Войти

Русские самолеты отрастят черное крыло

8431
12
0
МС-21
Модель самолета МС-21.
Источник изображения: ИТАР-ТАСС

В Казани открыт новый завод по производству композитных авиационных материалов

Что представляют собой современные композитные материалы в авиации и может ли Россия догнать в этом направлении Запад, разбирался отдел науки «Газеты.Ru».


Словосочетание «композитные материалы», когда речь заходит о новейших моделях самолетов, до последнего времени вызывало стойкие ассоциации с зарубежными лидерами авиастроения — Boeing и Airbus. В России первым гражданским самолетом, в производстве которого доля композитных материалов превысила несколько процентов массы, стал ближнемагистральный самолет «Сухой Суперджет 100».


Открытием завода по выпуску деталей из композитных материалов в Казани Объединенная авиастроительная корпорация (ОАК) намерена не только обеспечить российское самолетостроение технологическим заделом и независимостью от зарубежных поставок, но и, ни много ни мало, потеснить на рынке все тех же мировых игроков и делать российские элементы для «боингов» и «аэробусов».


Начиная с этого года завод «КАПО-Композит» начнет производство закрылок, воздушных тормозов, интерцепторов и рулей высоты для «Суперджета» и самолета МС-21, первый полет которого запланирован на 2015 год.


Летя на открытие завода, президент ОАК, академик Михаил Погосян успел ответить на вопросы корреспондента «Газеты.Ru» о ситуации вокруг Академии наук и о перспективах композитных материалов в отечественном самолетостроении.


«Я считаю, что нет ничего вечного и движение вперед — это основа развития. Я всегда поддерживал реформу, но выступал за их постепенную реализацию. Эту философию мы исповедовали в компании «Сухой», которая является лидером ОАК, мы реформировали ее за 15 лет, однако не пытались сделать это за короткий период времени. Я, как член Академии наук, считаю, что при обсуждении этих проблем надо искать оптимальную скорость движения. Наличие Академии наук и наше взаимодействие с отраслевыми институтами всегда было основой развития «Сухого» и ОАК, так как инновационность закладывается на ранних стадиях проектов и у нас есть хороший опыт взаимодействия. И Владимир Фортов был одним из авторов комплексного взгляда на те проблемы, которые сегодня стоят перед авиационной промышленностью. Наши совместные проекты с Академией наук включают вопросы, касающиеся низкого уровня заметности самолетов, расчетов по аэродинамике, прочности, нанопокрытий и поведения конструкций в агрессивных средах, так как большой объем нашей продукции эксплуатируется в Юго-Восточной Азии», — считает Погосян.


Говоря о перспективах новых материалов в конструкциях самолетов, Погосян заявил, что сейчас время революционного перехода от металлических конструкций, основой которых служат алюминиевые сплавы, к конструкциям с долей композитных материалов до 50%. «Этот рынок растет так быстро, что есть прекрасные возможности выхода на него. В Казани и в Ульяновске мы не пытаемся повторить то, что делают мировые лидеры и наши конкуренты. Мы создаем технологии, которые являются следующим шагом, это даст нам возможности получить конкурентные преимущества. Мы создаем среду, включающую современные инженерные мощности и конструкторский потенциал», — считает он.


Использование композитных материалов в фюзеляже дает заметный выигрыш в массе, однако только для широкофюзеляжных самолетов. Исследования, проведенные в ОАК, показали, что выигрыш в массе становится ощутим только для фюзеляжей шире 6 м.


Поэтому наибольшую выгоду использование композитных материалов дает в крыле: помимо снижения веса их улучшенные прочностные характеристики позволяют добиться большего удлинения крыла, а это заметно улучшает аэродинамические характеристики планера и напрямую влияет на расход топлива. По разным оценкам, лишь этот фактор экономит 6–7% топлива.


Сегодня крыло, полностью состоящее из композитных материалов, имеет только американский Boeing 787 Dreamliner.


Использование композитов дает возможность изготавливать довольно крупные элементы планера, сократить трудоемкость производства и за счет уменьшения клепок и соединений снизить его стоимость.


