Крылья нужны практически всем летательным аппаратам, разве что аэростаты и дирижабли могут обходиться без них. Даже лопасти вертолета это не что иное, как вращающиеся крылья. Ведь именно при обтекании крыла воздухом создается подъемная сила — необходимое условие для полета.
Первые самолеты имели крылья, изготовленные из дерева и обтянутые тканью. Для придания ткани прочности и для того, чтобы уберечь конструкцию самолета от атмосферных осадков, ткань пропитывали специальным авиационным лаком. Чтобы выполнить во время полета поворот или вираж, пилот изгибал такие крылья при помощи проволочных тяг.
Конечно же, самолеты с такими «матерчатыми» крыльями не могли выдерживать значительных скоростных и температурных нагрузок. Возникла необходимость в других материалах, прежде всего в металле.
Цельнометаллические крылья на многих моделях самолетов начали устанавливать с 30-х годов прошлого века. Изогнуть в полете такое крыло пилоту было бы не под силу. Поэтому конструкторы нашли выход – на задней кромке крыла начали устанавливать подвижные плоскости — элероны, изменяя угол которых пилот мог накренять самолет влево и вправо, или наоборот, устранять непроизвольный крен.
В результате эволюции авиационных сплавов, на смену металлу пришли композиты. Сегодня чем совершеннее летательный аппарат, тем больше в нем неметаллических материалов. Уже спроектированы самолеты более чем наполовину, состоящие из композитов. К примеру, в самолете Boeing 787 Dreamliner доля композитных материалов – около 50%.
Наиболее широко композиционные материалы сейчас применяют в крыльях. Ведь именно от их конфигурации, размеров и поверхности во многом зависит экономичность лайнера в целом и его летные характеристики. Помимо снижения веса характеристики композиционных материалов позволяют добиться большего удлинения крыла. Самолет значительно улучшит аэродинамические характеристики, что влияет на расход топлива. По оценкам специалистов, лишь этот фактор позволяет сэкономить до 8% топлива. При этом разница в весе может составить и до 300 кг, «черное крыло» самолета весит меньше.
Таким образом, несмотря на то, что композиты в шесть раз дороже металла и сложны в производстве, их серийное производство остается выгодным.
Кроме того, например крылья истребителей с учетом суперперегрузок не могут быть сделаны из металла, а только из углепластика. На обнинском предприятии «Технология», входящем в холдинг «РТ-Химкомпозит», сегодня уже создаются композиты для некоторых российских истребителей. Гражданской авиации без композитов также не обойтись. В новом российском магистральном самолете МС-21 их будет более 30%.
Различают два основных способа производства композитных элементов. Первый способ — традиционный, автоклавный. Именно по этой технологии производят все свои компоненты Boeing и Airbus. Таким же образом создается крыло перспективного российского истребителя Т-50. Внутри – алюминиевые соты, сверху и снизу – около сотни слоев углепластика. При этом слои раскраиваются и укладываются при помощи лазерного проектора слой за слоем под нужными углами. После выкладки этот «сэндвич» (препрег) отправляется на 8 часов в автоклав, где превращается в высокопрочную, а главное легкую авиационную деталь.
По такой же классической автоклавной технологии производятся композитные элементы механизации крыла для нового российского авиалайнера Superjet 100. Производство налажено на одном из предприятий в Казани.
Второй способ производства композитных элементов – инфузионная технология. Ее достоинство в том, что она позволяет производить за один технический передел весьма сложные конструкции, например панель крыла. При использовании препрегов такое невозможно: весь блок пришлось бы собирать из отдельных деталей, то есть использовать увеличивающий вес крепеж и закладываться на приличные трудозатраты.
Кроме того, для инфузионной технологии не нужны автоклавы, которые требуют значительных затрат для крупной детали. Эти преимущества позволяют значительно сэкономить на производстве «черного крыла» и добиться конкурентных преимуществ в экономическом смысле.
Единственный в России завод по производству авиационных деталей из композиционных материалов, создаваемых при помощи инфузионной технологии расположен в Ульяновске. Это предприятие является одним из пяти крупнейших производств в мире с подобной спецификой. Именно здесь производят целиком «черное» крыло для МС-21.
Благодаря развитию технологии производства композитов для новых и перспективных лайнеров, российский авиапром сегодня продолжает свое уверенное развитие и может получить технологическое превосходство среди мировых лидеров отрасли.
Первоисточник http://rostec.ru/research/project/4333