Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Сетчатые композитные конструкции – текущее состояние исследований и разработок в россии и мире

Автор

А.А. Склезнев

Организация

Акционерное общество «Центр перспективных разработок»
г. Хотьково, Московская область, Российская Федерация

Аннотация

В работе приведён обзор современного состояния исследований в области проектирования и создания анизогридных сетчатых композитных структур – силовых сетчатых конструкций оболочечного типа – в России и за рубежом. Приведены исторические сведения о возникновении сетчатых конструкций, краткая история их становления – проводимые исследования, достигнутые результаты, решённые задачи. Проведён анализ применения сетчатых структур за рубежом в авиакосмической отрасли. В работе дана обобщённая информация о существующих и применяющихся в настоящий момент методах проектирования анизогридных структур, методах расчёта сетчатых конструкций на прочность, жёсткость и устойчивость, а также об основных технологических приёмах и способах изготовления анизогридных сетчатых структур с разделением на отечественную и зарубежную практику. В работе представлена информация о текущих направлениях применения сетчатых анизогридных структур в ракетной технике, авиации и космонавтике, определён круг проблемных вопросов и направлений будущих исследований. Приведены примеры инновационного применения сетчатых анизогридных конструкций, прорабатываемых в настоящий момент, снабжённые иллюстрациями, указаны основные научные центры России, занимающиеся разработками в области создания и изготовления композитных сетчатых анизогридных структур.

Ключевые слова

сетчатая структура, анизогрид, композитный материал

Список литературы

[1] Васильев В. В. Идеи В. Г. Шухова в современной аэрокосмической технике / В. В. Васильев, под. ред. Ф. Л. Черноусько // Актуальные проблемы механики. Современная механика и развитие идей В. Г. Шухова. Москва: Наука, 2011. С. 111–127.

[2] Маккей Р. Веллингтон в действии. Эскадрилья (на англ.)/ Сигнал Публикейшнс. 1986. 17 с.

[3] Васильев В. В., Разин А. Ф., Андронов А. И., Салов В. А. Композитная оболочка в форме тела вращения и узел соединения панелей // Патент US 6068902A, Корп. МакДоннел-Дуглас/ЦПР, 29.10.1997

[4] Васильев В. В., Разин А. Ф., Салов В. А., Бунаков В. А., Солдатов С. А., Захаревич Л. П., Вольдман М. Композитная поперечная нервюра крыла и устройство для изготовления из нее плоской ячеисто-ребристой конструкции // Патент US 5993941A, Корп. МакДоннел-Дуглас/ЦПР, 30.11.1999

[5] Хант К. Дж., Морабито Ф., Грейс К., Чжао Я., Вудс Б. К.С. Обзор композитных решетчатых структур (на англ.) // Композитные структуры. Т. 284, 15 марта 2022, 115120

[6] Ли М., Чжу Х., Лай Ч., Бао В., Хань Х., Линь Ж., Хэ В., Фань Х. Последние достижения в области легких армированных углеродным волокном сетчатых цилиндрических оболочек (на англ.) // Прогресс в аэрокосмических науках. 2022. Т. 135. 100860.

[7] Васильев В. В., Разин А. Ф., Азаров А. В. Композитные сетчатые конструкции – проектирование, расчёт и изготовление // М.: Инновационное машиностроение. 2023. 488 с.

[8] Васильев В. В., Разин А. Ф. Анизогридные сетчатые композитные конструкции для космических и авиационных аппаратов // Композитные конструкции. 2006. Т. 76 (1–2). С. 182–189.

[9] Тотаро Дж., Спена П., Джусто Г., Де Никола Ф., Кириенко С., Дас С. Высокоэффективные сетчатые конструкции из анизотропной углеродной резины для центральных труб спутников среднего класса: проектирование, изготовление и эксплуатационные характеристики (на англ.) // Композитные структуры. 2021. Т. 258. 113368.

[10] Тотаро Дж., Де Никола Ф. Последние достижения в проектировании и производстве композитных анизогридных структур для космических ракет-носителей // Композитные конструкции. 2012. Т. 81. С. 570–577.

[11] Рауф Н., Давар А., Пуртакдуст С. Х. Анализ надежности композитной анизогридной сетчатой межступенчатой структуры (на англ.) // Проектирование конструкций и машин на основе механики. 2020. Т. 50, Вып. 9. С. 3322–3330.

