uacrussia (uacrussia) wrote,
uacrussia
uacrussia

С небес на землю: Обнинские композиты в авиации, в космонавтике и даже в адронном коллайдере


На фото: Обечайки ракет-носителей при диаметре до 5 м и длине до 4 м обладают малым весом и высокой прочностью.

Новые материалы вокруг нас часто разрабатывались специально для космоса или авиации. Родина множества отечественных композитов, специальных покрытий и оптических конструкций – Обнинск. Мы съездили в Калужскую область, на предприятие ОНПП «Технология» им. А. Г.Ромашина (холдинг «РТ-Химкомпозит», входит в госкорпорацию «Ростех»), чтобы узнать какие разработки начнут внедряться на отечественных самолетах в ближайшие годы.

Самый популярный тренд в отечественном авиастроении последних лет – активная замена традиционных металлов – алюминия и титана – новыми композитными материалами – угле- и стеклопластиками. В ближнемагистральном SSJ100 – около 12 % углепластика, в новом отечественном лайнере МС-21 доля композитов превышает треть от общего веса. Впервые в отечественной истории новый лайнер будет иметь как крыло, так и хвостовое оперение из углепластика. Киль для МС-21 как раз и делают здесь.

Но прежде чем отправиться в цех, где происходит выкладка агрегатов из угольной углеродной ткани, главный технолог НПК «Композит» Николай Вымороков рассказывает множество интересных историй о внедрении в отечественной промышленности инновационных материалов.

Как худеют «Протоны»

Стекло ОНПП - 01.jpg
На фото: Высокое качество авиационного остекления подтверждено сертификатом AS/EN 9100.

Именно космос стал является настоящим полигоном для испытания российских композитов. В 1970-х годах впервые в СССР здесь создали композитный корпус первые композитные изделия для автоматических межпланетных станций серии «Венера». Материал позволял выдерживать экстремальные перепады температур – нагрев от +200°С и охлаждение до -200°С. И это при давлении 100 атмосфер на поверхности Венеры! Корпус из Во многом именно благодаря применению инновационного материала станции добрались до Венеры, проделав путь протяженностью более чем в 100 млн километров, передали с поверхности планеты фотографии, научные данные об атмосфере, провели бурение грунта.

С годами производство композитов в Обнинске шло по нарастающей. В 1980-х здесь выпустили инновационные створки для грузового отсека космического корабля многоразового использования «Буран». Примечательно, что из 100 тонн сухой массы корабля 10 тонн – композиты, керамика и стекла – было произведено именно в цехах и лабораториях ОНПП «Технология».

А в 1990-х, когда Роскосмос приступил к модернизации ракеты-носителя «Протон», обнинские ученые сумели разработать крупногабаритные композиционные интегральные конструкции головного обтекателя.
Благодаря этому масса конструкции снизилась на полторы тонны.

«Переход на композиты позволил кардинально изменить экономику запусков. По подсчетам экономистов, в космонавтике тонна груза по цене соответствует тонне золота», – отмечает Николай Вымороков. За последние два десятка лет «Протон» неоднократно модернизировался. Сейчас спутники выводит на орбиту уже четвертое поколение носителей. Но процесс модернизации продолжается, как продолжается и увеличение доли композитов, пусть в снижении веса счет сегодня идет уже не на тонны, а на десятки и сотни килограммов. Совсем недавно в Обнинске разработали новый обтекатель, который сэкономил «Протону» еще около 150 килограммов.

Углепластиковые агрегаты для ракет-носителей, при минимальном весе, имеют внушительные габариты – диаметром более 4 метров и площадью более 30 квадратных метров. Только за 2013-2015 годы предприятием обеспечена комплектация 35 ракет-носителей «Протон-М», «Рокот» и «Ангара». В прошлом году объем производства углепластиковых конструкций для космических нужд превысил 18 тонн.

Брат «Протона», МС-21


На фото: Соты делают композитную конструкцию максимально легкой и удивительно прочной.

