Топ-100
Сделать домашней страницей Добавить в избранное





Главная Обзоры СМИ Статьи


Углеволокно нас связало


19 октября 2020 года Егор Авдеев, N+1


В прошлом году российский пассажирский самолет МС-21 остался без иностранного углеродного волокна, нужного для создания крыльев. Многие тогда сочли это проблемой. Как выясняется сейчас, это было счастливым стечением обстоятельств. Российское углеволокно заменило иностранный материал и дало МС-21 новые возможности. Производитель отечественного волокна, ГК «Росатом» рассказал N + 1 о перспективах проекта.

Что такое композит?

Это любой материал, который состоит из двух и более составляющих. Например, бетон считается композитным материалом, поскольку внутри цемент, песок, щебень и вода. Фанера – тоже, потому что это несколько слоев шпона, проложенные клеевым материалом.

Композиты делятся на две больших группы: наполненные и армированные. Бетон – это наполненный композит, поскольку он состоит из цементной матрицы с «вкраплениями» песка и щебня, а сам материал похож на единую монолитную массу. Фанера – хороший пример армированного композита. В нем легко заметны разные слои, которые спрессованы вместе, чтобы армировать друг друга и в итоге создать единый материал с определенными свойствами (в случае фанеры – с увеличенной прочностью).

Углеволокно – это армированный полимерный композит, который состоит из нескольких слоев тончайших (от 5 до 10 микрометров) углеродных нитей. Этот материал очень прочен и легок, что делает его перспективным для самых разных отраслей промышленности: авиастроения, судостроения, автомобилестроения, строительства, энергетики и других.

Багаж технологий

История российских композитных технологий началась благодаря советскому авиастроению. Стратегическая разработка этих материалов началась еще в 1930-е годы с созданием Всесоюзного научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ). Одной из его прорывных разработок была дельта-древесина. Пропитав слои шпона фенол- или крезолформальдегидной смолой, и спрессовав их, инженеры получили материал, который легче и прочнее многих сплавов на основе алюминия. Более того, дельта-древесина была огнестойкой и не покрывалась плесенью. Этот композит массово использовался для производства боевых самолетов во время Второй мировой войны.

Следующий виток развития материалов для самолетостроения был связан не с композитами, а с дюралюминием (дюралью). Это группа сплавов на основе алюминия с добавлением меди, марганца и магния, которые при правильной обработке сохраняли легкость алюминия. При этом становились очень прочным и твердым. Это позволяло использовать дюралюминий для производства каркасов самолетов, скоростных поездов и деталей космических аппаратов. Советские разработки на основе дюралюминия начались параллельно с исследованиями свойств композитов в 1920-1930-х годах. И после Второй мировой получили более широкое распространение.
   
Впрочем, интерес инженеров и конструкторов к композитам не ослабевал. Космическая программа СССР ускоряла изобретение современных композитных материалов, которые постепенно начали превосходить по свойствам дюралюминий. Впервые композиты были использованы для создания советских космических аппаратов в рамках проектов «Венера-15» и «Венера-16 в 1970-х годах. В 1980-х годах начались эксперименты с новыми техниками применения композитных материалов для аэрокосмической сферы. В частности, начались испытания сетчатой структуры, созданной из композита для усиления прочности и гибкости конструкций.

В то же время композитные материалы разрабатывались и для атомной промышленности СССР: как для научно-исследовательских центрифуг по обогащению урана, так и для ядерно-оружейного комплекса. Таким образом в ГК «Росатом», который с момента своего основания в 2004 году начал модернизировать российскую атомную инфраструктуру, оказались два профильных завода, которые производили композиты еще в советскую эпоху, – это ООО «Аргон» (завод оборонно-промышленного комплекса был основан в 1976 году в городе Балаково Саратовской области) и Завод углеродных композитных материалов (ведет свою историю с 1982 года, когда на Челябинском электродном заводе начали производить углепластик).
   
«Росатом» начал целенаправленно развивать производство композитных материалов сравнительно недавно – с 2010-х годов. Тогда стало очевидно, что эти технологии нужны не только для промышленного и оборонного комплексов: спрос на композиты рос в гражданской сфере.

