Использование композитных материалов - тренд современного авиастроения. Благодаря своим уникальным свойствам - легкости, прочности, коррозионной стойкости - они не только улучшают летно-технические характеристики, но и дают инженерам свободу для проектирования более совершенных с аэродинамической точки зрения форм.

Вопросам применения композитных технологий в авиастроении была посвящена лекция генерального директора АО "АэроКомпозит" Анатолия Гайданского, которая прошла в Московском авиационном институте 18 ноября в рамках XII Международной недели авиакосмических технологий Aerospace Science Week. Эксперт рассказал о том, почему на композиты делается высокая ставка при создании самолетов и как это влияет на их безопасность.

Он напомнил, что АО "АэроКомпозит" участвует в разработке российского самолета МС-21, большую долю в массе конструкции которого занимают композиты. В планах - создать самолет, полностью состоящий из термопластичных композитов. Это позволит примерно на 15% снизить вес планера относительно традиционных алюминиевых и магниевых сплавов. Композиты планируется использовать в несущих конструкциях самолета, передних кромках крыла, нервюрах и крепежных элементах.

Эволюция авиастроения

Сегодня композиты составляют до 40-50% веса конструкции летательных аппаратов. В частности, их задействуют при изготовлении элементов фюзеляжа, крыла и хвостового оперения.

- В числе основных преимуществ использования композитов можно назвать улучшение аэродинамики, существенное снижение массы самолета и трудоемкости сборки, высокую химическую и климатическую коррозийную стойкость, - отметил Анатолий Гайданский. - В перспективе 20-30 лет благодаря использованию композитов возможно снижение массы планера минимум до 10-15%. И самое главное, что такой проект действительно существует.

Строгий контроль качества

В гражданской авиации новые технологии внедряются постепенно, и нормы для композитов гораздо более жесткие, чем для традиционных материалов. Самолеты проектируются с учетом конструкционных нагрузок, а при их изготовлении для подтверждения соответствия стандартам происходит контроль качества каждой детали. Он включает проверку температуры производства, геометрии деталей и других параметров.

- Процесс производства композитных изделий, как правило, отличается высокой точностью контроля температуры, поддерживаемой в пределах ±2°C, - рассказал Анатолий Гайданский.

Как отметил эксперт, российские специалисты, включая ученых МАИ, создают композитные материалы, конструкции, технологии их производства и ремонта, которые по своим характеристикам не уступают западным аналогам.

Пирамида расчетно-экспериментальных исследований

Тему методов работы с полимерными материалами раскрыл директор Центра композитных конструкций МАИ Егор Назаров. В качестве примера он представил разработанную в университете комплексную методологию проектирования, производства и эксплуатации композитных конструкций, которая позволит ускорить и удешевить создание перспективных гражданских судов, а также повысить их надежность и долговечность.

Методика МАИ базируется на принципе "пирамиды расчетно-экспериментальных исследований" с добавлением микромеханики. Работы проводятся на разных уровнях, от изучения свойств самого материала на микроуровне до тестирования конструктивно подобных образцов и агрегатов. При этом используются нестандартные методы исследования, такие как сканирующая электронная микроскопия, компьютерная томография и высокоскоростные циклические испытания, которые позволяют выявлять внутренние дефекты композитов и уточнять критерии прочности.

- Поскольку конструкторские бюро уже давно освоили типовые подходы к проектированию композитных конструкций, наша работа сосредоточена на самых специфических и нетривиальных случаях. Для их разрешения мы создали комплексную карту методов и технологий, которая, в том числе, включает анализ микроструктуры материала. Данный метод, который, хотя и нетипичен для авиационной промышленности, становится критически важным для контроля качества производства и преодоления проблем внутренних явлений в композитах, с которыми сталкивается и мировая, и российская индустрия. Мы одни из первых, кто активно внедряет подобные решения, - добавил Егор Назаров.

XII Международная неделя авиакосмических технологий Aerospace Science Week проходит в МАИ с 18 по 21 ноября и включает 20 мероприятий по таким ключевым направлениям развития МАИ, как беспилотные авиационные системы, авиастроение, авиационные двигатели и новая энергетика, космические системы и сервисы.