Как создавались композитные материалы для лайнера МС-21

Российский среднемагистральный лайнер МС-21-300 совершил первый полёт с крылом из российских композитов. Как отметил министр промышленности и торговли РФ Денис Мантуров, это событие доказывает правильность принятых технических решений. При этом глава «Ростеха» Сергей Чемезов сообщил о «победе над санкциями». Поставки необходимых для МС-21 композитов были прекращены осенью 2018 года, в связи с чем стартовала работа по импортозамещению. По мнению экспертов, на тот момент отечественная промышленность уже накопила компетенции в сфере изготовления композитов, поэтому создать высококачественные аналоги удалось в сжатые сроки.

Российский среднемагистральный самолёт нового поколения МС-21-300 совершил дебютный полёт с крылом, которое изготовлено из отечественных полимерных композиционных материалов. Все системы машины отработали в штатном режиме.

Как сообщает пресс-служба Минпромторга РФ, лайнер пилотировали лётчики-испытатели, Герои России Роман Таскаев и Олег Кононенко.

По словам министра промышленности и торговли РФ Дениса Мантурова, первый полёт МС-21 с крылом из российских композитов доказывает правильность принятых инженерных решений. Руководитель ведомства подчеркнул, что программа среднемагистрального лайнера «последовательно и неуклонно продвигается вперёд, несмотря на санкции и недобросовестную конкуренцию».

«Это результат развития компетенций авиационной промышленности и смежных отраслей и беспрецедентной по масштабу государственной поддержки. Общий объём выделенных Минпромторгом России на создание отечественных материалов для композитного крыла средств составил 4,4 млрд рублей», — цитирует Мантурова пресс-служба министерства.

Глава Минпромторга сообщил, что внедрённая для изготовления крыла МС-21 технология обладает рядом преимуществ. В частности, она позволяет увеличить производительность, снизить трудозатраты и себестоимость, обеспечить возможность формования крупных деталей.

«К настоящему моменту изготовлено композитное крыло для двух самолётов (МС-21. — RT), идёт изготовление третьего комплекта. Получение изменений в сертификат типа в части композитного крыла из российских материалов планируем на вторую половину 2022 года», — добавил Мантуров.

В свою очередь, руководитель «Ростеха» Сергей Чемезов заявил, что на сегодняшний день доля композитов в конструкции МС-21 составляет порядка 40%. Этот показатель является рекордным для сегмента среднемагистральных лайнеров.

Также он пояснил, что применение прочных и лёгких материалов позволило создать крыло с уникальными аэродинамическими характеристиками, недостижимыми для металлического аналога.

«Улучшение аэродинамики дало возможность увеличить ширину фюзеляжа МС-21 и расширить салон, что даёт новые преимущества с точки зрения комфорта для пассажиров. Это первый в мире среднемагистральный самолёт, где применены такие решения», — цитирует Чемезова пресс-служба «Ростеха».

В комментарии журналистам глава госкорпорации назвал лётные испытания нового крыла МС-21 крупным успехом отечественного авиастроения и «победой над санкциями». По его словам, с помощью ограничительных мер «конкуренты пытались затормозить производство нового современного самолёта МС-21».

Как сообщил генеральный директор (ОАК) Юрий Слюсарь, все шесть машин, находящихся в процессе производства, получат отечественное композитное крыло. Также он добавил, что в рамках программы МС-21 была значительно усовершенствована схема производственной кооперации.

«В структуре ОАК созданы центры компетенций, специализирующиеся на выпуске отдельных агрегатов. Так, «Авиастар» производит панели фюзеляжа и хвостовое оперение МС-21, воронежское ВАСО — пилоны двигателей и обтекатели шасси. «АэроКомпозит-Ульяновск» выпускает кессон крыла, «КАПО-Композит» — механизацию крыла», — сказал Слюсарь.

Санкционный эффект

МС-21-300/310 — гражданский лайнер вместимостью от 163 до 211 пассажиров. Одна из его ключевых особенностей заключается в крыле, изготовленном из полимерных материалов. Как пояснили эксперты, российским конструкторам удалось существенно облегчить этот важнейший элемент конструкции самолёта, сохранив при этом высокие стандарты прочности.

Ранее часть композитов для крыла закупалась за рубежом, но осенью 2018 года иностранные компании прекратили поставку необходимых компонентов. В этой ситуации в ОАК решили не сокращать долю новейших материалов, и российской промышленности было поручено разработать не уступающие по качеству аналоги.

