Как в России делают суперлегкие детали для самолетов и ракет

Российский пассажирский самолет МС-21 почти на треть состоит из углепластика, поэтому он более легкий и экономичный. "Черное" хвостовое оперение для нового отечественного лайнера производят на входящем в Ростех ОНПП "Технология" имени Ромашина в Обнинске. Подробности изготовления обтекателей ракет-носителей и корпусов космических аппаратов — в репортаже корреспондента РИА Новости с предприятия.

Переход на российское

Крыло и хвостовое оперение из композитных материалов повышает конкурентоспособность самолета МС-21 на мировом рынке, где сейчас лидируют Boeing и Airbus.

Изначально в конструкции использовали углеродные материалы американской фирмы Hexcel и японской Toray Industries. Сейчас в связи с санкциями Россия намерена перейти на российские аналоги, производство которых в Елабуге наладила компания Umatex.

"Стратегический ориентир — это импортозамещение. Мы, как изготовители крупногабаритных и силовых элементов хвостового оперения для МС-21, научились делать образцы из отечественных материалов и видим, что переход на них возможен", — комментирует РИА Новости Андрей Силкин, генеральный директор "Технологии".

"Черное" хвостовое оперение всех действующих МС-21 создано из обнинских комплектующих. Еще шесть готовых комплектов ждут очереди. Замена на российские композиты не повлияла ни на качество, ни на вес, ни на сроки, уверяют специалисты предприятия. "Наше изделие выдерживает 130 процентов нагрузки. Для мирового авиастроения это очень хороший показатель", — говорит Силкин.

Благодаря углепластику самолет весит процентов на двадцать меньше, что существенно экономит топливо. В отличие от металла, полимерный композит не подвержен коррозии, очень стоек к агрессивным химическим и механическим воздействиям, сложным климатическим условиям.

Закаленные "Бураном"

"Технология" — российский лидер по изготовлению конструкций из полимерных композитов, стекла, керамики для авиации и космоса. Именно здесь делали термо- и радиационно-стойкое остекление пилотской кабины, керамическую обшивку корпуса ("шубу"), створки отсека полезного груза и другие детали космического многоразового корабля "Буран".

Первое, что видишь в цехе композитного производства, — четырехметровые детали головных обтекателей для ракеты-носителя "Протон-М". Обшиты углепластиком, внутри — заполнение из алюминиевых сот. Только в местах усиления их дополняют полимером. Конструкция очень легкая: ее может поднять и удержать один человек.

Как делают "черную" деталь

Сначала создают мастер-модель — точную копию изделия. Для этого на предприятии есть пятикоординатный станок, рассчитанный на работу с двадцатиметровыми конструкциями.

По мастер-модели изготавливают оснастку — основу, на которую выкладывают углепластиковое полотно. Она тоже из композита — чтобы деталь не деформировалась из-за разницы материала при последующем нагреве.

Затем — выкладка препрега. Так называют мягкие, еще не затвердевшие углепластиковые волокна, пропитанные полимерным связующим. Выглядит как черная, немного липкая клеенка — впрочем, по сути, это и есть клеенка. Препреги для космических изделий на предприятии готовят из сырья самостоятельно, а для МС-21 получают готовые полотна в бобинах. Большинство этапов автоматизировано. Из станка выходят элементы хвостового оперения — панели кессона киля и стабилизатора. Остается только отправить их в автоклав.

"Углепластиковые детали для авиации и космоса мы изготавливаем автоклавным способом, это довольно дорогое удовольствие, — объясняет Анатолий Хмельницкий, заместитель генерального директора по производству. — Нужно накачать автоклав азотом, чтобы была инертная среда, поддерживать температуру 160-180 градусов, давление порядка шести атмосфер в течение долгого времени. В результате уменьшается пористость, толщина и, соответственно, вес изделия, увеличивается жесткость и прочность".

По словам Хмельницкого, в год предприятие способно поставлять десять-пятнадцать комплектов хвостового оперения для МС-21. Если докупить оборудование, производство несложно расширить.

Вполне реально сократить срок и удешевить процесс, если перейти на альтернативный способ получения композитной детали — вакуумное инфузионное формование.

"Сухой или слегка пропитанный материал выкладывается по определенной схеме и затем упаковывается герметично под вакуумную пленку, причем одновременно откачивается воздух и накачивается связующее. Потом деталь формуют в печи", — рассказывает инженер.
Таким образом можно изготовить единую конструкцию размером до семидесяти метров. Но процесс очень сложный, нужно четко все рассчитать, закачивать связующее с разных сторон, чтобы равномерно заполнить объем без пустот, потому что процесс невозможно остановить и исправить.

"Технология" освоила инфузионное формование одной из первых в стране. Здесь этот метод применяют для изготовления формообразующей оснастки и ненагруженных конструкций. Силовые же конструкции самолетов, в том числе элементы хвостового оперения для МС-21, делают автоклавным способом, как и во всем мире.

Одновременно на предприятии снижают себестоимость продукции без ущерба надежности. Нашли альтернативу автоклаву при изготовлении, например, крупногабаритных обшивок космического назначения. Первые образцы на пока единственной в России подобной установке получены, идет технологическая отработка.

На поля и Марс

В соседнем цехе — чудо малой авиации, небольшой одноместный самолет для сельскохозяйственных работ — Т-500.

У его предшественника два съемных крыла, а у новой модели — практически одно, легкое композитное, сформированное из двух частей на 12-метровом лонжероне.

Это первый российский самолет сельхозназначения, получивший сертификат типа. Десять готовых образцов уже отправились в Татарстан, где установили авионику, а также нестандартную спасательную систему: благодаря малому весу при аварийной ситуации самолет приземляется на парашюте вместе с пилотом.

Из полимерных композитов на предприятии делают каркасы для солнечных батарей многих отечественных и зарубежных космических аппаратов, детали корпусов, радиаторы. Таких на орбите сегодня более полусотни.
Продолжается работа над вторым поколением посадочной платформы и ровера "ЭкзоМарс" — российско-европейского проекта, планируемого к запуску предварительно в 2020 году. Не останется "Технология" в стороне и от проекта посадочной станции "Луна-25".

Источник: РИА Новости