы, когда скорости самолетов увеличились до 400-700 км/час и высота полета возросла до 4000-6000 м возник вопрос защиты экипажа от внешних воздействий при рабочих температурах за бортом от минус 30 до +60°С. Экипаж стал размещаться в закрытой кабине самолета.
Пример №2 (Ил-4 МГУПИ/Лек-1- фото IMG_0610 закрытая кабина
При этом возникли вопросы обеспечения достаточного обзора, прочности и надежности остекления. Нитроцеллюлоза не позволяла обеспечить данные параметры.
Поэтому к началу второй мировой войны во многих странах, в том числе и в СССР, были проведены работы по созданию органических стекол на основе полиметилметакрилата, который был лишен недостатков, свойственных целлулоиду. Егo прозрачность была высокой (90%), а горение медленным, вполне допустимым для успешной эксплуатации.
|
|
|
Однако и оргстекло имело недостатки и пределы своего использования. Оно обледеневало в условиях полета, легко царапалось, было склонно к старению, покрываясь сеткой мелких трещин - "серебром", что значительно снижало оптические параметры остекления.
Несмотря на негорючесть и абразивостойкость, хорошие оптические характеристики силикатное стекло не находило применения в авиации из-за своей хрупкости, невысокой прочности и вдвое большей, чем у оргстекла, плотности, кроме того, при разрушении, оно давало опасные осколки.
Разработанная в 30-е годы технология воздушной закалки силикатного стекла, позволившая повысить его прочность в 3 раза, а создание безопасного стекла-триплекса, сделали возможным применение силикатного стекла для остекления кабин пассажирских и транспортных самолетов.
В период Великой Отечественной войны для защиты экипажа самолетов-штурмовиков от пуль была создана прозрачная броня на основе композиций из нескольких листов силикатного стекла, склеенных прослойками поливинилбутиральной ("бутафоль") пленки.
Пример №2 (Ил-4 МГУПИ/Лек-1- фото IMG_0610 закрытая кабина и первая броня, /фото самол/самолеты Ан-3.jpg )
|
|
|
При необходимости повышения потолка до 10000 м (Бомбардировщики во время войны, перелет Молотова в Лондон) летчикам требовались кислородные маски и очень теплые комбинезоны.
Повышение скорости полета до Ml (порядка 900 км/час), а потолка полета до 10 км и более потребовало создания герметичных кабин и улучшения противообледенительных свойств остекления. Эти вопросы были решены развитием технологии триплексов на основе упрочненного стекла с применением электрообогревных устройств в виде тонкой проволоки или электропроводящего покрытия на склеиваемой поверхности внешнего стекла. Создание герметичных кабин привело к возникновению избыточного давления, что потребовало увеличение прочности и надежности остекления фонаря самолета.
(Пример №3: кингст/ фото самолетов/самолеты Ил-22.jpg, Ан-30.jpg, МГУПИ / Лек-1- фото /Боинг 777 –РС270073, Ан-12- PC270075 или Ту334 – /IMG_0604 )
Создание реактивных самолетов потребовало повышения теплостойкости остекления, способного выдерживать аэродинамический нагрев выше 100оС. В остеклении стали возникать большие напряжения от внутрикабинного избыточного давления, аэродинамических нагрузок и перепада температур в процессе эксплуатации.
|
|
|
Пример №4 МГУПИ /Лек-1- фото /истребители Су-30МКИ IMG_0607, F-15 PC270072 (теплостойкая органика), /МиГ – (термостойкое стекло с электрообогревом 0322, 0324)
Высокие аэродинамические характеристики сверхзвуковых самолетов повлекли за собой уменьшение углов установки лобовых стекол относительно оси самолета, или повышение угла между линией визирования и нормалью к поверхности. Это, в свою очередь, значительно повысило требования по оптике остекления, так как при этом значительно увеличивались угловые отклонения линии визирования и коэффициент отражения света.
Пример №4/ фото самолетов/самолеты (normal_32.jpg (Ту-160), normal_412379.jpg (МиГ-25))
Особую остроту приобрели вопросы прочности остекления из-за столкновений скоростных самолетов с птицами. Как показывает статистика, до 20% этих опасных инцидентов приходится на остекление (F/МГУПИ/Лекц-1-фото/птица) (история с ТСК-167.06, история с МиГ-29К (1100 км/час)). (Фото Ту-160 – баланс оптика-птица)
С учетом изложенных обстоятельств остекление стало важным силовым элементом конструкции летательного аппарата, обеспечивающим эффективность и безопасность полетов.
Начиная с 60-х годов запуск автоматических и пилотируемых космических аппаратов потребовал их оснащения высоконадежными оптическими иллюминаторами для визуального наблюдения и работы с бортовыми приборами, что значительно расширило круг применяемых материалов и разрабатываемых конструкций остекления.