Когда в России приступили к созданию нового гражданского лайнера МС-21, вопрос, где делать композитный киль, не возник – Обнинск. Ранее в СССР был всего один пример производства хвостового оперения из композитов – стеклопластиковый хвост сделали для Ан-74. По своим свойствам, «уголь», конечно, дает фору хрупкому «стеклу».

Кстати, выкладка углеродной ткани для авиалайнера производится на том же участке производства, что и для «Протона».

Семиметровые композитные интегральные конструкции успешно прошли динамические и сертификационные испытания. А к настоящему моменту здесь разработали технологию создания углепластиковых панелей до 12 метров длиной. Но такая панель – пусть и очень крупная, – но всего лишь одна составляющая сложного набора из десятков элементов, в собранном состоянии превращающихся в элегантный киль или стабилизатор.

К осени 2016 года в Обнинске собрали четыре комплекта хвостового оперения для МС-21. Вообще же, за период работы над этим знаковым проектом, здесь изготовили и поставили более 4 000 образцов и фрагментов для проведения испытаний. Впервые в России разработана нормативно-технологическая документация на изготовление и неразрушающий контроль с использованием методов автоматизированной выкладки, раскроя и лазерного проецирования на базе программного обеспечения FiberSim. Работа была проделана, без преувеличения колоссальная. Потому что все делалось именно впервые. И тут сыграл свою роль тот факт, что обнинское предприятие – это объединение научного и производственного комплексов. Здесь не покупают технологии, а создают их.

За более полувека своего существования ОНПП «Технология» удалось сформировать не просто коллектив ученых, а полноценную собственную научную школу, обеспечив тем преемственность в передаче знаний. Это приносит свои плоды. Согласитесь, для каждого ученого лестно увидеть результаты своих трудов. И если для многих это практически несбыточная мечта, то для тех, кто трудится на обнинском предприятии это вполне себе рядовое явление, поскольку наука здесь стоит на службе производства и более тесноое взаимодействие сложно предстваить.

Новое остекление

22.jpg
На фото: Пневматическая установка способна разогнать снаряд до сверхзвуковой скорости.

Композиты – важное, но не единственное направление работ для авиастроения. ОНПП «Технология» и ОАК начинают испытания инновационного поликарбонатного остекления кабины самолетов нового поколения. В Обнинске создали свыше 800 новых материалов для авиации и космонавтики, а новая технология остекления поможет существенно повысить безопасность не только летающих машин, но, в перспективе, поездов и автомобилей.

Практически все наиболее сложные оптические изделия в СССР и современной России были созданы при непосредственном участии обнинских ученых. Здесь выпускались фонари остекления для боевых самолетов четвертого и пятого поколений и вертолетов, подводных лодок и батискафов. В активе обнинских ученых и такие экзотические изделия, как рубиновые кремлевские звезды или саркофаг вождя октябрьской революции Владимира Ленина.

Важная особенность – внешняя часть этих изделий выполнена из силикатного стекла. Оно обладает превосходными качествами светопередачи, хорошо подходит для нанесения различных жизненноважных покрытий – спасающих летчика от электромагнитного излучения, солнечной радиации, переохлаждения и при правильной обработке обладает достаточной прочностью.

Но есть и существенный недостаток – хрупкость. Например, при попадании птицы стекло «взрывается» тысячами мелких осколков, которые могут нанести вред экипажу. После аварии видимость близка к нулю, также невыгодно отличает «силикат» и большой вес. Проблема решаема: тонкий слой силикатного стекла соединяют полимерной пленкой с внутренним слоем из стекла органического. Такая композиция получается легкой и очень прочной, полностью соответствуя при этом заданным оптическим характеристикам.

«Сегодня ОНПП “Технология” начало работу над авиационным остеклением нового поколения из поликарбоната», – рассказывает главный конструктор НПК «Стекло» Вячеслав Самсонов.