Различают два основных способа производства композитных элементов. Первый способ — традиционный, автоклавный. Пропитанная специальным составом углепластиковая ткань выкладывается на определенную поверхность в несколько слоев, помещается в огромную печь, где при высокой температуре происходит полимеризация материала. Углепластиковая нить имеет очень высокие характеристики на растяжение, и, подбирая углы, под которыми накладываются друг на друга слои ткани, заготовке на этапе моделирования можно придавать любые механические свойства в необходимых направлениях — будет это руль высоты или элемент механизации крыла.


Инфузионная технология имеет дело с непропитанным, сухим материалом. Пропитка сырья для автоклавного метода ограничивает время, затрачиваемое на производство детали: ее необходимо успеть «склеить» в определенный срок, пока не ткань не пришла в негодность. Поэтому инфузионная технология позволяет избежать трудностей с транспортировкой и обращением с материалом и дает возможность делать детали любых габаритов и сложности. «Сейчас речь идет о том, что достаточно большие по физическим размерам конструкции, в том числе и высоконагруженные, будут создаваться из композитов. И впервые в российской практике можно будет говорить о том, чтобы магистральный самолет получил так называемое черное (углепластиковое) крыло», — заявляет главный редактор отраслевого агентства «АвиаПорт» Олег Пантелеев. Завод, имеющий инфузионную технологию, откроется в скором времени в Ульяновске, там будут производить целиком «черное» крыло для самолета МС-21.


Важную роль в освоении новых технологий ОАК сыграла австрийская компания FACC AG (бывшее авиакосмическое подразделение Fischer Composit), которая изначально специализировалась на производстве спортинвентаря.


Именно технология слоеного производства пластиковых лыж Fischer натолкнула австрийцев на мысль перенести технологию на авиационные, автомобильные и строительные композитные материалы.


Завод в Казани использует более традиционную автоклавную технологию. Пропитанная ткань поступает сюда из-за границы при температуре минус 18 градусов. Затем ткань раскраивается и укладывается при помощи лазерного проектора слой за слоем под нужными углами. После этого заготовка (препрег) помещается в вакуумный мешок и отправляется для спекания в огромные автоклавы немецкой фирмы «Шольц». После этого полученные детали подвергаются шлифовке, ультразвуковому контролю, обработке и покраске.


Композитные материалы для гражданской и военной авиации в России производились и ранее --на заводах в Воронеже, в Ульяновске, на старом заводе в Казани и в подмосковных Луховицах. Однако эти производства были созданы 25–30 лет назад, работали на старом оборудовании, а детали делались из материалов устаревших образцов. Раскройка материалов делалась вручную, ножницами. «Мы используем другие технологии, позволяющие нам снижать трудоемкость производства. Завод небольшой, но он компактный, имеющий модель европейского завода. Прежние методы были «дедовскими», у нас же они новые. Детали будут те же самые, но по характеристиками они станут гораздо лучше», — пояснил директор по производству «КАПО-Композит» Алексей Просвиряков.


Однако не все авиационные эксперты исполнены оптимизма по поводу перспектив использования новых материалов в российском авиапроме.


«Если до пуска этого завода отставание составляло лет 40–50, то теперь оно составит лет 30. Реальный опыт использования композитных материалов у нас заключался в производстве капотов двигателей на истребителях «МиГ-29» и «Су-27», а также на спортивных самолетах Су-29 и Су-31. В начале 90-х годов они были звездами спортивной авиации, в значительной степени они были сделаны из композитных материалов. Однако их поведение было неизученным, и было несколько катастроф, связанных с тем, что машины были подвержены сверхнагрузкам. Сегодня первый гражданский самолет, в котором подразумевается массовое использование композитов, — МС-21, на нем из композитов будет сделаны кессоны крыла, сейчас идут испытания... Но даже построив такой завод, устранить это отставание в принципе невозможно. Поэтому нам надо учиться и догонять Запад», — считает директор консалтингового агентства Infomost Борис Рыбак.



