Композитные материалы для Российского авиастроения: настоящее состояние и перспективы

Наряду с металлами в конструкции новых современных самолетов активно используются композиционные материалы. Здесь, разного рода композиты позволяют сократить массу конструкции при полном сохранении прочих характеристик или легко обеспечить многие  преимущества перед конструкциями из других материалов. В сфере композитов в нашей стране уже достигнуты определенные успехи, но развитие отрасли следует продолжать. Ввиду характерных особенностей и некоторых преимуществ перед другими материалами композиты могут широко использоваться в авиастроении. Прежде всего, они интересны в контексте создания и строительства планеров летательных аппаратов. При этом не исключается возможность внедрения композитов в другие сферы, где пока используются только металлы и сплавы.

Композитные детали используются едва ли не на всех современных боевых самолетах отечественного производства.  Так, планер многоцелевого истребителя Су-35С выполняется из легких сплавов и композитов, хотя доля последних невелика в сравнении с другими образцами техники. Более широко композиты на основе углепластика и других материалов применяются в проекте истребителя пятого поколения Су-57. На композитные детали приходится четверть сухой массы такого самолета. Прежде всего, они используются в обшивке. Так, 70% внешней площади истребителя выполнено из композитов. Специфика технологий изготовления композитов позволила упростить конструкцию планера и уменьшить число необходимых деталей.

Новые материалы широко используются в беспилотной авиации. Если легкие БПЛА обходятся пластиковыми корпусами, то на более тяжелых активно используются композитные агрегаты сложных форм и конфигураций. К примеру, планер нового БПЛА «Орион» изготавливается преимущественно из композитов, тогда как доля других материалов сокращена до необходимого минимума. Схожие подходы использовались при разработке других современных БПЛА среднего и тяжелого классов.

Композиты внедряются и в гражданской авиации. Наибольшие успехи в этом направлении достигнуты при разработке среднемагистрального лайнера МС-21. В нем на углепластиковые композиционные материалы приходится 35% сухой массы. На данный момент это является рекордом для отечественных самолетов. Такие результаты были получены, в первую очередь, за счет создания особого крыла, почти полностью выполненного из композитов. Следует отметить, что такое крыло отличается сложностью разработки и производства, из-за чего применяется лишь в нескольких проектах в мире. Таким образом, с точки зрения технологий МС-21 оказывается одним из самых прогрессивных современных самолетов.

Недавно стало известно о возможном проведении исследовательских и конструкторских работ в интересах двигателестроения. НПО «Сатурн» проявляет интерес к теме композитных лопаток для турбореактивных двигателей. Подобные детали могут быть внедрены в проектах ПД-14 и ПД-35. Их появление позволит сократить собственную массу двигателя и обеспечит рост некоторых характеристик.

Отечественное производство

На данный момент в разных проектах отечественной авиационной техники применяются композиты и сырье разного происхождения. Часть такой продукции производится российскими предприятиями, тогда как прочую приходится приобретать у зарубежных поставщиков. При этом осуществляется развитие отечественного производства, направленное на решение актуальных производственных задач и сокращение зависимости от импорта.

Одним из ведущих предприятий отрасли является компания «Аэрокомпозит», входящая в состав Объединенной авиастроительной корпорации. Ее производственные мощности развернуты на базе Казанского авиационного завода и ульяновского «Авиастар-СП». Компания создавалась с целью объединения наработок по композитам в рамках ОАК. Ее задачей является разработка и производство необходимых изделий, технологических циклов и т.д. в интересах различных проектов в авиационной сфере.

Ранее «Аэрокомпозит» разработала особое крыло для лайнера МС-21, а затем занялась его производством. Сообщается о проведении исследовательских и конструкторских работ в интересах других проектов. К примеру, запланирована глубокая модернизация самолета SSJ-100, в ходе которой внедрят новое композитное крыло.

Также в нашей стране осуществляют деятельность несколько других организаций и компаний, разрабатывающих и производящих композитные детали и материалы для их изготовления. Кроме того, принимаются меры, направленные не только на разработку и производство композитов, но и на подготовку кадров.

Буквально на днях при Казанском национальном исследовательском техническом университете им. А.Н. Туполева (КНИТУ-КАИ) при содействии «Росатома» открыли специализированный центр компетенцией «Технологии композитов». Задачей СТЦ станет подготовка специалистов для авиастроительных КБ и заводов. Они будут изучать особенности композитов, сферы их применения и т.д. Также им предстоит осваивать технологии производства, обработки и т.д.

На открытии СТЦ «Технологии композитов» звучали весьма интересные заявления о проблемах отечественной отрасли. Так, утверждалось, что наши предприятия способны выпускать нужные материалы, но их внедрение сталкивается с характерными проблемами. Проектировщики, которые могли бы использовать композиты, попросту не умеют с ними работать. Именно для избавления от таких проблем открывается новый СТЦ.

Новые вызовы

Внедрение и использование композиционных материалов дает известные преимущества, но прямо связано с массой сложных задач. Освоение производства композитов само по себе отличается достаточной сложностью и предъявляет особые требования к предприятиям. Применение новых материалов в конструировании, в свою очередь, требует новых подходов и перестройки некоторых процессов.

Однако итоги и результаты таких процессов полностью оправдывают все затраты. Техника с применением композитов отличается повышенными техническими и экономическими показателями, а потому представляет больший интерес для современного заказчика. Соответственно, подобные самолеты получают конкурентное преимущество на рынке и могут претендовать на получение контрактов.

Впрочем, на данный момент российская промышленность не может претендовать на ведущее положение в мире. В ходе открытия СТЦ «Технологии композитов» назвали текущее положение дел: на Россию приходится менее процента мирового рынка композиционных материалов. За счет деятельности Центра и профильных предприятий к 2025 г. ее планируется довести до 2%. Однако и после этого отечественные достижения будут выглядеть скромно на фоне зарубежных конкурентов.

Развитию отрасли мешают не только сложности технологического характера. В начале 2019 г. появились сообщения о внесении двух российских производителей композитов в санкционный список США, что могло угрожать выпуску продукции и повлиять на деятельность нашего авиастроения. В ОАК заявили, что такой шаг зарубежного государства является попыткой не пустить на международный рынок российские предприятия, способные отвоевать его долю.

Поводы для оптимизма

Тем не менее, работы в перспективном направлении продолжаются. Разрабатываются и внедряются новые виды композитов. Создаются новые образцы авиационной техники с широким применением таких материалов – в том числе и соответствующие передовым мировым идеям. Принимаются меры, направленные на развитие отрасли, подготовку специалистов и т.д.

Авиационная техника, построенная с применением композитов, уже производится серийно; также готовится выпуск новых образцов. Многое еще только предстоит сделать, и все это связано с различными трудностями. Однако работы продолжаются и дают повод для оптимизма. Композиционные материалы прочно вошли в практику, и теперь делается все для развития этого направления, прямо влияющего на успехи других отраслей.

Источник: https://topwar.ru/
Автор: Рябов Кирилл