Реализуемый корпорацией «Иркут» (входит в Объединенную авиастроительную корпорацию) проект создания российского среднемагистрального самолета МС-21 преодолел ключевой этап - статические испытания крыла. При приближении к 100% расчетной предельной нагрузки произошло разрушение крыла. В настоящее время завершается небольшая доработка конструкции крыла, которая не повлияет на график подготовки самолета к летным испытаниям, намеченным на эту весну.
Как сообщили «Известиям» в «Иркуте», в рамках реализации программы МС-21 был проведен завершающий этап изолированных испытаний кессона крыла из полимерных композиционных материалов. Испытания прошли в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) в подмосковном Жуковском.
Продемонстрированный в ходе испытаний запас прочности крыла позволяет приступить к летным испытаниям самолета, - заявил «Известиям» официальный представитель «Иркута».
По его словам, до начала испытаний на прочность на самые нагруженные зоны конструкции были еще специально нанесены максимально возможные и визуально не обнаруживаемые повреждения. В соответствии с утвержденной программой испытаний кессон крыла был доведен до разрушения.
Подвергнутое статической нагрузке крыло МС-21 обладало наиболее возможной весовой эффективностью, то есть было максимально облегченным. По результатам проведенных испытаний было принято решение провести незначительную доработку крыла, рассказали в «Иркуте».
Общее утяжеление конструкции крыла составит примерно 25 кг. На сегодня такая работа для первого полета уже близка к завершению, - добавил представитель «Иркута».
Статические испытания определяют способность конструкции самолета выдерживать высокие однократные нагрузки. Это - неотъемлемая и важная часть комплексного плана испытаний, осуществляемых в обеспечение первого вылета МС-21 и его последующей сертификации. В ЦАГИ не смогли оперативно прокомментировать «Известиям» информацию о результатах испытаний МС-21, сославшись на режимный характер предприятия.
В «Иркуте» также отказались раскрывать подробности испытаний. По словам источника «Известий», знакомого с программой данных испытаний, кессон крыла получил повреждения при нагрузке выше 90% - «близкой к 100%» от расчетной предельной нагрузки, которая была установлена на уровне, в полтора раза превышающем максимальную эксплуатационную нагрузку.
«В ходе испытаний на разрушение был получен результат, которым в «Иркуте» остались удовлетворены. Сейчас еще продолжается полный анализ этих испытаний, - рассказал источник «Известий».
По словам других источников «Известий», разрушения крыла проявились в виде трещин. Если бы крыло не прошло успешно тест на прочность, то это грозило бы проекту как минимум значительными задержками сроков его реализации. Как максимум пришлось бы пересчитывать, перепроектировать крыло, менять все массовые и центровочные характеристики самолета, что дальше потянуло бы за собой другие изменения.
По словам представителя «Иркута», в настоящее время идет тестирование систем лайнера и его подготовка к первому полету. Однако говорить о каких-то даже примерных сроках первого полета в авиастроительной корпорации пока считают преждевременным.
По словам источника «Известий», близкого к ОАК, после завершения тестирования всех систем самолета будет выполнена выкатка МС-21 из цеха, проведена заливка керосина, осуществлен прогон двигателей и, наконец, выполнены операции руления. Только после этих операций станет понятна дата первого испытательного полета. Пока все работы идут по плану с первым полетом до конца весны.
Самолет МС-21 сертифицируется по российским и международным стандартам. Сертификация самолета проходит в соответствии с комплексом требований к летной годности и охране окружающей среды.
МС-21 - пассажирский самолет российского производства, который будет производиться в трех версиях: МС-21-200 (150 посадочных мест), МС-21-300 (180 мест) и МС-21-400 (212 мест). Входящий в состав ОАК «Иркут» начал разрабатывать МС-21 в начале 2000-х годов. Интерес к самолету проявляют как российские, так и зарубежные авиакомпании. Первые поставки самолетов запланированы на конец 2018 года.
Испытания крыла МС-21
Композитное крыло перспективного российского пассажирского самолета МС-21 разрушилось во время статических испытаний. Как пишет Aviation Week со ссылкой на представителя корпорации «Иркут», которая будет серийно выпускать новые лайнеры, крыло сломалось под нагрузкой 90-100 процентов от предельной расчетной. При этом специалисты отметили, что доказанного во время статических испытаний запаса прочности композитного крыла МС-21 будет достаточного для первого испытательного полета самолета, запланированного на весну текущего года.
Статические испытания являются одним из этапов ресурсных испытаний, позволяющих проверить соответствие реальных параметров конструкции расчетным. Такие испытания позволяют проверить надежность и долговечных элементов конструкции новых летательных аппаратов. В ходе статических испытаний тот или иной элемент самолета нагружают с помощью специального оборудования, чтобы определить, как конструкция выдерживает постоянные нагрузки.
По словам представителя российской корпорации, конструктор крыла МС-21 изначально пошел по пути уменьшения его массы, что и привело к поломке конструкции во время испытаний. При какой именно величине нагрузки произошла поломка крыла, не уточняется. Предельная расчетная нагрузка крыла МС-21 в полтора раза выше эксплуатационной нагрузки, которую оно будет принимать на себя во время обычных полетов.
Изучив характер поломки специалисты пришли к выводу, что крыло МС-21 необходимо будет дополнительно усилить. Дополнительные усилительные элементы будут добавлены на панели обеих консолей крыла. В результате само крыло станет тяжелее на 25 килограммов, но это, как полагают разработчики, не скажется на максимальной взлетной массе МС-21.