Павел Котляр

Права на данный материал принадлежат
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
12 комментариев
№0
12.07.2013 09:40
Цитата
В России первым гражданским самолетом, в производстве которого доля композитных материалов превысила несколько процентов массы, стал ближнемагистральный самолет «Сухой Суперджет 100».
Ложь или незнание. Доля композитов в Ту-204 порядка 14%. Правда, если говорить о первом в России, то Суперджет 100 вообще первый и единственный.
0
Сообщить
№0
12.07.2013 10:28
Цитата
Реальный опыт использования композитных материалов у нас заключался в производстве капотов двигателей на истребителях «МиГ-29» и «Су-27», а также на спортивных самолетах Су-29 и Су-31.
Опять ложь или незнание. Ещё на Су-26 доля композитов была 50%. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83-26. На Су-29 композитное крыло. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83-29.
Не стоило автору говорить про прошлый опыт использования композитов. В России есть очень грамотные и опытные композитчики. Да и методики проектирования "больших" конструкций из композитов у нас тоже есть. Другое дело, что тем, кто имеют этот опыт за 50 лет, а некоторым и за 70.  Автор всё равно "не в теме". Получилось половина статьи - полный бред, половина (то, что ему рассказали на заводах) - правда.
Погосян:
Цитата
«Этот рынок растет так быстро, что есть прекрасные возможности выхода на него. В Казани и в Ульяновске мы не пытаемся повторить то, что делают мировые лидеры и наши конкуренты. Мы создаем технологии, которые являются следующим шагом, это даст нам возможности получить конкурентные преимущества. Мы создаем среду, включающую современные инженерные мощности и конструкторский потенциал»
Хорошо, если так. Только вот в ЦАГИ я видел композитную конструкцию кессона МС-21 спроектированную по "металлическому" аналогу, а это не есть гуд. Да и расчётную нагрузку он не держит. В Ульяновске на "Аэрокомпозите" впечатлил масштаб производства. Действительно продуманный проект. Остаётся надеяться, что не пойдут на поводу у Fischer Composit, а будут разрабатывать своё волокно и ткани, новые компаунды. Действительно свои, а не завозить западные материалы, тестировать их и лепить российские лейблы.
0
Сообщить
№0
12.07.2013 12:51
Цитата
Опять ложь или незнание. Ещё на Су-26 доля композитов была 50%.

Тут речь идёт скорее не столько о композитах. в привычном смысле этого слова, сколько о углепластике.

0
Сообщить
№0
12.07.2013 12:54
Цитата
Тут речь идёт скорее не столько о композитах. в привычном смысле этого слова, сколько о углепластике.
Так углепластика в Су-26 полкрыла.
0
Сообщить
№0
12.07.2013 12:55
И что значит в "привычном смысле"? Есть непривычный?
0
Сообщить
№0
12.07.2013 12:59
Цитата
Так углепластика в Су-26 полкрыла.
Что не удивительно для крыла длинной в 1 метр, особенно  если учитывать, что углепластика там всего "полкрыла"...
Тут же хотят магистральный МС-21 с размахом крыльев порядка 37 метров изготовлять по такой технологии.
0
Сообщить
№0
12.07.2013 13:12
Уважаемый JackTheRipper, размах крыла Су-26 - 7,8 м. Если вопрос стоит о разных технологиях, то да инфузия появилась чуточку позже автоклавного. И до поры до времени на Западе тоже не очень-то оценили её преимущества. И да в автоклаве тоже можно изготовить консоль крыла в 18 м. Только стоимость в серии будет высокой.
0
Сообщить
№0
12.07.2013 13:37
Ну дак ты сравнил какую-то доску серфенгистов с крылом магистрального самолёта.

