Восстановим цепочку. В инновационный процесс необходимо вернуть выпавшее звено

По традиции незадолго до новогодних праздников проходит церемония награждения премией Правительства Российской Федерации в области науки и техники. В число лауреатов 2023 года вошел коллектив, представленный пятью сотрудниками Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ) и четырьмя работниками Объединенной двигателестроительной корпорации «Сатурн» (ОДК «Сатурн»).

Научный руководитель этой команды академик РАН Евгений КАБЛОВ, помощник президента НИЦ «Курчатовский институт», в короткой речи после вручения диплома успел не только представить работу, но и поделиться идеей о том, как должен быть усовершенствован процесс внедрения научных достижений в практику.

По просьбе «Поиска» Евгений Каблов более подробно рассказал об удостоенном награды проекте и своем предложении.

— Евгений Николаевич, получая премию из рук премьер-министра Михаила Мишустина, вы подняли вопрос о необходимости внесения изменений в организацию инновационного процесса. Что именно, на ваш взгляд, должно быть исправлено?

— В цепочке научно-исследовательских (НИР) и опытно-конструкторских работ (ОКР) должно появиться еще одно важное звено — опытно-технологические работы (ОТР). Они являются ключевым элементом разработки базовой промышленной технологии создания инновационных изделий. Обязательность проведения ОТР необходимо законодательно закрепить.

Тема инноваций сегодня на слуху, но значимые результаты показывают, мягко говоря, немногие. И именно потому, что часто все заканчивается на этапе НИР: освоили средства, отчитались за них, протрубили об успехе, и разработка легла в стол.

А жизнь требует от нас системных решений. Причем важна каждая деталь: выпало какое-то звено в цепочке — и процесс застопорился.

Уверен, что наша работа, которая была высоко оценена государством, — это хороший пример того, как должно быть организовано взаимодействие участников проекта по созданию высокотехнологичного продукта от получения знаний до выпуска изделий на реальном предприятии.

— В свидетельстве о награждении премией говорится, что она вам присвоена «за создание современного производства турбинных лопаток и корпусных деталей из новых импортозамещающих литейных жаропрочных никелевых сплавов и освоение уникального вакуумного плавильного оборудования для двигателя ПД-8». В чем важность этой работы?

— Обеспечение технологического суверенитета и импортонезависимости РФ в авиа- и двигателестроении является стратегической задачей первостепенной важности.

Актуальность представленной работы резко возросла в связи с обострением международной политической обстановки и введением странами Запада антироссийских санкций, включая полное прекращение сотрудничества в авиационной отрасли. Была, в частности, прекращена поставка из Франции газогенераторов, комплектующих запчастей, материалов к французско-российскому двигателю SaM-146, который производится на сов­местном предприятии в Рыбинске.

Наша работа была направлена на создание и внедрение в серийное производство импортозамещающих литейных жаропрочных сплавов для нового отечественного газотурбинного двигателя ПД-8 (расшифровка аббревиатуры — перспективный двигатель с тягой 8 тонн) взамен SaM-146, который применялся при эксплуатации регионального лайнера SSJ-100. Эту задачу поставил Президент Российской Федерации, и наш коллектив успешно ее выполнил.

Были разработаны пять высокожаропрочных сплавов, организовано и сертифицировано производство самих материалов и изделий из них, выпущена вся необходимая технологическая и конструкторская документация.

На заводе ОДК «Сатурн» спроектированы, изготовлены и введены в эксплуатацию пять автоматизированных вакуумных индукционных плавильных установок УВНК-11 для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой.

Работоспособность турбинных лопаток и корпусных деталей подтверждена успешными испытаниями пяти опытных двигателей ПД-8 на стендах ПАО «ОДК “Сатурн”» и ФАУ «ЦИАМ» им. П.И.Баранова, а также в составе летающей лаборатории Ил-76-ЛЛ.

ПД-8 предполагается использовать не только на авиалайнерах SSJ-NEW, но и при производстве самолета-амфибии Бе-200, других самолетов и вертолетов.

— Какой вклад в получение высоко оцененного государством результата внес НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ?

— В ВИАМ создана суперсовременная инфраструктура для производства супержаропрочных сплавов с высокой стабильностью содержания легирующих элементов и ультранизким содержанием вредных примесей, газов и неметаллических включений.

Качество разработанных сплавов ВЖМ12, ВЖМ200, ВЖЛ125, ВЖЛ220 и ВЖЛ718 по стабильности химического состава, остаточного уровня вредных примесей и механических свойств не уступает аналогам ведущих мировых производителей этих материалов.

