Перспективный российский пассажирский самолет МС-21-300 совершил первый полет

Share on VKShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedIn
Выкатка лайнера МС-21

Недавно российская корпорация «Иркут» провела выкатку нового пассажирского самолета МС-21. После завершения испытания и начала серийного производства он станет первым российским среднемагистральным пассажирским самолетом и первым в мире узкофюзеляжным лайнером, имеющим крыло из композиционных материалов.

Создание МС-21 ведется с первой половины 2000-х годов. Разработчики полагают, что на мировом рынке лайнер сможет конкурировать с американскими узкофюзеляжными Boeing 737 MAX и европейскими Airbus A320neo. В зависимости от конфигурации российский самолет сможет перевозить от 150 до 210 пассажиров. Дальность его полета составит более пяти тысяч километров, а скорость полета — около 870 километров в час. Одна из комплектаций МС-21 получит новые турбовентиляторные двигатели ПД-14, первые за последние почти 30 лет новые российские силовые установки. В своем классе лайнер получил самый широкий фюзеляж. Его ширина составляет 4,06 метра.

Крыло, верхние и нижние панели которого полностью изготовлены из сухой углеродной ленты и полимерного связующего, является, пожалуй, одним из самых интересных элементов конструкции МС-21.

Композитные детали по своей прочности соответствуют современным авиационным сплавам, а иногда даже и превосходят их. При этом использование углеродного наполнителя и полимерного связующего позволяет сделать такие детали легче металлических аналогов, а значит и уменьшить массу пустого самолета. Дальше работает относительно простая цепочка — более легкие, но прочные, элементы конструкции самолета позволяют устанавливать в него больше бортового оборудования или уменьшать потребление топлива в полете в зависимости от поставленной перед конструктором задачи. Грубо говоря, сэкономив полтонны благодаря композитам, можно добавить новые системы такой же массы.

Еще одним преимуществом углепластиковых композитных деталей является их устойчивость к распространению повреждений. Например, при ударе по такой детали, область повреждений будет ограничена. В ее пределах при эксплуатации может произойти разрушение, но оно не распространится дальше по детали. Благодаря этому же качеству композитные детали имеют больший ресурс, чем металлические. Дело в том, что по мере разрушения внутри детали снимается конструкционное напряжение. Когда оно становится равным нулю, разрушение останавливается. С учетом многослойности такая самоостановка разрушения — качество очень ценное.
В зависимости от того, где будут использоваться те или иные детали, применяются и разные технологии их производства из композиционных материалов: от банальный заливки смеси эпоксидки с углеволокном в заранее подготовленную форму до сложной кропотливой выкладки из препрегов, то есть заранее пропитанной связующим углеткани, с последующим «выпеканием» в огромных автоклавах при заданной температуре определенное время. Из препрегов, например, создают различные элементы фюзеляжа истребителей МиГ-29. Крыло МС-21 выполнено по методу вакуумной инфузии.

Работы по проекту «черного» крыла для нового российского лайнера начались во второй половине 2000-х годов, когда была создана компания «АэроКомпозит». Эта компания совместно с несколькими иностранными фирмами занималась исследованиями на этапе выбора полимерных композиционных материалов для проекта МС-21, а также подбором технологии и изготовлением первых конструктивно подобных образцов.

В целом метод вакуумной инфузии относительно прост. По словам главного технолога «АэроКомпозит-Ульяновск» Алексея Ульянова, он позволяет изготавливать детали быстро, относительно дешево и без жесткой привязки к срокам хранения материалов. В частности, препреги хранятся в среднем 30 суток с момента производства. И за это время необходимо успеть выложить все необходимые детали конструкции. С этой точки зрения вакуумная инфузия позволяет не торопиться — углеткань и связующее по отдельности хранятся очень долго. Ульянов с самого начала занимался разработкой метода вакуумной инфузии применительно к силовым длинномерным элементам конструкции консоли крыла самолета.

Производство же деталей из препрегов — довольно трудоемкий процесс. Пропитанную связующим ткань необходимо выкроить по лекалам и затем отпозиционировать все слои на оснастке. При выкладывании слоев необходимо «выгонять» мельчайшие пузырьки воздуха, образующиеся между ними, которые могут привести к возникновению каверн в деталях и снижению их прочности. Собранные из слоев препрегов элементы «выпекаются» в специальных автоклавах под большим давлением, которое может достигать шести атмосфер. При автоклавном методе каждая деталь «выпекается» отдельно. Затем они собираются вместе и проходят повторное «выпекание».