Несмотря на то, что доказанного запаса прочности крыла хватает для начала летных испытаний, разработчики решили изготовить новое усиленное крыло прежде, чем МС-21 поднимется в воздух. Это позволит сэкономить время для масштабных летных испытаний, запланированных на лето текущего года, благодаря отказу от переделки самолета. Будет ли перенесена дата первого полета самолета из-за необходимых доработок, пока неизвестно. Изначально это событие планировалось на начало текущего года.
Создание МС-21 ведется с первой половины 2000-х годов. В зависимости от конфигурации российский лайнер сможет перевозить от 150 до 210 пассажиров. Дальность его полета составит более пяти тысяч километров, а скорость полета - около 870 километров в час. Одна из комплектаций МС-21 получит новые двигатели ПД-14, первые за последние почти 30 лет новые российские силовые установки. Первый летный образец лайнера создается в версии МС-21-300.
В своем классе лайнер получил самый широкий фюзеляж. Его ширина составляет 4,06 метра. МС-21 является первым в мире узкофюзеляжным пассажирским самолетом с крылом, выполненным из композиционных материалов. О том, как изготавливается композитное крыло МС-21, выполненное из углеволокна и полимерного связующего, можно почитать в . Крыло МС-21 решили делать из композиционных материалов, поскольку по своей прочности они соответствуют современным авиационным сплавам, но имеют меньшую массу.
Василий Сычёв
Семейство новых отечественных ближне- и среднемагистральных пассажирских самолетов МС-21 - один из прорывных проектов наших авиастроителей, с которым связаны надежды на возвращение России в ряды мировых лидеров в этой отрасли. Первый полет самолета МС-21 намечен на 2015 год, но до того еще предстоит поставить его на крыло. И это крыло станет одним из конкурентных преимуществ нового лайнера, поскольку это будет композиционное, или так называемое черное крыло, в котором около 50% деталей будет изготовлено из композиционные материалов, в том числе основные силовые элементы, которые будут изготовлены по новой технологии вакуумной инфузии.
Производство этого уникального крыла развернется в Ульяновске на уникальном заводе, принадлежащем «дочке» Объединенной авиастроительной корпорации ЗАО «АэроКомпозит». Мы побывали на предприятии в конце года. Нашим гидом стал начальник производства по изготовлению ком-позиционных материалов Григорий Хасаншин:
На нашем предприятии будут выпускаться основные композитные конструкции для кессона крыла самолета МС-21 — набор панелей, лонжероны, а также конструкции центроплана. И здесь же будет осуществляться финальная сборка крыльев и центроплана для МС-21.
Уникальность нашего производства состоит в том, что мы работаем по принципиально новой технологии. В композиционном производстве сейчас более распространен автоклавный метод изготовления композиционных конструкций. В его основе - использование препрегов, то есть лоскутов ткани из углеволокна, пропитанных связующим веществом. Препреги в определенном количестве слоев выкладываются на оснастку, формируется вакуумный мешок, а затем производится формование получившейся детали в автоклаве под давлением. Именно таким образом производят композиционные элементы для Boeing и Airbus.
Принципиальное отличие метода вакуумной инфузии - он предполагает работу с сухим материалом. Вот как, в двух словах, проходит цикл. Сухой материал - ленты из углеволокна (они обычно имеют тонкое клеевое покрытие для фиксации) поступает на участок автоматической выкладки, где у нас установлено уникальное оборудование, поставленное нашими французскими и испанскими партнерами - фирмами Coriolis и МТоrres. Здесь производится выкладка на оснастку сухих слоев под разными углами, формируется конструкция будущей детали. Кстати, об эффективности наших роботов на выкладке можно судить хотя бы по тому, что производительность увеличилась в 15 раз: если прежде на эти операции уходило 3 дня, то теперь, после внедрения роботов, всего 2 часа. На этом участке у нас так называемая позитивная (выкладочная) оснастка, а на следующем участке деталь ждет негативная оснастка - для инфузии.
Далее перемещаемся на другой участок, где происходит позиционирование стрингеров. У нас ведь интегральная конструкция. Сверху устанавливается вакуумный мешок, подключаются каналы для подачи связующего и вакуумирования. Связующее подается в заготовку детали непосредственно во время термообработки в печи, проводится пропитка и дальнейшая полимеризация. При этом на всех участках обеспечен пооперационный контроль. На первых операциях - визуальный с применением ручных приборов, а когда деталь «испеклась», проводится предварительный неразрушающий контроль, после чего конструкция подается на участок механообработки. После механической обработки проводится финальный контроль при помощи робота неразрушающего контроля, который осуществляет ее сканирование.
Преимущество инфузионной технологии в том, что она позволяет производить за один технологический цикл крупногабаритные интегральные конструкции, такие, как панель крыла. Длина панели крыла МС-21 составляет около 18 метров при ширине в хорде до трех метров. При этом обеспечивается повышение прочностных характеристик нашей продукции.
Вся работа по подготовке основных и технологических материалов, выкладка лент, а также сборка вакуумного мешка проводится в помещении с контролируемыми параметрами - в так называемой «чистой комнате». Специальная система кондиционирования обеспечивает здесь поддержание заданных нашей технологией параметров температуры и влажности воздуха, атмосферного давления. Здесь недопустимо, чтобы в воздухе витали даже мельчайшие дисперсные частицы. Чистота этого помещения площадью 11 тысяч квадратных метров вполне сопоставима с чистотой больничных операционных. Производство соответствует стандартам ИСО 14644-8-2008 (Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды).
