航空材料研究院是俄羅斯的國家級科研機構，擁有雇員700人，下設11個分部。每個分部下設5 — 6個研究室。主要科研活動包括：航空航天材料和基礎原料的研究；新材料的探索研究、基礎研究和新材料測試，以及航空發動機、飛機、飛艇和航空儀表生產工藝研究；航空航天材料在飛機及其發動機、太空飛行器和運載工具上的套用研究；制定航空航天材料標準。
基本介紹
- 中文名：全俄航空材料研究院
- 機構類型：國家級科研機構
- 研究方向：航空材料
- 雇員數目：700人
概述,生產及套用情況,技術經濟效益,
概述
全俄航空材料研究院具體研究內容包括合金理論；疲勞斷裂機理；結構鋼和結構合金；鋁合金、鈦合金和鎂合金；鎳、鈦和高強度鋼等合金的焊接工藝；聚合物和金屬基複合材料、隔熱材料及耐磨損材料等；提高材料性能的途徑和測試方法；制定合金和非金屬材料無損檢測及力學試驗方法。
生產及套用情況
全俄航空材料研究院，航空工藝研究院以及奧布林斯克研究及生產企業與俄羅斯航空工業設計局開發了碳纖維增強複合材料生產及產品製造技術。
1976年，巴拉科沃纖維聯合股份公司開始了碳纖維複合材料的批生產。此後，全俄航空材料研究所開發了20餘種力學性能、工藝性能和工作範圍不同的結構用碳纖維複合材料。近年該研究院對碳纖維複合材料的性能進行了很大改進，最多改進了2倍。拉伸強度提高200MPa、壓縮強度150MPa，剪下及疲勞強度達到500MPa，彈性模量達到200GPa，工作溫度可達到400℃。
與此同時，全俄航空材料研究院還與俄羅斯科學院及航空工業的一些主要設計局研究解決了碳纖維複合材料及其製品生產中的各種基礎理論、套用、工藝及管理方面的問題，同時解決了用這些材料來設計、試驗及在零件上套用方面的問題。
全俄航空材料研究院與中央空氣動力研究院及航空航天工業的主要設計局共同努力積累了用碳纖維複合材料設計、製造及套用方面的經驗。
在俄羅斯一些飛機製造企業建立了碳纖維複合材料生產車間，有烏里揚諾夫航空生產聯合企業、沃尤涅茨飛機製造聯合股份公司、魯克霍維茨機械製造廠、庫默塔阿申涅耶夫航空生產協會以及奧布林斯克研究及生產企業。這些生產單位都配備了專用的生產設備。例如，預浸帶及織物預浸裝置、壁板及大尺寸結構的自動鋪帶設備、可在15個大氣壓及300℃進行固化的大尺寸熱壓罐、纖維纏繞機、拉擠機以及超聲無損檢測設備。這些設備都屬現代化的設備。
碳纖維複合材料在俄羅斯飛機上的套用過程與西方基本相似，首先在安-24、安-22、雅克?40和伊爾-86等飛機上用於一些次要結構件以考驗其性能，得到的數據表明碳纖維複合材料有良好的可靠性及減重效果。於是逐漸擴大套用到新一代飛機上如米格-29上，用量占飛機結構重量的7%，用於垂尾，減速板等次要結構，用量已超過F-16飛機。起飛重量超過美國C-5A的安-124遠程運輸機是成功套用複合材料的另一例子，全機用了5500kg複合材料，1500m2機體表面採用了複合材料，單此一項可減重1800kg。其他如安-72、安-225、圖-160、雅克-42固定機翼幹線飛機；蘇-29和蘇-31體育飛機；米-28、卡-32直升機以及Д-36、Д-18、ПС-90渦輪發動機都用了大量複合材料。
正在開發的新一代機種，複合材料用量更大。值得一提的有雅克－141，其複合材料用量達到26%，用於機翼、尾翼及部分機身。與AV－8B的水平大致相當。
