Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Испытания на прочность — сложный, интересный и ответственный этап создания летательных аппаратов. Перед специалистами стоит непростая задача — конструкция должна выдерживать колоссальные нагрузки, но при этом быть максимально легкой, чтобы экономить топливо и перевозить больше полезной нагрузки. О работах прочнистов ЦАГИ для отечественного авиастроения рассказал начальник комплекса прочности летательных аппаратов ФГУП «ЦАГИ» Михаил Зиченков.
Михаил Чеславович, расскажите, пожалуйста, что представляет собой комплекс прочности летательных аппаратов ЦАГИ сегодня?
В настоящий момент в комплексе работают 513 человек, включая 11 докторов и 58 кандидатов наук. Кроме того, у нас учатся около 30 аспирантов ЦАГИ и МФТИ. Мы прилагаем усилия к тому, чтобы подготовить молодежь на достойном уровне.
Миссия нашего коллектива — обеспечить высокий современный уровень развития прикладного исследования прочности конструкций в интересах российской авиации. Решение этой основной задачи предполагает высокие стандарты научных изысканий, создание эффективных методов расчета, испытаний, экспертизы, формирование нормативной документации и многое другое. Комплекс поддерживает и развивает около 30 научно-технических компетенций.
Мы строим новое на прочном фундаменте. Наша работа основывается на трех основных научных школах — школе норм прочности, начало которой в ЦАГИ положил академик АН СССР Александр Иванович Макаревский, школе аэроупругих колебаний летательных аппаратов — ее создал академик АН СССР Мстислав Всеволодович Келдыш, школе статической и тепловой прочности (включая композитные конструкции и влияние климатики на прочность), которую долгое время возглавлял Владимир Федоровитч Кутьинов, и школе ресурса авиационных конструкций, связанной с именем члена-корреспондента АН СССР Андрея Федоровича Селихова. И по каждому направлению мы стараемся соответствовать мировому уровню.
Эти школы в наше время работают раздельно или сообща?
Школа норм прочности — объединяющее звено, в ней содержатся все требования к характеристикам, которыми должна обладать авиационная конструкция, включая статическую, динамическую и усталостную прочность. Естественно, что все эти направления пересекаются, а наши ведущие специалисты, как правило, компетентны в нескольких научных областях. Это в порядке вещей для современного этапа развития прикладных наук. Сегодня от нас требуется определенная универсальность.
Хотелось бы отметить, что все основные работы комплекса выполняются в коллективах под руководством Александра Дзюбы, Виктора Коновалова и Сергея Парышева.
Какие виды работ выполняет комплекс прочности летательных аппаратов?
Можно выделить три основных вида работ. Прежде всего, это исследования — обогащение нашего научно-технического задела. Второе — работы, связанные с испытаниями, прочностными расчетами конкретных летательных аппаратов. Третье — работы над техническим законодательством — нормативной базой в области прочности, экспертиза прочности конкретных летательных аппаратов и подготовка соответствующих заключений ЦАГИ.
Важно помнить, что авиационная конструкция должна с высокой степенью надежности выдерживать необходимые нагрузки при всех режимах эксплуатации. Работы над конкретным объектом, в которых мы участвуем вместе с конструкторами-разработчиками воздушных судов, с самого начала нацелены на то, чтобы создать прочную и легкую конструкцию. Это необходимо для обеспечения как высокой экономической эффективности, так и безопасности.
Статические, частотные, ресурсные и летные испытания натурных конструкций самолета — важнейший этап прочностных исследований, по результатам которых вносятся последние изменения в конструкцию и осуществляется сертификация летательных аппаратов. Этому предшествует огромная многолетняя работа по оптимизации, формированию облика конструкции, расчетам нагрузок, аэродинамических характеристик, статической и усталостной прочности, в которой мы тоже активно участвуем.
Существенную долю нашей деятельности составляет выполнение государственных контрактов. Задача состоит в исследованиях и рекомендациях по созданию конструктивных решений для предлагаемых нашими аэродинамиками компоновок, в том числе из композитов. В частности, в настоящее время рассматриваются самолеты типа «летающее крыло», транспортный самолет с овальным или близким к квадратному сечением фюзеляжа, компоновки с нетрадиционным расположением двигателей и многое другое. Безусловно, большое внимание уделяется и вертолетам, по этому направлению мы также работаем в части создания перспективных решений, оптимального выбора материалов, обеспечения ресурса и др.
Конечно, для всех этих исследований требуется инструментарий — методы расчетного моделирования, методы испытаний и исследований, методы неразрушающего контроля — мы работаем в этих направлениях.
