В России успешно реализован полный цикл производства композитных материалов для среднемагистрального самолёта МС-21. Лента из углепластика для силовых элементов изготовлена из отечественных компонентов. В декабре 2022 года Росавиация одобрила изменения в конструкции самолёта, включая российский двигатель ПД-14 и композитное крыло. В феврале 2024 года подтверждено использование отечественных материалов для киля и стабилизатора.
Использование российских композитов в оперении — важный шаг в замене импортных компонентов. С начала разработки МС-21 параллельно с импортными материалами создавались отечественные углеродные ткани и связующие. На первых этапах использовались материалы компании Hexcel, затем — американского подразделения Solvay. После 2018 года, когда импорт прекратился, разработка ускорилась.
Композиты составляют от 30 до 40% массы самолёта, включая кессон крыла, центроплан и механизацию. Кессон состоит из панелей, лонжеронов и воспринимает значительные нагрузки. Углепластик улучшил аэродинамику, увеличив удлинение крыла до 11,5 против 10 у самолётов с металлическим крылом.
Удлинённое суперкритическое крыло снижает индуктивное сопротивление и вихревые потоки, уменьшая аэродинамическое сопротивление. Снижение веса и улучшение аэродинамики сокращают расход топлива на 8%, снижая эксплуатационные затраты авиакомпаний при сохранении дальности и грузоподъёмности.
В ответственных элементах конструкции используются углеродные волокна UMATEX (дивизион Госкорпорации «Росатом»). Это марки UMT40, UMT45, UMT49 (прочность 4,0–4,9 ГПа, модуль упругости 260 ГПа) и высокомодульные волокна UMT400, UMT430, UMT530 (модуль упругости 400–530 ГПа). Для сложных элементов применяются мультиаксиальные ткани ACM.
Кессоны крыла изготавливаются в Ульяновске на «АэроКомпозит» с безавтоклавной инфузионной технологией. Волокна и связующие подбираются с МГУ, проходя проверку. Ткани укладываются в форму и помещаются в вакуумный мешок, где связующее впитывается под вакуумом.
Российские материалы не уступают зарубежным. Волокно UMT49 сравнимо с японским Toray T700S (4,9 ГПа), а модуль упругости (260 ГПа) превосходит его (230 ГПа). Разработчики стремятся создать материалы, конкурирующие с Toray T800S (5,49 ГПа, модуль 294 ГПа). В Алабуге внедрена технология волокна с прочностью до 5,2 ГПа для препрегов.
Материалы UMT40-3K-EP/VE имеют прочность 4,0 ГПа, модуль упругости 260 ГПа и удлинение 1,5%. В ЦАГИ кессон из российских материалов показал прочность на 150% выше проектной, выдерживая вдвое большую нагрузку. Это достигнуто благодаря характеристикам волокон, технологиям, связующим и укладке слоёв.
Производство распределено между организациями. В ОЭЗ «Алабуга» выпускаются полиакрилонитрил (ПАН) и углеродное волокно (более 1400 тонн в год). UMATEX производит волокна, ткани и препреги, а завод в Новоуральске — высокомодульные материалы и композиты. Эксперты МГУ участвовали в разработке связующих.
Российская программа импортозамещения охватывает производство углеродных композитов — от ПАН-прекурсора до крупных конструкций. Видно, что отечественные материалы не уступают мировым образцам по механическим свойствам.