0
Сообщить
№0
12.07.2013 13:53
Уважаемый JackTheRipper, я ничего не сравнивал. Я лишь указал на явные нестыковки в статье и добавил немного своих личных впечатлений от рабочих посещений ЦАГИ и стройки в Ульяновске. А спроектировать и изготовить консоль крыла в 18 м наше предприятие может в течении этого года со сдачей в марте следующего. И по инфузионной технологии. И таки да, мы с Вами на брудершафт не пили.
+3
Сообщить
№0
14.07.2013 18:10
Инфузия исследовалась в ВИАМе в СССР примерно в начале 60-х. Были попытки внедрить в авиапромышленность. Результат не очень. Большую конструкцию сложно пропитать, проблемы с воспроизводимостью. Кроме того, сама технология диктует реологические характеристики связующего (оно не может быть высоковязким) и соответственно возникают большие ограничения по составу, что является принципиальным недостатком данной технологии (в смысле получения теплостойкого высокопрочного связующего).
    Ну может быть фирма Fisher эти проблемы преодолела, хотя намек ash`а о непрошедших испытания на прочность в ЦАГИ настораживает. Вполне возможно, что это неправильное проектирование или огрехи технологии. Хотелось бы узнать прочность стекло- углепластиков на сжатие, сразу станет ясен уровень связующего. В прессе только бла-бла.
    Кроме того, важной характеристикой пластиков является температура стеклования. В настоящее время не удалось ее получить больше чем 50 градусов выше температуры отверждения, да и то в редких случаях, без ограничений на реологию и ценой потери других характеристик. Эксплуатационная температура деталей самолета должна быть не менее 80 градусов и поэтому пропитывать/отверждать при комнатной температуре не получится, ну и привет автоклавы.
    Хотелось бы знать кое-какие цифры по этим углепластикам, а то по подобным статьям возникает ощущение каких то нанотехнологий. Да и импортное связующее и волокно как-то не воодушевляет. Так что очень интересно, что получится в Ульяновске.
Что касается Казанского завода, то противопоставлять его совершенство против отсталости Воронежского завода я бы не советовал. Там вполне современное производство. В производстве деталей Суперджета на этом заводе и на другом применяются все вышеназванные образцы оборудования и весьма давно. Препреги кстати Российские. Так что строительство Казанского завода в чем-то шаг назад - возврат к импорту. Печально, что в подобных статьях, да и наверное на уровне наших чиновных инноваторов часто не проводится объективного рассмотрения характеристик препрегов. Производство Суперджета ведется из российских стекло- и углепластиков (хотя небольшое количество импортных препрегов там есть) и данная статья как бы намекает на некоторые шероховатости в стратегии развития нашей авиационной промышленности.
    Прошу прощение за некоторый сумбур и необходимость оперировать только информацией из интернета. Добавлю почти повторяясь - нам неизвестны прочностные характеристики материалов, для которых строятся эти заводы, в сравнении с Российскими, об этом строго молчат, а говорят о новых технологиях, инновациях. Такие статьи об этих производствах появляются постоянно, создавая какой-то информационный шум, и если опираться только на них, то совершенно непонятно как у нас есть производство современных военных самолетов и Суперджета. Скажу - это невозможно сделать без высокопрочных теплостойких угле- стеклопластиков.

