«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.

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.


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.


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 %.



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.