Конструкция крыла мс 21. Но с тех пор многое изменилось. Генеральный директор ЗАО «АэроКомпозит» Анатолий Гайданский

Большое и важное транспортное событие: в Иркутске сегодня утром совершил первый пробный полёт новый гражданский лайнер МС-21. Для нового самолёта это называется "встать на крыло".

2. На земле.

3. После первого полёта.

(снимки позаимствованы из твиттера Дм. Рогозина)

[...] ...изначально первый полет МС-21 намечался на декабрь 2016 года, затем вице-премьер России Дмитрий Рогозин сообщил, что дату перенесли на апрель, и в начале мая глава Минпромторга Денис Мантуров сообщил о том, что МС-21 поднимется в воздух в конце месяца.

[...] Иркутский авиазавод готовит к испытаниям еще два самолета этой модели. Лайнер должен пройти летные испытания, затем сертификационные. После этого начнется серийный выпуск этой модели. На сегодняшний день авиакомпании подтвердили предзаказ на 185 самолетов МС-21 разных модификаций.

Магистральный самолет "МС-21" - российский самолет, предназначенный для перевозки пассажиров и грузов по России и на международных авиалиниях. МС-21 претендует на ту же коммерческую нишу, что и Boeing и Airbus. При этом в классе среднемагистральных самолетов он имеет самый широкий фюзеляж, что значительно повышает комфорт перевозок. Длина самолета МС-21-200 составляет 33,8 метра, в то время как МС-21-300 достигает длины в 42,3 метра. Ширина фюзеляжа в обоих комплектациях составляет 4,06 метра.

Официальный релиз:

28 мая 2017 года на аэродроме Иркутского авиационного завода – филиала ПАО Корпорация «Иркут» (в составе ОАК) состоялся первый полет нового пассажирского самолета МС-21-300.

Продолжительность полета составила 30 минут, он проходил на высоте 1000 метров при скорости 300 км/час.
План полета включал проверку самолета на устойчивость и управляемость, а также на управляемость двигателей. В соответствии с программой, в ходе полета выполнена имитация захода на посадку с последующим проходом над полосой, набором высоты и разворотом. Данная методика является типовой для первого полета новых типов самолетов.
Самолет пилотировал экипаж в составе летчика-испытателя, Героя России Олега Кононенко и летчика-испытателя, Героя России Романа Таскаева.

Олег Кононенко заявил: «Полетное задание выполнено полностью. Полет прошел в штатном режиме. Замечаний, препятствующих продолжению испытаний, не выявлено». Роман Таскаев отметил: «Подтверждены характеристики и режимы работы двигателей, все самолетные системы работали без сбоев».

Основные характеристики самолёта МС-21-300:

Вместимость в двухкласной компоновке 163 кресла (16 бизнес + 147 эконом)
Вместимость в плотной компоновке 211 кресел
Максимальная взлетная масса 79 250 кг
Максимальная коммерческая нагрузка 22 600 кг
Максимальная дальность полета 6 000 км
Основные размеры
Длина самолета 42,2 м
Размах крыла 35,9 м
Высота 11,5 м

UPD. Ещё фото, с фотопотока ОАК:

4. Взлёт.

5. В полёте.

6. Экипаж и создатели самолёта.

О том, что Россия создала карбоновые крылья , превосходящие крылья Boeing 787, может вызвать неоднозначные чувства у людей, которые разбираются в авиационной технике, однако это действительно так.

Боинг 787 это суперсовременный авиалайнер одноименной авиастроительной компании. Его главная особенность состоит в том, что фюзеляж, который раньше был из алюминиевого сплава, теперь изготавливается из карбона. Поскольку этот карбон разработала японская компания Toray, японская пресса активно обсуждала эту тему.

Благодаря применению карбона, который легче алюминия и не подвержен коррозии, удается снизить расход топлива и повысить комфортабельность салона. Все это не оставляет сомнений в том, что Боинг 787 - самый передовой на сегодняшний день авиалайнер в мире.

Статус программы самолета МС21

После развала Советского Союза долгое время Россия не вела новых разработок - старые технологии откинули российскую авиапромышленность назад. Несмотря на это, России удалось разработать технологию, превосходящую Боинг 787. В особенности сложно поверить в то, что эта технология касается карбона - изюминки Боинг 787.

Самолет Боинг-787 "Дримлайнер"

Когда американские и европейские технологи и специалисты посетили авиационный завод «АэроКомпозит-Ульяновск» и своими глазами увидели производственную линию, они были крайне удивлены: «Мы не верили, что завод способен на такое, пока не увидели все сами ».

Ситуация с разработкой авиалайнеров в России

Несколько слов о разработке авиалайнеров в России: производство пассажирских авиалайнеров начало быстро развиваться после Второй мировой войны. В СССР технологии развивались быстрыми темпами, поэтому реактивные авиалайнеры появились там на два года раньше, чем в США (в СССР в 1956 году, а в США - в 1958).