Сейчас комплекс участвует в нескольких интегрированных проектах — «Магистраль-интеграция», «Магистраль-технологии», «СДС/СПС-технологии», «ВКЛА 2025» и др. Они предусматривают исследования и по аэродинамике, и по прочности, и по системам управления, а результаты работ, включая изготовление и испытания демонстраторов, станут фундаментом для создания летательных аппаратов будущего.
Над какими самолетами работают ученые и специалисты комплекса на данный момент?
В первую очередь, необходимо отметить очень большой объем работ всех подразделений комплекса, связанный с авиалайнером МС-21. В ЦАГИ в рамках этого проекта созданы 22 стенда для различных испытаний в области прочности. Некоторые из них уже успешно отработали свою часть, некоторые активно работают, а другие будут задействованы в ближайшее время. Каждый стенд решает собственную задачу проверки разных технических решений, которые авиастроители закладывают в самолет, а после успешных испытаний конструкции стенд начинает работать на ее сертификацию.
Например, с положительными результатами завершены статические испытания на изолированных стендах вертикального и горизонтального оперения МС-21, активно продолжаются статические испытания полноразмерного самолета. Это важный момент — нам необходимо вывести его на большие нагрузки, чтобы он мог подтвердить свою надежность при полете на любых режимах. На стенде частотных испытаний уже завершен первый этап работ на натурном летном экземпляре.
Также два кессона крыла уже испытаны на статическую прочность, третий поступил для испытаний механизации. В этом году мы должны получить модернизированное «типовое» крыло, в котором учтены все сформулированные ранее замечания.
Отдельно отмечу, что наш испытательный центр «Прочность» в 2017 году аккредитован Федеральным агентством воздушного транспорта, что позволяет официально испытывать и выдавать результаты в рамках сертификации гражданских самолетов.
Михаил Чеславович, сколько еще продлится работа по проекту МС-21?
Для авиалайнера установлен срок сертификации — 2019 год. К этому времени должны быть завершены все основные работы по статической прочности, аэроупругости и проведены в необходимом объеме испытания по усталости, ресурсу и воздействию климатических факторов. Сначала самолету устанавливается начальный ресурс на основе первого этапа ресурсных испытаний и начинается его эксплуатация. Далее испытания продолжаются и на основе их результатов и опыта эксплуатации ресурс самолета расширяется. Мы решаем сложные задачи, ведь композитное крыло и оперение для гражданского самолета в России реализуются впервые.
Чем еще занимаются сегодня специалисты комплекса?
Помимо сказанного выше, мы продолжаем уделять большое внимание российскому авиалайнеру «Сухой Суперджет 100». В частности, проводится модернизация конструкции с учетом требований и опыта эксплуатации новых заказчиков. Например, появились модернизированные створки шасси и вариант самолета с законцовками крыла, которые спроектировали наши аэродинамики совместно с АО «ГСС». После сертификации эксплуатанты получат возможность выбрать вариант крыла с законцовками для экономии топлива. «Суперджет» может «похвастаться» композитными органами управления — это закрылки, интерцепторы, воздушные тормоза, элероны, рули высоты, рули направления. Что касается ресурса, мы продолжаем испытания и стремимся обеспечить проектные показатели — более 54 000 полетов.
Еще один объект наших исследований — самолет Як-152. Это небольшая учебная машина, но независимо от ее размера должны быть решены все задачи статической, усталостной и динамической прочности. Сейчас успешно завершаются статические испытания, серьезных доработок конструкции не понадобилось. Следующий экземпляр, близкий по технологии изготовления к серийному, будет предназначен для ресурсных испытаний.
Широкий спектр работ проводится в зале усталостных испытаний. Его загрузка очень высока — там действуют стенды для МС-21, Ил-476, Як-130, RRJ-LR и Су-25, готовятся статико-ресурсные испытания самолета Ил-112.
Опыт прочнистов востребован и вне стен ЦАГИ. Например, в марте команда наших специалистов прибыла в Ульяновск на частотные испытания новой модификации самолета Ил-76. Это масштабная работа, поездки зачастую длятся более месяца. Вторая команда занимается исследованиями вибраций самолета на аэродроме ЛИИ имени М.М. Громова.
То есть наши специалисты едут туда вместо того, чтобы перевозить в ЦАГИ целый самолет?
Именно так. Одна из наших компетенций — проведение частотных испытаний планера, системы управления и шасси в аэродромных условиях, в ангарах. Команда прочнистов очень востребована и хорошо оснащена, она часто отправляется в командировки в Комсомольск-на-Амуре, Иркутск, Ульяновск и т.д. Сначала, как правило, перевозится и монтируется оборудование, затем проводятся испытания, потом все возвращаются, и специалисты уже здесь оформляют итоговый отчет. По результатам этих работ «рождаются» совместные с КБ заключения о возможности безопасной эксплуатации самолета по условиям флаттера, аэроупругости и шимми.
Над чем комплекс прочности планирует работать в будущем?