Пока что численность производственного персонала у нас 194 сотрудника, в перспективе запланировано довести ее ориентировочно до 330. Сейчас, к примеру, у нас отрабатывается ручная и автоматическая выкладка. Параллельно уже сейчас идет процесс обучения работников. Обучение ведут в том числе специалисты компаний-изготовителей оборудования и производителей материалов, с которыми мы работаем. Курс обучения составляет не менее трех месяцев - это тот минимум, который необходим для того, чтобы вникнуть в суть вверенных операций. Соответствующие навыки и сноровка появляются позже. Обучение сейчас идет постоянно, поскольку у нас сейчас что ни деталь, то новая конструкция. Немаловажно также изначально позаботиться об оптимальной организации производства, позволяющей сократить производственный цикл. По мере поступления «боевой» оснастки будем осуществлять расстановку оборудования и персонала соответствующим образом.
К настоящему моменту на производственных мощностях наших партнеров - австрийской компании FACC AG изготовлены и прошли испытания прототипы нашей будущей продукции - кессоны крыла длиной 10 метров. А сейчас мы на нашем серийном производстве работаем над кессоном крыла уже в реальной геометрии. Ну а первое полностью готовое крыло со всеми элементами механизации, которое будет предназначено для проведения статических испытаний, мы должны произвести до конца июля следующего года. При выходе на проектную мощность наш завод сможет выпускать в год 200 консолей, то есть 100 комплектов крыльев. Но производство будет вводиться поэтапно.
Одновременно с обустройством производственных мощностей идет процесс становления технологической службы ЗАО «АэроКомпозит-Ульяновск». О стоящих перед ней задачах на текущий момент и на перспективу рассказывает заместитель главного технолога Рузалья Ахмеджанова:
Сегодня в технологическом бюро предприятия вместе работают специалисты технологического центра ЗАО «АэроКомпозит» и местные кадры, в основном молодые, в том числе выпускники Ульяновского технического университета, проходившие здесь практику. Для последних очень важна и полезна возможность набираться опыта, работая рядом со специалистами, участвовавшими в создании нашей технологии, разрабатывавшими идеи уникального оборудования, на котором она будет воплощаться. Это оборудование для автоматической выкладки сухих материалов, ультразвуковой робот, обеспечивающий неразрушающий контроль, пятиосевой фрезерный центр с гибким столом, на котором расположены вакуумные актуаторы, что позволяет обрабатывать на нем детали любой формы. Его использование дает ощутимый экономический эффект: нам не требуется оснастка под каждую деталь для ее механической обработки - а она очень дорогая. И в целом технология вакуумной инфузии экономически выгоднее традиционной автоклавной. Нам не нужны пропиточные машины для создания препрегов, не нужны большие склады, нет угрозы просрочить связующие материалы, которые, кстати, не намного дешевле углеродных наполнителей. Равномерность нанесения связующего на наполнитель позволяет избежать дефекта расслоения, недопрессовки. Теоретически, конечно, у технологии есть и узкие места, например, если неправильно рассчитать количество связующего. Но это отрабатывается уже сейчас.
Ассортимент нашего завода - 14 серийных деталей. К настоящему моменту изготовлены четыре модели-демонстратора, ведется подбор системы материалов - здесь нам предстоит сделать выбор из двух потенциальных поставщиков. Также из двух фирм выбираем поставщиков покрасочных материалов.
Перспективы развития нашего производства связаны с результатами ведущихся научных работ по термопластичным углепластикам. Сейчас все силовые детали изготавливаются из реактопластов. Термопласты - более дешевые полимерные материалы, и циклы работы с ними короче. До сих пор они не использовались в авиастроении по прочностным характеристикам и ограничениям в температурном режиме. Сейчас появились новые более перспективные в этом смысле термопласты, которые могут быть использованы для несиловых элементов крыла.
Но это - тема на более отдаленную перспективу. Сегодня же наша основная задача - отладить технологические процессы и подготовиться к сертификации по системе менеджмента качества, намеченной на март 2014 года.
Вопросы о преимуществах новой технологии, о вкладе «АэроКомпозита» в ее развитие и о связанных с ее применением перспективах отечественного авиапрома «УмПро» адресовало Генеральному директору ЗАО «АэроКомпозит» Анатолию Гайданскому .
- Не догонять, а работать на опережение на основе прогноза - таков один из основных постулатов экономики знаний. Пожалуй, это как раз про вас, про «АэроКомпозит». Не ставя задачу сравняться с мировыми лидерами авиастроения в производстве композитных конструкций для самолетов традиционным автоклавным способом, компания перехватывает у них инициативу в применении более экономичного и перспективного в плане улучшения аэродинамических качеств самолетов метода вакуумной инфузии. Но на сей счет есть еще одно расхожее утверждение - о том, что первым всегда труднее…
- Что касается в целом использования конструкций из композиционных материалов в авиастроении, то мы здесь - четвертые в мире. Вообще, если говорить об истории вопроса, композитами во всем мире занимаются с начала1960-х годов, в том числе и в нашей стране, и тогда мы были одними из лидеров в их применении. При этом до последнего времени композиционные материалы в авиастроении использовались очень ограниченно, в основном их применяли для изготовления элементов механизации, то есть управления самолетом - рулей, закрылков, элеронов, обтекателей и т.д. Все это производилось по автоклавным технологиям, известным уже лет 50. В этом смысле Boeing, можно сказать, совершил революционный прорыв, первым изготовив практически полностью композитный самолет «Boeing - Dreamliner 787», где из композиционных материалов выполнены и крыло, и фюзеляж, и хвостовое оперение. Конечно, при производстве самолета они столкнулись с массой сложностей. Но этот революционный шаг, безусловно, задал тренд в авиастроении, пожалуй, на ближайшие 100 лет.