До 60-х годов СССР немного опережал США. Если сравнивать с Великобританией и Францией, то советская авиапромышленность намного превосходила эти страны. Тем не менее, после того, как в конце 60-х появился Jumbo Jet, СССР начал отставать с точки зрения размеров, электроники и экономичности. При этом считается, что Россия отстает в сфере карбоновых технологий.

В конце 80-х годов прошлого столетия СССР попытался наверстать упущенное. Он разработал такие самолеты, как Ту-204 и Ил-96 , в которых применялись новые технологии (президент России летает на самолете того поколения). Между тем, Союз развалился еще до окончания разработки. Само существование авиационной промышленности оказалось под вопросом, поэтому отставание от Запада только увеличилось. Можно сказать, что Россия проиграла холодную войну и в сфере разработки авиалайнеров.

Российская экономика быстро восстановилась после 2000 года: пришедший к власти Владимир Путин навел порядок, росли цены на нефть . Авиационная промышленность, выжившая за счет экспорта военных самолетов в развивающиеся страны в 90-е годы, начала заниматься гражданскими разработками. Началось массовое производство авиалайнера Сухой Суперджет-100 (SSJ100). По информации компании, в 2014 году было произведено 37 самолетов.

Российский самолет "Сухой Суперджет 100"

В SSJ100 широко использовались западные технологии, в результате чего получился современный самолет, резко контрастирующий с советскими авиалайнерами. Несмотря на это, он не идет ни в какое сравнение с Боинг 787, который создавался в тот же период. Возможно, SSJ100 не отставал от уже летающих самолетов, однако его, вряд ли, можно сравнивать с авиалайнерами, которые находились на стадии разработки.

В настоящее время Россия разрабатывает второе поколение авиалайнеров: МС-21 . По размеру он практически ни чем не отличается от Боинг 737 или Аэрбас А320, которые являются наиболее продаваемыми самолетами. SSJ100 изготавливается из алюминиевого сплава, поэтому можно сказать, что это «обычный самолет ». В свою очередь, у карбоновые крылья и хвост. Мне кажется, этот самолет сможет конкурировать с новейшими образцами.

Если заменить алюминий на карбон, вес снижается примерно на 20%, однако не так-то просто изготовить надежную деталь. Кроме того, стоимость была слишком высокой. Сначала карбон стали применять при производстве военных самолетов, затем он появился в гражданской авиации, однако его применяли в частях, которые не представляют большой важности. Например, если в карбон попадает даже небольшая пылинка, то он становится некачественным, поэтому при производстве самолетов крайне сложно обеспечить абсолютную надежность. В связи с этим сделать крылья из карбона технологически очень непросто.

Российские крылья, превосходящие 787

Что же представляют собой российские карбоновые крылья, которые смогли произвести впечатление на зарубежных специалистов? Главное преимущество состоит в применении передовой, но при этом недорогой производственной технологии. Важные детали Боинга 787 изготавливаются при помощи препрега и автоклава. Производители материала покрывают тонкий слой углеродного волокна жидким пластиком и укрепляют это волокно под давлением, благодаря чему они получили сравнительно простой и надежный производственный метод.

Макет ближне-среднемагистрального самолета МС-21

Тем не менее, препрег стоит очень дорого. При этом его срок хранения ограничен. Кроме того, если материал не используется, его необходимо замораживать. Если ошибиться с температурным режимом и сроком хранения, дорогостоящий материал приходится выбрасывать. Что касается автоклава, то оборудование и его эксплуатация также являются дорогостоящими.

Русские использовали другую технологию, которая заключается в следующем: на углеродное волокно наносится жидкий слой пластика, затем волокно укрепляется в печи, у которой есть только функция нагрева. Этот метод называется трансферное формование пластмасс с помощью вакуума (VaRTM) .

Перспективы «Ильюшина» >>

При использовании препрега нанести пластик ровным слоем на тонкий лист волокна не очень сложно, однако при использовании метода VaRTM пластик наносится после того, как из углеродного волокна формируется деталь самолета, поэтому необходимо наносить его ровным слоем на деталь сложной формы. Крылья самолета не только сложные, но и большие, поэтому задача усложняется. Поэтому Боинг и Аэрбас отказались от использования метода VaRTM при изготовлении крыльев.

«АэроКомпозит-Ульяновск» стала первой в мире компанией, которая полностью исключила из производственного процесса препрег и автоклав. Крылья являются передовыми именно благодаря производственному процессу. Поэтому с точки зрения функциональности их нельзя назвать инновационными. Тем не менее, тот факт, что российской компании удалось снизить себестоимость карбона, который не получает широкого распространения в силу высокой цены, имеет огромное значение.

Как Россия получила новейшую технологию?

