КРЫЛО БУДУЩЕГО НА ВЗЛЁТЕ

КРЫЛО БУДУЩЕГО НА ВЗЛЁТЕ
Российская технология производства крыла из композиционных материалов вступает в конкурентную борьбу с мировыми лидерами авиастроения.
Делать крыло самолёта из композиционных материалов до недавнего времени умели только три производителя авиатехники: Boeing, Airbus и Bombardier. Эту группу монополистов потеснила отечественная компания «АэроКомпозит», причём не повторяя их технологию, а во многом превзойдя её.
Началось всё в 2008 году, когда в структуре Объединенной авиастроительной корпорации появилось новое звено – ЗАО «АэроКомпозит», главной задачей которого стало производство композитных элементов конструкции воздушных судов. Компания вошла в проект ПАО «Корпорация «Иркут» по созданию нового отечественного ближне-среднемагистрального пассажирского самолета МС-21. Возглавил «АэроКомпозит» Анатолий Гайданский, опытный специалист в области робототехники и комплексной автоматизации, выпускник МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Для создания композитного крыла самолёта МС-21 требовалось построить технологический процесс с чистого листа, разработать технологию производства абсолютно нового продукта, уникального по своим техническим характеристикам.
Хотя в России и в странах бывшего СССР был накоплен значительный опыт создания конструкций из композиционных материалов, использовать традиционную технологию с применением препрега (пропитанного углеродного материала) оказалось нецелесообразно. Дело в том, что работа с препрегом требует применения крупногабаритного специализированного оборудования и осложняется жёсткими требованиями к жизненному циклу материала. К примеру, срок хранения современных препрегов в холодильной камере составляет 12 месяцев при условии герметичной упаковки и строгом соблюдении температурного режима. А после вскрытия упаковки препрег «живёт» всего 10 дней.
Специалисты «АэроКомпозита» пошли по иному пути, применив инфузионную технологию, одной из особенностей которой является работа с сухим углеродным материалом. Это стало одним из главных преимуществ, обеспечившим свободу технологического манёвра за счёт продления времени, в течение которого материал можно обрабатывать.
«В результате исследований была создана преформа – заготовка конструкции, которая может храниться длительное время, не теряя своих качеств. А после её пропитки достигаются те же параметры, что и при работе с препрегом. В результате можно создавать значительные заделы заготовок (преформ), хранящихся неограниченное время, а затем по мере надобности пропитывать и обрабатывать их, изготавливая конструкционные элементы», – рассказывает главный технолог «АэроКомпозита» доктор технических наук, член-корреспондент РИА Андрей Громашев.
Подобными технологиями создания крупных деталей крыла, таких как панели консоли, лонжероны, дренажные короба – никто в мире не владеет, ниша инфузионных технологий для силовых конструкций была свободна. Да и в обозримом будущем западные авиагиганты вряд ли смогут применять метод вакуумной инфузии для изготовления несущих силовых деталей.
«Мы и компания Bombardier сделали акцент на применении более прогрессивного метода вакуумной инфузии, который характеризуется большими технологическими возможностями при меньших затратах. Но технический уровень нашего производства выше, чем у канадских коллег, так как мы внедрили автоматическую выкладку материала в форму с помощью специально спроектированных роботов и портальных машин, минимизируя влияние человеческого фактора на качество изделий», – поясняет глава компании Анатолий Гайданский.
Процесс создания изделий методом вакуумной инфузии в компании «АэроКомпозит» начинается с автоматической выкладки преформ деталей из сухой углеродной ленты, так называемых сухих заготовок. Далее происходит выкладка этих преформ в оснастку, где впоследствии производится пропитка. Преформы фиксируются оснасткой в нужную геометрию, укрываются вакуумным мешком, куда подводится связующее вещество. После пропитки связующим компонентом производится формование конструкции в автоматизированном термоинфузионном центре. Далее полученная отверждённая деталь проходит неразрушающий контроль, механическую обработку, убираются излишки материала, идёт грунтовка, покраска, и деталь подаётся на сборку.
На начальном этапе проекта были изготовлены четыре прототипа кессона крыла для испытаний на базе ФГУП «ЦАГИ» – два для статических и два для ресурсных. Первый этап испытаний завершился в конце 2011 года, и результате было доказано, что полномасштабные силовые конструкции, получаемые методом вакуумной инфузии, не уступают автоклавным по прочности и точности геометрии. Разработанная специалистами компании «АэроКомпозит» технология была защищена двумя российскими патентами.
Под реализацию проекта в 2011 году в Москве была создана Опытная лаборатория технологий и конструкций из полимерных композиционных материалов, а спустя год началось строительство двух производственных площадок в Казани и Ульяновске.
Лабораторное оборудование позволяло моделировать технологию и отрабатывать её на элементарных образцах разной толщины, от плоских и стрингерных панелей до демонстраторов панелей крыла. Необходимо было выяснить экспериментально, какая конструкция панели может отвечать всем прочностным требованиям.
«Помимо изготовления опытных образцов в лаборатории отрабатывались все стадии технологического процесса: входной контроль исходных материалов, раскрой армирующих материалов с использованием лазерного оборудования, выкладка на оснастку, формирование вакуумного мешка и сам процесс инфузии», – перечисляет начальник Опытной лаборатории технологий и конструкций из ПКМ Алексей Слободинский.
В 2014 году состоялся ввод в эксплуатацию первой очереди завода «АэроКомпозит-Ульяновск». Уникальное предприятие расположилось на площади свыше 9 гектаров. Площадь основного производственного помещения – «чистой комнаты» – достигает 11 тыс. квадратных метров. «АэроКомпозит» впервые в мире реализовал инфузионную технологию с применением автоматизированного оборудования: автоматических портальных выкладочных машин, роботизированных установок, термоинфузионных автоматизированных центров длиной 22 м и шириной 6 м.
Сегодня это единственное в России предприятие по производству силовых композитных конструкций для авиации, включающее полную линию сборки крыла. Продукция завода – верхние и нижние панели кессона крыла, передние и задние лонжероны, стрингеры, дренажные короба, панели центроплана. Готовые технологические единицы – левая и правая отъёмная часть крыла, а также центроплан.
Летом 2013 года в Казани была запущена первая очередь завода «КАПО-Композит», задачей которого стало изготовление композитных агрегатов механизации крыла лайнера методом автоклавного формования. Специалисты компании усовершенствовали метод, и теперь изготовление изделия происходит за два технологических цикла, в то время как на других предприятиях, использующих данную технологию, – за три. Это позволяет добиваться существенной экономии при выпуске продукции.
Сейчас «АэроКомпозит» находится на стадии опытного производства, идёт изготовление конструкций для первого лётного экземпляра МС-21, эти конструкции будут переданы на Иркутский авиационный завод – филиал ПАО «Корпорация «Иркут» – в ближайшие месяцы. Первая технологическая единица – композитный центроплан с элементами фюзеляжа – была доставлена в Иркутск в середине апреля текущего года.
Композитное крыло на МС-21 улучшит топливную экономичность самолёта на 6-8 %, что обеспечит существенное снижение себестоимости полёта. Применение композитов позволяет также уменьшить вес воздушного судна.
В ближайших планах «АэроКомпозита» поставить консоли для проведения испытаний МС-21, а к концу 2017 года совместно с ПАО «Корпорация «Иркут» предполагается довести самолет до сертификациии наладить серийный выпуск. При этом стоит задача расширения производства.
Композитное крыло – только первый шаг к самолёту будущего. Российские авиастроители из Объединенной авиастроительной корпорации совместно с китайской компанией COMAC уже начинают работать над созданием полностью композитного широкофюзеляжного самолета, который должен выйти на рынок к 2022 году. Поле ответственности российской стороны – изготовление композитных консолей крыла и центроплана.