За останні кілька років у Росії досягнуть істотний прогрес у створенні авіаційних конструкцій з полімерних композиційних матеріалів. Розробники літаків навчилися застосовувати їх для проектування високонавантажених агрегатів. Розгорнута виробнича база для їх серійного випуску. До створення матеріалів для виробництва композитних конструкцій підключаються нові компанії — як державні, так і приватні. На очах виростає новий сегмент авіабудівної галузі.
Василь Іванов
Міжнародна кооперація в цивільному авіабудуванні сьогодні — це норма. Компанії, що виробляють комерційні лайнери, не ставлять перед собою завдання створити машину тільки з вітчизняних деталей і матеріалів. На першому плані — конкурентоспроможність та економічна ефективність. У міжнародній кооперації і реалізується проект перспективного російського середньомагістрального літака МС-21.
Однак політична ситуація змінилася. У пресі з’явилися повідомлення про те, що з-за американського заборони на постачання матеріалів для виробництва композитного «чорного» крила програму МС-21 можуть чекати проблеми та перенесення дати початку серійного виробництва лайнера.
Середньомагістральний — на зліт!
«Популярна механіка» вирішила розібратися в цій ситуації і отримати інформацію з перших вуст. Але спочатку коротко нагадаємо, про що йдеться. Полімерні композиційні матеріали застосовуються у вітчизняній та зарубіжній авіації десятки років. Однак великі силові конструкції з композитів передусім з вуглепластика, дебютували у великій комерційної авіації разом з першим польотом Boeing 787 Dreamliner в 2009-м З карбону були виконані як секції фюзеляжу, так і крило. Чотири роки по тому у повітря піднялося дітище концерну Airbus — основного конкурента Boeing. Це був А350 XWB, де композитними були й елементи фюзеляжу і крило. Обидві машини відносяться до широкофюзеляжним далекомагістральним лайнерам.
Середньомагістральні літаки сімейства Boeing 737 і A320 створювалися до появи композитів з потрібними властивостями. Першим в цьому класі цивільним літаком з композитним крилом став російський МС-21, літні випробування якої почалися в 2017 році.
Враховуючи сильні позиції B737 і A320 в среднемагистральном сегменті ринку, розробники МС-21 зробили ставку на досягнення технічної переваги у двох ключових характеристиках: це комфорт пасажирів та економічна ефективність. І те й інше вимагало істотно більш високого аеродинамічної досконалості конструкції. Зокрема, тільки за рахунок аеродинаміки можна було компенсувати збільшену ширину фюзеляжу, необхідну для підвищення комфорту. Фахівці знають, що основа аеродинамічної досконалості — це характеристики крила. «Для досягнення оптимальних аеродинамічних характеристик для МС-21 було розроблено крило великого подовження зі складним профілем, — говорить генеральний директор АТ «АэроКомпозит» Анатолій Гайданский. — З металу зробити його практично неможливо — тільки з вуглепластика з його унікальною жорсткістю. А хороша аеродинаміка дає нам серйозний виграш у ефективністю».
Анатолій Гайданский: «Наше головне досягнення — це вміння розробляти, відчувати і серійно виробляти силові композитні конструкції з урахуванням особливостей тих чи інших матеріалів різних виробників».
Російські компетенції
Компанія «АэроКомпозит» була створена Об’єднаної авіабудівної корпорацією як центр компетенцій у галузі інноваційних розробок і впровадження композитних конструкцій в цивільні повітряні судна. Підприємство включає в себе конструкторське і технологічне бюро, дослідну та випробувальній лабораторії, а також два підприємства повного циклу з виробництва композитних конструкцій в Ульяновську і Казані. Саме в стінах АТ «АэроКомпозит» було розроблено «чорне» крило для МС-21. Варто пояснити, що в реальності воно складається не тільки з композиту. Нервюри виконані з алюмінію, в точках високих зосереджених навантажень застосовується титан. З композиційних матеріалів робляться основні силові конструкції: крыльевые панелі (монолітні деталі довжиною 18 м), два лонжерона, панелі центроплана і всі рухомі аеродинамічні площині (рулі плюс механізація).
Легке і високотехнологічне Оптимальної аеродинаміки можна досягти з крилом великого подовження, однак у цьому випадку карбону альтернативи немає. У МС-21 з композиційних матеріалів робляться основні силові конструкції: крыльевые панелі (монолітні деталі довжиною 18 м), два лонжерона, панелі центроплана і всі рухомі аеродинамічні площині (рулі плюс механізація).
