БЕЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ САМОЛЕТЫ НЕ ЛЕТАЮТ
Доктор технических наук Э. КОНДРАШОВ, заместитель генерального директора ВИАМа.
Одним из главных достижений института в тот период было создание дельта-древесины, или, как ее еще называли, авиационной фанеры - легкого и прочного материала. Ее изготавливали из древесного шпона и бакелитовой смолы. Дельта-древесина не впитывала влагу и поэтому не увеличивала массу во влажной атмосфере, а высокие прочностные характеристики позволяли использовать ее для корпусов самолетов. В годы Великой Отечественной войны из дельта-древесины строили истребители, в частности легендарный Ла-5.
В 1937 году, когда построили "четвертый корпус", основной корпус ВИАМа, в нем была организована лаборатория лакокрасочных материалов, еще чуть позже - лаборатория остекления.
Вспоминается один из эпизодов войны, в котором специалисты института сыграли важную роль. Во время битвы под Москвой, перед самым нашим наступлением, командующий фронтом сообщил Сталину, что оно под угрозой срыва. На самолетах начала трескаться тканевая обшивка, покрытая нитроцеллюлозным авиалаком, и они не могли летать. Для выяснения причин в институт приехал первый заместитель наркома авиационной промышленности П. В. Дементьев. Он поднялся на крышу четвертого корпуса, где находилась площадка атмосферных испытаний. Ему показали находившиеся там образцы, и он убедился, что образцы все целы, никаких трещин нет.
Стали разбираться, и выяснилось, что на Челябинском заводе нарушили технологию изготовления лака. Винить в этом заводчан трудно. С них в первую очередь требовали план. Чтобы его выполнить, директор ради ускорения процесса пошел на риск, чуть-чуть изменив рецептуру. И промахнулся. Не знаю, чем там дело кончилось, но обшивки, покрытые лаком, изготовленным по нашей технологии, больше не рвались.
С появлением реактивной авиации потребовались совсем другие материалы. В ВИАМе организуются лаборатории стеклопластиков, пенопластов. Но мы занимались не только твердыми материалами: важной проблемой была разработка термостойкой жидкости для гидросистем. Ведь на реактивном самолете усилия для поворота рулей стали очень большими, и летчику с помощью обычных тяг, без гидравлики, с этим не справиться. Эта жидкость использовалась и для того, чтобы убирать и выпускать шасси. Начальник лаборатории Н. С. Лезнов за создание этой жидкости получил Сталинскую премию.
Сталинскую премию получил и М. М. Гудимов за создание для кабин боевых самолетов остекления мозаичной структуры. Сделать монолитное остекление сложной криволинейной формы из триплекса не удавалось, поэтому брали плоские фрагменты, закрепляли их в металлическом каркасе, и получался прочный фонарь. При попадании пули или осколка снаряда разрушался только один фрагмент и обзор снижался ненамного.
Активно шла разработка стеклопластиков - радиопрозрачных и прочных материалов, из которых делали носовые обтекатели самолетов. В них размещали радары для обзора местности и выявления целей.
Под руководством академика К. А. Андрианова были созданы термостойкие кремнийорганические лакокрасочные покрытия, выдерживавшие температуры до 500°С. Ими окрашивали стальные кожухи камер сгорания для защиты от коррозии.
Переходя к сегодняшнему дню, надо сказать, что выпускается огромная номенклатура неметаллических авиационных материалов. Их делят на два класса - конструкционные и функциональные. К конструкционным кроме упомянутых стеклопластикив относятся органопластики и самый, пожалуй, перспективный материал - легкие и прочные углепластики. Уже сейчас планер самолета на 60% состоит из углепласти ков. Из них делают фюзеляж, крылья, хвостовое оперение.
К слову сказать, Советский Союз был в тройке мировых лидеров по производству углеродного волокна для углепластиков. Но в годы неразберихи кто-то умудрился продать и вывезти в Венгрию стоявшую в Саратове линию с годовой производительностью 1000 т волокна. Сейчас мы предпринимаем огромные усилия, чтобы восстановить производство и обеспечить авиастроителей углепластиками для пассажирских самолетов для местных линий.