На самом деле, в СССР также шли исследования в области производства карбоновых деталей для самолетов. В настоящее время украинская компания «Антонов» применяет карбоновые детали. В транспортном самолете АН-124, который хорошо известен в Японии, используются различные карбоновые элементы второго уровня.

Более того, карбоновые элементы первого уровня есть в транспортном самолете АН-70, который был разработан в конце советского периода и совершил первый полет в 1994 году. Карбоновые детали второго уровня планировалось установить и на Ту-204, который был разработан в конце советского периода. Таким образом, в СССР применялись карбоновые элементы, однако Союз распался до того, как карбон получил широкое применение, поэтому производство авиалайнеров с карбоновыми деталями не развивалось. Что касается «Антонова» , то, несмотря на частичное применение карбоновых технологий, в целом компания отставала от мировых авиапроизводителей.

Также российский технологический уровень, связанный с углеродным волокном, был ниже западного. Предел прочности материала T800S компании Toray, который используется для производства деталей первого уровня для Боинг 787, составляет 5880МПа, в то время как российского - 3500МПа. Это значение находится примерно на одном уровне с материалом Т300 компании Toray, который был разработан 40 лет назад. После развала СССР нам было не до разработки технологий, поэтому считалось, что она отстает от Запада в сфере карбоновых технологий.

Каким же образом России удалось сделать карбоновые крылья, превосходящие Боинг 787?

На заводе «АэроКомпозит-Ульяновск» используют технологию австрийской компании FACC , благодаря чему удалось овладеть технологией изготовления карбонового крыла. Также на заводе есть роботы немецкой компании Kuka и автоматические погрузчики испанской MTorres. Большая часть оборудования - западного производства.

Полноразмерный макет кабины МС-21

«АэроКомпозит-Ульяновск» приобрела технологический пакет, благодаря чему смогла пользоваться результатами многолетних исследований. В результате технологическое отставание, включая советский период, было сведено на нет за короткое время. Благодаря этому компания преуспела в производстве крыльев для МС-21 без использования препрега и автоклава.

«Авиастар-СП» начал производить новые модифицированные ИЛ-76МД-90А >>

«АэроКомпозит-Ульяновск» получила в свои руки только технологию укрепления углеродного волокна при помощи пластика. Дело в том, что не так-то просто приобрести технологию производства углеродного волокна для авиационных элементов первого уровня, прочность которых должна составлять 6000МПа. Подобный материал не производится в России.

Полноразмерный макет салона МС-21

Тем не менее следует уважать решение России производить крылья по новейшей технологии, которая не применялась в других странах, к тому же страна действительно преуспела в этом. Завод «АэроКомпозит-Ульяновск» произвел огромное впечатление на зарубежных авиационных специалистов. Эта компания, производящая передовые карбоновые крылья с применением новейшего автоматизированного оборудования, способна улучшить сложившийся имидж России.

Значение карбоновых крыльев МС-21

Поражает способность компании овладеть передовой технологией за короткий период. Карбоновые крылья МС-21 продемонстрировали то, что российские технологии, казавшиеся безнадежно устаревшими, находятся в полном порядке. Производство карбоновых крыльев для авиалайнера способом, превосходящим технологии Боинг - это действительно выдающееся достижение.

Легендарные двигатели Д30КУ/КУ-154 >>

Тем не менее говорить о том, что Россия вышла на первое место по карбоновым технологиям, еще рано. Россия не разрабатывала эту технологию с нуля. Она применила иностранную технологию производства авиационных деталей методом укрепления углеродного волокна пластиком. При этом само углеродное волокно импортируется (в ближайшее время Россия вряд ли сможет стать ведущим игроком в сфере производства углеродного волокна).

Это означает, что другие страны также могут применить подобную технологию для производства карбоновых крыльев. Япония производит хвост MRJ на основе собственных технологических разработок. При этом Япония - родина углеродного волокна .

Россия преуспела в разработке карбоновых крыльев для МС-21. По всей видимости, это не единственное явление в российской промышленности, которое свидетельствует о развитии индустрии и технологий.

Лидеры и перспективы

Большую часть рынка композитов занимают крупные международные компании, штаб-квартиры большей части которых - в США или Японии. Самый крупный производитель композитов – японский химический конгломерат Toray , оборот примерно $18 млрд и 10% выручки приходится, собственно, на композиты. Композиты японцы начали выпускать в начале 70-ых годов, после того как освоили выпуск нейлона, синтетических материалов и другой продукции.

В пятерке лидеров – азиатские Mitsubishi, Toho, Formosa, они специализируются в том числе на выпуске сырья – белой нити, из которой потом делают углеродное волокно. Среди крупнейших производителей ткани и препрегов – американские Hexcel и Cytec (последняя совсем недавно вошла в европейский концерн Solvay с оборотом свыше 12 млрд евро). Есть в списке заметных потребителей и компании с интересной историей. Например, австрийская FACC с оборотом более 1,2 млрд евро выросла из композитного направления европейского производителя спортивного инвентаря Fischer. По оценкам экспертов в настоящее время мировой рынок углекомпозитов оценивается свыше $3,1 млрд с потенциалом удвоения каждые пять лет.

