Условия безопасной эксплуатации современных самолетов формируют строгие требования к материалам. Они должны быть легкими, прочными, обеспечивать оптимальные габариты и снижать расход топлива. Рассмотрим, какие преимущества в авиастроении имеет сталь по сравнению с другими металлами.
Для разных летательных аппаратов выбирают определенные виды стали
Качество материала влияет на конкурентоспособность летательного аппарата, которую формируют показатели скорости, точности, расстояния, способности к маневрам, подъему грузов. Для гражданского судна необходимы надежность, комфорт, пожарная безопасность.
При строительстве любого самолета важно уменьшить расходы на разработку проекта, его освоение и последующую эксплуатацию. Поэтому материал должен быть легким, прочным, жестким, устойчивым к коррозии и трещинам. Один металл с такой задачей не справится, и для обеспечения всех потребностей в самолетостроении используют комбинацию нескольких металлов.
Из сплавов с включением алюминия делают фюзеляжные и крыловые поверхности. Из титановых – балки, элементы шасси. Панели крыла, силовых установок и створок люка шасси изготавливают из композитов полимерного типа.
Кажется, что среди таких конкурентов позиции стали незавидные. Но это не так. На долю этого металла приходится 10 % деталей в пассажирских самолетах и 30–50 % в военных.
Из стали делают детали, на которые приходится самая большая нагрузка:
Выбор стали не случаен. Металл отличается высокой прочностью и жесткостью, что хорошо заметно в небольших элементах. Сталь сопротивляется циклической нагрузке, не поддается коррозии, имеет достаточную технологичность. Кроме того, из нее можно делать заготовки различными способами – пайкой, сваркой, механическими методами обработки, холодным деформированием. Еще один немаловажный плюс – относительно невысокая цена.
В последние годы были разработаны новые мартенситностареющие стали с высокой прочностью до 3500 МПа. В них содержится мало азота и углерода, поэтому они пластичные, вязкие, сопротивляются повторной статической нагрузке, трещинам и ржавчине. Заготовки из такой стали можно обработать давлением, режущими инструментами, термическими способами – нагревом и охлаждением.
Наиболее полно достоинства мартенситностареющей стали проявляются, когда из нее изготавливают сложную деталь с малым прецизионным допуском и подвергают ее термической и химической обработке. Такая сталь нашла применение в истребителях серии «МиГ», использовалась при изготовлении шасси космического корабля «Буран».
Стойкая к коррозии ВНС-2 стала базовым материалом при создании цельносварного отсека в сверхзвуковом самолете МиГ. Она применяется в форме ленты и листа для изготовления силовых элементов, обшивки, деталей внутреннего набора.
Для каждой детали самолета рассчитывают оптимальные параметры стали
ВНС-5 наиболее широко распространена в авиации. Из нее делают детали для СУ и МиГов. Для гражданских самолетов из нее производят болты высокой нагрузки.
СН-2А зарекомендовал себя как надежный материал для крепежных и силовых элементов, баллонов для воздуха и кислорода, которые обязательно должны быть во всех летательных аппаратах. Баллоны из этой стали не взрываются при поражении пулями – это очень важное преимущество.
Для работы с новыми видами топлива, водородом и жидким кислородом разработаны специальные виды стали – ВНС-25, -49, -59. Из них производят жидкостно-ракетные двигатели, например PD-170 от «Энергомаша».
Стойкие к коррозии и среднелегированные стали получили широкое применение как материалы для конструкций и агрегатов, подвергающиеся обработке химико-термическими методами. Технология обеспечивает уникальное сочетание высокой твердости, сопротивления усталости и стойкости к износу с вязкостью, пластичностью и технологичностью.
Например, ВКС-7 разработана для шестерен редуктора крупномодульного типа с тяжелой нагрузкой. Карбонитридное упрочнение обеспечивает выносливость при контакте с температурой до 200–250 градусов.
Стоит отдельно сказать о вертолетах. ВКС-10 прочностью до 1300 МПа выдерживает температуру до 400 градусов. Сталь обеспечивает полноценную работу редуктора даже при отсутствии маслоподачи на протяжении двух часов.
Сталь сохраняет прочные позиции в авиастроительной отрасли. Новые виды этого металла отличаются высоким пределом выносливости, то есть максимальным напряжением, которое материал может выдержать. Поэтому он используется в создании летательных аппаратов наравне со сплавами алюминия и титана.
