Новый композит сделает самолет прочней и легче
Как сделать самолет прочней и легче? Чтобы он тратил меньше топлива и брал на борт больше груза? Наука нашла ответ: применяйте вместо металла, в частности алюминия и титана, полимерные композиты. Они прочней в 6-8 раз и легче в два раза. К примеру, на 50 процентов из них состоит самолет Boeing 787 Dreamliner, а истребитель Eurofighter - даже на 70. Но ученые неугомонны, хотят выжать из композитов максимум. Сегодня цель лабораторий в ведущих странах - создать композиты, способные выдерживать высокие температуры. Это позволит заменить металл и в тех узлах летательных аппрататов, где ему пока нет альтернативы. Речь прежде всего идет о двигателях и обшивках, к примеру, сверхзвуковых самолетов. Разработка таких термостойких материалов давно идет во всем мире. Но без особого успеха. Почему?
- Причина в специфике самих композитов, - объясняет сотрудник химического факультета МГУ им. Ломоносова, кандидат химических наук Александр Бабкин. - Они состоят из полимерной матрицы, на которую "наброшена" углеродная ткань. Но если ткань способна выдержать даже 1000 градусов Цельсия, то полимер максимум 250 градусов. В принципе, конечно, можно создать композит, который держит и 450 градусов, но он должен быть технологичным. Ведь он нужен не сам по себе, из него надо делать сложные детали. А все нынешние технологии "заточены" под эпоксидные полимеры, работающие максимум при 150 градусах. Кардинально менять технологии никто не будет, проще оставить все, как есть, по прежнему изготавливать детали из металла.
Говоря образно, российским ученым требовалось обмануть технологию. Создать композит, который на входе технологического процесса по своим свойствам похож на эпоксид, чтобы технология его не отторгала, а на выходе получился материал, способный держать высокую температуру. И это удалось. Специалисты МГУ первыми в мире создали термостойкий материал для работы при очень высоких температурах, до 450 градусов Цельсия. И что принципиально важно, он не требует каких-либо изменений в существующей технологии.
Почему россиянам удалось опередить конкурентов? Казалось бы, сами методы создания композитов уже хорошо известны. Поиск ведется на суперкомпьютерах, где разрабатываются и просчитываются разные варианты материала и отбираются лучшие.
- Здесь есть своя специфика. Дело в том, что на суперкомпьютерах удается рассчитать только очень приблизительный вариант композита, но он далек от того, что получается в реалии, - говорит Александр Бабкин. - Хотя мы тоже применяли компьютерные модели, но все же работа больше основана на эмпирике, исходя из накопленного опыта, знаний и интуиции.
Скорей всего, если бы все решала вычислительная техника, то с задачей быстрей справились бы зарубежные конкуренты, ведь в их руках мощные суперкомпьютеры. Но в данном случае, как говорится, голь на выдумки хитра. На создание российского композита ушло четыре года. Проверено более 100 вариантов материала, из них отобрано десять. Сейчас изготавливаются опытные образцы деталей самолета в Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ) имени П.И. Баранова, в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А.Н. Туполева. Работа велась в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса РФ на 2014-2020 годы".
Сергей Деменко
