Второй день VI Международного технологического форума — это детальная проработка ключевых вопросов и вызовов, стоящих перед отечественным и мировым двигателестроением. Одна из ключевых секций посвящена новым материалам: в просторной аудитории РГАТУ обсуждают, как при строительстве газотурбинных двигателей использовать металломатричные и керамоматричные композиты.
Преимущества композитов давно известны: они сочетают в себе лучшие свойства входящих в их состав материалов, намного более прочные и долговечные, чем оригинальные сплавы, а часто ещё и весят на порядок меньше. Чем легче детали, тем меньше вес двигателя и всего самолёта. Чем легче самолёт, тем меньше топлива ему нужно для полёта. Взаимосвязь на лицо. Но реальность, как это часто бывает, диктует свои правила.
Итак, если в вашем воображении двигатели самолёта состоят из сплошных металлических материалов — меняйте свой взгляд на привычные вещи, это уже давно не так.
Как Железный человек из вселенной Marvel в новых фильмах уже, строго говоря, не совсем железный, так и детали для турбин в ближайшем будущем будут заменены на композитные материалы. Лёгкость, прочность и жаростойкость — вот что сейчас стоит во главе угла.
«ОДК — Сатурн» сотрудничает с десятками институтов, научных центров и производств по всей стране, чтобы содействовать поиску и внедрению в производство новых видов материалов. Цель тематической секции форума просто объясняет одна из модераторов — специалист отдела главного металлурга Опытного завода «Сатурна» Светлана Соколова:
— Внедрение новых перспективных материалов — одна из ключевых стратегий ОДК. Ведущие инженеры всего мира сегодня стараются сделать свои двигатели более надёжными, экономичными и с более высоким КПД. Исходя из этих потребностей, мы решили организовать эту секцию, чтобы обменяться мнениями и опытом с коллегами.
— Мы с удовольствием вчера послушали доклады по цифровой экономике. Но мне кажется, об этом стоит говорить, когда решены ключевые вопросы материаловедения, — добавляет другой модератор сессии Евгений Богачёв, представитель компании «Композит». — И эти вопросы мы как раз тут и разрабатываем. Надеюсь, наши доклады и общение в перерывах помогут продвинуться в этом направлении.
Что первично — цифровые технологии или новые материалы? Этим же вопросом задаётся, выступая перед коллегами, Сергей Милейко из Института физики твёрдого тела РАН.
— Вчера действительно было очень интересно. Цифровые двойники и прочее. Но меня удивили слова, что искусственный интеллект может сделать ненужной работу конструктора. Мне это кажется, мягко говоря, не вполне вероятным. Я пытался вступить в спор: так же как профессор учит студента, так же и конструктор учит искусственный интеллект, и он должен следить за ним, как профессор следит за студентом. Только тогда искусственный интеллект будет работать на нас с вами, а не непонятно на что.
Сергей Милейко многие десятилетия исследует угле-титановые композиты и с интересом рассказывает о результатах своей работы. И это не сухая лекция, от которой тянет зевать, а, скорее, увлекательная история, которая берёт начало ещё в середине XX века.
— Ваш покорный [слуга] начинал ещё в 50-е годы, поэтому начнём с небольшой истории…
Оказывается, первые композиты — волоконные — появились ещё в 60-х. Именно они первыми оказались в космосе, будучи использованными в первом искусственном спутнике. А сейчас, спустя десятилетия, без композитных материалов и вовсе нельзя представить развитие промышленности.
Главный вопрос — как «загнать» металл в углеволокно, не нарушив ни одно из требуемых свойств, причём так, чтобы прочность при разных температурах, трещиностойкость, ползучесть (да, есть и такое качество) были лучше, чем у обычного металла?
Этот вопрос ещё предстоит решить, но очевидно, что угле-титановые лопатки турбины существенно облегчат двигатель, увеличив его удельную тягу. Из нового композита можно делать и много других полезных вещей: элементы планеров, судов, кораблей и другой техники. Но тут, как это часто бывает, вопрос упирается в деньги, и дальнейшая разработка требует активного участия заинтересованных организаций.
Из зала нет вопросов «Как», «Что» и «Почему». Только конкретика: «Сколько паскалей», «Сколько микрон», «Сколько денег» и «Сколько времени».
Сергей Милейко подводит итог:
— Через год, когда мы встретимся здесь снова, я вам точно про всё это расскажу!
Тему композитов развил в своём докладе коллега Милейко из Института физики твёрдого тела РАН Сергей Галышев, но на этот раз речь шла уже об угле-алюминии. Молодой специалист очень просто объяснил потребность в новом материале через единственную диаграмму.
— Около половины веса планера приходится на углепластик, остальное — металлы. А почему мы не можем делать весь планер из углепластика? Силовые элементы не сделать из него, прочность слишком мала. Как тогда облегчить массу планера? Логичный ответ — композиты с металлической матрицей. В частности, угле-алюминий.
Если просто объяснять очень сложный процесс, в своих исследованиях команде Сергея Галышева уже удаётся под давлением и температурой «насильно загнать» алюминий в поры углеволокна. Впрочем, и спикер, и слушатели в зале смотрят на вещи объективно: некоторые показатели лучше, а некоторые хуже текущих аналогов. Весь вопрос в том, сможет ли новый материал решать конкретные задачи. И он пока остаётся открытым.
Тема композитных материалов особенно актуальна для «ОДК — Сатурн». Компания уже в ближайшей перспективе намерена наладить выпуск лопаток, вентилятора и крупногабаритных узлов мотогондолы из полимерных композиционных материалов. Предприятие уже реализует проект по созданию опытного производства и лаборатории композиционных материалов в своих интересах и в интересах других компаний Объединённой двигателестроительной корпорации. Первая партия опытных образцов рабочих лопаток вентилятора авиационного двигателя из новейших материалов отечественной разработки должна появиться уже в конце 2019-го года.