Углепластик позволяет улучшить характеристики спортивного оборудования. Он применяется в архитектуре, дизайне интерьеров, а также в медицине: для производства прочных и легких протезов и медицинских имплантатов, которые гораздо приятнее на ощупь, чем, например, металлические.

Композиты ближе к телу

Эндопротезы костей из современных керамических и углеродных полимеров считаются одними из лучших по биосовместимости. Они хорошо приживаются внутри тела и со временем прорастают живой костной тканью. Однако и эти свойства можно улучшить.

Еще одно перспективное направление композитных технологий – создание «умных» материалов, которые смогут копировать природные механизмы адаптации и менять свои свойства в определенных условиях. Например, «залечивать» повреждения с помощью внутренних капсул с полимером, который затвердевает на солнечном свете, или подстраиваться под костную ткань при установке имплантата.

За последнее десятилетие «Росатом» построил завод «Алабуга-Волокно» по переработке углеродного волокна в Татарстане, объединил профильные технопарки и производственные площадки (в том числе АО «Препрег-СКМ» в Москве и Дубне) по всей России в дивизион «Перспективные материалы и технологии». А также создал композитный дивизион UMATEХ, который занимается производством композитов и развитием этой сферы на отечественном рынке.


Углеволокно в самолете МС-21

Для создания российского пассажирского самолета МС-21 нужно углеродное волокно – композитный материала, критически важный для создания крыльев среднемагистрального пассажирского лайнера нового поколения.

Пассажирский лайнер МС-21

Узкофюзеляжный среднемагистральный лайнер
Длина 42,2 метра
Размах крыла 35,9 метра
Ширина 4,06 метра
150-210 пассажиров на борту
Дальность полета более 5 тысяч километров
Скорость полета около 870 километров в час
Панели крыла полностью сделаны из углеродного волокна
   
У ОАК был серьезный технологический задел, который позволил быстро наладить поставки отечественного углепластика для сбора крыльев МС-21. Производитель лайнера, корпорация «Иркут» (входит в состав ОАК), уже пять лет вела разработки композитных материалов – импортных аналогов.

Лайнер проектировался как первый самолет своего класса, крыло которого полностью сделано из углепластика. Это позволило сделать лайнер не только легче, но также экономнее и безопаснее. Отказ от использования композитных материалов лишал проект МС-21 уникальности и, соответственно, смысла.
   
«Полимерные композиты – углепластики и стеклопластики – отличаются более высокими удельными свойствами, например, отношением прочности к плотности, – рассказал Егор Данилов, заместитель начальника лаборатории синтеза и исследования новых материалов «НИИграфита» ГК «Росатом». – С начала 2000-х они захватывают авиапромышленность. Если у самолета Airbus A320 порядка 32 процентов летной массы составляли композиты, то у Airbus A380 – уже 52 процента».

К аэродинамическому совершенству

Производство углепластика для крыла МС-21 может показать потенциал обновленной технологической инфраструктуры по производству композитов.

Процесс создания крыла самолета из композитных материалов состоит из нескольких стадий:

- Автоматическая выкладка изделия из композитрных материалов,
- Процесс вакуумной инфузии,
- Зачистка изделия,
- Проведение неразрушающего контроля,
- Механическая обработка,
- Проведение контроля геометрии,
- Покраска,
- Процесс модульной сборки.

В итоге получаются детали крыла черного цвета, подлежащего покраске которые выдерживают такую же нагрузку, что и металлические сплавы, но легче их.
   
Эти свойства особенно важны для удлинения крыла – важнейшего параметра для самолета. Оно непосредственно связано с аэродинамическим совершенством, летно-техническими и экономическими характеристиками самолета.

Что такое удлинение крыла?

Это отношение размаха крыла к его средней хорде (сильно упрощая – к ширине). То есть чем длиннее и уже крыло, тем выше его несущие способности и меньше аэродинамическое сопротивление.

Удлинение крыла самолетов прошлого поколения составляет около 8-9. У современных лайнеров – 10-10,5. У МС-21 этот параметр достигает 11,5.

Не стоит путать термин «удлинение крыла» с длиной крыла. Дело в том, что длина крыла меняться не может, потому что она ограничена стандартами, принятыми для аэродромной инфраструктуры (ангары, рулежные дорожки и т.п.). В этом и заключается сложность технологической задачи для авиаконструкторов, которые с помощью композитных материалов стремятся сделать крыло прочнее, легче и совершеннее с аэродинамической точки зрения.

«Удельные прочностные характеристики металлов не позволяют сделать крыло длинным, узким, прочным и легким одновременно. Удельная прочность углеродных нитей существенно выше, чем у авиационных металлов – стали, алюминия. Соответственно, полимерные композиционные материалы позволяют заметно увеличить удлинение крыла по сравнению с металлическими конструкциями. Именно это преимущество углепластиков реализуется на самолете МС-21», – рассказал N + 1 источник, знакомый с процессом создания лайнера.

«Композитные элементы крыла более устойчивы к распространению повреждений: трещины, которые могут появиться в ходе эксплуатации, не распространяются дальше по детали. Это свойство увеличивает ресурс использования углепластиковых элементов. А еще материал позволяет экономить расход топлива, по расчетным данным, на 6-7 процентов.

Ноу-хау: вакуумная инфузия

Для снижения стоимости МС-21 «АэроКомпозит» применил технологию вакуумной инфузии, на основе которой производятся панели и лонжероны крыла, а также панели центроплана. Новый процесс позволил отказаться от сложного и дорогого автоклава, цена которого растет в геометрической прогрессии от размеров деталей. До сих пор технологию вакуумной инфузии не использовали нигде в мире для изготовления изделий такого большого размера.

Легкость деталей из углеволокна позволяет установить на борт больше оборудования, которое обеспечивает безопасность полета пассажирского лайнера. Это свойство также повышает конкурентоспособность МС-21 на международном рынке.

В том, что касается композитов, ситуация с американскими санкциями помогла вывести российские технологии на новый уровень. В 2017 году рынок углеродного волокна в России не превышал 1 процента от мирового. Руководство страны запланировало как минимум удвоить этот показатель к 2025 году. Согласно прогнозам Научно-исследовательского института технико-экономических исследований в химическом комплексе, к этому же времени мировой объем рынка композитов превысит 115 миллиардов долларов.




комментарии (0):










Материалы рубрики


Business FM
Пилотам в ряде аэропортов России в декабре придется заходить на посадку по бумажным картам
Максим Талавринов, Евгений Лебедев
РБК
Данные десятков аэропортов России не успели внести в новую схему полетов
М. Талавринов, В. Полякова, Т. Дзядко, Д. Серков
РБК
Росавиация обвинила "Победу" в авиаинциденте с полетом в защиту Дзюбы
Сергей Зюзин
Российская газета
Сделка подождет
Андрей Юдин
Красная звезда
Всегда и во всём – на высоте
Ольга Самофалова
Взгляд
Минобороны готово продать Москве аэродром Остафьево
Герман Костринский
Известия
Ценовое пике: в кабмин пожаловались на резкое подорожание авиабилетов
Яна Шамаева
Российская газета
Первый во всем: в СССР разрабатывали самолет-камикадзе на базе ТБ-1



Антон Лавров, Алексей Рамм
Известия
Связь с Карабахом: российских миротворцев оснастили "сотовым оружием"
Мелисса Джун Роули
Forbes
Достичь стратосферы: как предпринимательница из США планирует спасать людей с помощью беспилотников
Максим Талавринов, Тимофей Дзядко
РБК
Банк «Россия» стал крупнейшим кредитором авиакомпании Utair Под кредиты заложен контрольный пакет перевозчика
Юрий Сенаторов, Николай Сергеев
КоммерсантЪ
На Восточном ни дня без посадки
Дмитрий Гаврилов
BFM
В самолет — только со справкой. Станут ли полеты спокойнее с «проездным здоровья»?
Кирилл Сенин
Известия
Удар по "Молниям": в конгрессе хотят помешать продаже оружия в ОАЭ
Максим Талавринов, Тимофей Дзядко
РБК
Доля крупнейшего миноритария в «Аэрофлоте» сократилась вдвое
Евгения Барановская
Nation News
Последний полет Ил-18: почему самолет исчез после катастрофы под Калязином
Михаил Кувырко
Взгляд
Российские расстояния спасают отечественных авиаторов
Денис Юлин
Profi.Travel
На авиарынке ждут появления конкурентов "Победы" и снижения тарифов
Александр Гончаров
Главред (перевод ИноСМИ)
Украинцы оплатят миллиардный иск Китая по Мотор Сич из своего кармана
Владимир Васильев
ИА REGNUM
Модернизация ракетоносца-бомбардировщика Ту-160 набирает обороты
Екатерина Постникова
Известия
Пробить ДОН: на каких условиях РФ остается в Договоре по открытому небу