[12] Хэ Л., Маалла А., Чжоу С., Тан Х.. Выпучивание и последующее выпучивание анизогридных сэндвич-пластин с решетчатым сердечником и нанокомпозитными оболочками (на англ.) // Тонкостенные конструкции. 2024. Т. 199. 111828.

[13] Бао В., Ли М., Ань С., Хань Х., Лу Ю., Фань Х. Анализ отказов на иерархическом уровне для сетчатой углепластиковой панели (на англ.) // Тонкостенные конструкции. 2023. Т. 183. 110354.

[14] Ким Ё., Ким И., Юнгсун П. Приближенная формулировка для анализа прогрессирующего отказа композитной сетчатой цилиндрической панели в аэрокосмических приложениях (на англ.) // Аэрокосмическая наука и техника. 2020. Т. 106. 106212.

[15] Ли М., Лай Ч., Чжэн Ц., Фань Х. Многократный анализ отказов армированных углеродным волокном анизогридных сетчатых цилиндров (на англ.) // Аэрокосмическая наука и техника. 2020. Т. 100. 105777.

[16] Лопатин А. В., Морозов Е. В., Шатов А. В. Выпучивание двухосносжатой анизогридной композитной цилиндрической панели с защемленными краями (на англ.) // Европейский журнал механики – A / Твердые тела. 2021. Т. 85. 104090.

[17] Ли Ё.-Г., Чой Д.-Х., Ли М.-Д., Ким С.-М. Метод изготовления стабилизирующего прочность на сжатие ребер композитной конструкции из анизогридной сетки без внешней оболочки (на англ.) // Композиты Часть B: Инженерия. 2020. Т. 203. 108452.

[18] Абеди М. М., Недушан Р. Д., Шейхзаде М., Вунг-Рёль Ю. Характеристики ударопрочности тонкостенных сверхлегких плетеных сетчатых композитных колонн: экспериментальное и конечно-элементное исследование (на англ.) // Композиты, часть B: Инженерное дело. 2020. Т. 202. 108413.

[19] Фаллах Ф., Таати Э., Асгари М. Разделенное уравнение устойчивости для анализа потери устойчивости функционально структурированных и многослойных цилиндрических оболочек на основе теории деформации сдвига первого порядка (на англ.) // Композиты Часть B: Инженерное дело. 2018. Т. 154. С. 225–241.

[20] Лай Ч., Ху Я., Чжэн Ц., Фань Х. Цельнокомпозитные фланцы для сэндвич-панелей с сетчатым сердечником из анизогридной стали, выдерживающие растягивающую нагрузку (на англ.) // Композитные коммуникации. 2020. Т. 19. С. 189–193.

[21] Смитс Б. Дж.Р., Фаган Э. М., Мэтьюз К., Телфорд Р., Мюррей Б. Р., Павлов Л., Уифер Б., Мейер П., Гоггинс Д. Структурные испытания точки крепления сдвиговой сетки на композитном сетчатом цилиндре для аэрокосмических применений (на англ.) // Композиты Часть B: Инженерия. 2021. Т. 212. 108691.

[22] Чон М.-Х., Ким И.-Г., Кёнсик У. Анализ прогрессирующего разрушения анизогридной цилиндрической композитной сетчатой структуры с производственными дефектами (на англ.) // Композитные конструкции. 2023. Т. 321. 117237.

[23] Ниманн С., Вагнер Х. Н.Р., Хюне К. Панель с анизогридом, усиленная осевым сжатием: изготовление, численный анализ и экспериментальные испытания (на англ.) // Тонкостенные конструкции. 2021. Т. 161. 107483.

[24] Чжэн Ц., Цзян Д., Хуан Ч., Шан С., Цзюй С. Анализ разрушающих нагрузок и оптимальное проектирование композитного сетчатого цилиндра при осевом сжатии (на англ.) // Композитные конструкции. 2015. Т. 131. С. 885–894.

[25] Маес В. К., Павлов Л., Симонян С. М. Эффективный полуавтоматический подход к оптимизации для (усиленных сеткой) композитных конструкций: применение к переходному отсеку РН Ариан 6 (на англ.) // Композитные конструкции. 2019. Т. 209. С. 1042–1049.

[26] Шрофф С., Акар Э., Кассапоглу Х. Проектирование, анализ, изготовление и испытания композитных панелей с сетчатым усилением для авиационных конструкций (на англ.) // Тонкостенные конструкции. 2017. Т. 119. С. 235–246.