Органопластики нашли применение в вертолетостроении. Они легче углепластиков, обладают большей ударной прочностью, поэтому обшивки вертолетов можно сделать очень тонкими.
Широкие возможности применения в перспективных авиационных двигателях и гиперзвуковых летательных аппаратах найдут конструкционные материалы на основе керамики. В институте разработан уникальный керамический композит, обладающий высоким комплексом физико-механических свойств в сочетании с высокой температурой эксплуатации (выше 1500оС), который выдерживает не свойственное традиционной керамике резкие перепады температур.
Если взглянуть на самолет, то функциональных авиационных материалов можно сразу и не увидеть, но без них он летать не может. По номенклатуре функциональных материалов, кстати, в самолете намного больше, чем конструкционных. Это различные по термостойкости типы герметиков: полисульфидные, фторсилаксановые, кремнийорганические. Это органические стекла различных марок, резины, клеи, лакокрасочные материалы, материалы для интерьера.
Причиной, заставляющей нас взяться за разработку того или иного материала, к сожалению, довольно часто становятся трагические события. Так получилось и с интерьерами салонов пассажирских самолетов. Мы начали активно заниматься этими материалами после катастрофы самолета Ил-18 под Магнитогорском в 1972 году. Тогда загорелся багажный отсек и фанерный пол, и пассажиры погибли из-за отравления продуктами горения. Аналогичный случай произошел и при пожаре самолета во Внукове, где погибли все пассажиры, отравившись синильной кислотой, выделившейся при горении обычного пенополиуретана при недостатке кислорода.
С середины 1970-х годов в ВИАМе разработаны десятки марок негорючих тканей, ковровых покрытий, термопластов. Мы создали панели специальной сотовой конструкции для интерьера. По конструкции они напоминают разворачивающиеся елочные игрушки из папиросной бумаги. А делают их так. Берут лист бумаги, наносят параллельные полоски клея и кладут следующий лист. На него тоже наносят клеевые полоски, но со сдвигом. И так далее. Когда стопку склеенных листов растягивают как гармошку, можно получить объемные фигурки самой разной формы или объемные блоки.
Правда, для панелей мы использовали не обычную бумагу, а полимерную, на основе фенилоновых волокон. На ощупь такая бумага напоминает пергамент, но она не горит. Соты пропитывают связующим материалом, и получается жесткий блок, которому можно придать любую нужную форму. Впервые такие панели с приклеенными обшивками из негорючего стеклопластика применили на аэробусе Ил-86, а сейчас они заменили алюмопласт и фанеру практически на всех наших самолетах: из них делают багажные полки, пол салона и т. д.
Все изделия мы испытываем на соответствие требованиям Международной организации гражданской авиации (ИКАО) по горючести и дымовыделению. В последнее время появились новые ограничения по тепловыделению при воздействии пламени. Установленная норма предельного выделения тепла - 65 кВт/м2 в течение 2 минут.
Специальные неметаллические материалы сейчас используют для уплотнения люков, иллюминаторов. Эти материалы из класса эластомеров не горючие, не выделяют дыма. В качестве защиты от обледенения применяют специальные проводящие покрытия, которые нагреваются при пропускании тока и не дают образоваться ледяной корке.
Сейчас предъявляются очень жесткие требования к шуму как в салоне, так и вокруг самолета. Приходится создавать новые звуко- и вибропоглощающие материалы, работающие в диапазоне 500-11 000 Гц. Панели из таких материалов ставят в стены салона, в кожухи двигателей. Задача эта очень сложная, поскольку эффективность звукопоглощения тем выше, чем больше масса звукоизоляции, а в авиации борьба за снижение массы ведется с момента создания первого самолета. Есть сведения, что зарубежные авиастроительные компании готовы платить конструкторам до миллиона долларов за снижение на 1 дБ шума в салоне.
В авиастроении, может быть, как нигде, широко применяют клей. Например, лопасти вертолета - целиком клеёные конструкции. Внутри находится сотовая конструкция, к которой приклеена обшивка.