Кроме того, мы разработали новую технологию вакуумной индукционной выплавки жаропрочных никелевых сплавов, а также высокотемпературную обработку расплава в вакууме, комплексное рафинирование и микролегирование сплавов щелочноземельными металлами, технологии и организацию производств высококачественных лигатур для микролегирования редкими и редкоземельными металлами.
Специалисты ВИАМ сконструировали, изготовили и поставили ОДК «Сатурн» пять специализированных автоматизированных вакуумных плавильных установок УВНК-11 направленной кристаллизации.

Совместно со специалистами ОДК «Сатурн» мы организовали и создали самое современное в России литейное производство турбинных лопаток мощностью более 400 тысяч штук в год.

По признанию иностранных коллег, качество разработанной технологии литья лопаток ГТД с монокристаллической структурой и оборудование для их производства выше, чем у зарубежных аналогов.

— Какую функцию выполняют лопатки турбины? Почему за их изготовление присуждается правительственная премия?

— Турбина — сердце реактивного двигателя, а лопатки — ее важнейшие элементы. Они принимают на себя огромную тепловую и ударную нагрузку и определяют энергетические характеристики мотора.

Способность государства, промышленности изготавливать литые охлаждаемые газотурбинные лопатки характеризует высочайший уровень в машиностроении.

Технологиями полного цикла создания современных турбореактивных двигателей с такими деталями владеют кроме России только США, Англия и Франция.

— В чем сложность изготовления этих конструктивных элементов?

— Турбина, на которую крепятся лопатки, приводит во вращение воздушный компрессор, сжимающий воздух. Нагретый в ходе сжатия воздух направляется в камеры сгорания, куда впрыскивается топливо — керосин. Продукт сгорания керосина — поток раскаленного газа — вылетая через турбину и сопло, создает реактивную тягу.

Чем выше температура газа перед турбиной, тем больше тяга и мощнее двигатель.

Лопатки турбины должны выдерживать температуру до двух тысяч градусов, не теряя жаропрочность и термоусталость.

Мы добились того, что температура плавления металла, из которого сделаны наши лопатки, на 400-500 градусов ниже, чем температура газа перед турбиной, но при этом металл не плавится. Это достигается за счет уникального состава и структуры жаропрочного сплава, а также конструкции охлаждаемой лопатки.
Лопатки изготавливаются по выплавляемым моделям методом направленной кристаллизации в вакуумной индукционной плавильной установке с автоматической системой контроля всех технологических параметров процесса.

Контролируются степень вакуума, температура начала кристаллизации и холодильника, скорость вытяжки литейной формы из зоны кристаллизатора. В установке создаются условия, чтобы залитый в керамическую форму сплав на основе никеля кристаллизовался в вакууме без контакта с кислородом воздуха в виде монокристалла параллельно оси лопатки.

Поскольку лопатка состоит из одного кристалла, в материале нет межзереных границ, перпендикулярных усилиям растяжения при вращении в колесе турбины. Это уменьшает вероятность разрушения и обеспечивает больший ресурс работы.

Разумеется, я дал только самое общее представление о процессе. На самом деле тонкостей в нем множество. Так, внутри лопатки имеется полость, поверхность которой состоит из конструктивных завихрителей для охлаждения, и правильно сформировать ее — сложнейшая задача. Необходимы высокотемпературные материалы для керамических форм и керамических стержней.

Разработки НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ в области материаловедения и создание новейших технологий изготовления этих деталей открыли для авиаконструкторов новые возможности и позволили создать двигатель пятого поколения, не имеющий аналогов в мире.

Хочу подчеркнуть, что в основе нашего успеха лежат не только разработки и технологии. Материал и способы его обработки должны быть привязаны к конкретной конструкции. Поэтому для материаловедов очень важны теснейший контакт с конструкторами и производственниками, постоянная координация подходов. В работе над ПД-8 все сошлось.

— Расскажите, как вы взаимодействовали.

— Решение о запуске проекта по созданию отечественного двигателя нового поколения для российского авиапрома было принято главой государства в 2008 году после посещения ВИАМ. Президенту были представлены работы нашего института и показано, что у нас есть все возможности для литья лопаток турбин высокого давления на мировом уровне и даже лучше.

Первый этап работы мы смогли завершить на полтора года раньше запланированного срока. Огромная заслуга в этом генерального конструктора — управляющего директора АО «ОДК-Авиадвигатель» академика РАН Александра Александровича Иноземцева. Как все выдающиеся советские конструкторы, он понимает, насколько важны для работы двигателя тщательно подобранные материалы.

Итогом нашей совместной работы стало создание предшественника ПД-8 двигателя ПД-14, в котором нашли применение 20 разработанных в ВИАМ новых материалов.