P.S. Кстати в конце статьи "производство капотов" для Су-27 и МиГ-29 реально доставило. Вот такие у нас консалтеры! А производство высокорадиопрозрачных теплостойких носовых обтекателей, которые стоят на наших самолетах, для большинства западных стран реально недоступная технология. Ясное дело, кроме США.
+3
Сообщить
№0
15.07.2013 00:03
Уважаемый vpkklaus5,
Итак:
Цитата
Ну может быть фирма Fisher эти проблемы преодолела, хотя намек ash`а о непрошедших испытания на прочность в ЦАГИ настораживает. Вполне возможно, что это неправильное проектирование или огрехи технологии. Хотелось бы узнать прочность стекло- углепластиков на сжатие, сразу станет ясен уровень связующего.
Западники эти проблемы преодолели (хотя и не все). Существуют классы связующих, специально разработанных для инфузии. Под эти связующие  (или на оборот) подобраны стекло- углеткани (с необходимым "ворсом") ;). Существует промышленное оборудование для переработки этих материалов. Не вдаваясь в подробности получается примерно так: Fisher "подсадила" Аэрокомпозит на свои компоненты и технологию. Вопрос: мы готовы на основе их технологической линии ("всё в автоматическом режиме") использовать свои связующие и волокна (ленты)? Мы готовы уйти от "железного" проектирования конструкций? Мы знаем как провести предварительные конструкторские проработки изделий из высокомодульных волокон? Или так и будем: заглянул в сортамент, подыскал мет. профиль, заменил его на композит, а потом долго и нудно пытаемся проверить всё конечно-элементным способом расчётов? При этом с пеной у рта доказывать всем "лохам", что надо получить в лонжероне, например, квазиизотропный материал? Мы можем понять, что трехслойка - это не только соты?
Если да, то - Россия вперед.
По поводу физмехов - сборошу Вам в личку, если не возражаете...
Цитата
Эксплуатационная температура деталей самолета должна быть не менее 80 градусов и поэтому пропитывать/отверждать при комнатной температуре не получится, ну и привет автоклавы.
Не работаем с автоклавами. Дольче энд Габана, Дорого и глупо. ;) Из того, что мне известно, есть несколько наших предприятий, которые успешно работают с инфузией и компонентами для неё. Причем пройдены все климатические испытания, но на импортных компонентах.
Цитата
Что касается Казанского завода, то противопоставлять его совершенство против отсталости Воронежского завода я бы не советовал. Там вполне современное производство. В производстве деталей Суперджета на этом заводе и на другом применяются все вышеназванные образцы оборудования и весьма давно. Препреги кстати Российские. Так что строительство Казанского завода в чем-то шаг назад - возврат к импорту. Печально, что в подобных статьях, да и наверное на уровне наших чиновных инноваторов часто не проводится объективного рассмотрения характеристик препрегов.
Скажите, а где эти советские препреги? Какова их стоимость и условия их поставки? Чего уж тут намекать...
Цитата
. Такие статьи об этих производствах появляются постоянно, создавая какой-то информационный шум, и если опираться только на них, то совершенно непонятно как у нас есть производство современных военных самолетов и Суперджета.
Вы интересовались кто делает панели для Т-50? Обнинск? Вопрос: из чего? Чей материал? Наш российский?
Мир ушел вперед. А мы остались в 80-х годах прошлого века по промышленной переработке композитов. Вот как-то так. Остается догонять и "углы срезать".
Поправьте, если ошибаюсь.
Спасибо.
0
Сообщить
№0
15.07.2013 22:31
ASH спасибо за интересные вопросы.
Начну все-таки с конца.
"Вы интересовались кто делает панели для Т-50? Обнинск? Вопрос: из чего? Чей материал? Наш российский?"
   Вопрос некорректный. Давайте тут будем обсуждать только то, что можно найти в интернете, учебниках или можно вывести логически без дополнительных фактов, полученных из закрытых источников.
   А предположим, что ключевые материалы для Т-50 покупаются за границей, хотя я не верю в возможность покупки высокопрочных, теплостойких препрегов для изготовления стекло- углепластиков с еще рядом неочевидных требований к материалу. Очевидно, что мониторится не только интернет но и продажи таких препрегов, тем более производителей должно быть крайне мало. Пока идет несколько сот килограмм в год, очевидно, что идут опытные работы или, максимум, изготавливается что-то теплонапряженное в районе двигателей. Можно продавать. Потом пошли покупки десяток-другой тонн в год. Вероятные друзья читают газеты, сразу все понимают и далее следуют санкции из-за прав человека, например. Надо подбирать заново материалы, перепроектировать самолет, провести заново летные испытания – 5 лет? Глупости у нас много, но надеюсь не здесь. А самолет пятого поколения из одного металла не сделаешь, это неоспоримый факт.
    «Советские препреги».
    Ищем «препреги КМКС»
    Находим [url=]http://viam.ru/index.php?id_page=254&language=ru [/url]и многое другое, я офигел, что это висит в интернете. Обращаем внимание, что это клеевые препреги, то есть бонусом идет изготовление сотовых или металлопластиковых конструкций без дополнительных материалов и вакуумплотность как само собой разумеющееся. О стойкости к развитию трещин, абразивному износу, ударной прочности тоже можно найти упоминания в разных местах.
    В этой статье можно взять физмех. Обращаем внимание на сжатие, сравниваем с цифрами импортных, думаем об «А мы остались в 80-х годах прошлого века».   Почему сжатие? Прочнистам нужны в первую очередь сжатие и растяжение. Естественно, при работе детали на изгиб одна сторона растягивается (работает наполнитель), а другая сжимается (работает связующее). Плохое связующее может просто насмерть уделать великолепные угольные нити, деталь рассыплется в области сжатия. Поэтому, зная как трудно разрабатывать связующие для обычных препрегов, дополнительные требования для инфузии у меня вызывают некоторые сомнения в возможности достижения высокой прочности связующего. Отсутствие автоклавов? Работа с вакуумным мешком, одна атмосфера, хватает всегда?? Возможно не для всех геометрий изделия. Твердая прессформа, ну это врядли,  большие размеры это что-то сложновато. В принципе технология меня не интересует, тем более тут, наверное, многое ноу-хау. А вот прочностные характеристики при разных температурах и температура отверждения очень любопытны. Это не климатические испытания, а прочностные характеристики при, например, 80 градусах, чтобы не было недопонимания.
    В связи с эти, очень интересно получить Fisher’овские данные по материалам, проданных нам, а также информацию о непрошедшем испытания лонжероне, можно в личку, можно ссылкой. Если им является промелькнувшая в интернете фотка какой то коробчатой конструкции длиной метров пять и фотографирующихся на ее фоне людей, то это могло так и быть. Ни разу не конструктор в области КМ, но углепластиковое крыло не должно иметь таких деталей. Прочность должна идти от оболочки, чтобы в полной мере использовался высокий модуль угля. Вот и будет толстый слой снизу, как можно инфузией сделать слой 40-60мм? Кстати, считаю делать крыло из пластика имитируя конструкцию из металла не просто глупо, а почти и невозможно.