Фото иллюминатора (Папка Космос/Окно и Окно 1)
Таким образом, к настоящему времени изделия авиационного и космического остекления превратились в изделия конструкционной оптики (ИКО), представляющие собой сложные оптические системы с высоким уровнем прочности и надежности, достигаемым на основе композиций из различных неорганических и органических прозрачных материалов, пленок и покрытий, герметиков и металлических материалов.
Успехи, достигнутые в области конструкций и материалов, применяемых в авиационном и космическом остеклении, все шире используются в области судовой и глубоководной техники, при создании химических аппаратов и энергетических установок, в строительстве, автомобилестроении, медицинской промышленности и других отраслях техники.
1. Основные требования к изделиям и типовые конструкции
Изделие конструкционной оптики (ИКО) - это пластина или оболочка, состоящая из одного или нескольких слоев прозрачных для электромагнитного излучения материалов, являющаяся несущим элементом конструкции летательного аппарата (ЛА) и обеспечивающая необходимые оптические параметры в заданных условиях внешних воздействий. Отсюда вытекают 2 группы основных требований к ИКО:
а) конструкционная прочность и устойчивость к внешним воздействиям;
б) оптические показатели и их сохранение, в условиях эксплуатации.
Удовлетворение первой группы требований достигается путем создания конструкции ИКО c применением достаточно прочных материалов или их композиций (триплексы, многослойные блоки), способами крепления и герметизации, обеспечивающей оптимальную схему нагружения ее элементов.
Вторая группа требований удовлетворяется применением материалов с необходимой прозрачностью в заданном диапазоне, обеспечением заданной формы прозрачного элемента, мерами по ее сохранению в условиях эксплуатации.
ИКО летательных аппаратов могут быть классифицированы различными способами, например:
по назначению: самолеты, вертолеты, космические аппараты; (показать на примере самолетов и вертолетов, /фото самол/ самолеты и / вертолеты// МГУПИ/Лек-1-фото/ Ми-28Н бел, Ми-24 bmp точечный рисунок)
по оптической точности: визуальные, приборные; (// МГУПИ/Лек-1-фото / (границы-зон-опт) с указанием приборной, взлетно-посадочной и визуальной зоны, показать на примере /фото самол/ вертолеты/камов/Ка50_4.jpg, и фото самол /МиГ- истребители МиГ-29)
по типу конструкции: фонари (/фото самол/ самолеты/Як-130.jpg) , иллюминаторы (МГУПИ/Лек-1- фото PC270076 (Су-25 ), колпаки (/фото самол/ МиГ);
по форме поверхности: плоские (Фото/IMG_0786-Бе-200), гнутые (фото самол /МиГ- истребители МиГ-29) , Фото/Ту-334 IMG_0785 или 0787- Ан-148);
по стойкости к механическим воздействиям: птицестойкие (все лобовое остекление фонарей), пулестойкие ((МГУПИ/Лек-1- фото PC270076 (Су-25, Ми-24, Ми-28, МГУПИ/фото самол/ самолеты/Ка50_4.jpg, и др.)
по спектральному диапазону: работающие в видимой (остекление фонарей, оптические иллюминаторы), инфракрасной части спектра (колпаки ТСК 194) (PRESIDENT-S), в совмещенном диапазоне(ТСК 293, ТСК292, Атолл);
по типу композиции: однослойные (((МГУПИ/Лек-1- фото PC270076 (Су-25 фото самол)), многослойные (остекление фонарей), камерные /космос/(космические иллюминаторы);
по наличию противообледенительного обогрева: обогревные (лобовое и не всегда боковое остекление фонарей (МиГ-29, Лек-1фото, Ту-334 IMG_0604-Лек-1фото)), необогревные (форточки, иногда оптические иллюминаторы и передняя часть фонаря (МГУПИ/фото самол/ самолеты/Су-33 палубный.jpg), МГУПИ/Лек-1- фото PC 270072 – F-16;);
по типу прозрачного материала: силикатные ((МиГ-29, Лек-1фото), органические (Су-33 палубный.jpg), PC 270072 – F-16;), гетерогенные (Ту-334 IMG_0604-Лек-1фото), кварцевые (космос, ТСК 308), керамические (из лейкосапфира, Атолл, «испанка» - MgF2).
Авиационные ИКО, предназначенные для остекления кабин, должны обеспечивать пилотам незатененный, неискаженный, достаточно широкий обзор, сохраняющий удобства пилотирования при всех маневрах и режимах в условиях эксплуатации, (МГУПИ/Лек-1- фото обзор пилот ).
Для дозвуковых самолетов (Боинг 777 – МГУПИ/Лек-1- фото РС270073, Ту334 – IMG_0604 или Ан-12- PC270075) угол установки лобового остекления между нормалью к плоскости стекла и осью фюзеляжа составляет 50-55°, а для сверхзвуковых 60-65° Пример №4 (МГУПИ/фото самол/ самолеты/normal_32.jpg (Ту-160), normal_412379.jpg (МиГ-25). Деформация изображения при этом не должна превышать 10 угл. мин. на базе 200 мм.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 694; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!