Государственные контракты, о которых мы говорили выше, будут выполняться в этом и следующем году. Также продолжатся работы по МС-21, Ил-112, по вертолетам и перспективному комплексу дальней авиации, который разрабатывается на фирме Туполева. Далее в планах самолеты Ил-114 и Ил-276. Кроме того, продолжаются работы по частотным испытаниям экземпляров Су-57 и других крылатых машин.
Еще один важный блок — подготовка заключений ЦАГИ о безопасной эксплуатации новых и модернизированных самолетов и вертолетов с точки зрения ресурса. Их число достигает более 500 в год. Специалисты института способствуют безопасной эксплуатации нашей новой и модернизированной военной и гражданской авиации.
Из перспективных планов — надеюсь, мы будем плотно вовлечены в проект создания широкофюзеляжного российско-китайского самолета CR929 и нового
Можно ли сказать, что сегодня каждый новый российский самолет проходит через комплекс прочности летательных аппаратов ЦАГИ?
Да, конечно! Все наши новые самолеты, военные и гражданские, в значительном объеме испытываются в ЦАГИ. Исключением могут быть лишь нестандартные и малые беспилотные аппараты. Но и здесь мы вносим свой вклад — комплекс начал подготовку к формированию норм прочности для беспилотных летательных аппаратов.
Михаил Чеславович, как комплекс прочности летательных аппаратов участвует в международной деятельности?
Кооперации с другими странами уделяется большое внимание, ведь чтобы создавать современный научный задел, мы должны следить за развитием технологий в Европе, Америке, Китае. В международном плане активно работает лаборатория прочности перспективных авиаконструкций. Отмечу плотное сотрудничество с Германским аэрокосмическим центром DLR, с Чешским авиационным научно-исследовательским и испытательным институтом VZLU. Далее мы надеемся в ближайшее время выйти на новый уровень взаимодействия с греческими специалистами. Подписан меморандум о сотрудничестве с университетом города Патры, и недавно состоялся визит в ЦАГИ руководителя Европейской научной сети по аэронавтике EASN Спироса Пантелакиса.
Пожалуй, сейчас самый значимый партнер — Китай. Недавно команда специалистов комплекса прочности побывала этой стране, где участвовала в проведении очередного этапа работ в рамках контракта с Первым авиационным институтом FAI. Помимо этого, ведутся переговоры и намечаются работы с китайской государственной авиационной компанией AVIC ARI и Китайским аэродинамическим научно-исследовательским центром CARDC. Все это еще раз подтверждает высокую востребованность наших профессионалов.
В последние годы комплекс прочности был задействован в международных проектах HEXAFLY-INT, SADE, SARISTU, PoLaRBEAR, AFLoNext. Полученный в многосторонних работах опыт мы развиваем и используем в интересах российской авиации.
В каких тематических мероприятиях участвует комплекс прочности?
Мы сфокусированы на самых информативных для нас мероприятиях — это Международный форум по аэроупругости и динамике конструкций IFASD, Международный совет по аэронавтическим наукам ICAS, Международный комитет по усталости и конструкционной целостности в области авиации ICAF, Международный съезд по многодисциплинарной оптимизации конструкций WCSMO. Кроме того, представители комплекса ежегодно участвуют в международных форумах по композитным материалам JEC World, совещаниях Composite Materials Handbook-17 и в ставших традиционными семинарах ЦАГИ—ONERA.
Особое место в этом перечне занимает организуемая институтом раз в два года Конференция по прочности конструкций летательных аппаратов. В этом году мероприятие было посвящено
Расскажите, пожалуйста, как развивается комплекс с хозяйственной точки зрения.
Экспериментальная база дополняется стендами, изготовленными для конкретных самолетов. Кроме того, в прошлом году были введены в эксплуатацию обновленные установки для исследований в области тепловой прочности конструкции высокоскоростных летательных аппаратов. Следующим объектом стала большая климатическая камера КК-800 объемом 800 кубических метров. В ней уже начаты испытания конструкций, в том числе для МС-21 и «Суперджета». Результаты покажут, насколько существенно на прочностные характеристики композитов влияют холод, тепло и влажность. Наконец, идет внешний ремонт корпуса, где проходят статические эксперименты. Еще в наши перспективные планы входит строительство нового Лабораторного комплекса прочности испытания натурных конструкций, который возьмет на себя часть нынешней нагрузки. Бывает, что из-за недостаточности имеющихся площадей мы даже вынуждены отказываться от ряда заказов. Надеюсь, что вопрос начала реализации этого проекта будет решен в 2018 году.
Помимо прочего, завершается техническое перевооружение кабины и препараторской в аэродинамической трубе Т-104. После модернизации мы сможем испытывать в ней аэроупругие динамические модели более эффективно.