Через Байкальский горный хребет пройдет тоннель длиной 6,5 км, который позволит вдвое нарастить пропускную способность участка Байкало-Амурской железнодорожной магистрали между Северобайкальском и Леной. От повышенной влажности и низких температур его будут защищать особенные раздвижные ворота, которые сделают не из металла, как обычно поступали раньше, а из полимерного композита – стеклопластика.
Полотна ворот будут представлять собой трехслойные панели размером 6,8 м в высоту и 3,2 м в ширину, состоящие из стеклопластиковых обшивок и заполнителя. Масса каждой из них составит 850 кг. Разрабатывает эту конструкцию обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г. Ромашина, которое специализируется на создании продукции из неметаллических материалов для авиационной, ракетно-космической техники, транспорта.
Облегченные защитники
«Подобные конструкции в протяженных тоннелях необходимы для создания определенного микроклимата, – рассказывает директор направления «Композит» ОНПП «Технология» Анатолий Свиридов. – Открываются они только на период прохождения подвижного состава. Тем самым исключаются, например, снежные переметы на путях и образование наледи на потолке и стенах зимой. Кроме того, появляется возможность контроля не только температурного режима, но и влажности, а также ряда других параметров».
Сами ворота, кроме легкости, прочности, надежности и устойчивости к агрессивному воздействию окружающей среды, должны обладать еще одним немаловажным качеством: необходимо, чтобы у железнодорожного состава сохранялась возможность… «снести» их, если возникнет такая необходимость (например, в случае аварийной ситуации или отказа автоматики). Если конструкция будет металлической, то провести такой маневр вряд ли удастся без серьезного ущерба для локомотива. Легкий композит, обеспечивая заданные защитные характеристики, не станет непреодолимым препятствием для многотонной машины. Всего предполагается изготовить три комплекта ворот: два для установки и один про запас.
Аналогичные решения уже применялись в России, например при строительстве в конце 1990-х годов Северомуйского тоннеля БАМа в Бурятии. «Пластики и композиты все чаще применяются в сфере транспорта не только при строительстве различных объектов, но и в авиа-, авто-, судостроении», – говорит Аслан Закураев, профессор кафедры «автомобильные дороги, аэродромы, основания и фундаменты» Российского университета транспорта. Используют их и в железнодорожном машиностроении: например, у скоростного поезда «Сапсан» из полимерных композитов сделаны не только элементы внутренней отделки, но и ряд внешних деталей, в том числе головные части и обтекатели. «Причем стеклопластики являются лишь одной из многочисленных групп пластических масс. Многообразие типов наполнителей и связующих, видов ориентации волокон и методов изготовления позволяет создавать материалы с разнообразными физико-механическими свойствами, обладающие различной степенью обрабатываемости», – отмечает Аслан Закураев.
Ворота высотой почти 7 м будут сделаны из стеклопластика
Сегодня существуют различные технологии производства конструкций из полимерных композиционных материалов. В случае с созданием ворот для тоннеля БАМа применяется автоклавное формование. Пропитанная специально разработанным связующим стеклоткань выкладывается на оснастку (то есть копию будущего изделия) и отправляется в автоклав. А уже здесь при повышенном давлении и высокой температуре происходит ее отверждение. Разработчики подчеркивают, что в процессе производства используются российские материалы.
Родственники «Бурана»
В свое время наша страна была пионером в деле внедрения композитов. Первые пластиковые суда делали еще в 1960-х годах, а драйвером процесса стал космос. Например, крупногабаритные конструкции из углепластика были в космическом корабле «Буран», разработка которого началась в середине 1970-х. А единственный аппарат, достигший поверхности Венеры, – это имевшая в своем составе композитные изделия советская исследовательская станция. «Сегодня из углепластиков в сочетании с алюминиевой сотовой конструкцией изготовляется целый ряд деталей спутников, например каркасы антенн и панели. Это обеспечивает не только экономию веса, но и стабильность размеров, так как у углепластиков чрезвычайно низкий коэффициент теплового расширения (в 55 раз меньше, чем у металлов)», – отмечает Аслан Закураев.
«ОНПП «Технология» причастно к реализации обоих проектов», – говорит гендиректор предприятия Андрей Силкин, имея в виду и создание «Бурана», и исследовательской станции, достигшей Венеры. «Создание для «Бурана» створок отсека полезного груза из композитов стало непростой задачей. Элементы конструкций такого размера сложного профиля из таких материалов тогда в СССР никто не делал. Наши специалисты разработали технологии и изготовили крупногабаритные трехслойные панели створок и сложнопрофильные шпангоуты переменного сечения из углепластика. Для склеивания сотовых конструкций освоили серийное производство высокотемпературных пленочных клеев и связующего», – говорит он.
Полимеры в конструкции «Бурана» позволили снизить массу орбитального корабля более чем на 1,5 т. Работа над крупногабаритными створками помогла создать сначала карбоновое крыло обратной стреловидности для Су-47 «Беркут», а сейчас – углепластиковое хвостовое оперение для авиалайнера МС-21. Аналогичные технологии реализованы в получившем в 2018 году сертификат типа «летающем тракторе» Т-500. Легкий, экономичный, надежный и универсальный, он воплотил в себе самые передовые наработки в области композитных технологий, ранее использовавшихся исключительно в боевой авиации.
«Сегодня мы разрабатываем и выпускаем продукцию из керамики, стекла и полимерных композитов для авиации, космонавтики, кораблестроения и железнодорожного транспорта, – продолжает глава ОНПП «Технология». – Каждое, даже серийное, изделие уникально по своим характеристикам». Так было, например, когда создавалась углепластиковая опорная конструкция для детектора Atlas, зафиксировавшего бозон Хиггса – так называемую частицу Бога. ОНПП «Технология» стало единственным производителем, который взялся обеспечить заданные Европейской организацией по ядерным исследованиям (Cern) точностные параметры.
Борьба за экономию
На предприятии уверены, что композиты – одно из самых перспективных на сегодня направлений. «Такие материалы позволяют создавать изделия и конструкции с удивительным сочетанием легкости и прочности. При этом изделие может иметь форму любой геометрии», – говорит Анатолий Свиридов.
После долгого постсоветского провала сейчас вопросам развития отрасли опять стали уделять повышенное внимание на государственном уровне. Подпрограмма «Развитие композиционных материалов и изделий из них» и соответствующая дорожная карта определяют общие тенденции и меры по поддержке отрасли. «Благодаря тому, что к разработке документа привлекались не только теоретики, но и практики, такие как специалисты ВИАМ (Всероссийского НИИ авиационных материалов. – Прим. ред.) и представители Союза производителей композитов, карта предполагает не декларативные, а конкретные мероприятия и действия, – говорит Андрей Силкин. – Сейчас мы наблюдаем рост потребности в новых материалах, причем не только в традиционной для них сфере, такой как космонавтика, но и в авиа- и судостроении, нефтехимии и транспорте».
Впрочем, увеличение доли композитов в наукоемкой продукции – общемировой тренд. «Применение полимерных композиционных материалов уже сегодня позволяет снизить вес готового изделия почти на 30%, – продолжает эксперт. – Это дает серьезную экономию топлива, например, в авиации и космонавтике. Разработка ОНПП «Технология», внедренная в ходе первого этапа модернизации ракеты-носителя «Протон», снизила вес обтекателя на 1,5 т. И на следующих этапах благодаря новым материалам вес продолжил снижаться, хотя уже не так кардинально».
Прочитайте нашу статью о новаторстве - ХОЛОД ИЗ ТЕПЛА - новое покрытие, которое по эффективности превосходит обычную белую краску
А здесь узнайте 7 фактов про Менделеева и о том, как находила свой путь знаменитая Периода - Таблица химических элементов!
Дорогие читатели - со всем ли вы согласны в этой статье? Мы бы очень хотели получить от вас обратную связь - делитесь с нами вашими мыслями и вопросами - мы отвечаем на все и стараемся учитывать ваши пожелания в будущих статьях!
Искренне ваши, команда Химиков)