Пришло время добиться импортонезависимости

Сегодня уже становится понятно, что российская экономика сможет выдержать напор западных санкций, став от этого только сильнее. Освободившиеся технологические ниши постепенно занимают современные разработки отечественных конструкторских бюро и научно-исследовательских институтов. ЦАГИ не является исключением: и ранее работавший по программам импортозамещения институт сконцентрировал свое внимание в этом направлении.

Как рассказал в интервью средствам массовой информации заместитель председателя Правительства Российской Федерации Юрий Борисов, пришло время реального импортозамещения, и есть шанс проработать эту тему на всю необходимую глубину, навсегда избавившись от зависимости от западных комплектующих, сырья и материалов.

Так, отказ США от поставки композитов привел к тому, что их производство пришлось стопроцентно локализовать в России. В этом году отечественные производители столкнулись с практически полным прекращением оснащения авионикой и двигателями флагманских российских проектов. Поэтому сейчас в ускоренном темпе реализуются мероприятия по переходу на отечественные аналоги. Например, МС-21 проходит сертификацию с двигателем ПД-14, и в серийное производство он пойдет именно в такой конфигурации. Одновременно будут импортозамещены ряд критических позиций по системам перспективного авиалайнера. С конца 2024–2025 годов планируется перейти к наращиванию серийных поставок полностью отечественной модели МС-21. Импортозависимость самолета «Суперджет-100» будет исключена к концу 2023 года: отечественное воздушное судно назовут SSJ-NEW. По планам Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, доля отечественной продукции в этих машинах к 2024 году составит 90–100%. Кроме того, на подмогу отечественным авиаперевозчикам придут самолеты Ил-96 и Ту-214.

ЦАГИ активно работает по всем этим проектам. О том, как институт принял очередной технологический вызов, рассказал Генеральный директор, член-корреспондент РАН Кирилл Сыпало.

В части авионики и материалов

— Кирилл Иванович, одной из актуальных тем сегодня является импортозамещение в авиационной отрасли. По каким программам на настоящий момент работает ЦАГИ? С какими ведущими разработчиками авиатехники налажено тесное взаимодействие?

— Санкции — это одновременно и серьезный вызов, и хороший шанс для отечественных предприятий увеличить свое присутствие на внутреннем и мировом рынках. Мы поддерживаем абсолютно все инициативы руководства нашего государства в области импортозамещения, среди которых — ряд научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, стратегия цифровой трансформации и многое другое.

Так, одно из наших основных отделений — аэродинамики самолетов — в рамках программы «Суперджет» в модификации с максимальным импортозамещением компонентов и систем конструкции планера" выполняет экспериментальные исследования по оценке аэродинамических характеристик модели самолета RRJ‑95NEW-100. Летательный аппарат изучается в крейсерской конфигурации в компоновке с мотогондолами двигателя ПД-8 в широком диапазоне чисел Маха (0,2÷0,89) при различных углах установки вихрегенераторов с дальнейшим пересчетом на натурные условия полета. Эта информация необходима для внесения изменений в банк данных аэродинамических характеристик самолета. Для мотогондолы ПД‑8 будет спроектирован новый пилон. Также запланированы работы по улучшению взлетно-посадочных характеристик за счет модификации формы предкрылка и закрылка. По нашим оценкам, это позволит увеличить подъемную силу крыла на ≈0,15÷0,2.

Полным ходом идет реализация еще одного знакового отечественного проекта. В рамках программы сертификации выполняются исследования характеристик перспективного авиалайнера МС-21 с одним отказавшим двигателем, механизации крыла с целью повышения аэродинамического качества на взлете; уточняются алгоритмы работы СИВСП-21 (системы измерения высотноскоростных параметров). Кроме того, нами разрабатываются рекомендации по улучшению местной аэродинамики самолета и интеграции с двигателем ПД-14, а также по снижению вредного и дополнительного сопротивления.

Что касается программ усталостных испытаний как образцов, так и полноразмерных конструкций летательных аппаратов, связанных с импортозамещением, налажено тесное взаимодействие между центром прочности ФАУ «ЦАГИ», ПАО «Корпорация «Иркут» и АО «АэроКомпозит».

В области динамики полета мы работаем над такой перспективной тематикой, как четырехмерная навигация. Она позволяет минимизировать расход топлива при заданном времени полета между аэропортами отправления и назначения. Разработанные алгоритмы предполагается использовать на всех этапах планирования перелета. Четырехмерная навигация применима и для автоматических режимов управления на всем маршруте движения воздушного судна или на отдельных его этапах.

— Расскажите о работах по импортозамещению агрегатов отечественных самолетов в части прочности.