Ну, надеюсь, ответил на некоторые вопросы, задал свои, а также посеял сомнение, что мы в этой области отстаем на 20-30лет. Кое-где не отстаем, а кое-где не будем хвастаться. Производственное и испытательное оборудование надо покупать, своего почти нет, это разовая покупка и надолго. А вот подсаживаться на чужие препреги, ткани, связующие это путь в никуда.
+2
Сообщить
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 05.12 02:42
  • 2
China Daily: Китай испытывает огромные побочные эффекты от украинского кризиса
  • 05.12 01:20
  • 6181
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 05.12 00:12
  • 0
Ответ на "Победоносный сценарий"
  • 04.12 19:42
  • 8270
Минобороны: Все авиаудары в Сирии пришлись по позициям боевиков
  • 04.12 18:57
  • 77
Россия использует пропаганду как средство войны против Запада - британский генерал
  • 04.12 11:58
  • 1
Ответ на "Суть - повышение уровня эскалации конфликта."
  • 04.12 11:09
  • 0
Победоносный сценарий
  • 04.12 06:50
  • 1
«Оптимально подходит для борьбы с подлодками»: показан запуск миниторпед Black Scorpion с итальянской малогабаритной субмарины DS8
  • 04.12 06:41
  • 1
Китайская ракета стартовала с секретным спутником
  • 03.12 22:50
  • 0
Ответ на "Польский оскал"
  • 03.12 21:09
  • 0
Ответ на "Польский Центр восточных исследований представил «План Келлога» по урегулированию конфликта на Украине"
  • 03.12 18:37
  • 2
Введен в строй пограничный сторожевой корабль "Анадырь" проекта 22100
  • 03.12 11:16
  • 47
Какое оружие может оказаться эффективным против боевых беспилотников
  • 03.12 10:30
  • 0
Польский оскал
  • 03.12 02:38
  • 1
НАТО открывает центр морской десантной подготовки в Арктике на фоне борьбы за сферы влияния с Россией (Newsweek, США)