Ученые создали сверхпрочный сплав для отечественных авиационных двигателей
Прочность титановых лопаток — самых нагруженных элементов отечественного авиационного двигателя ПД-14 — возрастет на 20%. Благодаря чему их ресурс повысится в два-три раза. Это, в свою очередь, значительно увеличит надежность и долговечность силовой установки самолета МС-21, сократив время на ее техническое обслуживание. Таких показателей удалось добиться с помощью особой технологии деформационной обработки титановых сплавов. В настоящее время уже создана экспериментальная партия деталей, которую испытают на предприятии, входящем в Объединенную двигателестроительную корпорацию. Ожидается, что технологию начнут применять в ближайшие пять лет.
Поворот на сжатие
МС-21 должен стать первым разработанным в России среднемагистральным авиалайнером, который пойдет в серийное производство.
— В настоящее время мы ведем сертификационные испытания самолета МС-21-300, — сообщили в пресс-службе Объединенной авиастроительной корпорации. — Полеты выполняют четыре машины, оснащенные импортными двигателями PW1400G-JM. И уже строится самолет МС-21-300, который пройдет летные испытания с отечественными двигателями ПД-14.
Как сообщили в компании, параллельно с испытаниями сейчас идет постройка первых лайнеров для поставки заказчикам.
По информации «Известий», российские ученые работают над увеличением ресурса отечественной силовой установки. В частности, одной из прорывных инноваций в этой области станет улучшение качества материалов, используемых для производства титановых лопаток. Именно эти детали являются ключевыми элементами современных газотурбинных авиадвигателей. Вращаясь на специальных дисках, они нагнетают воздух из окружающей среды и с силой выбрасывают его из мотора, тем самым приводя самолет в движение. Для такой работы требуется исключительная прочность, от которой напрямую зависит долговечность двигателя.
Самолет МС-21
Источник изображения: Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков
Значительно улучшить характеристики лопаток удалось российским специалистам, которые разработали уникальную технологию обработки материалов.
— Титан и его сплавы имеют структуру, которая состоит из мелких зерен, по своей форме напоминающих сферы, — рассказала ведущий научный сотрудник Уфимского государственного авиационного технического университета Ирина Семенова. — Их диаметр составляет от 5 до 300 микрометров, и чем меньше размер зерна, тем прочнее получается материал. Используя новую технологию обработки, можно уменьшить их размер до 100 нанометров (0,1 микрона), что позволяет упрочнить сплав не менее чем на 20%.
Причем в отличие от традиционных способов работы с металлами (например, горячей прокатки) новая технология позволяет сохранить форму зерен и тем самым предотвратить снижение пластичности.
По словам разработчиков, для достижения таких результатов использовался метод деформирования под сверхвысоким давлением (до 6 гигапаскалей, или 52 тыс. атмосфер), которое возникает при прохождении заготовки по каналам из жаропрочного материала, находящимся под определенным углом друг к другу. При этом происходит всестороннее сжатие разогретого материала, в результате чего он становится ультрамелкозернистым. В дальнейшем получившаяся заготовка должна пройти стандартную термомеханическую обработку (например, методом объемной штамповки), необходимую для получения готовой детали.
Масштабирование технологии и ее внедрение на заводах авиационной промышленности планируется произвести путем изготовления необходимых пресс-форм, установив их в цехах, оснащенных мощными прессами. Кроме того, новые материалы можно получать при использовании метода радиальной ковки — на тех производствах, где ее применяют.
Путь лопатки
В настоящее время уже создана экспериментальная партия титановых лопаток повышенной прочности, которая пройдет испытания на предприятии ПАО «ОДК-УМПО», входящем в Объединенную двигателестроительную корпорацию. Ожидается, что в дальнейшем созданные по новой технологии детали будут устанавливать на двигатели ПД-14, которые планируется использовать на новом российском авиалайнере МС-21.
— Новые изделия смогут дольше выдерживать те колоссальные вибрационные нагрузки, осевые и циклические напряжения, с которыми связана работа авиационного двигателя, — пояснила Ирина Семенова. — Ресурс деталей из нового материала (при условии 20% упрочнения) может быть увеличен в два-три раза, а повышение надежности скажется на безопасности полетов.
Турбовентиляторный двигатель ПД-14
Источник изображения: Фото: РИА Новости/Рамиль Ситдиков
По словам эксперта, установка новых деталей не потребует изменения регламентов технических проверок двигателей, поскольку им необходимо аналогичное обслуживание. При этом есть шанс, что сами контрольные мероприятия получится сделать менее частыми, что упростит эксплуатацию авиалайнеров.
Новую разработку оценили ученые из МИСиСа.
— Примененный метод равноканального углового прессования действительно позволяет получать уникальные свойства на различных металлах, увеличивая эксплуатационный ресурс изготовленных из них деталей, — подчеркнул заведующий лабораторией «Гибридные наноструктурные материалы» НИТУ «МИСиС» Александр Комиссаров. — На мой взгляд, абсолютно логично, что применение усовершенствованных материалов начнется именно с высокотехнологичных продуктов российского производства, одним из которых является авиадвигатель ПД-14.
Представители ПАО «ОДК-УМПО» отказались оперативно ответить на вопросы «Известий».
Ожидается, что освоение новой технологии на заводах авиационной промышленности произойдет в ближайшие пять лет.
Александр Буланов