[27] Лопатин А. В., Морозов Е. В., Шатов А. В. Осевая деформируемость сетчатой цилиндрической оболочки из композитного материала при сжимающей нагрузке: Приложение к несущему трубчатому корпусу космического аппарата (на англ.) // Композитные конструкции. 2016. Т. 146. С. 201–206.

[28] Тотаро Г. Свойства изгибной, крутильной и осевой глобальной жесткости конических оболочек из анизогридной сетки из композитного материала (на англ.) // Композитные конструкции. 2016. Т. 153. С. 738–745.

[29] Ёкодзеки Т., Симидзу Ё., Исии М., Кимизука К., Судзуки С., Ямасаки Ё., Тэрашима К., Камита Т., Аоки Т. Механическое поведение при сжатии композитной панели X-решетки с обшивкой и гофрированными ребрами (на англ.) // Композитные конструкции. 2017. Т. 168. С. 863–871.

[30] Ло Ц., Пэн Ш., Хоу С., Киани Я. Анализ вибрации пластин анизогридной структуры с одинаковой шириной ребра на основе непрерывной модели (на англ.) // Тонкостенные конструкции. 2024. Т. 195. 111386.

[31] Баниджамали С. М., Джафари А. А. Анализ вибрации и критические скорости вращающейся функционально-градиентной конической оболочки, усиленной сетчатой анизогридной структурой на основе теории деформации сдвига первого порядка (на англ.) // Тонкостенные конструкции. 2023. Т. 188. 110841.

[32] Чжан Д., Ван Ю., Пан Г., Хозури А. Нелинейное моделирование свободных колебаний пластин с анизогридной сеткой на основе анализа слабой формулировки (на англ.) // Сообщения по нелинейной науке и численному моделированию. 2023. Т. 123. 107277.

[33] Ши Х., Фань Х., Шао Г. Динамическая теория композитных анизогридных сетчатых конических оболочек с непостоянной жесткостью и плотностью (на англ.) // Прикладное математическое моделирование. 2023. Т. 115. С. 661–690.

[34] Бунаков В. А., Лебедев И. К. Динамическая устойчивость оболочек сетчатой структуры из композитных материалов // Науч. вестн. МГТУ ГА. 2000. № 29. С. 45–50.

[35] Разин А. Ф. Расчётно-экспериментальная отработка сетчатых композитных отсеков летательных аппаратов // Вопросы оборонной техники. Серия 15. 2000. Вып. 1(122). С. 23–25.

[36] Склезнев А. А. Прикладной метод определения собственных частот колебаний цилиндрических и конических сетчатых композитных конструкций космических аппаратов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2010. Т. 16. № 2. С. 241–250.

[37] Склезнев А. А. Влияние технологических отверстий на собственные частоты колебаний сетчатых композитных конструкций летательных аппаратов // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого. 2012. № 4 (51). С. 3–10.

[38] Бабичев А. А., Васильев В. В., Разин А. Ф., Склезнев А. А., Шаныгин А. Н., Фомин Д. Ю., Марескин И. В. Исследование сопротивления композитных сетчатых конструкций ударному повреждению // Конструкции из композиционных материалов. 2021. № 3 (163). С. 3–6.

[39] Зиновьев П. А. Энергетические структурно-феноменологические модели диссипативных свойств анизотропных тел и волокнистых композитов // Дисс. … докт. техн. наук. М.: МГТУ. 1997. 373 с.

[40] Склезнев А. А., Бабичев А. А., Разин А. Ф. Конструкция и технология изготовления сетчатого адаптера из полимерных композиционных материалов для одновременного вывода нескольких полезных нагрузок // В сборнике: Механика композиционных материалов и конструкций, сложных и гетерогенных сред. Сборник трудов 11-й Всероссийской научной конференции с международным участием им. И. Ф. Образцова и Ю. Г. Яновского. Москва. 2021. С. 142–147.

[41] Склезнев А. А., Бабичев А. А., Борисов В. Н. Поликонический композитный сетчатый адаптер полезной нагрузки и технология его изготовления // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2021. № 2 (249). С. 52–55.

[42] Титов В. А., Юранев О. А., Разин А. Ф., Бабичев А. А., Склезнев А. А., Пшеничников И. В., Бородулин Д. А. Проектирование и изготовление криогенных металлокомпозитных топливных баков // Конструкции из композиционных материалов – межотраслевой научно-технический журнал. 2023. № 2 (170). C.12–20.

