«Черное крыло» для российской авиации

Современные летательные аппараты становятся совершеннее за счет широкого применения неметаллических материалов. Яркий пример — высокопрочное и легкое «черное крыло», ключевой элемент новейших авиалайнеров. Его конструкция представляет собой сэндвич: внутри находятся алюминиевые соты, а снаружи — десятки слоев углепластика, который и придает детали характерный темный цвет.

Крыло — это основа полета для большинства воздушных судов, ведь именно при обтекании его воздушным потоком создается подъемная сила. Даже лопасти вертолетного винта по своей сути являются вращающимися крыльями.

История авиационных крыльев началась с конструкций из дерева и ткани, пропитанной специальным лаком для прочности и защиты от влаги. Пилоты первых самолетов буквально изгибали такие крылья с помощью тросов, чтобы выполнить маневр. Однако для достижения высоких скоростей и нагрузок потребовались принципиально новые материалы.

В 1930-х годах началась эра цельнометаллических крыльев. Управлять креном самолета теперь приходилось не деформацией всей конструкции, а с помощью подвижных элементов — элеронов, установленных на задней кромке.

Сегодня эстафету приняли композиты. Чем совершеннее самолет, тем выше в нем доля неметаллических материалов. Например, в лайнере Boeing 787 Dreamliner она достигает 50%. Особенно широко композиты применяются в производстве крыльев, от которых напрямую зависят аэродинамика и экономичность воздушного судна.

Использование углепластика позволяет создавать крылья большего удлинения с улучшенными характеристиками. Это дает значительный экономический эффект: снижение веса на сотни килограммов и экономия топлива до 8%. Несмотря на высокую стоимость и сложность обработки, применение композитов в серийном производстве полностью оправдано.

Композиционные материалы стали незаменимыми как в военной, так и в гражданской авиации. Крылья современных истребителей, испытывающие сверхнагрузки, производятся только из углепластика. В России такие детали для боевых самолетов создаются на предприятии «Технология». В новом магистральном лайнере МС-21 доля композитов превысит 30%.

В мировой практике выделяют две основные технологии производства композитных деталей:

• Автоклавный метод — классический подход, используемый компаниями Boeing и Airbus. Слои углепластика (препрег) укладываются с помощью лазерного проектора, после чего заготовка на 8 часов помещается в автоклав для полимеризации. Именно так создается крыло для истребителя Т-50 и элементы механизации для Superjet 100.
• Инфузионная технология — более прогрессивный способ, позволяющий за один цикл создавать сложные крупногабаритные конструкции, например, целые панели крыла. Этот метод не требует дорогостоящих автоклавов и уменьшает количество крепежа, что снижает общий вес и трудозатраты.

Единственный в России завод, применяющий инфузионную технологию для авиационных композитов, расположен в Ульяновске. Это одно из пяти крупнейших в мире производств такого профиля, где создается цельнокомпозитное крыло для лайнера МС-21.

Развитие композитных технологий открывает перед российским авиастроением новые перспективы, укрепляя его позиции на мировом рынке и создавая задел для будущего технологического лидерства.

Первоисточник http://rostec.ru/research/project/4333