«Черное крыло» для МС-21: как используют композиты при постройке воздушного судна
Основные преимущества полимерных композитов (ПКМ) перед металлами заключаются в малом весе, устойчивостью к коррозии и высокой сопротивляемости к распространению разрушений. Этот материал все активнее применяется в корабле- и самолетостроении, где к конструкции предъявляются высокие требования по жесткости, весу и долговечности.
Основной метод –формование при помощи автоклавного оборудования. Его суть заключается в получении препрегов – композитных полуфабрикатов из углеродных материалов, которые пропитывают смолой.
Технология имеет большой минус – чрезмерную стоимость готовой продукции. Это обусловлено продолжительностью производства, малым сроком хранения полуфабрикатов (год при -18°) и большой ценой необходимого оснащения. В обычных условиях заводского цеха полуфабрикаты нужно использовать в течение 10 дней.
Является альтернативой автоклавной технологии. Здесь происходит соединение процедуры пропитки волокна с формованием элемента конструкции самолета. Это сокращает продолжительность изготовления детали, снижает расходы на энергию, да и сам процесс менее трудозатратный.
Метод подразумевает осуществление пропитки и формование заготовки на специальном оборудовании с вакуумным мешком. Он нужен для получения разрежения. Именно за счет него полимер заполняет подготовленную форму. Такая система не только удешевляет производство из-за сравнительно недорогого оборудования, сокращает временные затраты, но и позволяет изготавливать более крупные детали.
Недостаток технологии заключается в необходимости тщательной ее отработки: иначе получение элементов конструкции с безупречно точными размерами и нужными физическими качествами невозможно.
Консоли крыла, фюзеляж Boeing B787 Dreamliner изготовлены автоклавным методом. Отклоняемые элементы, хвост, закрылки, элероны и некоторые другие части самолета сделаны способом контролируемой диффузии. При создании Airbus А220 использована полимеризация посредством автоклавов. Английская GKN Aerospace в 2016-м показала центральную часть самолета, сделанную способом вакуумной диффузии.
Ульяновский завод «Аэрокомпозит» взял за основу метод VARTM, подразумевающий отсутствие автоклавного оборудования. Использование композитов позволяет уменьшить массу лайнера: на крылья и оперение уходит 45 % веса всего планера. А фюзеляж «отнимает» еще 42 %. В итоге вакуумная диффузия сокращает траты в среднем на 45 %.
Еще в 2009-м году использование технологии VARTM показало, что она способна обеспечить изготовление деталей площадью от 8-ми до 130-ти кв. м. Используемая для этого печь (а не автоклав) снижает капитальные затраты в четыре раза! Также цена волокна и полимерного заполнителя дешевле препрегов примерно на 70 %.
Стоит напомнить: размер крыла МС-21 составляет 3Х36 м. Как раз возможность создания цельных элементов конструкции, а не только стоимость технологии, стало главным критерием при ее выборе. И еще один плюс метода: карбоновое волокно хранится бесконечно долго.
Для российского планера компания «Аэрокомпозит» изготавливает такие габаритные силовые элементы, как лонжероны, панели фюзеляжа, обшивку оперения, киля. Однако метод автоклавного формования тоже не забыт: его применяет казанское «КАПО-Композит», делающее спойлеры, закрылки и некоторые другие важные элементы.
Как делают композиты для воздушных судов
Основной метод –формование при помощи автоклавного оборудования. Его суть заключается в получении препрегов – композитных полуфабрикатов из углеродных материалов, которые пропитывают смолой.
Вот эта панель хвостового стабилизатора из композитов весит менее 45 кг. Фото: YouTube.com
Технология имеет большой минус – чрезмерную стоимость готовой продукции. Это обусловлено продолжительностью производства, малым сроком хранения полуфабрикатов (год при -18°) и большой ценой необходимого оснащения. В обычных условиях заводского цеха полуфабрикаты нужно использовать в течение 10 дней.
Прямой процесс
Является альтернативой автоклавной технологии. Здесь происходит соединение процедуры пропитки волокна с формованием элемента конструкции самолета. Это сокращает продолжительность изготовления детали, снижает расходы на энергию, да и сам процесс менее трудозатратный.
Вакуумная диффузия (VART)
Метод подразумевает осуществление пропитки и формование заготовки на специальном оборудовании с вакуумным мешком. Он нужен для получения разрежения. Именно за счет него полимер заполняет подготовленную форму. Такая система не только удешевляет производство из-за сравнительно недорогого оборудования, сокращает временные затраты, но и позволяет изготавливать более крупные детали.
А220 частично сделан из композитов. Фото: YouTube.com
Недостаток технологии заключается в необходимости тщательной ее отработки: иначе получение элементов конструкции с безупречно точными размерами и нужными физическими качествами невозможно.
Что используют сегодня
Консоли крыла, фюзеляж Boeing B787 Dreamliner изготовлены автоклавным методом. Отклоняемые элементы, хвост, закрылки, элероны и некоторые другие части самолета сделаны способом контролируемой диффузии. При создании Airbus А220 использована полимеризация посредством автоклавов. Английская GKN Aerospace в 2016-м показала центральную часть самолета, сделанную способом вакуумной диффузии.
