Технология и производство отечественных пассажирских самолетов остались в прошлом веке
В последнее время в небе России появилось более полутора тысяч коммерческих воздушных судов иностранного производства, то есть их количество выросло в 15 раз начиная с 2000 года. Самолетов отечественного производства осталось всего семь процентов. Такие факты приводятся в статье «Все ниже и ниже». Можно ли изменить эти цифры в пользу России?
Сразу скажу, что это не просто цифры, а результат структурных изменений в промышленности, произошедших много лет назад. Сложный процесс, запущенный после распада СССР, остановить или изменить сразу невозможно. Более того, по прогнозу фирмы Boeing, перевозчикам из России и стран СНГ в ближайшие 20 лет будет поставлено 1170 новых пассажирских самолетов. Значит ли это, что деградация отечественного авиапрома продолжится?
Кувалдой по конструкции
Известно, что зарубежные фирмы в 2013–2014 годах выпустили: Boeing ~ 500 самолетов, Airbus – примерно столько же, бразильский Embraer и канадский Bombardier ~ 200 самолетов. Отечественная промышленность, по данным за 2012 год, выпустила всего 20 пассажирских самолетов, из которых больше половины «Суперджет-100», который состоит в основном из импортных комплектующих.
Однако все это определяется не только злой волей государственных чиновников, как можно подумать. Причина такого положения – еще и в существенных недостатках отечественной технологии.
Мы вправе сравнивать ее с наработками Boeing, поскольку имеет место многолетнее сотрудничество России и указанной фирмы, а также информация по авиационной технологии от КБ Boeing, работающего в Москве. В частности, завод в Верхней Салде поставляет американскому самолетостроителю штамповки из титановых сплавов с предварительной мехобработкой. Что можно сказать о технологии производства и ее состоянии, организации производства?
Технология производства, как известно, определяется в основном нормативно-технической документацией (ГОСТы, ОСТы, технические условия, производственные инструкции и т. д.).
По отечественной НТД размеры от 1 до 500 миллиметров разделяются на размерные группы (от 1 до 3 мм, от 3 до 6, от 6 до 10, от 10 до 18 и т. д. до размера от 380 до 500 мм). Допуски на эти группы также отличаются и, кроме того, зависят от класса точности. Общеупотребительными служат классы точности от 2-го до 7-го в указанном диапазоне размеров.
Фирма Boeing использует иную систему размеров и допусков для отверстий, а именно – все размеры отверстий наиболее ходового диапазона до 3/4 дюйма (19,05 мм) имеют одинаковый допуск, составляющий 0,002 дюйма (0,05 мм).
Вал (в рассматриваемом варианте болт) может быть изготовлен с любым допуском, но в любом случае болтовое соединение выполняется с зазором. Необходимо отметить, что в отечественном производстве инструмент для окончательной обработки отверстий, а именно развертки, спроектирован из условия максимальной длительности эксплуатации развертки с применением ее для обработки сырой стали. Поэтому номинал диаметра режущей части развертки составляет величину номинала диаметра отверстия плюс 2/3 допуска на него. При этом биение режущей части относительно хвостовика не должно превышать 10 микрон. Следовательно, обработка такими развертками не может обеспечить 2-й класс точности отверстий, что подтвердило изготовление самолетов Ту-204.
Исследование нижней панели центроплана, проведенное после снятия ее с испытаний, показало, что все отверстия, выполненные номинально по 2-му классу точности, являются эллипсными, причем эллипсность в деталях пакета колеблется в диапазоне 0,05...0,1 миллиметра.
В то же время при изготовлении крыла этого самолета на самарском заводе «Авиакор» удалось обеспечить требуемую точность отверстий применением специальных разверток с передним и задним направлением с нулевым биением между ними. Исполнительные размеры режущей части выполнялись в соответствии с нормами стандартных разверток.
На Ульяновском и Казанском авиазаводах для окончательной обработки используются стандартные развертки, что вызывает образование некачественных отверстий. Этому способствует снятие контроля ОТК на стадии образования отверстий, оставляя качество работы на совести рабочего и мастера. Это, естественно, неэффективно, так как даже при обнаружении брака он будет пропущен, ведь при отбраковке деталей производственный персонал несет материальную ответственность.
Вслед за снятием контроля ОТК снимается также и вневедомственный контроль Министерства обороны.
Следует отметить, что ухудшение качества за счет облегчения работы предприятий машиностроения и металлургии – это уже тенденция. Так, при создании новых сплавов или полуфабрикатов они получают путевку в жизнь только после проведения так называемой статистики, то есть выполнения нескольких плавок, после чего корректируются свойства металла, которые укладываются в «статистику». Исключением из этого явился только титановый сплав ВТбч.
В отечественной промышленности имеют место технология и практика, удобные для отдельных предприятий, даже если это приводит к ухудшению качества самолетов.
Так, все титановые болты изготавливаются методом холодной высадки на нижегородском предприятии «Нормаль» без последующей доработки потому, что это выгодно производителю. Болты с выступающей головкой при этом получают с центрирующим пояском, так называемым подголовником. При установке таких болтов в конструкцию, как правило, методом забивания «подголовник» врезается в конструкцию, зачастую вызывая ее повреждение в виде трещин.
