В авиастроении на счету каждый килограмм: даже небольшое — хоть на пару процентов — снижение веса машины позволяет ощутимо поднять экономичность и улучшить летные характеристики.

В НИТУ «МИСиС» разработали технологию изготовления некоторых деталей авиационного двигателя, которая позволила добиться снижения массы изделий сразу на 20%. Для изготовления кронштейна перспективного авиадвигателя ученые и инженеры воспользовались новейшими идеями современного материаловедения и авиастроения.

— Уникальность разработки для отечественного авиастроения в том, что форма кронштейна была спроектирована с использованием бионического дизайна — компьютерной топологической оптимизации. Это особый подход к проектированию, позволяющий найти для конструкции наилучшее распределение материала в заданной области для заданных нагрузок и условий работы, — рассказал «Известиям» директор института экотехнологий и инжиниринга (ЭкоТех) НИТУ «МИСиС» Андрей Травянов. 

В результате оптимизации форма кронштейна существенно усложнилась, поэтому изготовить его традиционными методами, например литьем, стало невозможно. В этом случае единственный путь — использование аддитивных технологий послойной печати металлами, в частности, так называемого селективного лазерного плавления (selective laser melting).

Сотрудники лаборатории гибридных аддитивных технологий НИТУ «МИСиС» провели ряд исследований, которые позволили найти такие технологические параметры для 3D-выращивания сложных изделий из титановых сплавов с бионическим дизайном, чтобы их свойства удовлетворяли требованиям ГОСТа к литым титановым деталям. Помимо радикального снижения веса ученым попутно удалось добиться существенного сокращения производственных расходов за счет экономии дорогостоящего порошка для 3D-печати.

— Разработанная нами технология выращивания титановых изделий с бионическим дизайном помимо снижения веса детали позволяет сократить расход порошка при печати более чем в три раза, — рассказал «Известиям» сотрудник лаборатории, заместитель директора ЭкоТех Павел Петровский.

Опытная партия инновационных кронштейнов была успешно изготовлена на одном из российских авиазаводов и уже прошла стендовые испытания, доказавшие соответствие качества полученных деталей всем требованиям ГОСТа к литым изделиям.

— Для конструктора авиационных двигателей снизить вес изделия даже на 100 г — уже большое достижение, — рассказал «Известиям» специалист по авиационной металлургии, доцент кафедры литья Уфимского государственного авиационно-технологического университета Павел Аликин. — Но прелесть предлагаемой технологии не только в колоссальном снижении веса изделий — она еще и позволяет вести разработку новых конструкций с небывалой прежде скоростью.

В частности, испытываемый сейчас кронштейн удалось полностью — от идеи до производственной документации — спроектировать за неделю. Раньше, по мнению Павла Аликина, на это ушло бы не менее полугода. Он полагает, что к серийному производству двигателей с деталями, изготовленными с применением аддитивных технологий, авиационная промышленность сможет приступить уже через два-три года.

Конечно, снижение веса одной детали на 20% не означает снижения веса всего двигателя на ту же величину. Но, по оценке эксперта, аддитивные технологии позволят облегчить двигатель не меньше чем на 10% — а это грандиозная цифра. Она сулит экономию 200–250 кг на каждом авиадвигателе, то есть самолет станет легче почти на тонну.