По прогнозам экспертов университета Tennessee и Oak Ridge National Laboratory, в ближайшие 5 лет аэрокосмическая отрасль будет конкурировать с другими потребителями композитов. В 2018 году потребление композитов аэрокосмической индустрией оценивается в 13%, автомобильной промышленностью – в 20%, производстве всевозможных баллонов – от аквалангистов до цистерн - 22%, а ветряной энергетике – более 10% от общего объема потребляемых материалов.

Испытания крыла МС-21

Композитное крыло перспективного российского пассажирского самолета МС-21 разрушилось во время статических испытаний. Как пишет Aviation Week со ссылкой на представителя корпорации «Иркут», которая будет серийно выпускать новые лайнеры, крыло сломалось под нагрузкой 90-100 процентов от предельной расчетной. При этом специалисты отметили, что доказанного во время статических испытаний запаса прочности композитного крыла МС-21 будет достаточного для первого испытательного полета самолета, запланированного на весну текущего года.

Статические испытания являются одним из этапов ресурсных испытаний, позволяющих проверить соответствие реальных параметров конструкции расчетным. Такие испытания позволяют проверить надежность и долговечных элементов конструкции новых летательных аппаратов. В ходе статических испытаний тот или иной элемент самолета нагружают с помощью специального оборудования, чтобы определить, как конструкция выдерживает постоянные нагрузки.

По словам представителя российской корпорации, конструктор крыла МС-21 изначально пошел по пути уменьшения его массы, что и привело к поломке конструкции во время испытаний. При какой именно величине нагрузки произошла поломка крыла, не уточняется. Предельная расчетная нагрузка крыла МС-21 в полтора раза выше эксплуатационной нагрузки, которую оно будет принимать на себя во время обычных полетов.

Изучив характер поломки специалисты пришли к выводу, что крыло МС-21 необходимо будет дополнительно усилить. Дополнительные усилительные элементы будут добавлены на панели обеих консолей крыла. В результате само крыло станет тяжелее на 25 килограммов, но это, как полагают разработчики, не скажется на максимальной взлетной массе МС-21.

Несмотря на то, что доказанного запаса прочности крыла хватает для начала летных испытаний, разработчики решили изготовить новое усиленное крыло прежде, чем МС-21 поднимется в воздух. Это позволит сэкономить время для масштабных летных испытаний, запланированных на лето текущего года, благодаря отказу от переделки самолета. Будет ли перенесена дата первого полета самолета из-за необходимых доработок, пока неизвестно. Изначально это событие планировалось на начало текущего года.

Создание МС-21 ведется с первой половины 2000-х годов. В зависимости от конфигурации российский лайнер сможет перевозить от 150 до 210 пассажиров. Дальность его полета составит более пяти тысяч километров, а скорость полета - около 870 километров в час. Одна из комплектаций МС-21 получит новые двигатели ПД-14, первые за последние почти 30 лет новые российские силовые установки. Первый летный образец лайнера создается в версии МС-21-300.

В своем классе лайнер получил самый широкий фюзеляж. Его ширина составляет 4,06 метра. МС-21 является первым в мире узкофюзеляжным пассажирским самолетом с крылом, выполненным из композиционных материалов. О том, как изготавливается композитное крыло МС-21, выполненное из углеволокна и полимерного связующего, можно почитать в . Крыло МС-21 решили делать из композиционных материалов, поскольку по своей прочности они соответствуют современным авиационным сплавам, но имеют меньшую массу.

Василий Сычёв

В Ульяновске на полную мощность заработал уникальный завод "АэроКомпозит", где изготавливают крылья для перспективного самолета МС-21. Подобных технологий в мировом авиапроме еще не применял никто: так называемое "черное крыло" (оно на самом деле черного цвета) "выпекают" в специальных печах - термоинфузионных автоматизированных центрах.

На выходе ульяновцы получают конструкцию с улучшенными аэродинамическими качествами и увеличенным ресурсом работы.

Когда меня спрашивают, чем композитные материалы отличаются от "традиционного" металла, я привожу пример: в начале XX века строили деревянные самолеты. А в 20-е годы их начали делать металлическими - это была своеобразная революция в авиастроении. Сейчас происходит то же самое, - говорит главный технолог завода Андрей Громашев.

Агрегаты из композитных материалов для самолетов сегодня изготавливают мировые лидеры в области авиастроения - компании Airbus и Boeing. Авиапроизводители используют традиционный - автоклавный метод, когда уже пропитанная специальным составом углепластиковая ткань выкладывается на поверхность в несколько слоев и помещается в печь. Эта технология достаточно сложная, процесс ограничен во времени.

