Санкт-Петербург

Ключевые слова: композиционный материал, механические свойства, аддитивные технологии, 
магнитная проницаемость, приборы навигации. 
В настоящее время благодаря наборам специфических свойств и развитию технологий 
производства, композиционные материалы (КМ) находят применение в различных сферах 
деятельности, таких как машино-, авиа-, судостроение и т.д., причем сферы их 
использования постоянно расширяются. Применение КМ открывает возможности для 
разработки новых конструкций или модернизации уже существующих. 
Целью работы являлось определение возможности применения композиционных 
материалов в элементах конструкции приборов навигации. 
Композиционный материал – материал, состоящий из двух и более компонентов (фаз). 
Обязательными фазами являются матрица и наполнитель. Помимо этого в состав композита 
могут вводиться различные компоненты для улучшения его свойств, такие как ускоритель, 
упрочнитель, отвердитель и т.д. [1]. В зависимости от типов и соотношений этих 
компонентов, можно управлять свойствами композита, такими как прочность, плотность, 
упругость, жаропрочность, коррозионная стойкость и т.д. В отличие от КМ, традиционные 
конструкционные материалы (сталь, титан) не обладают широким диапазоном значения 
свойств. 
В таблице представлено сравнение значений основных характеристик сталей и 
некоторых композиционных материалов. 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
139 
Таблица. Сравнительная характеристика материалов 
Характеристика 
Пено-
пласт 
Синтак-
тик 
Сферо-
пластик 
Угле-
пластик 
Стекло-
пластик 
Сталь 
Титан 
Плотность, кг/м
3
30–400 
400–650 
570–720 
1450– 
2000 
1600– 
2000 
7640– 
8800 
4120– 
4540 
Модуль 
упругости при 
сжатии, МПа 
20–600 1000–3000 130–1300 
120000– 
130000 
18000– 
40000 
200000– 
210000 
112000– 
120000 
Предел 
прочности, МПа 
0,7–15 
25–46 
90–120 
490–600 400–440 330–600 
300–450 
Коэффициент 
температурного 
расширения, 
(1/К)∙10
–6
5–10 
8 
45–65 
1–2 
5–14 
13 
7,7–10,4 
Диэлектрическая 
проницаемость, 
10
6
Гц 
1,0-1,3 
1,2–2,0 
1,3–1,5 
2–4 
4–5 
– 
– 
Акустическая 
прозрачность 
0,05–0,5 0,3–0,45 
0,3–0,45 
0,2 
0,02 
0,001–0,01 0,02–0,1 
В последнее время КМ все чаще применяются при изготовлении корпусов как 
надводных судов, так и подводных аппаратов, в частности, автономных необитаемых. Такие 
композиционные материалы должны обеспечивать достаточную прочность конструкции и 
способность предотвратить повреждение компонентов подводного аппарата в случае 
столкновения с какими-либо объектами [2]. Одними из наиболее перспективных КМ для 
создания корпусов автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) являются 
сферопластики, стеклопластики, углепластики. Основными их преимуществами являются 
прочность, возможность работы в агрессивных средах без коррозии, а также сохранение 
стабильности размеров при смене температуры. Очевидно, такие композиты нашли свое 
применение в приборах навигации [1]. 
В АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», одном из ведущих предприятий в области 
разработке и производстве навигационных систем, КМ используются в различных приборах. 
Одними из примеров использования композиционных материалов является аварийно-
спасательный буй (рис. 1, а). Буй устанавливается на подводные лодки и в случае аварийной 
ситуации отдается и всплывает на поверхность для подачи сигнала [3]. Корпус данного 
устройства изготовлен из сферопластика. Одним из преимуществ этого композита является 
малая плотность и высокая прочность, что позволяет снизить массу и увеличить плавучесть. 
а 
б 
Рис. 1. Аварийно-спасательный буй (а); датчик индукционного лага (б) 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
140 
В приборе УПИ (устройство приемное индукционное) – датчике индукционного лага 
(рис. 1, б) используется заливочный КМ – компаунд, основная задача которого состоит в 
герметизации электроники и контактов. Компаунд защищает блок электроники от внешних 
механических воздействий и гидростатических нагрузок. Применение титанового 
армирующего элемента и корпуса позволяет увеличить прочность датчика и расширить 
сферу его использования [4]. 
В 
приборах 
навигации 
возможно 
применение 
композитов 
для 
антенн 
радиопеленгатора, гирокомпасов и других приборов (обтекатели акустических антенн 
подводной лодки, обтекатели выдвижных устройств). Отличительной особенностью 
применения стеклопластиков в данных устройствах является его акустическая прозрачность. 
Перспективным направлением композиционных материалов является их использование 
на судах автономных систем в качестве гребных винтов из углепластика подводной лодки. В 
сравнении с традиционным материалом гребного винта (марганцево-бронзовый сплав), 
углепластик обладает виброакустическими и прочностными характеристиками [5]. 
В судостроении КМ, а именно стеклопластики, используются в качестве носового 
обтекателя 
ограждения 
выдвижных 
устройств 
(ОВУ) 
(рис. 2, а), 
устройства 
роботизированной коробки передач, решеток забортных отверстий. Основная причина 
применения композиционных материалов в данных устройствах обусловлена рядом их 
преимуществ перед традиционным материалом – статью: повышенная коррозионная 
стойкость, меньшая масса, приводящая к облегчению всей конструкции устройства, 
пониженная горючесть, а также стойкость к солнечной и ультрафиолетовой радиации [5]. 
а 
б 
Рис. 2. Физическая модель ОВУ (а); изделие из композитного материала, изготовленное 
с помощью аддитивных технологий (б) 
Все чаще для производства деталей различной сложности применяются аддитивные 
технологии. Одним из перспективных направлений данных технологий является 3D-печать 
различных деталей и заготовок. Использование трехмерной печати обусловлено рядом 
преимуществ: существенное уменьшение подготовки к изготовлению и временных затрат на 
создание детали, снижение финансовых затрат и отходов производства. Недостатками 
данной технологии является дороговизна самих устройств и материалов для печати. На 
рис. 2, б представлено изделие, выполненное с помощью аддитивных технологий [6]. 
Эксплуатационные требования, предъявляемые к деталям, обуславливают выбор 
материала, используемого для 3D-печати. На сегодняшний день известно большое 
количество материалов для создания 3D-моделей: пластик, фотополимерные материалы, 
металлические и композитные порошки. Основными отличительными особенностями для 
пластика является его высокая прочность, гибкость, износостойкость; для фотополимерных 
материалов – высокая точность и детализация, гладкая поверхность готовых изделий, низкая 
температура размягчения; для металлических порошков – большой выбор металлов и их 
сплавов, повышенная прочность, любая геометрия; для композитных порошков – 
возможность создания полноцветных объектов, низкая себестоимость. Очевидно, КМ нашли 
применение для 3D-печати в приборах навигации [6]. Одними из примеров таких приборов 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
141 
является гиростабилизированный гравиметр, микромеханический гироскоп RR-типа и 
гироскопический прибор с кардановым подвесом. В дальнейшем при развитии аддитивной 
технологии возможно создание приборов на основе металлических порошков.