В Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского в рамках выполнения научно-исследовательских работ* по созданию конструктивно-технологической платформы самолётов малой авиации (шифр «МА 19-20») разработан и изготовлен из полимерных композиционных материалов демонстратор силовой конструкции крыла перспективного 9-местного самолёта(*ЛМС-901). Работы проводились по государственному контракту от 22 июля 2019 года, заключённого между ЦАГИ и Минпромторгом РФ.
В соответствии с техническим заданием специалисты ЦАГИ провели определение отечественных импортозамещающих ПКМ, разработали и изготовили квалификационные образцы из российских полимерных композиционных материалов. Выполнили сравнительные прочностные исследования образцов, включая проверку статической прочности и ресурса при знакопеременных нагрузках. Изготовление моделей проводилось с применением технологий вакуумной инфузии, вакуумного формования с “влажным ламинатом“, автоклавного формования, а также с применением клеевых композиций и клеемеханических соединений применительно к сборке крыла.
Было изготовлено более 400 специальных тематических и конструктивно-подобных образцов. Результаты исследований показали, что отечественные материалы не уступают зарубежным и могут быть использованы в конструкции крыла самолёта малой авиации.
Полученные оценки прочности на образцах были положены в основу разработки силовой конструкции, включающей лонжероны и нервюры, а также трёхслойные панели обшивки. Изготовление демонстратора выполнялось на двух площадках: лонжероны — в СибНИА им. С.А. Чаплыгина в автоклавном формовании, остальные элементы — в ЦАГИ по технологии вакуумного формования.
«Мы впервые разработали и изготовили демонстратор силовой конструкции крыла самолёта малой авиации из отечественных композиционных материалов. Были применены такие новые решения, как использование метода вакуумной инфузии при изготовлении панели кессона, её размах составляет порядка 5 м, хорда — около 1 м, которая представляет собой интегральную трёхслойную обшивку; защита с её помощью основных силовых элементов от ударных повреждений, отказ от механического крепежа и замена его клеевыми соединениями. Таким образом, на примере данного демонстратора мы показываем основные технологии, которые будут применяться при создании самолёта малой авиации нового поколения», — рассказал руководитель работы, начальник конструкторско-производственного отдела № 3 НТЦ НПК Юрий Евдокимов.
В 2020 году в ЦАГИ прошло техническое перевооружение, в рамках которого была выполнена реконструкция участка площадью 2,5 тысячи квадратных метров по изготовлению крупномасштабных моделей и экспериментальных авиационных конструкций из ПКМ. На участке установили термоинфузионный автоматизированный центр для изготовления композитных деталей методом вакуумной инфузии. Технология вакуумной инфузии заключается в совмещении операций пропитки углеродного или стекловолокна полимерной смолой и формования детали. По этой технологии сухое углеродное волокно предварительно выкладывается на оснастке с закреплённым на ней вакуумным мешком. Полимерное связующее закачивается в форму за счёт разряжения, создаваемого под вакуумным мешком.
«Метод достаточно экологичный и экономичный, а современное промышленное оборудование позволяет настроить процесс формования индивидуально для каждой детали и использовать широкий спектр связующих и армирующих материалов», — отмечает Юрий Евдокимов.
Если раньше площадь изготавливаемых в ЦАГИ методом вакуумной инфузии изделий из ПКМ была небольшой и достигала всего одного квадратного метра, то сейчас институт получил возможность создавать аэродинамические модели с размахом крыла до 20 метров.
В этом году(2021году) будут проведены прочностные испытания изготовленной конструкции крыла, результаты которых должны подтвердить правильность выбранных технических решений, а также возможность рекомендации её для применения в самолётах малой авиации.
* НИР «Комплексные исследования и формирование научно-технического задела, обеспечивающие создание конструктивно-технологической платформы гражданских самолетов „малой авиации“ следующего поколения» (шифр «МА 19-20»)
Для справки:
- Долгое время российская авиационная промышленность закупала полимеры, используемые в качестве связующего в углепластиковых конструкциях, за рубежом. Все производственные процессы и технологии изготовления композитных деталей были рассчитаны на импортные материалы. В настоящее время в отношении России действуют санкции, в результате которых в страну запрещена поставка, в частности, американских полимеров.
- Разработка собственных полимерных связующих составов для композиционных материалов ведется в России с начала 2019 года. Работы частично поддерживаются российской масштабной программой импортозамещения. Подробнее о разработке и производстве углеволокна в России читайте в нашем партнерском материале «Углеволокно нас связало».
- В 2017 году Сибирский научно-исследовательского института авиации имени Чаплыгина провел летные испытания цельнокомпозитного легкого самолета ТВС-2ДТС. Первый полет самолета состоялся на аэродроме Ельцовка в Новосибирске. В прототипе ТВС-2ДТС планер практически целиком изготовлен из углепластика. Такое решение позволяет существенно снизить массу летательного аппарата, улучшив некоторые его летные характеристики.
Источник: