Топливные баллоны для авиации и космоса станут легче и прочнее

В Санкт-Петербургском государственном университете промышленных технологий и дизайна разработали состав вымываемых водой формообразующих заготовок для производства композитных баллонов высокого давления, сообщили в пресс-службе вуза. Такие резервуары эксплуатируют в авиации, аэрокосмической технике и системах жизнеобеспечения.

Разработка поможет сделать изделия легче более чем в два раза по сравнению с традиционно используемыми металло-композитными баллонами. Также она увеличит срок их эксплуатации благодаря повышенной усталостной прочности и возможности реализации более миллиона циклов перезаправки.

Композитные топливные баллоны производятся методом намотки сырья на преформы — формообразующие заготовки из металла. На них при помощи вращения наматывается ровинг (непрерывный жгут) из стекло- или углеткани, пропитанный термоотверждаемой смолой. Таким образом задается геометрия будущих баллонов.

Из-за невозможности извлечения металлической заготовки из композитного баллона производители оставляют ее внутри. Так получается металло-композитный сосуд. Однако такая преформа лишает композитный баллон своих преимуществ, так как металл подвержен коррозии и разрушению по сварным швам, утяжеляет изделие, а также обладает меньшей усталостной прочностью, то есть способностью сопротивляться разрушению при многократных нагрузках.

Ученые СПбГУПТД разработали замену металлическим преформам — композитные преформы (оправки). Их не нужно вынимать: они легко вымываются из готового баллона горячей водой. Составы новых преформ исследователи протестировали при изготовлении опытных образцов — стеклопластиковых оболочек — легких полых сосудов, производимых намоткой на разработанную вымываемую оправку.

Преформы вымывали горячей водой, нагретой до 90–95 °С. Полное удаление достигается за 40–50 минут. При этом структура намотанного изделия остается сохранна.

В ходе экспериментов химики разработали составы композита и изучили их свойства: прочность на сжатие, ударную вязкость, скорость растворения, термостойкость и теплопроводность.

«Мы пришли к выводу, что смеси песка с поливиниловым спиртом обладают высокой прочностью и выдерживают нагрев до 180 °С. Чтобы дополнительно повысить корректность процесса формования оправки, а также эффективность ее вымывания, мы также использовали многокомпонентные смеси с добавлением аморфного углерода», — рассказал доцент кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А.И. Меоса СПбГУПТД Андрей Кузнецов.

Разработка поможет перейти на использование прочных и легких, не подверженных коррозии изделий предприятиям автомобиле- и судостроения, газодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и машиностроения, где конструкции и оборудование работают в экстремальных условиях эксплуатации.