Вторым был Airbus с самолетом А-350, который также сейчас проходит испытательные полеты. Затем появился соответствующий проект у канадской компании Bombardier Aerospace - самолет CS-300, у которого из композиционных материалов выполнено крыло.
Мы начали серьезно двигаться в этом направлении примерно с конца 2008 года. Тогда по инициативе руководства ОАК была создана компания «АэроКомпозит», задуманная как центр компетенции в сфере проектирования узлов и деталей из полимерных композиционных материалов и разработки и внедрения в производство технологии их изготовления. «АэроКомпозит» стал участником программы МС-21, в этом самолете, по замыслу, будут полностью композитные крыло и хвостовое оперение. Производство хвостового оперения будет осуществляться в Обнинске, в ПМ «Технология». А мы занимаемся крылом для самолета МС-21. «Мы» в данном случае - это два принадлежащих «АэроКомпозиту» завода по производству агрегатов из ПКМ: в Казани (запуск его первой очереди состоялся минувшим летом) и в Ульяновске. Завод в Казани работает по автоклавным технологиям, там будут изготавливаться различные элементы механизации крыла. Это элероны, рули, закрылки, интерцепторы, воздушные тормоза, а также носовая и хвостовая части крыла. Вместе эти детали образуют так называемый самолетокомплект. В будущем году в Казани планируется произвести 24 самолетокомплекта по программе Sukhoi Superjet 100 (SSJ-100), а в дальнейшем увеличить их выпуск до 60. Там же будут изготавливаться агрегаты и для МС-21, и для военно-транспортных самолетов. В обозримой перспективе у этого предприятия - сотрудничество с «Роскосмосом», с вертолетостроителями, а также участие в программах с зарубежными партнерами. Ульяновский завод - базовый по производству основных силовых элементов - панелей центроплана, а также лонжеронов и интегральных панелей отъемной части крыла. Это наиболее сложная задача и, главное, она наиболее высокотехнологичная, наукоемкая. Завод - монопрограммный, рассчитан только на программу МС-21, эту технологию мы давно отрабатывали, и теперь внедряем.
Таким образом, мы - четвертые в мире, кто использует в авиастроении композиционные материалы. Но мы первые, кто использует инфузионную технологию для производства столь крупных деталей и с максимальным применением автоматизированного производства. Bombardier тоже применяет эту технологию, но в куда меньших масштабах и при этом использует максимальное количество ручного труда. Таким образом, если, конечно, у нас все получится, мы будем существенно выигрывать у наших основных конкурентов и по весовым характеристикам продукции, и по ее себестоимости. При этом основное преимущество крыла из композиционных ма-териалов достигается даже не за счет веса, а за счет возможности создания более совершенной аэродинамической формы. У нас это называется «крыло большого удлинения». Именно это обеспечивает экономию топлива на МС-21.
- А почему преимуществами инфузионной технологии не воспользовались при производстве своих новых самолетов Boeing и Airbus?
Во-первых, они начали свои программы 10-15 лет назад, в те годы еще не было этих материалов. Во-вторых, наша технология связана с большим количеством рисков, поскольку мы создаем ее практически с нуля.
- То есть это именно наша технология?
Наша, созданная специалистами «АэроКомпозита». При этом, конечно, мы отталкивались от некоторых известных наработок - ведь инфузионная технология существует уже многие годы. Но такое крупное и сложное изделие, как крыло самолета, по этой технологии впервые делаем мы. При этом мы используем автоматическую выкладку сухого материала, и здесь до нас вообще никто ничего подобного не делал.
Риски у новых технологий всегда есть. И когда компания развивает новую программу, она всегда взвешивает плюсы и риски. У нас риски немного меньше, чем у Boeing или Airbus, поскольку мы не производим такое количество самолетов в год. Наши стартовые возможности - 20 комплектов в год, максимальный выход - 80-100 комплектов в год. Для сравнения, только Boeing-737 выпускается более 400 единиц в год. Поэтому естественно, что их производители использовали проверенные наработки. Нам в определенном смысле было легче: так как мы начинали с нуля, мы не были отягощены старым оборудованием, старыми технологиями и старыми стереотипами. Специалисты, составляющие ядро технологического центра «АэроКомпозита», являются и идеологами внедряемых сейчас на наших производствах технологий. К примеру, Алексей Ульянов - главный технолог завода в Ульяновске и параллельно - заместитель начальника технологического департамента «АэроКомпозита», один из тех, кто вел эту тему с самого начала, и теперь на площадке в Ульяновске занимается вопросами внедрения технологии и обучения работников завода.
Вообще, все, что касается проектирования крыла, отработки технологических процессов - то это все наше. Когда создавалась наша стартовая команда, в нее вошли несколько специалистов из ОКБ «Сухой» - главный конструктор, главный технолог, директор программы. Все остальные подбирались нами под конкретные задачи. Помощь «Сухого» в проектировании была очень существенной, конструкторская команда «АэроКомпозита» создана недавно. И потому поначалу до 90% конструкторских работ вел ОКБ «Сухой», именно они закладывали идеологию конструкции крыла, но постепенно его доля уменьшалась, и сейчас они ведут порядка 45% работ по конструированию, остальное выполняется силами наших специалистов.
- Можно подробнее об адаптации и модернизации технологии вакуумной инфузии под уникальное производство в Ульяновске? Насколько «экс-клюзивной» она стала после вклада специалистов «АэроКомпозита»?
