С новым крылом

Процесс импортозамещения композиционных материалов крыла в проекте МС-21 завершен

Текст: Константин Лантратов

Корпорация "Иркут", ее филиал "АэроКомпозит" и ЦАГИ завершили статические испытания композитного крыла самолета МС-21, изготовленного из российских материалов. Это событие ознаменовало завершение важнейшего этапа программы замены зарубежных материалов для крыла, поставки которых были остановлены из-за американских торговых ограничений. Компания "АэроКомпозит" ведет серийное производство "черного крыла" из отечественных композитов.

Внедрение новых материалов потребовало исследования их свойств и проведения целой серии испытаний конструктивноподобных образцов. Затем дошла очередь и до целого крыла: в ЦАГИ завершены его статические испытания, идут ресурсные. О том, почему пришлось менять поставщиков композитов, какие изменения произошли с "черным крылом" из-за смены материалов, какие еще продолжаются рассказал первый заместитель генерального директора корпорации "Иркут", генеральный директор компании "АэроКомпозит" Анатолий Гайданский.

— Анатолий Иосифович, расскажите, пожалуйста, подробнее о завершающем этапе испытаний кессона крыла из российских материалов.

— На завершившемся в марте этапе испытаний кессон в плановом порядке был доведен до разрушения. Оно произошло на участке, который был предсказан математическими методами, при нагрузке, превысившей расчетную. Напомню, что согласно нормам авиационной безопасности, расчетная нагрузка в полтора раза больше максимально возможной эксплуатационной нагрузки.
Таким образом, было доказано, что наш кессон обеспечивает прочность и безопасность при самом неблагоприятном сочетании условий полета.
Под термином "неблагоприятное сочетание" в данном случае подразумеваются не только величина и направление приложенной нагрузки. Прочность композитов, в отличие от металлов, в большей степени зависит от климатических условий. Поэтому в ходе испытаний на разрушение часть конструкции крыла нагревалась.
Важно отметить, что мы проверили не только саму конструкцию, но методики прочностных расчетов, которые вели совместно наши специалисты и ученые ЦАГИ. Подтверждена правильность методов проектирования, что существенно облегчит нам создание новых конструкций.

"Мы поменяли поставщиков на отечественных. Да, это было непросто, но мы с нашими российскими партнерами справились", — Анатолий Гайданский, первый заместитель генерального директора корпорации "Иркут", генеральный директор компании "АэроКомпозит" .

 

— Напомните, пожалуйста, историю проекта "черного крыла". Кто разрабатывал? Где оно производилось?

— Крыло разработано компанией "АэроКомпозит". Элементы конструкции из композиционных материалов производятся на двух заводах. "АэроКомпозит-Ульяновск" делает основные композитные панели и лонжероны, а также осуществляет финальную сборку крыла. Вся механизация крыла, часть внутреннего набора производится в Казани компанией "КАПО-Композит". "АэроКомпозит-Ульяновск" и "КАПО-Композит"- дочерние предприятия компании "АэроКомпозит". Сама компания "АэроКомпозит" образована в 2008 году. С того момента мы итерационным путем шли к проектированию, отработке технологических процессов, выбору и отработке технологических процессов, выбору и отработке материалов, технологий, созданию необходимого оборудования, изготовлению изделий и их испытаниям.

— Какие технологии используются на заводах в Ульяновске и Казани?

— "АэроКомпозит-Ульяновск" использует безавтоклавную инфузионную технологию производства. По ней изготавливаются верхние и нижние панели кессона крыла, передние и задние лонжероны кессона крыла - основные силовые конструкции, которые несут на себе наибольшие нагрузки. Также в Ульяновске по той же инфузионной технологии производятся панели центроплана. Остальные элементы из композиционных материалов - механизация крыла и хвостового оперения - делаются по автоклавной технологии в Казани на "КАПО-Композит". Кроме того, киль и стабилизаторы самолета тоже по автоклавной технологии изготавливает ОНПП "Технология" в Обнинске.

— Каковы основные преимущества использования композитов в конструкции крыла?

