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