- Технология вакуумной инфузии - совместный продукт. С 2009 года действует интеграция: «АэроКомпозит» как инициатор процесса и заказчик, далее поставщики оборудования, поставщики материалов. В числе наших технологических партнеров - компании Diamond, FACC AG, другие ведущие в мире поставщики материалов и технологического оборудования для авиастроения. И все вместе мы с 2009 по 2012 год отрабатывали технологические процессы. Мы формировали свои задачи и идеи, наши технологи на производствах у наших поставщиков, на их опытном оборудовании и совместно с их специалистами отрабатывали процессы. Когда мы убеждались в достаточной готовности процесса, мы заказывали у них оборудование, доработанное под наши цели. И сейчас мы уже здесь, на нашем производстве в Ульяновске, вместе доводим процессы до полной готовности. Основной технологический процесс - пропитка угольной ткани связующим веществом - это ноу-хау «АэроКомпозита», отработанное в нашей лаборатории. Наших партнеров-поставщиков мы задействовали на первом этапе работ над ним, когда отрабатывалось, как вести процесс, с какой скоростью, при каких температурах, какие вспомогательные материалы использовать, как подать связующее, сколько и в какие точки, и т.д.
- А программы для оборудования тоже написаны вашими IT-специалистами?
Это совместное творчество - наше и поставщика оборудования. Как правило, у нас это делается следующим образом: вместе с техникой покупается программный продукт - для раскладки слоев и других операций, нам дается среда разработки, наши программисты проходят обучение. А затем они уже пишут программы сами - и по обработке деталей на станках, и по автоматической выкладке есть специальные программные исследования, которые используются в этих целях.
- В пуле ваших поставщиков сейчас присутствуют отечественные компании?
Если говорить о технологическом оборудовании, то, к нашему глубокому сожалению, их практически нет. Все крупные фирмы, способные поставить нужное оборудование, - это фирмы зарубежные. И материалы мы сейчас используем импортные. При этом мы реализуем
с ВИАМ совместную программу по импортозамещению, на нашем производстве в Казани мы уже начинаем опробовать их материалы. Будем надеяться, со временем и у нашего завода в Ульяновске появятся отечественные поставщики.
- Старт с нуля - это, конечно, свобода от того балласта, который обычно тормозит развитие компаний со «стажем». Но при этом возникает масса проблем по подбору и обучению персонала, организации труда, разработке корпоративных правил игры…
Это действительно непростая задача. Сейчас у нас основная проблема в том, что мы вынуждены одновременно и технологические процессы отрабатывать, и вести строительно-монтажные работы в корпусах завода. А сроки поджимают: есть план, производственная программа, которая формируется на каждый месяц и на каждый квартал, исходя из сроков реализации программы МС-21, выполнения госконтрактов. В режиме стартапа завод в Ульяновске, я думаю, будет функционировать до конца следующего года. К этому моменту, когда будут полностью понятны исходные данные для планирования - технологические циклы, трудоемкость, мы реализуем специальную программу планирования - есть планово-техническая служба, которая уже сейчас этим занимается, ее специалисты доходят до каждого участка, отрабатывают межцеховые связи и т.д.
Заводская кадровая служба сейчас активно ведет подбор персонала. Соискатели вакансий тестируются, затем новички проходят обучение у поставщиков оборудования и обязательно стажируются в Москве в экспериментальной лаборатории «АэроКомпозита».
- Кстати, обращает на себя внимание то, что и в цехах, и в инженерных службах завода в Ульяновске в основном работает молодежь…
Когда вы отрабатываете новые технологические процессы, гораздо проще набрать для этой цели молодых ребят, у которых глаз не замылен и которые хотят профессионально расти. И, что немаловажно, они готовы рисковать, смело экспериментировать с новой технологией, думать, как дальше ее совершенствовать. Но в то же время, если набрать только молодежь, то уже вскоре провалитесь, потому как они уведут вас в заоблачные дали. Другая крайность - опираться только на людей с многолетним опытом: при таком подходе вы никогда ничего нового не разовьете. Поэтому в коллективе важен баланс: креативных молодых следует уравновесить опытными специалистами, которые будут немного спускать их на землю. У нас в «АэроКомпозите» как раз такая комбинация: главный технолог холдинга - опытный специалист, пришедший на производство из авиации. Он в основном занимается вопросами сборки. А вот композитными технологиями, которые мы развивали практически с нуля, заняты в основном молодые команды.
Повторюсь, сегодня ни в одном производстве изделий из композиционных материалов нет того, что делаем мы. Нет инфузии, нет автоматической выкладки материалов, нет автоматических фрезерных центров, нет автоматического неразрушающего контроля. И этому всему нужно учить с нуля. Молодых учить проще. Еще немаловажный момент: на заводе минимальное количество ручного труда. Он применяется разве что на разборке и очистке оснастки. Автоматическая выкладка - это работа для оператора, все они имеют высшее образование. Печное хозяйство - тоже автоматическая система, управляемая через компьютер. Механообработка, неразрушающий контроль - опять же операторы и программисты. Поэтому людям здесь интересно, есть перспективы роста.
- Всегда ли завод в Ульяновске будет монопрограммным или же есть планы по расширению рынков сбыта его продукции в отдаленной перспективе?
Программа МС-21 - это горизонт минимум в 30 лет. Еще одна программа, которая будет развиваться в ближайшие годы, - это широкофюзеляжный магистральный лайнер «2020». Пока его концепция не сформирована, идет ее проработка. Будем, безусловно, пытаться работать и на открытый рынок. Если наша технология окажется удачной и перспективной по экономике, я думаю, мы реализуем совместные проекты и с нашими зарубежными партнерами.
- Конечно, они ведь тоже заинтересованы в продвижении оборудования и технологий, которые вы с ними совместно разработали…
Но для начала надо показать действующее производство, свой успех, тогда и продвижение будет. На экспорт будем работать, когда сделаем себе имя, докажем, что можем работать с нужным качеством и в нужные сроки.
