Научная Россия
25 июня 2021, 16:10
Мечты о небе. Как развивалось авиастроение и материаловедение
2021 год объявлен в России Годом науки и технологий, а июнь, согласно его календарному плану, посвящен новым производственным технологиям и материалам
Материалы ВИАМ применялись при создании первого отечественного цельнометаллического самолета и брони для советских штурмовиков, первого атомного котла и реактора первого в мире атомного ледокола "Ленин", первого в истории искусственного спутника Земли, легендарного советского лимузина ЗИС-101.
В преддверии дня рождения Института "Научная Россия" побывала на экскурсии в Музее ВИАМ.
"А мне летать охота!"
Возможность полета интересовала людей на протяжении многих веков. Можно вспомнить работы Леонардо да Винчи в XV веке. Именно он впервые сформулировал идею аэроплана, но его задумки настолько опережали свое время, что о реальном их воплощении не могло быть речи - во многом из-за отсутствия на тот момент легких и прочных материалов, из которых можно было сконструировать летательный аппарат. Леонардо да Винчи любил наблюдать за птицами и летучими мышами, он говорил: "Кто знает, тот может, только бы узнать, а крылья найдутся!". Однако материаловедение, особенно авиационное, начало развиваться гораздо позднее.
В начале 1900-х годов немецкий инженер-металлург Альфред Вильм создал уникальный сплав под названием дюралюминий (от названия города Дюрен в Германии). Новый материал стал основой для создания самолетов, началось его промышленное производство.
Первый в мире цельнометаллический самолет - Junkers J 1, был создан немецким конструктором Хуго Юнкерсом в 1915 году. Наша страна тоже не отставала, и в 1922 году в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) сотрудники секции испытания материалов под руководством И.И. Сидорина (впоследствии - основатель ВИАМ) раскрыли секрет дуралюминия. Был создан его аналог - алюминиевый сплав с добавкой никеля, меди и марганца под названием кольчугалюминий (первые образцы были получены в г. Кольчугино Владимирской области). Благодаря новому материалу удалось впервые создать отечественный цельнометаллический самолет - АНТ-2. Работой руководил выдающийся советский конструктор А.Н. Туполев.
Позднее, 28 июня 1932 года, на базе ЦАГИ образован ВИАМ: было открыто два корпуса общей площадью в тысячу квадратных метров, создано 33 лаборатории по восьми научным направлениям. Причиной тому послужила все более возрастающая потребность в централизованной организации материаловедческих изысканий, нужен был институт, который бы разрабатывал уникальные материалы для авиации и контролировал их производство и применение в изделиях. Инициатором создания ВИАМ выступали выдающиеся советские ученые и конструкторы, в том числе сам А.Н. Туполев. План удался, и сегодня мы знаем, что 95% всех материалов, которые использовались при создании отечественной авиационной, ракетной, космической техники, - это материалы ВИАМ.
И на войну, и в космос
Едва ли найдется кто-то, не знакомый с легендарным штурмовиком Ил-2 - самым массовым советским самолетом в истории Великой Отечественной войны. В его создании ВИАМ принимал непосредственное участие. Главной задачей было получить цельнометаллическую броню, входящую в силовую конструкцию самолета.
Двухсоставная броня, разработанная в ВИАМ, позволяла защитить самолет и, самое главное, летчика. В итоге ИЛ-2 стал самым "неубиваемым" самолетом в истории Великой Отечественной войны. Всего таких самолетов было выпущено более 36 тысяч.
Броня, разработанная в ВИАМ, также применялась для знаменитого автомобиля ЗИС-101, который изготавливали на заводе им. И.В. Сталина в Москве. Эту машину называют первым советским лимузином.
Учеными ВИАМ была разработана и специальная маскирующая краска белого цвета для военных самолетов, в частности для Ил-2. Такая краска могла быть оперативно нанесена на самолет в полевых условиях, при температуре до -12 ˚C. Краска также легко удалялась теплой водой с помощью небольшого абразивного материала.
ВИАМ активно участвовал в покорении космоса. В 1957 году на орбиту был выведен первый искусственный спутник Земли "Спутник-1". Аппарат был изготовлен из разработанного в ВИАМ алюминиевого сплава. В 1961 году на корабле "Восток" совершил полет в космос Ю.А. Гагарин. При создании космического корабля "Восток" ВИАМ был определен исполнителем по жаропрочным материалам и теплозащитным покрытиям. В составе теплозащитной конструкции впервые использовались соты на основе стеклоткани, пропитанной полимерными связующими. Кроме того, в космическом корабле "Восток" были применены разработанные в ВИАМ металлические материалы.
В рамках космической программы ученые Института создали специальные гермошлемы и светофильтры иллюминаторов, которые защищали глаза космонавтов. Эта часть снаряжения входила в состав высотно-компенсирующего костюма и высотного скафандра. Использованные решения, в частности, позволили А.А. Леонову выйти в открытый космос.
Особое место в истории ВИАМ занимает участие в проекте "Энергия" - "Буран" - самой масштабной программе за всю историю советской космонавтики. Программа была нашим ответом на американские военные инициативы, в первую очередь на проект "Спейс Шаттл". Перед учеными стояла задача построения полноценной тепловой защиты многоразовой космической системы. В общей сложности ВИАМ создал 39 принципиально новых материалов и 230 технологий, но главное - это разработка теплозащитных материалов, которые по целому ряду характеристик превосходили американские аналоги, разработанные для системы "Спейс Шаттл".
Теплозащитное покрытие изготовлялось в виде отдельных элементов-плиток (38 800 штук), вырезанных из блоков, в которых только 10% объема занимали супертонкие кварцевые волокна, а до 90% - воздух.
Из материалов ВИАМ для "Бурана" были также созданы специальные тормозные диски на основе бериллия и рамки остекления.
Активно велись разработки и в области вертолетной техники. Для вертолета Ми-26 были созданы металлопластиковые лопасти, которые обеспечили снижение массы на 40%. Благодаря использованию новых материалов в 1978 году установлен абсолютный мировой рекорд скорости для вертолетов - 368,4 км/час, рекордсменом стал Ми-24.
Но вернемся к самолетам. Двигатель самолета - это его сердце. Изготовление материалов для двигателей по-прежнему остается одним из ключевых направлений Института. Между тем создание собственных газотурбинных двигателей - настолько сложная технология, что количество стран, которые ей владеют, можно буквально пересчитать по пальцам одной руки.
В ВИАМ впервые в нашей стране были созданы жаропрочные сплавы для лопаток газотурбинных двигателей самолетов. Такой сплав мог выдерживать колоссальную температуру в 1000 градусов Цельсия, а современные сплавы - и 1300 градусов.
Материалы и облик города
Материаловедение востребовано не только в авиационной и космической отрасли, но находит применение и в городской инфраструктуре, архитектуре.
Для защиты инфраструктуры московского метрополитена в ВИАМ разработаны специальные материалы и краски. Институт занимался и созданием материалов для троллейбусных изоляторов.
Из титановых сплавов ВИАМ был полностью создан знаменитый памятник Ю.А. Гагарину, находящийся на одноименной площади в столице. Памятник общей массой 12 тонн и высотой 42 метра был открыт 4 июля 1980 года. Институт разрабатывал не только материал, но и технологии соединения, штамповки деталей, чтобы они давали определенные очертания и определенный свет на фоне неба. Монумент "Покорителям космоса" на ВДНХ также выполнен из материалов ВИАМ.
Интересная история, связанная с памятниками, произошла в начале нулевых, когда возник вопрос о реконструкции монумента "Рабочий и колхозница" на ВДНХ. Памятник пришел в негодность, находясь в условиях агрессивной среды, утратил свой цвет и блеск, покрылся черной копотью. Что делать? Сначала монумент пытались очистить различными зарубежными пастами, но ничего не помогало, и внешний вид только ухудшался. Тогда за дело взялся ВИАМ и предложил свои разработки. В итоге памятник был успешно очищен и покрыт специальным защитным слоем, который позволит сохранить монумент в прекрасном виде еще не одно десятилетие. Открытие отреставрированного памятника состоялось в 2009 году.
В 2017 году в России появился уникальный объект инфраструктуры - первый автомобильный мост, построенный по технологии с использованием композитов нового поколения. Учеными ВИАМ были разработаны угле- и стеклопластики, огнестойкие покрытия для мостовых несущих конструкций моста. Мост выдерживает нагрузку до 100 тонн, долгое время не требует капитальных вложений и постоянно контролируется системой мониторинга с применением оптоволоконных датчиков деформации и температуры. Такой необычный мост - совместный проект ВИАМ и "НИИграфит".
Сегодня ВИАМ - ведущий материаловедческий центр Российской Федерации. Институт выполняет полный инновационный цикл - от фундаментальных и прикладных исследований до разработки материалов, технологий, оборудования, выпуска нормативной документации и организации малотоннажного производства. Разработки ученых находят свое применение в авиа- и машиностроении, космической отрасли, энергетике, строительстве, медицине и других сферах....
Авторские права на данный материал принадлежат «Научная Россия». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Поделиться
Май 3, 2024
Аэрофлот открыл онлайн-продажи субсидируемых билетов для жителей Калининградской области
Май 3, 2024
Делегация МГТУ ГА приняла участие в памятных мероприятиях, посвященных Дню Победы
Май 3, 2024
Республика Татарстан получила земельные участки для реконструкции перрона Международного аэропорта "Казань"
Май 3, 2024
Студенты РГАТУ имени П.А. Соловьева стали призерами Всероссийской научно-технической конференции