26 вересня 2018 року Міністерство промисловості і торгівлі США внесло АТ «АэроКомпозит» санкційний список, після чого припинилися поставки деяких вихідних матеріалів. Один з головних компонентів композиту — вуглецева стрічка. Від її якості багато в чому залежать параметри кінцевого продукту. У період проектування МС-21 відповідна карбонова стрічка випускалася в США. Для деталей літака вона була доопрацьована з російським вимогам. «У той час у Росії не вироблялися такі матеріали, — розповідає Анатолій Гайданский. — Ми починали працювати з американською компанією Cytec, яка згодом була придбана бельгійською фірмою Solvay, що має виробництво в США. Тепер в силу санкцій ця співпраця призупинено».
Проте в Росії всі ці роки не сиділи склавши руки. Враховуючи великі перспективи композитів на основі вуглепластика, ними зайнялися як державні, так і приватні компанії. У промисловому кластері «Алабуга» корпорація «Росатом» побудувала сучасне підприємство по виробництву вуглеволокна. Як показують перші тести, за ключовими параметрами вона вже зараз близько до кращим закордонним матеріалам.
Цікаве в мережі
«Ми взаємодіємо з російськими виробниками, і спираючись на досвід роботи з американцями, — говорить Анатолій Гайданский. — У свій час ми сформулювали вимоги до потрібного нам углеволокну, і за нашим замовленням вони допрацьовували свою продукцію до необхідних параметрів. Глава «АэроКомпозита» підкреслює: «Наше головне досягнення — це вміння розробляти, відчувати і серійно виробляти силові композитні конструкції з урахуванням особливостей тих чи інших матеріалів різних виробників». У результаті при використанні російських матеріалів у програмі МС-21 не доведеться міняти аеродинаміку крила і погіршувати економічні показники машини.
Виручить «Росатом»
Для виробництва композитного кесона крила потрібно вуглецева стрічка і сполучна. Анатолій Гайданский каже, що по обох компонентів є російські постачальники. Завод «Росатому» в Алабуге виробляє вугільне волокно, яке «АэроКомпозит» може використовувати.
Вихідний матеріал для виробництва вуглеволокна — акрилонітрил — отримують на хімічних виробництвах з вуглецевої сировини. Це рідке речовина поміщається в реактор, де під впливом високих температур полімеризується, а потім висаджується в рідку середу через фільєри, висушується і проходить деформацію: молекули полімеру будуються так, щоб вийшла нитка з найвищою міцністю. Це складна технологія, і саме від її рівня залежить якість майбутнього продукту. Світла нитка, звана ПАН-прекурсор, потім обпалюється в печі, перетворюючись в углеволокно.
Народження крила Станція позиціонування панелей на каркасі кесона крила. В даний час вироблено три льотних примірника МС-21 і один для наземних статичних випробувань. Крило досвідчених зразків ще несе в собі іноземні компоненти, проте в серійному виробництві воно буде виготовлятися повністю з російських матеріалів.
Сьогодні завод «Росатому» отримує ПАН-прекурсор від сторонніх постачальників. Проте вже в 2020 році вводиться в дію друга черга алабужского підприємства, яке буде виробляти ПАН-прекурсор вищої якості. Що стосується сполучного, то, за словами Гайданского, вітчизняний матеріал вже сьогодні по ряду ключових параметрів перевершує іноземний. Глава «АэроКомпозита» підкреслює: «У Росії сформований пул компаній, які будуть забезпечувати нас композитними матеріалами в інтересах програми МС-21».
Безумовно, використання нових матеріалів потребувати додаткового тестування. Воно пройде паралельно з випробуваннями літака МС-21, а його результати будуть оформлені у вигляді доповнення до сертифіката типу повітряного судна.
Цікаве в мережі
Обнінськ санкцій не боїться
«За останні роки ми взяли участь у кількох федеральних цільових програмах по імпортозаміщенню, тому санкції не порушили наших планів, — говорить Анатолій Хмельницький, заступник генерального директора з виробництва ОППП «Технологія» їм. А. Р. Ромашина. — У МС-21 ми відповідаємо за композитне хвостове оперення, робимо кесони кіля і стабілізатора. Під час випробувань наші конструкції витримали перевищення розрахункової навантаження на 150%. З полуторним запасом міцності втрата 5-7% при переході на вітчизняні матеріали для нас не має значення. Жодних змін у конструкцію вносити не доведеться. Так, на додаткові сертифікаційні випробування доведеться витратити якийсь час, але це не критично. У нашій країні за багато років накопичений досвід виробництва композиційних матеріалів і виготовлення на їх основі складних конструкцій для вітчизняних повітряних судів. Ми значно випереджали або як мінімум працювали на рівні наших західних колег з вуглецевими матеріалами і сполучними. Технології, перевірені часом, у нас є. Будівництво виробничих потужностей йде повним ходом. Віримо в себе і працюємо далі!»
Стаття «Полетить «чорне» крило?» в журналі «Популярна механіка»
(№3, Березень 2019).
Thanks!
Our editors are notified.