- А не опасаетесь обратной реакции западных производителей - они ведь и в конкуренции не заинтересованы…
Не думаю, сейчас, по большому счету, уже никто не закрывает свои рынки - ни они, ни мы. И я сильно сомневаюсь, что сейчас кто-то на Западе прекратит поставлять нам материалы, хотя бы потому, что они сами продают нам свои самолеты в больших количествах и будут и дальше продавать. Вообще, на мировом рынке сейчас все очень тесно взаимосвязано.
- В этом плане у «АэроКомпозита», судя по всему, наиболее перспективные отношения выстроены с австрийской компанией FACC AG. Расскажите подробнее о вашем сотрудничестве.
Компания FACC AG - это бывшее аэрокосмическое подразделение австрийской фирмы Fischer - одного из мировых лидеров в производстве изделий из композиционных материалов. Мы многое почерпнули у них для себя в части технологии и по инженерии, когда вместе со специалистами этой компании работали на их заводе над прототипом кессона крыла. Возили туда за опытом наших проектировщиков, технологов. Надо отметить, что большинство западных компаний, производящих продукцию из композиционных материалов и являющихся поставщиками первого уровня, как правило, плотно интегрированы с Boeing либо Airbus. Тогда как FACC AG - абсолютно независимая компания, работающая со всеми авиастроительными корпорациями. Между этой компанией и ОАК заключено соглашение о создании совместного предприятия и размещении части их программ на наших мощностях. Сейчас идут переговоры о деталях реализации этого проекта на казанской площадке.
- А в Ульяновске?
Что касается ульяновской площадки, то, в силу уникальности технологических процессов, которые мы позиционируем как ноу-хау, привлекать туда иностранных партнеров мы на данном этапе считаем преждевременным. На этой площадке будет создано предприятие полного цикла. Создается свой центр по проектированию и изготовлению оснастки, здесь будут производиться композиционные детали и агрегаты и здесь же - окончательная сборка крыла. Сейчас идут строительно-монтажные работы в будущей зоне сборки, в следующем году туда будет поступать оборудование. И тут же будет центр по механообработке титана и алюминия, который тоже мы сейчас строим и закупаем для него оборудование. Первые станки придут уже в начале декабря, начнем их монтаж.
Большое и важное транспортное событие: в Иркутске сегодня утром совершил первый пробный полёт новый гражданский лайнер МС-21. Для нового самолёта это называется "встать на крыло".
2. На земле.
3. После первого полёта.
(снимки позаимствованы из твиттера Дм. Рогозина)
[...] ...изначально первый полет МС-21 намечался на декабрь 2016 года, затем вице-премьер России Дмитрий Рогозин сообщил, что дату перенесли на апрель, и в начале мая глава Минпромторга Денис Мантуров сообщил о том, что МС-21 поднимется в воздух в конце месяца.
[...] Иркутский авиазавод готовит к испытаниям еще два самолета этой модели. Лайнер должен пройти летные испытания, затем сертификационные. После этого начнется серийный выпуск этой модели. На сегодняшний день авиакомпании подтвердили предзаказ на 185 самолетов МС-21 разных модификаций.
Магистральный самолет "МС-21" - российский самолет, предназначенный для перевозки пассажиров и грузов по России и на международных авиалиниях. МС-21 претендует на ту же коммерческую нишу, что и Boeing и Airbus. При этом в классе среднемагистральных самолетов он имеет самый широкий фюзеляж, что значительно повышает комфорт перевозок. Длина самолета МС-21-200 составляет 33,8 метра, в то время как МС-21-300 достигает длины в 42,3 метра. Ширина фюзеляжа в обоих комплектациях составляет 4,06 метра.
Официальный релиз:
28 мая 2017 года на аэродроме Иркутского авиационного завода – филиала ПАО Корпорация «Иркут» (в составе ОАК) состоялся первый полет нового пассажирского самолета МС-21-300.
Продолжительность полета составила 30 минут, он проходил на высоте 1000 метров при скорости 300 км/час.
План полета включал проверку самолета на устойчивость и управляемость, а также на управляемость двигателей. В соответствии с программой, в ходе полета выполнена имитация захода на посадку с последующим проходом над полосой, набором высоты и разворотом. Данная методика является типовой для первого полета новых типов самолетов.
Самолет пилотировал экипаж в составе летчика-испытателя, Героя России Олега Кононенко и летчика-испытателя, Героя России Романа Таскаева.
Олег Кононенко заявил: «Полетное задание выполнено полностью. Полет прошел в штатном режиме. Замечаний, препятствующих продолжению испытаний, не выявлено». Роман Таскаев отметил: «Подтверждены характеристики и режимы работы двигателей, все самолетные системы работали без сбоев».
Основные характеристики самолёта МС-21-300:
Вместимость в двухкласной компоновке 163 кресла (16 бизнес + 147 эконом)
Вместимость в плотной компоновке 211 кресел
Максимальная взлетная масса 79 250 кг
Максимальная коммерческая нагрузка 22 600 кг
Максимальная дальность полета 6 000 км
Основные размеры
Длина самолета 42,2 м
Размах крыла 35,9 м
Высота 11,5 м
UPD. Ещё фото, с фотопотока ОАК:
4. Взлёт.
5. В полёте.
6. Экипаж и создатели самолёта.
Нового пассажирского самолета МС-21. После завершения испытания и начала серийного производства он станет первым российским среднемагистральным пассажирским самолетом и первым в мире узкофюзеляжным лайнером, имеющим крыло из композиционных материалов. Корреспондент N+1 побывал в Опытной лаборатории технологий и конструкций из полимерных композиционных материалов компании «АэроКомпозит», где разрабатывались и проверялись технологии «черного» крыла для МС-21, выпускались демонстрационные образцы и проводились различные испытания.
Создание МС-21 ведется с первой половины 2000-х годов. Разработчики полагают, что на мировом рынке лайнер сможет конкурировать с американскими узкофюзеляжными Boeing 737 MAX и европейскими Airbus A320neo. В зависимости от конфигурации российский самолет сможет перевозить от 150 до 210 пассажиров. Дальность его полета составит более пяти тысяч километров, а скорость полета - около 870 километров в час. Одна из комплектаций МС-21 получит новые турбовентиляторные двигатели , первые за последние почти 30 лет новые российские силовые установки. В своем классе лайнер получил самый широкий фюзеляж. Его ширина составляет 4,06 метра.
Крыло, верхние и нижние панели которого полностью изготовлены из сухой углеродной ленты и полимерного связующего, является, пожалуй, одним из самых интересных элементов конструкции МС-21. С использованием композитов в конструкции крыла разные авиаразработчики экспериментировали относительно давно. В 1990-х годах такие исследования вела, например, канадская Bombardier. Композитное крыло получил американский широкофюзеляжный пассажирский самолет Boeing 787 Dreamliner и европейский сверхширокофюзеляжный лайнер Airbus A350 XWB. В поиске ключа к дальним, комфортным, эффективным и экономичным полетам композиционные материалы играют важную роль.
Композитные детали по своей прочности соответствуют современным авиационным сплавам, а иногда даже и превосходят их. При этом использование углеродного наполнителя и полимерного связующего позволяет сделать такие детали легче металлических аналогов, а значит и уменьшить массу пустого самолета. Дальше работает относительно простая цепочка - более легкие, но прочные, элементы конструкции самолета позволяют устанавливать в него больше бортового оборудования или уменьшать потребление топлива в полете в зависимости от поставленной перед конструктором задачи. Грубо говоря, сэкономив полтонны благодаря композитам, можно добавить новые системы такой же массы.
Выкатка лайнера МС-21
Еще одним преимуществом углепластиковых композитных деталей является их устойчивость к распространению повреждений. Например, при ударе по такой детали, область повреждений будет ограничена. В ее пределах при эксплуатации может произойти разрушение, но оно не распространится дальше по детали. Благодаря этому же качеству композитные детали имеют больший ресурс, чем металлические. Дело в том, что по мере разрушения внутри детали снимается конструкционное напряжение. Когда оно становится равным нулю, разрушение останавливается. С учетом многослойности такая самоостановка разрушения - качество очень ценное.
В зависимости от того, где будут использоваться те или иные детали, применяются и разные технологии их производства из композиционных материалов: от банальный заливки смеси эпоксидки с углеволокном в заранее подготовленную форму до сложной кропотливой выкладки из препрегов , то есть заранее пропитанной связующим углеткани, с последующим «выпеканием» в огромных автоклавах при заданной температуре определенное время. Из препрегов, например, создают различные элементы фюзеляжа . Крыло МС-21 выполнено по методу вакуумной инфузии. Иначе ее иногда называют безавтоклавной, хотя применительно к ней этот термин не совсем корректен.
Упрощенно производство композитных элементов методом вакуумной инфузии выглядит так: из углеткани по выкройкам вырезаются детали, затем на специальной оснастке они выкладываются слоями, упаковываются в специальный пакет, из которого затем откачивается воздух и в который постепенно подается полимерное связующее. Затем деталь «выпекается» при определенной температуре, требуемой для качественного отверждения того или иного связующего материала. По такой технологии, например, изготовлен корпус тральщика нового поколения «Александр Обухов», головного корабля проекта 12700, сегодня .
Марина Лысцева / ОАК
Методом вакуумной инфузии изготавливаются композитные детали для крыла МС-21. Работы по проекту «черного» крыла для нового российского лайнера начались во второй половине 2000-х годов, когда была создана компания «АэроКомпозит». Эта компания совместно с несколькими иностранными фирмами занималась исследованиями на этапе выбора полимерных композиционных материалов для проекта МС-21, а также подбором технологии и изготовлением первых конструктивно подобных образцов.
В июле 2011 года компания создала Опытную лабораторию технологий и конструкций из полимерных композиционных материалов. Лаборатория отвечала за исследование полимерных композиционных материалов, отработку технологии изготовления опытных образцов элементов конструкции с использованием новых материалов, а также проверку заложенных конструктивных и технологических параметров. Специалисты лаборатории отвечали и за подготовку технологической документации для производства. В августе 2011 года лаборатория уже создала первый простой опытный композитный образец.
В целом лаборатория включает в себя несколько участков. В первом производится раскройка углеткани и различных слоевых заполнителей по лекалам. Они выводятся на раскроечный стол при помощи специальных лазерных проекторов. Для изготовления композитных элементов крыла МС-21 в лаборатории использовалась ткань, в которой углеволокно не переплеталось и небольшими полосками была скреплена в единое полотно при помощи полимерной нити. Благодаря тому, что волокно не переплетается, оно практически не имеет механических повреждений, сказывающихся на прочности детали.
Раскройка углеткани
Марина Лысцева / ОАК
Вакуумирование и «выпекание» деталей
Марина Лысцева / ОАК
На этом этапе раскраивают не только углеткань, но и различные вспомогательные слои, включая вакуумные пленки, в которые запечатываются сформованные детали и так называемые жертвенные слои. Эти слои помещаются между деталью и вакуумной пленкой и позволяют отделить последнюю от готового изделия уже после «выпекания». Все слои затем накладываются друг на друга на специальной оснастке - приспособлении, позволяющем задавать нужную форму детали. В готовом элементе количество слоев углеткани может варьироваться от нескольких единиц до четырех десятков в зависимости от требуемой прочности.