Интерфакс
Суды признали "российское гражданство" израильских беспилотников в деле о пошлинах
Сергей Калашников
Коммерсантъ (Воронеж)
"Ильюшин финанс Ко" доплатит за крылья
Евгений Перельчук
BFM
Не макет и не игрушка — настоящий самолет
Максим Талавринов
РБК
В Росавиации заявили о планах авиакомпаний создать конкурентов "Победе"
Сергей Птичкин
Российская газета
Десант взлетит с любого аэродрома
Антон Лавров, Роман Крецул
Известия
"Ка" быть: обновленные ударные вертолеты летят на юг
Наталья Граф, Нина Рузанова
Российская газета
Спасение "Руслана"
Максим Талавринов, Дмитрий Серков, Майя Бобенко
РБК
Росавиация проверит "Победу" из-за траектории полета в поддержку Дзюбы
Инна Сидоркова
РБК
В "Ростехе" рассмотрят смену гендиректора производящей Superjet компании
Анастасия Веденеева, Ольга Никитина, Илья Усов
КоммерсантЪ
Лизинг в промышленных масштабах

Sina.com (перевод ИноСМИ)
Россия может сбивать американские истребители пятого поколения?
Рикардо Зедано (Ricardo Zedano)
Federación de Periodistas del Perú (перевод ИноСМИ)
У России есть альтернативы "самолету-невидимке", который Украина планирует продать Перу
Ольга Никитина
КоммерсантЪ
Авиаотрасль призывает к снятию карантина для прилетающих
Лилия Галявиева
КоммерсантЪ - FM
Финляндия готовится к открытию
Анна Никитина
КоммерсантЪ - FM
Авиакомпании зарабатывают на COVID-19
Константин Сивков
Военно-промышленный курьер
Удар по мозгам
Сергей Серов
Военно-промышленный курьер
Почему Бе-200ЧС не стал мировым спасателем?
Дмитрий Литовкин
Независимое военное обозрение
Чем заплатит Азербайджан за сбитый российский Ми-24
Александр Воронов
КоммерсантЪ
Москва получит высочайшее разрешение
Анастасия Львова
Ведомости
"Аэрофлот" поделится своими пассажирами с "Победой"
Дмитрий Болтенков
Известия
Крылья Арктики: как российские самолеты и вертолеты вернулись на Север
Дмитрий Литовкин
ТАСС
Страшный рой. Чем опасна стая дронов для русских танков
Герман Костринский
Известия
Цены идут на посадку: авиабилеты на новогодние праздники подешевели
Андрей Борисов
Lenta.ru
В ожидании чуда

ТАСС
Американская навигационная спутниковая система GPS. История и развитие проекта
Надежда Алексеева, Алёна Медведева
RT
"Живучесть и простота управления": какими преимуществами обладает вертолётный двигатель ВК-2500П
Наталья Граф
Российская газета
Таблетка с неба
Олег Корякин
Российская газета
Уничтожает все: NI оценил российский истребитель-бомбардировщик Су-34
Антон Лавров, Роман Крецул
Известия
"Искандер-младший": военные получат гиперзвуковые миниракеты

 

 

 

 

Реклама от YouDo
 
РЕКЛАМА ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ АККРЕДИТАЦИЯ ПРЕСС-СЛУЖБ

ЭКСПОРТ НОВОСТЕЙ/RSS


© Aviation Explorer