- Новости технологий
После выхода статьи о нашем лайнере МС-21 (ссылка здесь), в комментариях разгорелись споры. Было много и оптимистичных откликов, и критических замечаний. Всех благодарю за искренность и активную позицию!
При этом было множество вопросов о том, что же происходит с импортозамещением? Вопрос о двигателе ПД-14 более-менее понятен, и лайнер с нашими двигателями начинает проходить испытания уже в этом году. Но вот с производством полностью отечественных композитов все на самом деле сложнее.
Были даже среди комментаторов мнения о том, что именно из-за композитов “все пропало”. Высказывались, что раньше 2025 или 2030 года МС-21 не будет сертифицирован. А в статьях на авиационных сайтах даже встречал информацию, что в целом композитное крыло для МС-21 это “плохая идея”. И не из-за санкций, а сама по себе, ибо именно оно делает проект долгим и дорогим. Так ли это?
Давайте попробуем сегодня эту тему обсудить. И, думаю, прочитав статью, вы поймете, что есть поводы для оптимизма.
Поехали!
Для начала несколько слово о том, что такое композиты, и зачем они нужны.
Композиты или композиционные материалы это набор из нескольких видов материалов, определенным образом “упакованный” в объеме производимых деталей или узлов.
Вот один пример:
Благодаря нужной ориентации при укладке волокон (или стержней) в матрице, мы получаем нужную прочность в нужных направлениях.
Вот еще один пример. Здесь сотовая структура из одного материала может быть заполнена наполнителем и работать на растяжение-сжатие в вертикальном направлении.
А закрывающие сверху и снизу листы вместе с наполнителем “связывают” все это воедино и добавляют устойчивость к растяжению-сжатию в горизонтальной плоскости.
- Итак, композит это материал, изготовленный из двух или более компонентов с существенно различными физическими и/или химическими свойствами, которые, в сочетании, приводят к появлению нового материала с характеристиками, отличными от характеристик отдельных компонентов и не являющимися простой их суперпозицией (сложением свойств). В составе композита принято выделять матрицу/матрицы и наполнитель/наполнители.
Примером матрицы в верхнем изображении (Рис.1) являются нити, создающие в пространстве определенную решетку. Изменяя состав матрицы и наполнителя, пробуя разные их соотношения, мы можем получить широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят обычные материалы и сплавы по своим свойствам, и в то же время они легче.
Зачем же МС-21 композитное крыло?
Затем, что оно позволяет при меньшей ширине, большей длине и меньшей массе иметь достаточную прочность. То есть конструкционно мы имеем возможность снизить лобовое сопротивления при той же подъемной силе, снизить массу самолета и получить дополнительную экономию топлива.
Композитное крыло МС-21 называют также “черным” потому, что оно создается из углеродных волокон, имеющих черный цвет. Именно эти волокна создают структуру или “матрицу” композита, а полимерная смола является связующим веществом.
Ранее мы закупали американскую и японскую продукцию для создания композитного крыла. Американская компания Hexcel поставляла полимерный материал для наполнителя, а японская Toray Industries - углеродное волокно. Но из-за санкций уже больше года мы продукцию не получаем. На момент объявления санкций наши разработки собственного углеродного волокна уступали по качеству зарубежным. Сейчас все еще отставание по прочности имеется.
Однако композитное крыло является конструкцией, которая допускает определенные технологические вариации. Сама идея композита заключена в том, чтобы компоновать материалы, нивелируя “слабости” и максимально используя преимущества элементов композита. Поэтому у наших инженеров есть возможности использовать уже существующие материалы, производимые под руководством корпорации “Росатом” на дочернем предприятии “Алабуга-Волокно”. Оно будет делать поставки на “Аэрокомпозит” в Ульяновске, где происходит сборка элементов центроплана и крыла.
Еще весной 2020 года Виктор Авдеев, председатель совета директоров компании “Унихимтек” рассказал в интервью о том, как обстоят у нас дела:
Наша собственная система материалов заметно отличается от аналогичной иностранного производства, поэтому пришлось внести довольно серьезные изменения в технологию переработки. ...Эта технологическая стадия пройдена успешно. Более того, уже начато изготовление летных экземпляров самолетов, на которые будут установлены крылья из наших композитных материалов. Но необходимо пройти весь цикл испытаний в соответствии с существующими в авиастроительной отрасли стандартами. Для производства нашей системы материалов мы используем российское углеродное волокно. Его прочность на растяжение примерно на 15% ниже. Тем не менее за счет ряда уникальных материаловедческих решений этот недостаток был полностью нивелирован. Прочность отечественного углеродного волокна понижена, в частности, за счет микрошероховатостей на его поверхности, но в то же время эти микрошероховатости улучшают взаимодействие с полимерной матрицей и наряду с модификацией самой матрицы и аппретов (полимерных смол) приводят к улучшению эксплуатационных характеристик изделия.
Уже полгода назад выпускаемые серийно в Алабуге углеродные волокна имели прочность 4,9 ГПа. Но были и отдельные образцы с прочностью 5,6 ГПа и даже 6 ГПа, то есть на уровне японских технологий. Да, это еще не серийное производство, но серьезный к нему шаг. Источник информации здесь: https://expert.ru/expert/2020/11/mozhno-startovat/
16 декабря 2020 года, уже недавно, первый зам.председателя коллегии Военно-промышленной комиссии РФ Андрей Ельчанинов заявил в интервью “Интерфаксу” следующее:
Отдельные элементы крыла с использованием полностью отечественных композитов изготовлены и проходят испытания. Надеемся, в следующем году (то есть в 2021-м) на самолет МС-21 пойдет композитное крыло полностью отечественного производства. Таким образом, полностью исключим зависимость от иностранных поставщиков
О том же в декабре говорил и глава Минпромторга Денис Мантуров:
Россия при производстве крыла гражданского самолета МС-21 будет использовать только отечественные композитные материалы.
Могу сказать с уверенностью, что мы испытали на статике крыло МС-21, полностью подтвердили заложенные характеристики. И сегодня можно с уверенностью сказать, что мы будем использовать в производстве МС-21 уже полностью собственные материалы
Думаю, многие не согласятся с оптимистичными прогнозами. И, возможно, отчасти для скепсиса можно найти повод. Я прекрасно понимаю, что и в царской России, и в СССР, и сейчас, одной из наших способностей является способность рапортовать много, а добиваться в срок меньшего. Пусть даже в случае с МС-21 это так. И все равно, исходя из всей доступной информации следует вывод, что прогресс есть. Поэтому я верю, что лайнер из отечественных материалов будет запущен в серию в течение одного-двух лет. Шансы есть.
Пока нет данных о том, что полноразмерное композитное крыло из наших материалов прошло или проходит испытания. Но будем ждать новостей. Надеюсь, что получим их в ближайшее время.
Для критиков добавлю, что, да, вся история по импортозамещению и налаживанию собственного производства делает проект намного дороже, чем предполагалось. Да, экономия поначалу не будет такой, как ее расписывали. Но позвольте сказать, что это первый самолет за пару десятилетий, который в России будет на 90%, если не на 100% состоять из отечественных материалов. И это важная веха. Каждый следующий самолет в серии будет стоить дешевле при налаженном производстве. Да, потребуется еще сколько-то лет, чтобы выйти на максимальные производственные мощности. Но это случится. А технологический задел послужит дальнейшему развитию.
Также издание “Жуковские вести” пишет о том, что в планах у завода “Иркут” уже в 2021 году выпускать МС-21 из полностью отечественных композитных материалов. Источник здесь: https://www.zhukvesti.ru/articles/detail/27851/
А уже в этом году, 19 февраля (источник) Президент Татарстана Рустам Минниханов и вице-премьер России Юрий Борисов посетили завод по производству углеродного волокна «Алабуга-Волокно», где в диалоге отмечали, что за время с 2019 года мы полностью смогли наладить производство своего углеродного волокна и композитных материалов для лайнера МС-21.
Замечу, что все испытания, которые проводились до сих пор, проводились на МС-21 с крылом из композитных материалов, поставляемых США и Японией. И то, что мы научились делать свои материалы, потребует времени для сертификации лайнера, изготовленного с крылом из волокна отечественной технологии. Но успех на этом поприще есть.
И еще один момент. В комментариях под прошлой статьей задавались вопросы о том, насколько композитное крыло надежнее, чем созданное из металлов и сплавов. Так вот, композиты в целом и композиты из углеродного волокна в частности имеют сравнимые и со сталью, и с алюминиевыми сплавами показатели как по твердости и прочности, так и по сопротивлению усталостным разрушениям при циклических нагрузках. И их долговечность может в разы превзойти долговечность стали. Почтитать об этом больше можно здесь, в статье еще за 2009 журнала "Композиты и наноструктуры".
Один момент от критиков, всё же, заслуживает внимания. Он связан с тем, что дефектоскопия композитов слабо освоена. Если усталостные микротрещины в стальных деталях обнаруживают легко, то проверять композит на микротрещины с такой же легкостью еще не научились. Однако срок его службы все равно выше этого же срока у стальных деталей.
Итак, к настоящему моменту собрано уже 6 самолетов МС-21. Еще 3-4 машины соберут в 2021 году. А планы на серийное производство такие:
- в 2022 году соберут 6 серийных самолетов
- в 2023 году - 10-15 лайнеров
- в 2024 году 30 машина
- в 2025 году 36 самолетов
Затем планируется выйти на уровень 72 самолетов в год. Портфель предзаказов уже составляет 175 единиц лайнера. Первые поставки заказчикам произойдут, думаю, уже не в этом году, а в начале 2022 года. Планы амбициозные, но, верю, реалистичные (источник "Интерфакс").
Вот такие новости :)
- Как считаете, удастся ли наладить серийное производство через год?
- Нравится ли вам МС-21?
- Какие вопросы я не осветил, чего не хватило в статье? Чем ее дополнить?
Делитесь, пожалуйста, в комментариях!
Спасибо за интерес и до встречи в новых статьях!
Здесь можно прочитать и посмотреть про туристический дирижабль >>