Выложенные слои, среди которых есть и сетки, помогающие равномерному распределению связующего, на оснастке запечатываются в специальный конверт с разных сторон к которому подведены трубки. По одним откачивается воздух, по другим подается связующее. Полимерную смолу для композитного крыла МС-21 разрабатывали специально. Это однокомпонентное связующее, отверждаемое во время «выпекания» в печи до 20 часов при температуре 170-180 градусов Цельсия. Само связующее хранят в специальных холодильниках при температуре минус 18 градусов Цельсия.
В целом метод вакуумной инфузии относительно прост. По словам главного технолога «АэроКомпозит-Ульяновск» Алексея Ульянова, он позволяет изготавливать детали быстро, относительно дешево и без жесткой привязки к срокам хранения материалов. В частности, препреги хранятся в среднем 30 суток с момента производства. И за это время необходимо успеть выложить все необходимые детали конструкции. С этой точки зрения вакуумная инфузия позволяет не торопиться - углеткань и связующее по отдельности хранятся очень долго. Ульянов с самого начала занимался разработкой метода вакуумной инфузии применительно к силовым длинномерным элементам конструкции консоли крыла самолета.
Марина Лысцева / ОАК
Производство же деталей из препрегов - довольно трудоемкий процесс. Пропитанную связующим ткань необходимо выкроить по лекалам и затем отпозиционировать все слои на оснастке. При выкладывании слоев необходимо «выгонять» мельчайшие пузырьки воздуха, образующиеся между ними, которые могут привести к возникновению каверн в деталях и снижению их прочности. Собранные из слоев препрегов элементы «выпекаются» в специальных автоклавах под большим давлением, которое может достигать шести атмосфер. При автоклавном методе каждая деталь «выпекается» отдельно. Затем они собираются вместе и проходят повторное «выпекание».
Именно так собираются панели для крыльев B787 и A350 XWB. Стрингеры выпускаются отдельно, а сами панели отдельно, а затем составляются в единую конструкцию. В этом случае граница раздела между полимерной поверхностью одной детали и поверхностью другой сохраняется, а значит весь элемент получается чуть менее прочным. Метод вакуумной инфузии позволяет изготавливать интегральные элементы: стрингеры и панели выкладываются из углеволокна отдельно, но на специальной оснастке заливаются связующим уже совместно. Так получается единая деталь, которую после механической обработки можно ставить на самолет.
Выкладывание панели крыла на оснастке
Марина Лысцева / ОАК
Панель крыла и стрингеры
Марина Лысцева / ОАК
В авиации активно развивалась именно автоклавная технология, просто потому что, долгое время не существовало подходящих по характеристикам связующих, пригодных для вакуумной инфузии. Они появились только во второй половине 1990-х годов. По этой причине выкладка деталей из препрегов уже хорошо освоена. Airbus и Boeing выпускают очень большое количество самолетов и располагают большим количеством заказов на новые самолеты. В таких условиях цена ошибки при внедрении новой технологии очень высока. Во многом по этой причине компании решили придерживаться проверенной технологии препрегов.
С этой точки зрения Объединенная авиастроительная корпорация, занимающаяся разработкой МС-21, оказалась в выгодном положении. Большого портфеля заказов на еще не созданный самолет не было, не нужно было спешить с выпуском серийных самолетов, словом, никто не торопил и было время на изучение новой технологии. Были проведены и исследования совместимости материалов в конструкции крыла. Крыло МС-21 состоит из почти девяти тысяч различных деталей. В численном отношении доля композитных элементов не велика - около 30 процентов. По массе же они составляют около 65 процентов крыла. Элементы крепятся и между собой, и с другими элементами.
В лаборатории проводятся и испытания различного крепежа для композитных деталей. Например, в большинстве случаев для крепления элементов из углепластика нельзя использовать алюминиевый крепеж. Дело в том, что пропитанная связующим углеткань и алюминиевые, например, заклепки образуют гальваническую пару , в которой алюминий очень быстро «закисает». Однако если в детали добавить несколько слоев углеткани, то гальваническая пара разрушается, но сама деталь становится крупнее и тяжелее. Чтобы избежать коррозии, крепление композитных деталей производят при помощи титана.
Марина Лысцева / ОАК
По итогам исследований в Ульяновске открылось производство «АэроКомпозит-Ульяновск». Там сегодня при помощи роботов изготавливаются «черные» крылья МС-21. К слову, при окраске МС-21 к выкатке корпорация «Иркут» специально оставила неокрашенными несколько участков крыла лайнера; чтобы было видно, что оно действительно черное. Московская опытная лаборатория сегодня, получив соответствующую государственную аккредитацию, занимается испытанием образцов-спутников. Полученные в результате проверок данные будут использоваться для сопровождения наземных и летных испытаний нового российского лайнера.
Образцы-спутники - это образцы деталей, изготовленных на заводе, из которых нарезают небольшие элементы - образцы-свидетели. Такие вот элементы проходят несколько циклов испытаний. Благодаря проверкам определяются качество и характеристики композитных деталей. Для этого в Опытной лаборатории действует Испытательная лаборатория материалов и полимерных композиционных материалов и Физико-химическая лаборатория. В ней элементы испытывают на сдвиг слоев, растяжение, сжатие, разрыв. Для этого у испытательной лаборатории есть специальные машины, способные обеспечивать нагрузку от 25 до 60 тонн. Есть стенд для динамических испытаний образцов.