На "АэроКомпозите" пошли другим путем: здесь применяют метод вакуумной инфузии. Это решение было достаточно смелым: по сей день никто в мире еще не изготавливал таким способом силовые конструкции для гражданской авиатехники. Но разработчики посчитали, что они не должны идти "по пятам" у западных компаний - догнать их будет сложно. А теперь удалось встать, по крайней мере, в один ряд.

Технологию, применяемую на заводе - метод вакуумной инфузии - сначала несколько лет испытывали в лаборатории в Москве. Результатов удалось добиться потрясающих: пористость материала составила 0,2-0,3 процента (при максимально допустимой в три процента). Крыло получилось более ремонтопригодным, срок между регламентными обслуживаниями, по сравнению с металлическим аналогом, увеличился вдвое - до двух тысяч часов налета. Ресурс, во время испытаний в Центральном аэрогидродинамическом институте, превысил более 120 тысяч часов.

Процесс изготовления крыла занимает, в общей сложности, около шести - семи месяцев. "Рождение" каждого агрегата - составляющей части - начинается в так называемой "чистой комнате". Она имеет площадь 11 тысяч квадратных метров и оснащена специальной системой очистки, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Сухой углеродный наполнитель выкладывают на композитную оснастку, которая формирует аэродинамический контур крыла. После этого его закрывают специальными технологическими материалами. При помощи специальных трубок отсасывают воздух: агрегат "заключают" в вакуум. Затем его закрывают в в печи при температуре 120 градусов и по трубкам подают разогретый связующий материал - эпоксидную смолу. Она, как волна, проходит через углеводородные волокна, толкая впереди себя пузырьки воздуха.

С момента закрытия печи и до момента выкатки готовой части крыла проходит 20 часов. Затем деталь сутки стоит в нетронутом виде - "релаксирует", а после отправляется на шлифовку и на сборку.

Заводов, подобному ульяновскому, нет нигде в мире. Здесь не только "выпекаются" композитные агрегаты, но еще и производится сборка крыла в целом (обычно это делают на предприятиях-сборщиках). Причем, также оригинальным способом.

Самолетная конструкция собирается в оснастке, но не вынимается из нее. Отдельные узлы вместе с ней перемещаются по конвейеру, с одной позиции на другую. И крыло собирается вместе с наращиванием оснастки. Это дает точность и надежность сборки, позволяет достичь заданной геометрии крыла, - поясняет Громашев.

При создании крыла для МС-21 используется более 100 крупногабаритных элементов конструкций из композиционного материала. Детали получаются на 5-10 процентов легче, чем аналогичные алюминиевые. Композитные крылья позволят самолету экономить: за счет того, что они легче, чем металл, расход топлива у воздушного судна уменьшится на шесть - восемь процентов.

По словам руководителя предприятия Анатолия Гайданского, сейчас завод способен делать до 24 самолетокомплектов в год. К 2024-25 году, с развитием программы МС-21, мощность увеличится в три раза.

Первое крыло для первого летного экземпляра самолета МС-21 в Ульяновске планируют изготовить в сентябре нынешнего года. Его отправят в Иркутск, где ведется окончательная сборка перспективного воздушного судна. В следующем году МС-21 должен подняться в воздух.

Роман Гусаров - руководитель интернет-портала AVIA*RU Network / Фото: www.aex.ru

Как мы знаем, время выкатки первого экземпляра самолета МС-21, с которым связаны все наши надежды на возрождение российского авиапрома, неумолимо приближается. И наиболее интересным и революционным (для России) в конструкции планера этого самолета является использование так называемого «черного крыла». Несмотря на то, что ведущие западные производители уже решили эту задачу, технология, которую будут использовать в России, существенно отличается от освоенной конкурентами. Чтобы разобраться в особенностях технологического процесса и понять, каковы наши шансы на успех, мы и побывали на 2-х площадках компании «АэроКомпозит» в Москве и Ульяновске.

10 марта 2015 года ЗАО «АэроКомпозит» объявило о создании на базе Опытной лаборатории технологий и конструкций из ПКМ новой испытательной лаборатории для проведения комплекса работ по прочностным и климатическим испытаниям конструктивно-подобных образцов из полимерных композиционных материалов. Кроме этой московской площадки, где с 2011 года проводились исследования композиционных материалов, и отрабатывалась технология изготовления изделий, в 2013-14 годах «Объединённая авиастроительная корпорация» открыла два новых производства: «КАПО-Композит» в столице Татарстана Казани (специализация завода - производство агрегатов механизации крыла и оперения, а также элементов носовой и хвостовой части крыла воздушного судна, изготовленных по автоклавной технологии) и «АэроКомпозит-Ульяновск» - завод по выпуску элементов конструкции воздушных судов из композиционных материалов на основе инфузионной технологии.

«С запуском новой лаборатории мы можем самостоятельно осуществлять испытания изготавливаемой нами продукции на ее различных этапах производства. Это большой плюс, так как появилась независимость от сторонних организаций. Для решения новых задач, стоящих перед компанией, использования на производстве новых материалов отечественного производства, мы планируем существенное дооснащение испытательной лаборатории в течение года», - отметил генеральный директор ЗАО «АэроКомпозит» Анатолий Гайданский.

Генеральный директор ЗАО «АэроКомпозит» Анатолий Гайданский

«Создание лаборатории на первом этапе было обусловлено необходимостью исследования полимерных композиционных материалов и отработкой технологии изготовления, на основе этих материалов, образцов, опытных образцов, а также составление технологической документации и применение полученных результатов на производственных площадках - завод в Казани и завод в Ульяновске. Мы создали лабораторию, которая помогает в запуске проекта “МС-21” и проверке заложенных конструктивных и технологических параметров. Все оборудование, которое было приобретено, изначально предполагало возможность смоделировать все эти технологии, отработать основные направления в работе и изготовить опытные образцы по технологиям», рассказывает начальник Опытной лаборатории технологий и конструкций из ПКМ ЗАО “АэроКомпозит” Алексей Слободинский.

На данном же этапе несколько изменилась и ориентация лаборатории в Москве. Во главу угла встали направления испытательного характера - входной контроль материалов с проведением механических испытаний, испытаний по химии, работа с образцами-спутниками, которые требуются для подтверждения качества самих агрегатов. Поэтому была проведена соответствующая работа по подготовке лаборатории. Прежде всего, по аккредитации этой лаборатории и возможности выполнения всех этих работ в интересах заводов. Такая аккредитация была проведена и в декабре 2014г. испытательная лаборатория получила аттестат аккредитации Авиарегистр МАК, который позволяет выполнять все эти работы.

Начальник опытной лаборатории технологий и конструкций из полимерных композиционных материалов ЗАО “АэроКомпозит”, генеральный директор ЗАО «КАПО-Композит» Алексей Слободинский

Итак, в качестве основного направления была выбрана инфузионная технология. Как я уже упомянул, для России эта технология новая и неизведанная. И, несмотря на то, что в мире она существовала и ранее, ещё никто не использовал её в промышленных масштабах, а тем более для изготовления крупных авиационных конструкций. Эта технология подразумевает использование сухих материалов, как правило, «угольных» и отдельно связующего вещества (смолы). Технология предполагает 2 этапа. На первом этапе изготавливается, так называемая, “преформа” - сухие материалы укладываются на оснастку, формируется герметичный «мешок», из которого откачивается воздух, после чего происходит формование в термопечи. По специально разработанному в лаборатории графику, с определенной скоростью и по определенным параметрам происходит нагрев, выдержка и охлаждение. А на втором этапе собирается уже «боевой мешок» с этой прессованной и сформированной деталью и производится её пропитка смолой за счет вакуума - изделие помещается в специальную печь и «запекается» при температуре. При этом из вакуумного мешка откачивается воздух и одновременно, за счет разряжения происходит равномерное пропитывание смолой.

Это и есть, так называемая, “инфузионная технология”, которую здесь отрабатывают на различных элементах, начиная от самых тоненьких панелей в 3-4-5 слоев и до полномасштабных изделий. «Мы пытались понять, какую толщину панели можем сделать, чтобы она отвечала всем прочностным требованиям. В итоге мы получили панели со стабильными характеристиками от 2 до 25 мм, которые, по расчетным данным, соответствуют всем нормативам», говорит Алексей Слободинский. Помимо изготовления самих панелей и образцов, как таковых, здесь отрабатывают все элементы, которые входят в производственный цикл. Начиная от входного контроля материалов, раскроя материалов с использованием лазерной техники, выкладки преформы, сборки «боевого мешка» и проведение самого цикла инфузии, с использованием термо-инфузионного комплекса.

Материалы на основе углеволокна приходят в рулонах, которые мало чем отличаются от обычной ткани. Здесь установлены лазерные проекторы, которые подсвечивают контуры модели и профессиональные закройщицы раскраивают материал по лазерным лекалам. Далее вручную производится выкладка преформы.

Многие вопросы изначально были очень сложны, так как не было ни практики, ни учебников, и все приходилось делать «с листа». Иностранцы тоже не спешили делиться своими секретами. Например, долго не могли сделать выкладку ткани, чтобы слои материала не рассыпались в разные стороны. В технологии с препрегом, когда волокна материала уже пропитаны связующим веществом, таких проблем нет. В данном же случае материал сухой. «Оказалось, что есть технология глажения утюгом, - рассказывает Слободинский, - мы это увидели на фотографиях, иллюстрирующих публикации в западной прессе по данной теме. Постепенно вышли на нужную технологию выкладки материала, используя утюги с регулируемой температурой нагрева.