А что в России?
Ульяновский завод «Аэрокомпозит» взял за основу метод VARTM, подразумевающий отсутствие автоклавного оборудования. Использование композитов позволяет уменьшить массу лайнера: на крылья и оперение уходит 45 % веса всего планера. А фюзеляж «отнимает» еще 42 %. В итоге вакуумная диффузия сокращает траты в среднем на 45 %.
Склад готовой продукции – деталей МС-21 из композитов. Фото: YouTube.com
Россияне первыми в гражданском авиастроении использовали безвакуумную и безавтоклавную диффузию для производства элементов конструкции самолета.
Еще в 2009-м году использование технологии VARTM показало, что она способна обеспечить изготовление деталей площадью от 8-ми до 130-ти кв. м. Используемая для этого печь (а не автоклав) снижает капитальные затраты в четыре раза! Также цена волокна и полимерного заполнителя дешевле препрегов примерно на 70 %.
Полимерный наполнитель представляет собой тонкие углеволоконные нити. Фото: YouTube.com
Стоит напомнить: размер крыла МС-21 составляет 3Х36 м. Как раз возможность создания цельных элементов конструкции, а не только стоимость технологии, стало главным критерием при ее выборе. И еще один плюс метода: карбоновое волокно хранится бесконечно долго.
Для российского планера компания «Аэрокомпозит» изготавливает такие габаритные силовые элементы, как лонжероны, панели фюзеляжа, обшивку оперения, киля. Однако метод автоклавного формования тоже не забыт: его применяет казанское «КАПО-Композит», делающее спойлеры, закрылки и некоторые другие важные элементы.
- Сергей М.
- https://youtube.com
Рекомендуем для вас
Ракетоплан «Аврора» совершил свой первый сверхзвуковой полет
Это первое подобное событие для гражданской авиации со времен «Конкорда». Подробнее обо всем читайте в нашем материале....
Стало известно, почему в России трудно строить самолеты
Существует несколько ключевых факторов, создающих проблемы. Но есть и положительная динамика. Все подробности читайте в нашем материале....
Революционный реактивный двигатель прошел первые огневые испытания и показал многообещающие результаты
Речь о новой турбоэлектрической установке, предназначенной для пассажирских реактивных самолетов. Подробнее о проекте читайте в нашем материале....
Новый экземпляр Ил-114-300 проходит сертификационные испытания
Параллельно с этим собирают первый серийный образец. Как проходят тестирования прототипов, и на каком этапе находятся остальные машины, читайте в нашем...
Российский самолет, оснащенный ПД-35 – появились новые подробности о проекте
Информацией о том, на каком этапе он находится и когда можно ожидать результат поделился Министр торговли и промышленности Российской Федерации. Подробности в...
Импортозамещенный Ту-214 готов к первому полету
Казанский авиазавод установил отечественные навигационные системы, а также другое важное оборудование. Все подробности читайте в нашем материале....
Вот почему современные автомобили быстро ломаются – основная причина
Современные автомобили сделаны так, что водителю практически не нужно знать их устройство. Максимум запомнить, где бачок для стеклоомывающей жидкости. Впрочем,...
Россия построит новую железную дорогу до Персидского залива
Логистическое сообщение поможет обеспечить стабильные поставки с Урала, Сибири и Поволжья. Все подробности масштабного проекта читайте в нашем материале....
Раскрыта стоимость флагманскоой модели «Москвич 8»
Также стала известна дата поступления в продажу. Все подробности и характеристики отечественного внедорожника читайте в нашем материале....
«Авиация Колымы» стала обладателем вертолетов-косаток
Уникальные машины вскоре отправятся в месте постоянной дислокации. По пути будет 11 остановок. Не исключено, что вам повезет их увидеть «вживую»....
Илон Маск нашел революционную замену самолетам
Американский предприниматель хочет отправлять пассажиров на специально подготовленной ракете. Это позволит сократить время перелетов в 15 раз, опередив даже...
Готовятся к серийному производству 13 моделей новых российских автомобилей
Компания Sollers еще пару лет назад обещала, что выпустит несколько новых моделей отечественных автомобилей. Не совсем российских, но зато в перспективе...
Что поможет окупить создание МС-21 в кратчайшие сроки
Настолько сложные и дорогие проекты должны помогать стране. В этом материале мы рассмотрим мнение эксперта НИИ по этому вопросу....
Для чего нужен режим N в АКПП
У многих новичков режим N в коробке-автомате вызывает недоумение: зачем это надо, если есть P? Однако нейтральное положение селектора зачастую необходимо....
Госдума подготовила новый метод борьбы с перекрывающими дорогу водителями
Соответствующий документ уже отправлен на рассмотрение в ответственные органы. Каким образом депутаты хотят убрать мешающие авто, читайте в нашем материале....
Из ARJ21 «сделали» С909: поможет ли?
С чем связано решение о переименовании самолета, разработанного 20 лет назад? Одни утверждают, что это чуть ли не гарантирует выход на международный рынок,...