Введённые санкции и старт импортозамещения привели к переносу сроков развёртывания серийного производства МС-21. Планируется, что массовый выпуск самолёта нового поколения начнётся в 2022 году. Об этом в конце февраля в интервью RT на полях международной оборонной выставки IDEX-2021 в Абу-Даби заявил Сергей Чемезов.

В проекте по замене импортных материалов приняли участие институты Академии наук РАН, МГУ, Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Менделеева, организации «Росатома», Всероссийский научно-исследовательский институт (ВИАМ), АО «АэроКомпозит-Ульяновск».

Как отмечают эксперты, создание новейших полимеров стало большим вызовом для российской науки и промышленности. Тем не менее определённый задел в этой области уже был, что и позволило решить поставленные задачи.

Так, до введения санкций ВИАМ не изготавливал композиты непосредственно для конструкций МС-21. Предприятие участвовало в проекте отечественного двигателя ПД-14 для данного самолёта. Благодаря использованию так называемых аддитивных технологий институт смог добиться серьёзных успехов в изготовлении комплектующих из композитных материалов.

«Впервые в отечественной инженерной и технологической практике сконструирована и изготовлена мотогондола ПД-14 из отечественных полимерных композиционных материалов, которые обеспечили снижение массы конструкции при сохранении требуемых упруго-прочностных свойств», — сообщается на сайте ВИАМ.

Методом аддитивных технологий из отечественной металлопорошковой композиции коллектив института изготовил завихритель фронтового устройства камеры сгорания. Эта деталь выполняет функцию регулятора воздушного потока. В общей сложности с учётом сплавов для ПД-14 ВИАМ разработал 20 новых материалов.

Для крыла МС-21 специалисты института создали аналог волокон, которые поставлялись из Соединённых Штатов. До этого Россия не имела технологий производства материалов с необходимыми характеристиками.

Как пояснил заслуженный военный лётчик, заместитель главного редактора журнала «Авиапанорама» Владимир Попов, при проектировании МС-21 изначально предполагалось использование зарубежных комплектующих и материалов, хоть и не настолько широкое, как в SSJ-100.

«При проектировании МС-21 объективно не всего хватало, были проблемы и с производством нужных композитов. Санкции США стали неприятным событием. Тем не менее к 2019 году наша промышленность подтянулась и в целом была готова заместить американские технологии и материалы. Потребовалось два года, но я считаю, что рано или поздно мы бы всё равно столкнулись с санкциями и провели бы эту работу», — подчеркнул Попов в интервью RT.

«Быстро и экономично»

Значительную роль в создании новых композитов сыграл РХТУ им. Д.И. Менделеева. Как заявил ранее декан факультета нефтегазохимии и полимерных материалов этого университета Игорь Сиротин, коллектив учёных был вынужден решать сложные задачи по проекту МС-21.

Сначала специалисты создали безопасный материал для салона самолёта, который был лишён традиционных недостатков почти всех полимеров, — горючести и выделения при контакте с пламенем большого количества токсичных веществ и дыма.

Затем учёные РХТУ разработали технологию получения основного компонента авиационных композитов — бензоксазиновых мономеров. Особенность изобретения состоит в использовании катализатора, который ускоряет процесс полимеризации мономеров и понижает горючесть получаемых из них композитов.

Как сообщается в «Российской газете», технология позволит локализовать в России основные этапы производства ключевых элементов МС-21, в том числе крыла.

«В нашу технологию входит и производство самих бензоксазиновых мономеров и многие другие тонкости, которые мы не готовы раскрывать, поскольку это ноу-хау. Но главное, что в результате мы добились очень неплохого результата: за восемь часов реализуется полный цикл получения бензоксазиновых мономеров, и теперь мы умеем быстро и экономично превращать их в полимер», — приводит издание комментарий Сиротина.

Как полагает Владимир Попов, полёт МС-21 с отечественным композитным крылом и завершение работ по ПД-14 де-факто означают снятие всех ограничений на развёртывание серийного производства нового российского лайнера.

«Насколько я понимаю, сейчас предстоит этап сертификации МС-21 с новым крылом, но, думаю, он быстро и благополучно завершится, и тогда уже начнётся серийное производство с ПД-14. Также я уверен, что новые материалы и технологии производства, которые появились после американских санкций, обязательно найдут применение и в других проектах российской авиаотрасли», — говорит Попов.

Аналогичную точку зрения в комментарии RT высказал исполнительный директор агентства «Авиапорт» Олег Пантелеев. По его мнению, российские инженеры провели колоссальный объём работ, результаты которых окажут положительный эффект на авиационную индустрию РФ.