Выкладывание панели крыла на оснастке

В авиации активно развивалась именно автоклавная технология, просто потому что, долгое время не существовало подходящих по характеристикам связующих, пригодных для вакуумной инфузии. Они появились только во второй половине 1990-х годов. По этой причине выкладка деталей из препрегов уже хорошо освоена. Airbus и Boeing выпускают очень большое количество самолетов и располагают большим количеством заказов на новые самолеты. В таких условиях цена ошибки при внедрении новой технологии очень высока. Во многом по этой причине компании решили придерживаться проверенной технологии препрегов.
С этой точки зрения Объединенная авиастроительная корпорация, занимающаяся разработкой МС-21, оказалась в выгодном положении. Большого портфеля заказов на еще не созданный самолет не было, не нужно было спешить с выпуском серийных самолетов, словом, никто не торопил и было время на изучение новой технологии. Были проведены и исследования совместимости материалов в конструкции крыла. Крыло МС-21 состоит из почти девяти тысяч различных деталей. В численном отношении доля композитных элементов не велика — около 30 процентов. По массе же они составляют около 65 процентов крыла. Элементы крепятся и между собой, и с другими элементами.

По итогам исследований в Ульяновске открылось производство «АэроКомпозит-Ульяновск». Там сегодня при помощи роботов изготавливаются «черные» крылья МС-21. К слову, при окраске МС-21 к выкатке корпорация «Иркут» специально оставила неокрашенными несколько участков крыла лайнера; чтобы было видно, что оно действительно черное. Московская опытная лаборатория сегодня, получив соответствующую государственную аккредитацию, занимается испытанием образцов-спутников. Полученные в результате проверок данные будут использоваться для сопровождения наземных и летных испытаний нового российского лайнера.

Подготовка образца-свидетеля к испытаниям ударом

Образцы-спутники — это образцы деталей, изготовленных на заводе, из которых нарезают небольшие элементы — образцы-свидетели. Такие вот элементы проходят несколько циклов испытаний. Благодаря проверкам определяются качество и характеристики композитных деталей. Для этого в Опытной лаборатории действует Испытательная лаборатория материалов и полимерных композиционных материалов и Физико-химическая лаборатория. В ней элементы испытывают на сдвиг слоев, растяжение, сжатие, разрыв. Для этого у испытательной лаборатории есть специальные машины, способные обеспечивать нагрузку от 25 до 60 тонн. Есть стенд для динамических испытаний образцов.

Сейчас все специалисты лаборатории с нетерпением ожидают первого полета МС-21. Именно он покажет, насколько использование композитов в конструкции крыла было оправданно. На этапе проектирования и испытаний лабораторных образцов композиты показали себя очень хорошо. В частности, именно благодаря использованию углеродного наполнителя и полимерной смолы стало возможно сделать тонкое крыло с большим удлинением.

Благодаря тонкости и длине, большей длины крыла традиционного узкофюзеляжного пассажирского самолета, крыло МС-21 получило лучшее аэродинамическое качество. Например, оно имеет меньшее лобовое сопротивление. Композиционные материалы позволили изготовить панели более гладкие, чем традиционные панели из авиационных сплавов. В полете гладкость будет способствовать лучшему ламинарному обтеканию. Большее удлинение позволило, по предварительным расчетам, повысит топливную эффективность МС-21 на шесть-семь процентов.

Наконец, большее удлинение крыла позволило отказаться от традиционных законцовок — винглетов, специальных «надстроек», традиционно выполняемых в виде небольших крылышек, шайб или акульих плавников.
Винглеты позволяют несколько снизить сопротивление на концах крыла, возникающие в результате образования в этой зоне турбулентного вихря. Причиной его возникновения является перетекание воздушного потока из зоны повышенного давления снизу крыла в зону пониженного давления сверху. Установка винглетов требует значительного усиления конструкции крыла, а значит и увеличения его массы. При боковых порывах ветра винглеты создают серьезную сгибающую и крутящую нагрузки на крыло. Большее удлинение крыла МС-21 и его тонкий профиль позволяют снизить индуктивное сопротивление на концах крыла без дополнительных «надстроек».

Левая консоль крыла МС-21 с неокрашенными участками

Наземные испытания МС-21 планируется начать уже в ближайшие несколько недель, включая первые пробежки по взлетно посадочной полосе и разгон до скорости взлета с отрывом передней стойки шасси. Первый полет нового российского лайнера запланирован на конец 2016-го — начало 2017 года. Первый серийный самолет планируется поставить заказчику уже в 2018 году.

Источник: nplus1.ru

Другие новости