Казалось бы, зачем такие сложности, когда есть уже проверенная и подтвержденная технология. Но есть один немаловажный нюанс, влияющий на качество изделия - срок годности материала. Дело в том, что препрег, использующийся при автоклавной технологии, имеет ограниченный срок годности от 9 до 12 месяцев, а сухие материалы имеют значительно больший период хранения. К тому же, сухие материалы хранятся при комнатной температуре, в отличие от препрега, который необходимо хранить в морозильной камере при температуре не ниже минус 18 градусов. И каждый вынос этого материала, размораживание, которое происходит в течение суток, уменьшает срок его годности. Его привозят в морозильных рефрижераторах, сразу ставят в морозильные камеры, соответственно идет учет “времени жизни” этого материала. Это достаточно непростая задача, которая требует жесткого контроля, вплоть до поминутного учета времени до окончания срока использования данного материала. Все это значительно усложняет использование данных материалов и повышает риски получения некондиционного изделия. С инфузионной же технологией ничего этого не требуется. Материалы хранятся без всяких температурных требований просто на складе. А связующее вещество хранится отдельно в морозильной камере в течение 12-14 месяцев.

К тому же, на серийном производстве в «АэроКомпозит-Ульяновск» никакого глажения утюгами нет. Там выкладкой преформы занимается специальный робот, который по определенному алгоритму выкладывает будущие панели крыла из тонких лент, одновременно «припаивая» их к предыдущему слою (см. фото). В результате получается цельное изделие без единого шва и заклепки. Лабораторные испытания и исследования послужили подтверждением правильности выбора инфузионной технологии. В Европе до сих пор не пришли к такому решению, чтобы консоль крыла делать композиционной по этой технологии. В данном случае Ульяновск - первый завод в мире, где применяется инфузионная технология для изготовления силовых конструкций крыла самолета.

Преимущества этой технологии показали и испытания. В итоге, как минимум не проиграли в прочностных характеристиках, а если говорить об экономических и технических показателях, то инфузионная технология дешевле, в том числе и с точки зрения энергоемкости. Автоклав - устройство достаточно сложное, которое требует дополнительного обеспечения безопасности, поскольку там используются высокое давление и высокая температура.

Выкладка нижней панели будущего крыла самолета МС-21 на заводе «АэроКомпозит-Ульяновск»

В отличие от небольшого термокомплекса на московской площадке, в Ульяновске установлена уникальная 22-х метровая печь, в которую целиком входит панель или лонжерон крыла, с допустимым температурным градиентом по всей длине печи не более 2-х градусов. Совместно с ними «поджариваются» и изделия-спутники - специальная небольшая модель, которая проходит все этапы изготовления параллельно с основным изделием. Спутник предназначен для того, чтобы провести все испытания по контролю качества на этом образце, не повреждая основное изделие. Так как Спутник изготавливается вкупе с самой деталью, в аналогичных условиях и при аналогичных параметрах, он является аналогом этой детали. Затем из панелей-спутников вырезаются образцы и проводится целый курс испытаний. Испытания на разрыв, испытания на сжатие, испытания на сдвиг.

Анатолий Гайданский в термопечи после завершения процесса инфузии панели-спутника на заводе «АэроКомпозит-Ульяновск»

Но почему же испытательная лаборатория была создана не в Ульяновске, ближе к производству, а в Москве? Дело в том, что лабораторию создавали поближе к тем, кто занимается разработкой, чтобы конструкторы и технологи могли получить ответы на свои вопросы в кратчайшие сроки, которые их интересуют. Так оно и происходит! Прочнисты, например, находятся в постоянном взаимодействии со специалистами испытательной лаборатории - они закладывают данные и хотят получить результат. То есть, уже через сутки можно получить результат. Это значительно ускорило темпы разработки и освоения технологии. «Даже иностранцы, с которыми мы совместно работали, прежде всего, поставщики материалов, были поражены нашим темпом движения», - рассказывает Слободинский.

В лаборатории работают 23 человека. Большинство (20 чел) - это люди с высшим образованием, закончившие МАИ, МАТИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана. Это основные наши специалисты. Мало того, требования, которые предъявляет АРМАК по аккредитации лаборатории, подразумевают специальную квалификацию специалистов. Все сотрудники прошли курс подготовки и получили сертификаты на право проведения тех или иных испытаний. Проверка АРМАК показала высокий уровень знаний, умений, практических навыков.

Оборудование испытательной лаборатории состоит из различных испытательных стендов и дополнительного сопроводительного оборудования: 1.Испытательные стенды (нагрузка 25 и 60 тонн). На них проводятся испытания по разным стандартам - на сдвиг, растяжение, разрыв и др. 2.Копёр - машина для испытания на удар. 3.Климатическая камера - используется для создания длительного воздействия окружающей среды (температура, влажность) на образцы перед испытанием. 4.Испытательный стенд (нагрузка 25 тонн) имеет возможность создавать условия климатического воздействия (температура, влажность) во время испытания. 5.Приборы для проведения ультразвукового контроля с различными диапазонами измерения. Инвестиции в проект составили около 30 млн. рублей. Оборудование стоит самое современное, которое используется и в Европе.