Отдельно стоит упомянуть лопасти винто-вентиляторных двигателей. Попытки изготавливать лопасти из алюминиевых сплавов не дали положительного результата, поскольку подшипники не выдерживали нагрузки на ось. Но винто-вентиляторные двигатели очень экономичны, и отказываться от них нецелесообразно. Чтобы уменьшить массу лопасти, на головном предприятии по изготовлению винто-вентилятор ных двигателей, на ступинском НПП "Аэросила", разработали очень сложную конструкцию, в которой используются наши стекло-, угле-, органопластики. В сечении лопасти можно увидеть и короба и желоба. Облегченные винты ставят на самолеты Ил-114, Ан-72.
Наконец, еще об одной категории неметаллических материалов, которые хорошо поглощают радиоизлучения. Такие материалы известны по технологии "стеллс", применяемой для строительства самолетов-невидимок. Но они нужны и для других целей. На самолете очень много радиоэлектронной аппаратуры, работающей в различных диапазонах частот, и, конечно, разные устройства влияют друг на друга, внося помехи. Радиопоглощающие материалы помогают устранить это вредное явление и согласовать работу аппаратуры.
Сфера применения радиопоглощающих материалов не ограничивается только авиацией. Мы разработали материалы, из которых изготавливают так называемые безэховые камеры. В них проверяют радиоаппаратуру на уровень излучения, когда требуется избежать отражения волн. В безэховых камерах с недавнего времени проверяют излучение автомобильной электроники. Это связано с тем, что машин появилось слишком много и их системы зажигания и другие электроприборы в сумме оказывают серьезное влияние на окружающую среду, хотя, казалось бы, металлический капот должен надежно экранировать излучение.
В последнее время очень интересным направлением нашей работы стала наномодификация неметаллических материалов, то есть внесение в них примесей, частицы которых по размерам сопоставимы с молекулами. Добавляя в уже известные вещества модификаторы типа фуллеренов, можно получить материалы с совершенно иными свойствами, например обеспечивающими молниезащиту углепластиков. Не меняя технологического процесса, с помощью наномодификаторов удается на 20-30% повысить физико-механические характеристики неметаллических материалов.
Используя наномодификацию полиамидных термопластов наносиликатами на основе природного сырья, мы рассчитывали повысить прочность изделий, а оказалось, что кроме этого снижается и их горючесть. Такая удача позволила отказаться от дорогих антипиренов. Так что в нашей работе подобные счастливые случайности, как говорится, имеют место быть.
Мы не замыкаемся только на своих исследованиях. Многие работы ведем совместно с академически ми и отраслевыми научно-исследовательскими институтами. Причем используем различные формы сотрудничества: договоры, кооперацию, совместные проекты, совместное выполнение государственных контрактов.
ВИАМ готов работать с любыми организациями, если это взаимовыгодно. Правда, иногда приходится сталкиваться с несанкционированным использованием наших достижений. Когда около десяти лет назад институт переживал тяжелые времена, многие сотрудники уходили и, к сожалению, уносили с собой секреты технологий. И вот сейчас в продукции той или иной коммерческой фирмы мы узнаем наши разработки, хотя институт на использование своих ноу-хау разрешения не давал. Доказать авторство не всегда просто, но мы будем стараться защитить наши права.
См. в номере на ту же тему
Е. КАБЛОВ - ВИАМ - национальное достояние.
А. ЖИРНОВ - Крылатые металлы и сплавы.
М. БРОНФИН - Испытатели - исследователи и контролеры.
И. ФРИДЛЯНДЕР - Старение - не всегда плохо.
Б. ЩЕТАНОВ - Тепловая защита "Бурана" началась с листа кальки.
С. МУБОЯДЖЯН - Плазма против пара: победа за явным преимуществом .
БЮРО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.
И. КОВАЛЕВ - В науку - со школьной скамьи .
С. КАРИМОВА - Коррозия - главный враг авиацииc.
А. ПЕТРОВА - Посадить на клей.
Читайте в любое время