ПД-14 уже прошел летные испытания и запущен в серийное производство для оснащения среднемагистральных самолетов МС-21.

Лопатки для ПД-8 мы делали в тесном сотрудничестве со специалистами ОДК «Сатурн», представители которого вошли в состав коллектива, награжденного премией Правительства РФ.
Мы знакомили коллег со свойствами сплава, вместе уточняли технологию и требования по оборудованию. Именно в ходе этой работы у меня окрепла мысль о необходимости внесения изменений в нормативное регулирование инновационного процесса.

— Вы утверждаете, что в состав НИР необходимо ввести опытно-технологические работы (ОТР). Что они должны включать и как проводиться?

— Выполняя ориентированные исследования, нельзя ни на минуту забывать, какую цель мы преследуем. Под нее выстраивается вся цепочка действий по передаче эстафеты от одного этапа к другому.

Самое главное — разработчик обязан приходить на производственное предприятие с полным портфелем нормативных документов, позволяющих без доработок, а значит, без потери времени и средств внедрить полученный результат в практику.

Заказчик должен быть уверен, что при выполнении всех заложенных в техническом регламенте рекомендаций он получит продукт с заданными свойствами.

Инновационный цикл, по крайней мере, в машиностроении, необходимо выстраивать так. Сначала НИР и при необходимости прикладные исследования для получения необходимых материалов, потом ОТР — разработка временного технического регламента и подготовка технологии переработки материалов под конкретную конструкцию, обязательно с участием заказчика.

На этом этапе важно обозначить, какие технологии и установки необходимы для выпуска экспериментальной партии и как опытные технологии будут преобразовываться в промышленные.
Кроме того, нужно определить, как производить детали сборочных единиц на заводе, какими технологическими и испытательными возможностями предприятие должно обладать.

И только после этого можно начинать опытно-конструкторские работы (ОКР) — опытный выпуск изделия и подтверждение его качества необходимым объемом испытаний.

— А сегодня стадия ОТР отсутствует?

— Да, в нормативной базе она не фигурирует как обязательный этап. Сразу за НИР идут ОКР. В советском законодательстве стадия ОТР была прописана в документах.

Уверен, что ее обязательно надо вернуть на свое место. Поскольку встала необходимость ускоренного внедрения в практику отечественных разработок, этот вопрос чрезвычайно актуален.

Разумеется, чтобы вся схема четко работала, исполнитель должен иметь современную экспериментально-технологическую базу.

— Как вам видится законодательное оформление стадии ОТР?

— Считаю, что необходимо разработать, принять и нормативно закрепить единый порядок представления документации по итогам выполненных НИР, заключительной стадией которых должны стать ОТР. Кстати, подобная система стандартизации для конструкторской документации существует, она сохранилась со времен СССР.

Разработанная и переданная в производство технология должна быть обязательна к исполнению. Заказчик не вправе ничего менять, не согласовав с разработчиком.

Сейчас, к сожалению, развелось много коммерческих структур, подряжающихся выполнять НИР, не имея необходимого оборудования и опыта, а главное — высокопрофессиональных инженерно-технических кадров. В итоге большие потери на всех этапах или даже полный провал проекта.

— Как должна выглядеть инновационная цепочка для вашей области — материаловедения?

— Более десяти лет назад институт без какой-либо поддержки (за счет собственной прибыли) разработал «Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года», которые были одобрены решением НТС Военно-промышленной комиссии РФ.

В этом документе сформулированы основные принципы создания материалов нового поколения. В первую очередь это неразрывность процесса «материал — технология — конструкция — оборудование» и реализация на основе цифровых технологий полного жизненного цикла: создание материала, эксплуатация его в конструкции, диагностика, ремонт, продление ресурса и утилизация. При разработке материалов и комплексных систем защиты нужно применять «зеленые» технологии.

— Что еще стоит исправить в сложившейся системе?

— Очень важная задача, как мне кажется, — восстановить в стране технические и технологические университеты, готовящие инженеров-конструкторов, инженеров-технологов, инженеров-строителей, инженеров по IT-технологиям и компьютерным наукам. Их обучение, исходя из отечественного и зарубежного опыта, целесообразно проводить, опираясь на базовые кафедры, которые должны иметь инновационные экспериментальные и опытно-технологические подразделения с конструкторскими бюро, использующими цифровые технологии для обеспечения выпуска товаров, изделий и услуг с полным комплектом нормативной документации.

Необходимо возродить русский и советский методы обучения специалистов этого профиля, а также создать профессиональные училища для подготовки высококвалифицированных рабочих кадров.

Газета "Поиск". Выпуск 3 (2024 01)

Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»