"Все стандарты, которые мы выдерживаем, как европейского плана, например, по проекту Sukhoi SuperJet 100, так и требования российских стандартов, заложенных в проекте МС-21, выполняются. Методики отработаны, работа с оборудованием отработана и идет полномасштабная испытательная работа лаборатории", - говорит Алексей Слободинский.

Лаборатория также занимается и вопросами разработки методик ремонта агрегатов из композиционных материалов, в том числе и в полевых условиях. Для выполнения ремонта в полевых условиях имеется универсальный мобильный комплекс, который не требует больших энергетических затрат. Это одновременно и устройство ультразвукового неразрушающего контроля, и мобильная печь для локального ремонта, в том числе и без демонтажа агрегата. В будущем, а такие работы уже ведутся, в крыло самолета будут вмонтированы оптоволоконные датчики, которые в режиме реального времени будут фиксировать все нештатные ситуации и контролировать состояние конструкции.

Универсальный мобильный комплекс для диагностики и проведения полевого ремонта композиционных материалов

Одно из направлений исследований - обработка изделий на 5-ти координатных фрезерных центрах, чтобы понять возможные режимы резания, подобрать оптимальный инструмент для резания, поскольку это не привычный металл, а композит, требующий особых условий обработки. От правильно подобранного режима будет зависеть и качество полученного изделия.

После отработки все эти технологии передаются на заводы в Казань и Ульяновск. Прежде всего, в Ульяновск, поскольку инфузионные технологии там используются для сборки консоли крыла и центроплана МС-21. В Казани также, наряду с использованием традиционной автоклавной технологии для изготовления агрегатов и панелей, используют и инфузионную технологию для изготовления своих композиционных оснасток. Только оно происходит, в отличие от деталей, производимых в Ульяновске, при комнатной температуре, а не в печи. Хотя температура тоже несколько повышена. На «КАПО-Композит» работы идут в двух направлениях: МС-21 и Sukhoi SuperJet 100. Для МС-21 Казань готовит всю механизацию: носовая, хвостовая часть крыла, лобовики носовые, малые агрегаты, элероны, закрылки, законцовки крыла, рули высоты и рули направления.

Задний лонжерон, изготовленный на заводе «АэроКомпозит-Ульяновск», который будет установлен на первый экземпляр самолета МС-21

«МС-21 это первый самолет в нашей гражданской авиации с широким использованием композиционных материалов. Применение этих материалов создает значительные преимущества по сравнению с алюминием в первую очередь в области аэродинамики. Применение композитного крыла дает значительный эффект в улучшении топливной эффективности за счет более совершенной геометрии крыла и уменьшения аэродинамического сопротивления. Ну и улучшение весовых характеристик. Сборка крыла и центроплана уже начата. В течение лета этого года мы их сдадим на «Иркут» для сборки первого самолета, который планируется выкатить в конце 2015 года (в августе планируется специальная программа и презентация стыковки крыла в рамках авиасалона МАКС-2015). Все наши заводы построены с нуля. Это совершенно уникальные технологии, которые разработаны нашей компанией», - говорит генеральный директор ЗАО «АэроКомпозит» Анатолий Гайданский.

Сборка центроплана первого самолета МС-21 на «АэроКомпозит-Ульяновск» (верхняя и нижняя панели изготовлены из композиционных материалов

Крыло самолета МС-21 состоит из 9 тысяч деталей. В настоящее время в Ульяновске устанавливается уникальная линия по сборке крыла, которое будет выходить с завода с полностью установленной механизацией и всей необходимой «начинкой». Вообще говоря, работников «АэроКомпозит-Ульяновск» для такого большого завода совсем не много. Секрет в том, что это царство робототехники. На большинстве постов работники являются операторами и контролерами. Несомненно, без ручного труда не обойтись, но это, в основном, работы по установке, снятию или транспортировке изделий, да и то чаще всего с помощью специальных приспособлений. Основные же, самые ответственные операции, выполняют роботы.

Стенд линии сборки, на котором будет производиться окончательная стыковка панелей крыла самолета МС-21

Ничего подобного в нашем авиапроме до сих пор не было. Скажу честно, ничего подобного я не видел и на Боинге с Эйрбасом. Да и находясь на заводе, где все сотрудники в белых халатах и бахилах, специальные требования к качеству воздуха и в напольном покрытии видишь свое отражение, не верится, что все это в России. Впервые в новейшей истории мы не пытаемся тиражировать старые отработанные технологии, и не пытаемся слепо скопировать зарубежный опыт, а выступаем новаторами и хотим оказаться в технологическом авангарде мирового гражданского авиастроения.

МОСКВА, AEX.RU, Роман Гусаров
1