Композитные крылья

В конце прошлого года на базе НГУ был создан Центр компетенций по новым материалам. Событие, на первый взгляд, не сулящее чего-то грандиозного (в отличие от амбициозных мега-установок). Однако на самом деле именно материаловедение во многом задает сейчас условия для новых революционных изменений в самых разных отраслях промышленности, включая и авиастроение. Наша страна, естественно, должна быть в тренде начавшихся изменений, без чего просто невозможно сохранить лидерские позиции в столь важном деле.

Прошедший в августе у нас в Новосибирске Международный технологический форум «Технопром-2022» посвятил теме новых материалов в авиации отдельную секцию. Авиация, по мнению участников, переживает сейчас очередную научно-техническую революцию, сравнимую с первой половиной прошлого века, когда создатели авиационной техники переходили с дерева на металл. В настоящее время происходит переход с металла на композитные материалы (по крайней мере, в ряде принципиально важных конструкций).

Данное событие с особой остротой поднимает вопрос импортозамещения, определяя многие нестандартные задачи и требования применительно к отечественной науке, к промышленности и к разработчикам самолетов. Насколько российская наука и российская индустрия готовы к этим революционным изменениям?

Ситуация на данном поприще выглядит у нас не так уж однозначно, но в то же время вполне обнадеживающе. Напомним в связи с этим один показательный факт. Несколько лет назад представитель Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК) на одной из научно-практических конференций в Академгородке обратился к ученым СО РАН по поводу создания композитных материалов, предназначенных для изготовления лопаток турбин (о чем мы писали). По его словам, новый материал способен серьезно разгрузить конструкцию самолетов, что сделает их более экономичными, более грузоподъемными и более безопасными (при одной и той же совокупной тяге двигателей). Американцы, заметил докладчик, уверенно движутся в указанном направлении. Россия также вынуждена развивать эту тему, в противном случае лидерство в авиации будет нами утрачено безвозвратно.

Мы напомнили об этом, чтобы оценить значимость темы композитных материалов, где импортозамещение фактически становится условием сохранения отечественного авиастроения. Понятно, что, когда заходит речь о включении новых материалов в область основных узлов и несущих конструкций, мы сталкиваемся с колоссальными проблемами в области методик расчетов в проектировании, в обеспечении живучести, в обеспечение жизненного цикла материалов и изделий. Все эти задачи, так или иначе, возлагаются на отечественную науку и нашу инженерную школу. Но также важно понимать и экономическую, а равно и политическую составляющую проблемы. Так, некоторые российские компании, начавшие внедрять композитные материалы, после известных февральских событий столкнулись с проблемой зарубежных поставок некоторых технологических важных компонентов, в силу чего пришлось на время несколько сузить охват принимаемых технических решений.

В целом, как заметил главный технолог компании «УЗГА» Аркадий Орлов, особых проблем нет, поскольку у нас в основном используются отечественные материалы, так как именно на них делалась ставка изначально. Из-за рубежа поставляются только некоторые компоненты, но их запасы пока еще достаточно велики. Тем не менее, понимая внешнеполитическую обстановку, уже сейчас стоит вопрос о полном переходе на отечественные компоненты. По словам Аркадия Орлова, дальнейшее развитие композитных материалов будет ставить во главу угла как раз переход на отечественные составляющие. На данный момент, считает он, необходимо эту проблему решать в первую очередь.

Что касается чисто технических вопросов, то в этой части наблюдается отчетливая эволюция отечественных композитов. По словам директора ЦК НТИ по новым материалам НГУ Антона Рязанцева, с каждым новым испытанием у разработчиков возникали очень сильные разбросы. Создавалось ощущение, как будто разработчики всякий раз имеют дело с совершенно другим материалом. По их признанию, в процессе работы над композитами приходится ломать (буквально) огромное количество образцов, проверяя материалы на прочность. Но примерно с 2018 года произошел заметный качественный рывок. Так, материалы для самолета МС-21 оказались в итоге даже лучше, чем их зарубежные аналоги.

Кстати, говоря об испытаниях, то здесь весьма актуален вопрос оптимизации расходов, поскольку это дело (учитывая, что испытываемые образцы исчисляются тысячами) весьма затратное. Указанная задача сегодня также решается путем объединения усилий различных исследовательских групп. Иными словами, необходимо развитие экспериментальных методик, совершенствование технической базы и по этой части. Судя по выступлению докладчиков, решить эту задачу вполне по силам.

В принципе, необходимо серьезно отнестись к самой экономике исследовательского процесса. Может показаться, что производство композитных материалов является сферой деятельности с высокой маржей. Однако, по признанию разработчиков, если принять во внимание объемы реальных инвестиций в данный сектор, то пока говорить о высокой доходности рано. Данное направление, пока что, находится на старте, и потому государственная поддержка будет очень важна. И такая поддержка, как мы понимаем, в настоящее время имеет место.

Важно подчеркнуть, что производители композитов не могут дистанцироваться от всего комплекса задач, необходимого для внедрения новых материалов в промышленность. То есть, заниматься одними только материалами не представляется возможным – приходится вникать и в другие задачи, включая, например, проектирование, моделирование, прототипирование изделий, инжиниринг, и даже популяризацию данного направления. Все эти запросы, так или иначе, происходят со стороны потенциальных заказчиков на новые материалы. Например, у конструкторов, долгое время работавших с металлом, по поводу композитов возникает много вопросов, требующих принятия совместных решений с профильными специалистами. То же самое касается и оснастки самолетов. Тем не менее, такой комплексный подход к решению задач дал свой результат. Наглядным подтверждением чему является упомянутый успех в случае с МС-21.

По большому счету, вопрос с внедрением у российских разработчиков композитов решается вполне нормально, что свидетельствует о поступательном развитии отрасли. Как мы знаем, процесс внедрения во многих случаях является больной темой для российских разработчиков, чему мы посвятили немалое количество публикаций. Однако, как мы видим на примере развития отечественного авиастроения, здесь ситуация с инновациями выглядит достаточно оптимистично.

Николай Нестеров