Экстренные меры
Выполнение самих отверстий в зарубежном пассажирском авиастроении выполнятся по оснастке (по кондуктору), в отечественном – рассверливанием технологических отверстий, то есть фактически после сборки самолета.
При установке в конструкцию основных болтов с потайной головкой место контакта их с конструкцией становится неопределенным вследствие того, что допуск на угол зенковки находится внутри поля допуска на потайную головку болта (±0,30 на ±1). Место контакта поэтому может находиться или на внешней поверхности зенковки (по большому диаметру), или на поверхности перехода от цилиндрической части отверстия к зенковке. Тогда соединение становится штифтовым, на какое и производится прочностной расчет.
Это положение имеет место, несмотря на то, что еще 12 июля 1977 года было опубликовано авторское свидетельство СССР № 516848 на конструкцию заклепки, в которой угол конусности головки превышает угол конусности гнезда на величину до 3°. Применительно к болтовым и заклепочным соединениям равенство угла головки и зенковки означает перетяжеление конструкции.
В отечественном самолетостроении широко применяются низкоотпущенные высокопрочные стали, например 30ХГСН2А, причем улучшенного качества с вакуумно-дуговым переплавом. В качестве антикоррозионного покрытия в деталях, изготовленных из таких сталей, применяется твердое хромирование на всех выпускаемых и спроектированных самолетах. За рубежом это покрытие не применяется. Альтернативой ему служит «химический никель с фосфором» или покрытие, наносимое плазменным напылением. В отличие от хромирования указанные покрытия не являются концентратором напряжений. Твердое же хромирование наносится при катодном электрохимическом процессе и приводит к наводораживанию основного металла. В результате он охрупчивается, долговечность его снижается. В свое время автор проводил работы по совершенствованию и улучшению хромирования, но это не исключило недостатки такого покрытия полностью.
Хромирование широко применяется в шасси и системе управления и особенно на рельсах. Альтернативой является использование высокоотпущенной стали, например 40ХН2МА, или мартенситностареющих сталей и титановых сплавов.
Таким образом, для достижения устранения технологического отставания в отечественном самолетостроении (в первую очередь для пассажирских самолетов) следует выполнить мероприятия, которые необходимо разделить на срочные (экстренные) и общие (долговременные). В конструкцию пассажирских и транспортных самолетов, находящихся в производстве, изменений вносить не нужно.
К экстренным следует отнести:
1. Вместо точности отверстий под болтовое крепление по Н7 установить точность по Н9, Н10.
2. Болты с посадками СП (с натягом), Р6 (Пл) и переходными (тб и т8) из применения исключить. Болты ставить в конструкцию по посадкам скольжения и движения (h6...h8 или f7...f9).
3. Установить угол головки потайного крепежа (болты, заклепки) ~ на 2° больше угла зенковки отверстия.
4. Установить режимы затяжки для всех болтов на уровне предела пропорциональности материала.
5. Исключить затяжку болтов в конструкции технологическими болтами.
6. Установить точность отверстий под заклепки соответствующей HI 1 с использованием специнструмента (возможный вариант).
7. Исключить окончательную обработку отверстий путем рассверливания предварительных отверстий. Окончательную обработку отверстий выполнять по оснастке (по кондуктору).
8. Заменить болты в планере из сталей 30ХГСН2А и частично ЗОХГСА на болты из стали 40ХН2МА (с прочностью ав=150±10 кг/мм2) при затяжке их на уровне предела пропорциональности (см. п. 4).
9. Заменить титановые болты из сплава ВТ16, особенно получаемые холодной высадкой, на болты из закаленного титанового сплава ВТбч точением, шлифованием и упрочнением.
10. Рельсы из стали 30ХГСН2А с твердым хромированием заменить на рельсы из стали 40ХН2МА с прочностью ав=150±10 кг/мм2 с покрытием химическим никелем или термическим напылением. В последнем случае выполнить исследование ресурса.
Эти мероприятия не являются исчерпывающими и могут быть дополнены в дальнейшем.
К общим мероприятиям для обеспечения серийного выпуска пассажирских и транспортных самолетов, в том числе заправщиков, амфибий и других, можно отнести:
- пересмотр системы авиационных стандартов и нормалей по размерам и допускам аналогично американским;
снять ограничение, введенное ВИАМом, на использование высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов, переиздать производственные и технологические инструкции по существу, а не путем перепечатывания старых инструкций;
пересмотреть ТУ на материалы и полуфабрикаты для создания более чистых сплавов и качественных полуфабрикатов или использовать наработки зарубежных фирм, работающих в России;
разработать нормали на инструмент для обработки отверстий (осевые сверла, зенкера, развертки) различной точности для деталей из алюминиевых и титановых сплавов и смешанных пакетов;
разработать стандарты на выпуск и организацию внедрения директивных технологий в цифровой форме;
перестроить конструкторское и технологическое мышление КБ с учетом зарубежного опыта.
Автор надеется, что предложенные меры помогут вывести авиационное производство на новый уровень, поднять в обеспечении серийного изготовления пассажирских самолетов роль высоких технологий, незаслуженно забытых стараниями «эффективных менеджеров» в авиастроении.
Леонид Брондз, ведущий инженер-технолог ПАО «Туполев», кандидат технических наук
Опубликовано в выпуске № 24 (590) за 1 июля 2015 года