[43] Разин А. Ф., Никитюк В. А., Халиманович В. И. Анализ сетчатых структур из композиционных материалов, применяемых в силовых конструкциях космических аппаратов // Конструкции из композиц. матер. 2011. № 2. С. 3–7.

[44] Тотаро Г., Спена П., Джусто Г., Де Никола Ф., Кириенко С., Дас С. Высокоэффективные сетчатые анизогридные конструкции из углепластика для центральных труб спутников среднего класса: проектирование, изготовление и эксплуатационные характеристики (на англ.) // Композитные конструкции. 2021. Т. 258. 113368.

[45] Мироненко Е. Д., Бабичев А. А., Склезнев А. А. К вопросу обеспечения натяжения вант композитного бака высокого давления космического аппарата // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина. 2019. № 1 (43). С. 66–70.

[46] Жуль Н. С., Мошкин И. Д., Шаклеин П. А. и др. Космическая платформа // Патент 2688630 Российской Федерации; заявл. 10.11.2016; опубл. 05.21.2019. – Бюл. № 15.

[47] Склезнев А. А. Применение сетчатых композитных конструкций при проектировании новых летательных аппаратов // В сборнике: Перспективное развитие науки, техники и технологий. Материалы II-ой Международной научно-практической конференции в 2 т. Ответственный редактор: Горохов А. А. 2012. С. 113–116.

[48] Склезнев А. А., Червяков А. А., Агапов И. Г. Решение задачи оптимизации в целях проектирования сетчатой структуры из полимерных композиционных материалов с наружной обшивкой // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2022. Т. 25. № 4. С. 70–82.

[49] Склезнев А. А., Бабичев А. А. К вопросу расчёта жёсткостных характеристик сетчатых композитных конструкций с металлическими обшивками // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 2. С. 220–227.

[50] Склезнев А. А. Программное обеспечение для проектирования композитного сетчатого крыла самолёта // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2015614050.– 06.04.2015.

[51] Кусни М., Хади Б. К., Гунаван Л., Сьямсудин Х. Разработка анизогридных сетчатых композитных конструкций для применения в крыле самолёта-истребителя (на англ.) // Международный журнал аэрокосмической техники. 2024. 6667586.

[52] Белардо М. А., Гарди Р. А. Концептуальное проектирование соединения между системой тепловой защиты C/SiC и холодной анизогридной конструкцией фюзеляжа (на англ.) // Процедиа Инжиниринг. 2015. Т. 114. С. 46–53

[53] Склезнев A. A., Разин А. Ф. Бетонные конструкции с сетчатой композитной арматурой // Композиты и наноструктуры. 2015. Т. 7. № 3 (27). С. 145–150.

[54] Разин А. Ф., Бабичев А. А., Склезнев А. А. Арктический строительный материал, армированный композитной сетчатой структурой (на англ.) // Материаловедческий форум. 2019. Т. 945. С. 15–19.

[55] Кузьмин А. А., Бабичев А. А., Склезнев А. А., Слитков М. Н. Анализ температурного воздействия на габаритные изделия из полимерных композиционных материалов в процессе их изготовления и эксплуатации // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2019. Т. 1. С. 71–74.

[56] Склезнев А. А., Разин А. Ф. Влияние формы ребра на несущую способность анизогридных сетчатых структур // В сборнике: Механика композиционных материалов и конструкций, сложных и гетерогенных сред. Сборник трудов 6-й Всероссийской научной конференции с международным участием им. И. Ф. Образцова и Ю. Г. Яновского: в 2 т.– 2016. С. 184–189.

[57] Склезнев А. А., Бабичев А. А., Разин А. Ф. Исследование взаимного влияния заготовки изделия из полимерного композиционного материала и технологической оправки друг на друга в процессе изготовления при температурной обработке // Южно-Сибирский научный вестник. 2023. № 1 (47). С. 56–60.

[58] Ли Ё.-Г., Ли Д.-О. Технология изготовления и проверка секции механического крепления композитных конструкций из анизогридных армированных углеродным волокном композитных материалов (на англ.) // Композитные конструкции. 2021. Т. 268. 113895.

Цитирование данной статьи

Склезнев А.А. Сетчатые композитные конструкции – текущее состояние исследований и разработок в россии и мире // Космические аппараты и технологии. 2024. Т. 8. № 4. С. 222-232.

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.