По целому ряду параметров оно, как ожидается, будет превосходить действующие материалы. Ударная вязкость поликарбоната в 200 раз выше, чем у органики. Это значит, что при столкновении с крупным предметом на высокой скорости, например, с птицей, стекло фонаря кабины просто вминается на несколько сантиметров вглубь. Раньше поверхность стекла покрывалась множеством мелких трещин. После аварии у летчика сохраняется обзор из кабины и остается хороший шанс посадить машину. Также поликарбонат примерно на четверть легче традиционного органического стекла. Ээто повышает безопасность летчика при катапультировании, поскольку после отстрела фонаря, его быстрее сносит в сторону. Работы ведутся совместно с Всероссийским институтом авиационного материаловедения (ВИАМ) и московским Научно-исследовательским институтом технического стекла (НИТС), а также Министерством промышленности и торговли России, активное участие играет также казанский НИИ Пластмасс.

«Поликарбонат уже используется для остекления самолетов и наземного транспорта в целом ряде стран. Российская особенность – благодаря эксклюзивной технологии собственной разработки нам не требуются большие прессы, как, например, в Китае», – отмечает Самсонов.

В Обнинске уже проходят испытания нового остекления для вертолетов. Для отечественной винтокрылой машины Ка-62 сделано уникальное электрообогреваемое органическое стекло кабины. Ряд испытаний показали, что сделанное по новой технологии стекло держит удар снаряда из пневматической пушки даже лучше, чем обшивка.

Тушки и бутылки

Отдельная гордость обнинских ученых – собственный испытательный полигон. Инженер 1-й категории Алексей Красильников демонстрирует пневматическую метательную установку. Смонтированное на зенитном лафете орудие внушительного калибра способно разогнать снаряд до сверхзвуковой скорости. Именно здесь испытываются все стекла, предназначенные для авиации и железнодорожного транспорта.
На столе – различные специфические снаряды. Все они – именно для проверки остекления локомотивов: алюминиевые чушки – американский стандарт, имитирующий воздействие крупного камня, шарики поменьше – гравий. Наиболее узнаваемый снаряд – бутылки из-под вина емкостью 0,75 литра. Этот стандарт – российский.

«Еще в советское время специалисты Министерства путей сообщения проводили специальное исследование случаев вандализма на железной дороге. Выяснилось, что несознательные граждане чаще всего в лобовое стекло поезда кидают именно пустые винные бутылки из-под портвейна. Поэтому винная бутылка и стала основным снарядом при испытании на прочность стекла для РЖД», – говорит Красильников.
Периодически соседний супермаркет поставляет тушки бройлеров – для испытания оптических конструкций для авиации. Враг фонарей остекления и двигателей в авиации – птицы, соответственно, и снаряд для испытаний выбран не случайно.

Уже в ближайшие годы разработанные в Калужской области материалы начнут активно использоваться в новых самолетах производства ОАК.

Композиты для черных дыр

Авиация и космос дали мощный импульс применению композитов в самых разных отраслях промышленности и науки. Именно «Технологией» были разработаны уникальные углепластиковые опорные конструкции для самого большого детектора большого адронного коллайдера – установки ATLAS. Успех, особенно ценен еще и тем, что никто в мире не смог обеспечить необходимые размерную точность и стабильность. По результатам работы ОНПП «Технология» получила специальную награду CERN «За высочайшее качество продукции». При ее вручении было отмечено: «В мире есть всего несколько предприятий, способных получить такого уровня сложности композитные конструкции и обеспечить в них столь высокий уровень точности». К слову, именно этот детектор зафиксировал тот самый бозон Хиггса. И это далеко не единственный пример «перетекания» авиационно-космических достижений в другие сферы. А значит, применение и значение углепластика и новых материалов для жизни будет расти.

Фотографии: Наталья Мурзина
Tags: Горизонты, МС-21, инновации, композиты
Subscribe

Posts from This Journal “композиты” Tag

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments