Из ВПК
ОБОРОНКА
Версия для печати
Взмахи черного крыла
В борьбе с «Боингом» авиастроителям поможет Росатом
Тучков Владимир
20 апреля 2020
За неделю до окончания 2019 года состоялся первый полет четвертого опытного образца ближне-среднемагистрального авиалайнера МС-21, на который возлагает громадные надежды Объединенная авиастроительная корпорация (ОАК). Однако пока это еще не тот самолет, который призван на равных конкурировать с иностранными гигантами авиапрома – Boeing и Airbus. Придется еще много поработать, чтобы этот самолет стал российской машиной, а не японо-американской.
Созданием лайнера МС-21 с конца нулевых годов занимается корпорация «Иркут» совместно с входящим в ее состав ОКБ им. Яковлева. Перед разработчиками была поставлена жесткая задача – выпустить самолет, который по характеристикам должен не просто конкурировать, но и превосходить самолеты Boeing и Airbus.
Старые технологии не могли дать желаемого результата. Как бы ни был хорош Ту-204, но компании-перевозчики не хотят иметь с ним дело, поскольку у самолета крайне низкая окупаемость в связи с чрезмерным расходом топлива. Из этих 28 эксплуатирующихся во всем мире самолетов почти половина – 12 бортов – используется в правительственном авиаотряде «Россия».
Догнать отстающих
Чтобы существенно повысить топливную эффективность, необходимо, во-первых, выпускать двигатели с максимально возможным КПД. А во-вторых, существенно улучшить аэродинамическое качество самолета, снизить массу машины.
Прорыв по части повышения аэродинамических качеств сейчас возможен лишь при условии массированного использования полимерных композиционных материалов вместо традиционных сплавов алюминия. Применяли их и в советско-российских самолетах, но мало. Предстояло приблизиться к зарубежным показателям: в Airbus А380, например, – 30 процентов композиционных материалов, в Boeing 787 – 50, в Airbus А350 – 52.
“Компания «Иркут» поставила перед собой вполне конкретную и решаемую задачу, не замахиваясь на гегемонию новейших В787 и А350 ”
Главной особенностью этих трех лайнеров стало так называемое черное крыло, создаваемое из композиционного материала на основе углепластика. Оно обладает четырьмя достоинствами. Крыло из углепластика в силу его механических качеств получается тонким и может иметь сложную геометрию, что приводит к уменьшению аэродинамического сопротивления самолета. Его можно сделать длиннее (при той же ширине), что способствует увеличению подъемной силы. Композитная плоскость весит существенно меньше, нежели крыло из алюминиевых сплавов. А прочность его выше. В результате при полетах на одно и то же расстояние с одинаковой нагрузкой расходы у обладателей «черных крыльев» существенно меньше. Так, например, Airbus A350-900 на 30 процентов экономичнее в расчете на одно место по сравнению с Boeing 777-200ER.
Достижения мировой самолетостроительной технологии и предстояло внедрить на МС-21. Он должен стать самым широкофюзеляжным из узкофюзеляжных самолетов. За счет уменьшения массы планера и высоких качеств крыла удалось расширить фюзеляж до таких размеров, что два пассажира, стоя спинами друг к другу, могут спокойно убирать свои вещи в надкресельные багажные ящики. И очень экономичный по части расходования топлива. То есть самолет привлекателен одновременно и для пассажиров, и для авиаперевозчиков.
Компания «Иркут» утверждает, как у нас принято сплошь и рядом, что МС-21 превосходит иностранные аналоги. И это действительно так, потому что самолет создается для того, чтобы конкурировать с узкофюзеляжными среднемагистральными самолетами B737 и А320, разработанными еще тогда, когда не существовало композитов с нужными свойствами. Компания «Иркут» поставила перед собой вполне конкретную и решаемую задачу, не замахиваясь на гегемонию новейших В787 и А350. Увы, в дело вновь вмешались «эффективные манагеры». Любители интеграции в глобальный рынок.
Грабли как традиция
В 90-е годы монстры американского самолетостроения, заключив тайный сговор с российским правительством, добились беспошлинного ввоза «Боингов» в РФ. Был нанесен сокрушительный удар по русскому гражданскому самолетостроению. ОКБ Ильюшина в начале 90-х подписало соглашение с компанией «Пратт энд Уитни» на оснащение Ил-96М импортными двигателями с перспективой создания совместного предприятия и выхода на внешний рынок. Лобби «Боинга» долгие годы тормозило в конгрессе выдачу разрешения на сделку, ссылаясь на «русскую угрозу». В конце концов разразился дефолт, и с Ил-96М было покончено.
В конце нулевых годов корпорация «Иркут» наступила на те же самые грабли. МС-21 проектировался на 62 процента из иностранных комплектующих. Собственно, четыре первые машины такими и получились. Двигатель выбрали той же «Пратт энд Уитни». «Американизация» самолета дошла до того, что крепеж дюймовых стандартов закупался у американской компании Alcoa (болтовые соединения и заклепки).
Проанализировав рынок отечественных композиционных материалов, необходимых для производства «черного крыла», корпорация «Иркут» не нашла ничего, что устроило бы ее в качественном отношении. После чего обратила взоры на Америку. Там выбор пал на Cytec Endustries. Однако есть один интереснейший момент – ее дочерней компанией является Cytec Engineered Materials, которая стала главным подрядчиком «Боинга» по производству композиционных материалов для B787. То есть уже тогда можно было предположить, что такое партнерство добром не закончится. Даже если после 2014 года на РФ не ввели бы санкции, то «Боинг» придумал бы какой-нибудь иной повод, чтобы заставить своего партнера отказаться от сделки с российской компанией. А тут и 2014-й грянул. И вот уже не только американцы, но и японская Toho-Tenax, имеющая крупный бизнес на территории США, прекращают поставки в Россию нужных материалов. Расклад тут такой – японцы производят углеродную ленту, то есть основу изделия. Американцы – все остальное: полимерную матрицу, связующие вещества, которыми пропитывают углеродоволоконную ленту для получения карбона.
Поэтому «Иркут» бросился лихорадочно и экстренно искать российского поставщика компонентов для производства углепластика. В случае же использования обычного металлического крыла (а такой вариант рассматривался) МС-21 оказывался никому не нужным.
Когда Чубайс бесполезен
Первоначально, когда шли импортные компоненты, крыло для лайнера по американским технологиям производила входящая в ОАК компания «Аэрокомпозит». Но полтора года назад к процессу подключилась частная компания «Унихимтек», основанная в 1990 году на базе МГУ. На первых порах она занималась созданием и производством «чистых» (гомогенных) материалов на основе графитных соединений. А затем начала осваивать и композиционные материалы на основе углепластика.
«Унихимтек», используя имевшиеся разработки, которые на протяжении ряда лет проводились в инициативном порядке, смог наладить производство компонентов «черного крыла». Однако не хватало углеродной ленты необходимой прочности.
Помощь пришла откуда ее не ждали. То есть ожидать ее следовало от Роснано, где, судя по интервью с Анатолием Чубайсом, ученые и технологи творят чудеса с графитом, получая из него материалы с уникальными свойствами. «Унихимтек» действительно обращался в Роснано, однако никакого отклика не получил (источник инфорации – председатель совета директоров «Унихимтека» и генеральный директор Института новых углеродных материалов и технологий Виктор Авдеев).
Помощь ОАК пришла от другой госкорпорации – Росатом. Есть в нем научно-производственная корпорация «Химпроминжиниринг», объединившая ряд исследовательских компаний и заводов. Здесь и разработали технологию производства углеродосодержащих материалов, нужных не только в ядерной энергетике, но и в других секторах машиностроения.
На заводе в Елабуге (Татарстан) в 2016 году начали делать необходимый компонент «черного крыла» – углеродную ленту. Однако степень чистоты материала оказалась недостаточной. И вот правительство РФ летом прошлого года заключило с Росатомом контракт на строительство второй производственной линии, способной делать материал необходимого качества.
Но «Унихимтек» уже включил «атомную» ленту в техпроцесс производства «черного крыла». В компании это объясняют следующим образом. Прочность «атомной» ленты составляет порядка 85–90 процентов от прочности японской ленты. И на заводе в Елабуге в конце концов будет получено абсолютно идентичное японскому материалу углеволокно. Однако и нынешняя продукция Росатома позволяет использовать ее в производстве «черного крыла».
Дело в том, что исследования уже доказали высокое качество результирующего материала – карбона, в который входит не только углеродная лента, но и множество других компонентов. Да, у «атомной» ленты ниже прочность, чем у японской. Но при этом российский композит имеет прочность при сжатии после ударных нагрузок большую на 15 процентов, чем композит компании Cytec.
Процесс производства отечественного «черного крыла» имеет следующую последовательность. В Елабуге изготавливается углеродная лента. Лента передается на «Аэрокомпозит». Туда же передаются производящиеся в «Унихимтек» аппреты. Этот компонент используется для обработки ленты с целью лучшего слипания (адгезии) ленты с полимерной матрицей. Полимерная матрица также производится в «Унихимтеке». Матрица – это связующие вещества, которые соединяясь с волокнами углеродной ленты по инфузионной технологии, и создают углеволокно. В полимерную матрицу могут входить сорок и более компонентов. И механические, и физические качества конечного продукта определяет не только лента, но и матрицы.
После чего «Аэрокомпозит» по технологиям «Унихимтека» производит элементы крыла, некоторые достигают в длину 18 метров.
Однако все это относится к будущему времени. Пока МС-21 производят на заделе японского полуфабриката. Полностью же российское крыло, как считают в «Унихимтеке», подготовят к осени этого года, и оно тут же будет отправлено на испытания в ЦАГИ. Так что реально ожидать внедрения технологий в изготовление силовых элементов из углеволокна можно во второй половине 2021 года.
Владимир Тучков
Опубликовано в выпуске № 15 (828) за 21 апреля 2020 года