«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
«Бетонки»: в России тоже хотят строить «вечные» дороги
Недавно из Краснодарского края пришло сообщение о введении в эксплуатацию опытного участки бетонной автодороги. Подобные покрытия в СССР и РФ почти не...
АВТОВАЗ выпустил партию карбюраторных двигателей – мнения водителей
Готовится глобальный «откат» к старым моделям? Или просто выпустят очень бюджетный автомобиль для страждущих?...
МС-21 получил еще одну важную деталь отечественного производства
Набор деталей успешно прошел тестирование на скорости свыше 600 км/час. До 2028 года ожидается увеличение поставок в 11 раз. Все подробности читайте в нашем...
С крыльями «назад» – странный и очень нестабильный самолет X-29
Речь о разработке NASA 1980-х годов – демонстраторе технологий обратного крыла EC90-039-4. Что это было – ошибка или большой скачок вперед? Попробуем...
Твердотельные аккумуляторы – 1200 км и 10 минут зарядки: когда будет массовое производство?
О производстве этих батарей говорят давно – а «воз и ныне там». Есть ли какие сдвиги в этом направлении сегодня?...
Lada Niva получит новый мотор в 2025 году – более объемный и мощный, но простой и надежный
Этим двигателям планируют оснащать все модификации легендарного внедорожника. Похоже, от старого мотора решили отказаться....
Boeing 737: посадки в исполнении современных пилотов или в СССР учили лучше
Авиалайнеры Boeing 737 считаются одними из самых массовых и удачных в мире. Выпускается семейство серийно с 1967 года. Неудивительно, что за это время...
Белорусский завод «Брестмаш» будет выпускать китайские семиместные минивэны
Стало известно, какую именно модель освоят. Она будет выпускаться под собственным брендом BMG....
Sollers Atlant – почти российский, но все еще недоработанный
Обзор нового легкого грузовика из Елабуги. Расскажем, почему его можно считать почти отечественным, и как отзываются о нем владельцы....
Отсоединять или нет клеммы АКБ при подзарядке
В холода многие подзаряжают аккумулятор: а нужно ли при этом снимать клеммы? Есть разные варианты ответа....
Audi 100 C2 против АЗЛК-2141 – модели бизнес-класса из разных стран и эпох
История автомобилей и их технические особенности. В итоге решим, какая модель лучше сейчас....
Ждем в электромобилях – в Великобритании создали «вечную» батарею
Похоже, будущее наступило. Первый экземпляр создан, осталось дождаться серийного производства, и можно будет забыть о зарядных устройствах....
КАМАЗ-54902 в сравнении с предшественником: подробности
Запущенный в серийное производство КАМАЗ-54902 очень похож на предшественника. Но отличия есть: они касаются двигателя, кабины, некоторых иных узлов и деталей...
Наконец, дождались: УАЗ дизель с 6-МКПП
Уж сколько раз твердили любители внедорожников – УАЗ должен быть дизельным, экономичным и при этом скоростным. Но Ульяновский автомобильный завод отмахивался,...
Стартовали продажи обновленного российского автобуса Вектор Next 8.8
Модель предлагают с двумя типами двигателей. А еще автобус получился бюджетным....
Самолет-телескоп Boeing 747SP: как навечно приземлили «звездолет Энтерпрайз»
Последняя в мире летающая обсерватория проекта SOFIA была закрыта в 2022 году. Что это за программа и почему ее не возобновляют?...