КЛАСИФІКАЦІЯ ТА МАТЕРІАЛИ КОМПОЗИТНИХ БАЛОНІВ ВИСОКОГО ТИСКУ ДЛЯ АВІАЦІЙНИХ ЗАСТОСУВАНЬ

Анотація

Представлено розширений теоретичний аналіз конструктивних типів композитних балонів високого тиску (COPV) та матеріалів, що застосовуються для їх виготовлення в авіаційних і аерокосмічних системах. Розглянуто класифікацію балонів типів 1–5 залежно від співвідношення металевих і композиційних компонентів, проаналізовано їх конструктивні особливості, функціональне призначення та експлуатаційні обмеження. Проведена порівняльна характеристика матеріалів для лейнерів з урахуванням їх густини, міцнісних властивостей, корозійної стійкості та ролі в забезпеченні герметичності конструкції. Проаналізовано армуючі складові для композиційних оболонок балонів: вуглецеве, скло- E-glass, арамідне волокна, а також альтернативні армуючі компоненти (базальтове, льняне та перероблене вуглецеве волокно). Проведено порівняльний аналіз їх фізико-механічних характеристик (густина, межа міцності при розтягу, модуль пружності, видовження при розриві) та визначено їх вплив на масову ефективність, здатність витримувати високий тиск і довговічність балонів. Проаналізовано, що застосування вуглецевого волокна забезпечує максимальну питому міцність і дозволяє знизити масу конструкції до 45–70% порівняно з повністю металевими балонами; скловолокно є економічно доцільним для середніх рівнів тиску. Визначено, що для авіаційних стаціонарних систем найбільш раціональними є балони типів 2 та 3. Тип 2 (металевий лейнер зі скловолоконним обмотуванням) забезпечує зниження маси на 30–40% при збереженні прийнятної вартості, тип 3 (алюмінієвий лейнер з повним вуглецевим обмотуванням) характеризується підвищеною питомою міцністю та здатністю працювати при високих тисках, що робить його оптимальним для відповідальних авіаційних застосувань. Визначено перспективність впровадження безлейнерних конструкцій типу V. Результати роботи можуть бути використані при проектуванні та модернізації систем зберігання газів у сучасній авіаційній техніці.