根據俄羅斯新近出版的資料分析，S－37複合材料的用量占結構重量的21%，由於它是前掠翼戰鬥機，機翼90%採用了複合材料，實現了氣動彈性剪裁，即當機翼前緣在升力作用下向上彎曲時，通過複合材料鋪層控制可使前緣向下扭轉。在這種情況下，如果採用金屬機翼則有可能產生結構上的破壞。此項技術在80年代中期的X－29及90年代的蘇霍伊驗證機上得到驗證。在1.42戰鬥機上，複合材料用量在原型機上占16%，在生產型上占30%。
另一個引人注目的是卡-50武裝直升機上的複合材料的套用。卡-50是前蘇聯根據阿富汗戰場的經驗研製用來代替米-24的機種，要求機體90%部位能抗12.7mm機槍的射擊，它的主承力機身結構及旋翼都用了碳纖維複合材料，卡-50的裝甲座艙安裝在複合材料盒形樑上，梁是一個主承力構件，由5層複合材料製成，外層為10mm厚的碳/環氧，內外兩層為20mm的芳綸/環氧，兩者之間的一層為15mm的Nomex蜂窩/環氧，整個厚度達75mm。據報導，卡-50可以抗12.7mm機槍及23mm航炮的射擊。
在西方武裝直升機上，複合材料用量也不少，但像卡-50那樣在機身上用如此多複合材料還不多見。複合材料在卡-50的結構重量中占3%～5%，而西方直升機上的防彈標準只是針對7.62mm機槍設計的。
由於複合材料特別是碳纖維複合材料在俄羅斯機種上的使用，減少了50%的構件數，取消了部分鑽鉚工序，減少12%～15%的勞動量，生產周期縮短20%～50%。
Ⅰ飛機結構重量成比例下降，Ⅱ連鎖效應，
Ⅲ複合材料經濟可行性，Ⅳ飛機性能全面改進
圖2 俄羅斯飛機複合材料用量
技術經濟效益
複合材料引入飛機的直接效果自然是減重，減重的大小又取決於複合材料的力學性能及其在結構重量中所占的百分比，這個百分比在俄羅斯飛機上已達到30%左右，不久可能達到40%。如果按體積計，60%將可能是複合材料；機體表面的80%是複合材料。
複合材料在飛機結構重量比中占多少為宜?據報導，這主要取決於使用的可行性即經濟性。這裡有一個最低的即臨界的極限，此極限取決於飛機的類型及其所承擔的任務，因此其伸縮範圍大。例如對機體來說，這個極限下限為20%～25%。超過臨界極限就可產生減重的連鎖效應：表現為飛機起飛重量減少，從而降低發動機功率，導致發動機重量的減少，從而降低油耗及燃油重量。這樣一來降低了起落架的載荷從而降低其構件重量。而發動機、起落架、燃油箱重量的降低又會改善氣動阻力係數，進一步降低油耗，使飛機結構重量進一步降低。連鎖效應的結果最後使飛機起飛重量進一步再降低。
圖2所示為俄羅斯機種上的複合材料的力學性能及其在飛機結構重量百分比(G復/G飛機)與飛機減重(G飛)之間的關係。圖中的R為單層碳纖維複合材料的強度。從圖中可以看出，像米格－29這樣的飛機，使用的複合材料強度只有1000MPa，減重效果不大，材料強度1500MPa才開始有減重的連鎖效應(伊爾96-300)，圖中的影線為“臨界極限”區，減重效應有重大的增加(如S-37那樣)。強度達到3000MPa，飛機性能全面改進。
在全俄航空材料研究院，目前正在對碳纖維複合材料成分及結構進行改進，研究了納米技術，隱身材料技術以及環保節能技術，從而導致開發出一系列新的層合板材料及混雜纖維複合材料，這些材料將在21世紀獲得套用。