— Работы по импортозамещению, связанные с заменой импортных полимерных композиционных материалов (ПКМ) на отечественные в композитных конструкциях самолета МС-21, проводятся совместно специалистами ЦАГИ, ПАО «Корпорация «Иркут» и АО «АэроКомпозит». С учетом опыта, накопленного центром прочности института, были разработаны программы испытаний конструктивно-подобных образцов и агрегатов летательного аппарата, отработаны новые технологии исследований, созданы специальные испытательные установки.

В отделениях ресурса конструкций и статической и тепловой прочности продолжаются климатико-прочностные статические и ресурсные исследования элементов механизации крыла и оперения самолета МС-21 из отечественных ПКМ: элерона, воздушного тормоза, интерцептора, рулей направления и высоты, закрылка. Эксперименты проводятся в большой климатической камере при различных параметрах окружающей среды с переменными силовыми воздействиями. До конца текущего года намечено обосновать начальный ресурс перечисленных элементов.

В отделении ресурса конструкций в рамках программы импортозамещения организованы работы в соответствии с так называемой «пирамидой» — комплексом расчетно-экспериментальных исследований прочности и долговечности крыла и оперения МС-21 из ПКМ. Сотрудники ЦАГИ совместно с ПАО «Корпорация «Иркут» в сжатые сроки продолжают испытания элементарных и конструктивно-подобных образцов для подтверждения соответствия элементов и частей конструкции самолета, изготовленных из ПКМ, сертификационным требованиям.

В частности, на данный момент реализуются программы испытаний образцов из отечественного ПКМ по специальной квалификации (около 3 000 единиц); исследований конструктивно-силовых схем элементов крыла на конструктивно-подобных образцах (около 400 образцов). Кроме того, изучается эффективность методов ремонта конструкций из ПКМ, прочность и ресурс натурных панелей и узлов несущей поверхности.

В отделении норм прочности, нагрузок и аэроупругости проведены жесткостные и частотные изолированные испытания натурного кессона крыла МС-21, выполненного из отечественных ПКМ. Определены жесткости кессона на изгиб и кручение, собственные формы и частоты упругих колебаний. Результаты использованы для уточнения математических моделей крыла.

Доработана динамически-подобная модель самолета МС-21 под жесткостные характеристики крыла из отечественных ПКМ. В мае и июне 2022 года проведены испытания этой модели в аэродинамической трубе Т-104 для подтверждения запасов самолета по флаттеру.

Импортозамещающие технологии коснулись и металлических частей конструкции МС-21. Например, специалисты ЦАГИ работают над экспериментальным подтверждением прочностных и ресурсных характеристик регулярной зоны обшивки фюзеляжа со стоппером трещин, выполненным с применением отечественной клеевой пленки. По предварительным результатам испытаний, по прочностным свойствам она нисколько не уступает зарубежным аналогам. Также выполняются натурные статические испытания планера и ресурсные исследования отсека фюзеляжа с центропланом и кессоном крыла МС-21 из отечественного ПКМ.

До конца 2022 года планируется смонтировать в испытательном зале и подготовить к натурным ресурсным исследованиям самолет SSJ-NEW c агрегатами отечественного производства, изготовленными в рамках программы импортозамещения.

...создания двигательных установок

— Какие исследования проводятся в ЦАГИ в обеспечение разработки отечественных двигателей ПД-8 и ПД-14?

— В целях разработки силовой установки с отечественным двигателем ПД-8 для SSJ-NEW и Бе-200 нами проведена экспертиза аэродинамического проекта мотогондолы и воздухозаборника разработки Объединенной двигателестроительной корпорации (ПАО «ОДК-Сатурн» и АО «ОДК-Авиадвигатель») на соответствие техзаданию. Ученые института выполнили цикл расчетных исследований аэродинамических характеристик мотогондолы и воздухозаборника как в изолированной постановке, так и в компоновке на самолете SSJ-NEW.

Далее была разработана и испытана в аэродинамических трубах Т-104 и Т-128 ЦАГИ серия моделей элементов конструкции ПД-8. По результатам экспериментов выполнены рекомендации по оптимизации аэродинамических характеристик и интеграции мотогондолы на самолете, а также по оценке газодинамической устойчивости силовой установки в составе SSJ-NEW.

Кроме того, на стенде ЭУ-2 ЦАГИ проведены исследования по защите от вихреобразования и попадания посторонних предметов в силовую установку с ПД-8 при пробеге самолета по взлетно-посадочной полосе (ВПП); даны рекомендации по повышению ресурса двигателя и защите вентилятора. Также начаты работы по исследованию влияния режима реверса тяги на характеристики SSJ-NEW при пробеге по ВПП и газодинамическую устойчивость силовой установки.

Теперь несколько слов о достижениях центра авиационной науки в области создания двигателя ПД-14. Совместно с АО «ОДК-Авиадвигатель» ЦАГИ выполнил обширный комплекс расчетно-экспериментальных работ по выбору и отработке аэродинамического облика мотогондолы, воздухозаборника и реактивного сопла ПД-14.

Для разработки аэродинамического проекта мотогондолы силовой установки была создана специальная рабочая группа, включающая специалистов ЦАГИ, АО «ОДК-Авиадвигатель» и ФАУ «ЦИАМ им. П.И. Баранова». Проект выполнен исходя из современных требований обеспечения максимальной эффективной тяги двигателя, его газодинамической устойчивости и минимизации внешнего аэродинамического сопротивления. Для снижения потерь эффективной тяги использован не только отечественный и зарубежный опыт разработки современных ТРДД, но и новейшие наработки ЦАГИ, ЦИАМ и ОДК-Авиадвигатель по методам моделирования аэродинамики и оптимизации внешних обводов двигателя, в том числе в составе самолета.

В рамках рабочей группы решены три крупные задачи по силовой установке: разработка аэродинамического проекта и испытания в аэродинамических трубах ЦАГИ вариантов воздухозаборника, мотогондолы и реактивного сопла ПД-14. На финальной стадии работ совместно с ПАО «Корпорация «Иркут» была решена еще одна важная проблема — интеграция маршевой силовой установки с двигателями ПД-14 на самолете МС-21-310. Показано, что аэродинамические характеристики и уровень эффективной тяги ПД-14, подтвержденные в трубных испытаниях, не уступают лучшим зарубежным аналогам.

В результате численного моделирования, а также испытаний модели в трубах Т-104 и Т-128 ЦАГИ определено, что аэродинамические характеристики планера с установленными отечественными ПД-14 практически не отличаются от компоновки с импортными двигателями PW1431G, а внутренние характеристики воздухозаборника ПД-14 полностью удовлетворяют принятым нормативным требованиям по аэродинамической эффективности и газодинамической устойчивости в эксплуатационном диапазоне режимов полета, в том числе при больших углах атаки, а также при сильном боковом ветре. Данные первых летных испытаний МС-21-310 показали работоспособность маршевой силовой установки с отечественными двигателями.

Эти работы дали мощный толчок для развития расчетных и экспериментальных методов исследований в ЦАГИ. Так, в институте впервые был создан современный метод компьютерного моделирования и многодисциплинарной оптимизации входных устройств, мотогондол и сопл ТРДД. Активное применение численных методов расчета совместно с трубным экспериментом позволило значительно увеличить продуктивность, информативность и точность исследований. Дальнейшее их развитие связано с разработкой «технологии естественной ламинаризации» пограничного слоя для мотогондол ТРДД большой размерности.

...оснащения оборудованием и инструментом

— Как развивается опытное производство ЦАГИ в условиях санкций? Возникают ли проблемы в плане поставки инструмента, материалов, замены и ремонта станков с ЧПУ?

— Научно-производственный центр (НПЦ) ЦАГИ изготавливает практически все типы моделей из металлических и композиционных материалов, используя целый комплекс оборудования с ЧПУ. Он включает фрезерные обрабатывающие центры, токарно-фрезерные и токарные, электроэрозионные станки, плазменную резку, программируемую нагревательную печь и системы инфузионной пропитки пакетов армирующего наполнителя в деталях из ПКМ.

Текущая ситуация не могла не отразиться на поступлении импортных комплектующих, инструмента и материалов, используемых в производстве. Целый ряд производителей и поставщиков официально отказались от поставок в Российскую Федерацию. У других разрыв логистических цепочек привел к увеличению сроков доставки продукции до двух месяцев и более.

Режущий инструмент, применяемый в опытном производстве института (ОПИ), можно разделить на две группы — ручной и станочный. Доля импортного ручного инструмента в общем объеме невелика, и никаких негативных последствий сложности с поставками не несут. Совсем по-другому обстоит дело со станочным режущим инструментом: доля импортного здесь составляет до 95% (производство: Германия, Швеция, Израиль). Работа по подбору и внедрению его в технологические процессы велась на протяжении многих лет. Технология применения инструмента отработана по производительности и качеству при его известной стоимости.

В современных условиях рынок отечественного станочного инструмента активно развивается. В сегменте осевого твердосплавного инструмента появились российские производители, составляющие достойную конкуренцию импортным брендам. В НПЦ проводится целенаправленная работа по его подбору, испытаниям и отработке технологии применения. Что касается сегмента корпусного инструмента со сменными пластинами, то здесь ситуация сложная. Ведущие мировые производители являются фактически монополистами на российском рынке. В ОПИ НПЦ имеется значительный объем весьма дорогостоящей технологической оснастки (корпуса, оправки и др.) производства SANDVIK и ISCAR, между тем как поставщиков режущих пластин, за исключением компании СКИФ-М и некоторых других, в России практически нет. Выпускаемые ими пластины конструктивно не подходят к имеющимся корпусным фрезам. Но в последнее время поступают предложения по поставкам инструмента из Китая, Южной Кореи, Индии. Мы уже начали работу по исследованию сравнительных характеристик предлагаемых корпусных фрез и режущих пластин.

Наряду с металлическими в НПЦ обрабатывают (методами фрезерования, сверления) композиционные материалы. Важнейшей задачей здесь стало изготовление образцов для ресурсных испытаний по квалификации отечественных композитов применительно к использованию в авиационных конструкциях магистральных пассажирских самолетов, в частности, МС-21. Обработка образцов серийным инструментом приводит к снижению фиксируемых в экспериментальных исследованиях ресурсных характеристик до 40%. Реальные показатели обеспечивает обработка образцов специализированным инструментом, применяемым за рубежом и в НПЦ. В настоящее время специалистами центра выполняются исследования по определению рациональной геометрии режущей части таких фрез и ее эффективного упрочняющего покрытия.

Необходимым условием эффективной механической обработки на станках с ЧПУ является определение ее основных технологических параметров. В НПЦ сформирован комплекс инструментальных технологических средств, разработано программное обеспечение. Техсредства, преимущественно импортные, произведены в Швейцарии, Великобритании, Германии. Их применение позволяет отработать наиболее производительную технологию в течение 1–3 недель вместо традиционной отработки, требующей иногда от нескольких месяцев до года и более. В настоящее время выполнена предварительная разработка данного оборудования, причем на основе использования отечественных комплектующих. Уже поступил заказ от одного из ведущих предприятий ракетно-космической отрасли, оформляется контракт.

Основными металлическими конструкционными материалами при изготовлении аэродинамических моделей, нестандартного оборудования и тензовесов являются стали, алюминиевые и титановые сплавы. Они выпускаются отечественными металлургическими предприятиями. В связи с этим проблем с наличием и сроками поставки нет.

В изготовлении моделей из ПКМ продолжительное время использовались высококачественные импортные. В последний год в НПЦ проведена оценка характеристик отечественных материалов. Она показала их достаточно высокое качество, что позволило полностью отказаться от импорта. Пока остается проблемой подбор отечественных пенопластов, аналогичных по характеристикам зарубежным аналогам.

Одной из главных задач при организации производственного процесса является обеспечение бесперебойной работы технологического и вспомогательного оборудования. Станочный парк опытного производства имеет импортную составляющую, и в первую очередь это станки с ЧПУ. В настоящее время российские производители смазочных материалов и охлаждающих жидкостей предлагают полный ассортимент ГСМ, используемых для обслуживания имеющегося оборудования. В части поставки комплектующих и запасных частей есть сложности. Как правило, расходные материалы (фильтры, ремни, уплотнения и т.д.) выпускаются отечественными предприятиями, более сложные агрегаты необходимо подбирать по посадочным местам и их дорабатывать. Самая непростая ситуация с узлами, элементами электромеханических и электронных систем станков, некоторые компоненты которых в нашей стране не выпускаются. Проводится большая работа по поиску потенциальных поставщиков из России и дружественных стран, способных обеспечить потребность производства в расходных материалах и запасных частях. На сегодняшний день имеющиеся запасы позволяют производить своевременное и качественное обслуживание оборудования.

— Каковы перспективы и научные приоритеты института в части импортозамещения и развития отечественной авиационной отрасли на ближайшие годы?

— Считаю, что мы являемся самодостаточным предприятием авиационной промышленности абсолютно по всем направлениям: в части исследований аэродинамики и динамики полета, прочности, гидродинамики, аэроакустики летательных аппаратов и др. Уверен, что если в нашей работе что-то и изменится, то только в лучшую сторону. Мы продолжаем двигаться вперед в плане развития тематики создания сверхзвукового самолета, формирования на нашей базе новых инженерных и научных центров, проведения испытаний важнейшей для страны авиационной техники. Таким образом ЦАГИ привносит свой вклад в формирование экономического, финансового, технологического и, в конечном счете, политического суверенитета России.