— За счет уникальных жесткостных характеристик появляется возможность создавать так называемое крыло большого удлинения. Если говорить проще- длинное и тонкое крыло. За счет этого уменьшается сопротивление воздуха, улучшается аэродинамическое качество крыла, следовательно - меньше тратится топлива на преодоление одного километра. Это основное преимущество композитного крыла. Из алюминиевых сплавов крыло с таким удлинением сделать проблематично. В будущем за счет использования композитов появится еще и по весу. Для этого надо накопить необходимый опыт. Композитные технологии в силовых конструкциях самолетов появились около 10 лет назад, поэтому пока используются большие коэффициенты запаса прочности. Кессон крыла из композитов на самолете другой размерности в свое время также применил Boeing. Это модель 787 Dreamliner, которая была сертифицирована в конце 2011 года.

— Есть ли подобный опыт у наших основных конкурентов в подобных среднемагистральных однопроходных самолетах?

— В сегменте рынка, в который нацелен МС-21-300, наш самолет первый, на котором применено композитное крыло. Среднемагистральные самолеты в размерности семейства МС-21 составляют самую большую нишу глобального рынка. Основной объем перевозок в мире выполняется именно на таких самолетах. Наши одноклассники производства других мировых игроков пока применением такой технологии похвастаться не могут. В то же время, композитные крылья стоят на региональном самолете Bombardier CSeries, который теперь известен как Airbus F220. Но он меньшей размерности, чем МС-21: у него около 130 мест. И технология изготовления у коллег отличается.

— Каков у нас и у них процент композиционных материалов в общей массе воздушного судна?

— В среднем сейчас этот параметр составляет от 30% до 50%, в зависимости от того, делается ли композитный фюзеляж. У МС-21 и Airbus А220 цельнометаллический фюзеляж, композитные крылья и хвостовое оперение. В нашей конструкции композиты составляют около 40%. У Airbus А350 и Boeing 787 польностью композитный планер - там доля композитов несколько отличается.

— Кто изначально был поставщиком материалов для композитного крыла МС-21?

— Первоначально поставщиками композиционных материалов для крыла самолета МС-21 были зарубежные компании. Они поставляли нам и препреги, и материалы для инфузии. На момент старта проекта МС-21 в России не было необходимых технологических решений, материалов.

— Кто выбирал этих поставщиков?

— Выбирали мы, компания "АэроКомпозит". Мы не просто выбирали, а вместе с ними отрабатывали материалы для инфузии, которые изначально не существовали. Это были специально изготовленные материалы по техническим требованиям "АэроКомпозита". В процессе отработки технологии изготовления они доводили этот материал под наши требования.

— Сколько комплектов крыла было произведено из материалов прежних поставщиков? На каких самолетах они были установлены?

— На данный момент изготовлены комплекты крыльев для пяти летающих опытных воздушных судов. Также изготовлены комплекты крыльев и отдельные ОЧК для статических и ресурсных испытаний в ЦАГИ.

— Почему пришлось менять поставщиков материалов?

— В конце 2018 года в отношении наших компаний властями США были объявлены торговые ограничения. В связи с ними зарубежные подрядчики прекратили нам поставки. Под прямым запретом оказались как композитные материалы, как и крепеж. Поэтому мы были вынуждены реагировать. В итоге мы поменяли поставщиков на отечественных. Да, это было непросто, но мы с нашими российскими партнерами справились. Благо, к этому времени в нашей стране уже сформировался необходимый задел, уже велась подготовительная работа по ряду технологических направлений в частности композитов. Пришлось сильно ускориться, но нам было, с чем работать.

— Поставки материалов для крыла от старых поставщиков полностью прекращены? Или будет вестись производство и из старых (зарубежных), и из новых (российских) материалов?

— Поставки прекращены полностью. Из старых материалов крыло производиться не будет. Все, что сейчас изготавливается, производится из материалов российского производства. В декабре 2021 года состоялся первый полет самолета МС-21-300, в конструкции крыла которого использовался только российский композит. Такие крылья устанавливаются на всех серийных машинах.

— Кто новые поставщики материалов для крыла?

— Это структуры Росатома и частные структуры, которые вышли из МГУ.

 

"Поменялся только техпроцесс. Никакого нового оборудования на заводе не потребовалось. Мы все делаем на том же оборудовании, на котором делали крыло из старых материалов", — Анатолий Гайданский, первый заместитель генерального директора корпорации "Иркут", генеральный директор компании "АэроКомпозит" .

 

— Их материалы проходили квалификацию?

— Да, их материалы проходили общую квалификацию. Это - подтверждение свойств материалов, их стабильности, качества изготовления материалов на предприятиях-поставщиках. Кроме того, делается специальная квалификация. Это - подтверждение свойств материала на территории производства конкретных конструкций, например ОЧК.

— Эти материалы тоже разрабатывались исключительно под ваши требования? У них не было готовых материалов?

— Да, конечно. Была реализована целая программа, которую мы начали еще в 2015 году. Как я уже сказал, к моменту объявления торговых ограничений она была "вчерне" закончена, у нас был прототип материала отечественного производства. Он только не был еще квалифицирован.

— Новые материалы только у кессона крыла и центроплана? Или у механизации крыла тоже?

— Все материалы крыла новые, российского производства — и для инфузионной технологии, и для автоклавной. Мы поменяли полностью всю линейку материалов.

— Российские материалы хуже или лучше зарубежных?

— По своим характеристикам они абсолютно соответствуют зарубежным, мы изначально ставили именно такую задачу.

— Изменилось ли крепление крыла к металлическим конструкциям самолета?

— Консоли крыла как и прежде через титановые пояса и фитинги крепятся к центроплану, который закреплен к шпангоутам фюзеляжа через узлы на переднем и заднем лонжероне.

— Изменилась ли конструкция крыла в связи с переходом на отечественные материалы?

— Аэродинамические обводы не менялись, как и конструктивно-силовая схема крыла.

— Какие испытания проходило крыло из новых материалов? Где они проводились?

— До испытания крыла мы провели большое количество испытаний различных образцов — начиная от элементарных до конструктивно-подобных. Они проводились как в процессе выбора материалов, так и в процессе их квалификации. Испытания проводились в обеспечение сертификации самолета. В целом композитное крыло проходит два основных наземных испытания. Первое — статическое испытание кессона крыла. Это серия испытаний на различные виды нагрузок, которые проходили в ЦАГИ. Они завершились испытанием до разрушения конструкции.

Еще до эксперимента с плановым разрушением было принято решение о начале серийного производства крыла из отечественных композитов и о первом полете самолета с таким крылом. Позитивные результаты испытаний и наш большой опыт, полученный входе работы с крылом из импортных материалов. позволил нам принять такое решение.

Второе испытание — ресурсное, которое в настоящее время проводится. Это сложный стенд, состоящий из центрального отсека фюзеляжа, с пристыкованными к нему двумя консолями крыла. Он также создан в ЦАГИ. Это достаточно длительные испытания. На основании полученных результатов проводится поэтапное продление ресурса самолета.

— Изменились ли характеристики крыла в связи с изменением материалов?

— Глобальным изменениям конструкция крыла не подверглась. Хотя кое-что мы усовершенствовали.

— Где будет производиться крыло из новых материалов?

— Все там же — в Ульяновске и Казани.

— Потребовали ли новые материалы вносить изменения в техпроцесс производства?

— Да. потребовали, и весьма серьезные. Новый материал по-другому ведет себя в процессе автоматической выкладки. Поэтому пришлось изменить программы для него. Переход на отечественные материалы также потребовал изменения и отработки технологического процесса инфузии.

— Потребовалось ли новое оборудование, новая оснастка?

— Поменялся только техпроцесс. Никакого нового оборудования на заводе не потребовалось. Мы все делаем на том же оборудовании, на котором делали крыло из старых материалов. Но потребовалась новая оснастка. Мы частично доработали существующую и частично изготовили новую.

— Планируется ли заменить уже установленные крылья на опытных самолетах на новые, изготовленные из отечественных материалов?

— Нет. не планируется. Крыло на воздушном судне практически невозможно заменить. Эти крылья обеспечивают безопасную эксплуатацию.

— Потребуется сертификация ЛАС-21 с крылом и другими элементами из новых композиционных материалов?

— Новое крыло с заменой материала — это главное изменение к действующему сертификату типа. Для оформления главного изменения сертификационным органам предъявляются результаты квалификации материалов, статических и ресурсных испытаний.