«Прочность и безопасность»: как реализуется проект композитного крыла для нового российского лайнера МС-21

Основной силовой элемент крыла (кессон) нового гражданского лайнера МС-21 имеет необходимый уровень прочности. Об этом рассказали RT в авиационном кластере «Ростеха» по итогам недавних статических испытаний, в ходе которых изделия из композитов были подвергнуты разрушающим нагрузкам.

«Испытания кессона крыла подтвердили правильность методик расчёта прочности изделий из композитов. Экспериментально доказано, что основной силовой элемент крыла — кессон — обеспечивает прочность и безопасность при самом неблагоприятном сочетании условий полёта. Все строящиеся лайнеры будут оснащаться крылом из отечественных материалов», — сообщили RT в госкорпорации.

Как пояснили RT в «Ростехе», крыло МС-21 выполнено из композиционных материалов. Такой подход позволил сократить массу конструкции, сохранив высокие прочностные характеристики. Кроме того, повышается топливная эффективность лайнера. В «Ростехе» напомнили, что на сегодняшний день композитным крылом оснащается совсем небольшое количество пассажирских самолётов в мире, среди них — американский широкофюзеляжный Boeing 787 Dreamliner и европейский узкофюзеляжный A220.

На днях Объединённая авиастроительная корпорация «Ростеха» и Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ) завершили статические испытания основного силового элемента крыла МС-21. Проведённая поверка выявила, что кессон способен выдерживать нагрузку в полтора раза больше максимально возможной при эксплуатации.

«На стенде ЦАГИ кессон разрушился при нагрузке, превышающей расчётную. Испытание проведено в специально созданных климатических условиях. Для учёта влияния температуры на прочностные характеристики композиционного материала часть конструкции крыла самолёта подвергалась нагреву», — говорилось в сообщении «Ростеха».

Комментируя журналистам результат испытаний, генеральный директор ОАК Юрий Слюсарь отметил, что проверка подтвердила «правильность методик расчёта прочности изделий из композитов».

Генеральный директор ЦАГИ, член-корреспондент РАН Кирилл Сыпало заявил, что в институте создана передовая экспериментальная база, которая позволяет «проводить огромный объём испытаний в рамках инновационной программы МС-21».

На «чёрном крыле»

Необходимость в создании крыла, полностью выполненного из отечественных полимерных композиционных материалов, возникла в связи с введением в 2018 году санкций со стороны Соединённых Штатов. Задача импортозамещения была возложена на коллективы МГУ им. Ломоносова, «Росатома» и ряда предприятий авиационной отрасли РФ. На реализацию проекта правительство направило 4,4 млрд рублей.

Первый полёт МС-21 с крылом из отечественных композитов состоялся 25 декабря 2021 года. Машину пилотировал экипаж из Героев России лётчиков-испытателей Романа Таскаева и Олега Кононенко. Дебют прошёл успешно: лётчики полностью выполнили полётное задание, системы лайнера работали в штатном режиме.

В декабрьском интервью RT председатель комитета Госдумы по промышленности и торговле Владимир Гутенёв рассказал, что российские учёные смогли в сжатые сроки разработать новые композиционные материалы для так называемого чёрного крыла МС-21 и запатентовать технологию вакуумной инфузии, что «позволило сделать крыло большого удлинения и улучшенной аэродинамики».

Как пояснил в беседе с RT главный редактор портал Avia.ru Роман Гусаров, вакуумная инфузия, или инфузионная технология, позволяет в буквальном смысле выпекать самолётные крылья. Принцип данного типа производства заключается в том, что изделие «наращивается», находясь в вакуумном мешке.

«Наши инженеры научились выпекать длинные панели самолётного крыла в специально сконструированных печах. Тем самым не только было получено крыло с очень хорошим удлинением и аэродинамическими качествами, но ещё и удалось резко сократить весовые характеристики изделия, потому что его уже не нужно скреплять большим количеством металлических заклёпок, которые серьёзно увеличивают вес», — заявил Гусаров.

В результате образуется жёсткая полимерная матрица. Вакуумная инфузия удобна тем, что позволяет создавать из композитов любые сложные крупногабаритные поверхности, не затрачивая при этом дополнительных средств.

Ранее инфузионная технология была успешно освоена предприятиями ОАК. Данное предприятие выполняет полный цикл работ по изготовлению крыла для МС-21. Затем изделия поступают на Иркутский авиационный завод, где развёрнута площадка для окончательной сборки лайнеров.

В разговоре с RT генеральный директор Центра стратегических разработок в гражданской авиации Антон Корень заявил, что освоение производства «чёрного крыла» позволит МС-21 реализовать несколько важнейших конкурентных преимуществ.

«Композитное крыло облегчает самолёт, что заметно улучшает топливную эффективность, повышает дальность полёта. Это существенное преимущество в плане эксплуатации. В немалой степени именно композитное крыло делает МС-21 достойным конкурентом иностранным лайнерам», — подчеркнул Корень.

В целом, как считает эксперт, российская промышленность совершила большой прогресс в интеграции композитов в конструкции МС-21. Доля этих современных материалов в лайнере составляет около 40%. По словам главы «Ростеха» Сергея Чемезова, это рекордный показатель для среднемагистральных самолётов в мире.

«Применение прочных и лёгких композиционных материалов позволило создать крыло с уникальными аэродинамическими характеристиками, недостижимыми для металлического крыла. Улучшение аэродинамики дало возможность увеличить ширину фюзеляжа МС-21 и расширить салон, что даёт новые преимущества с точки зрения комфорта для пассажиров», — рассказал Чемезов.

В конце декабря премьер-министр Михаил Мишустин сообщил, что на выполнение оставшихся опытно-конструкторских работ в рамках проекта МС-21, в том числе по импортозамещению, правительство РФ дополнительно выделит более 61 млрд рублей.

«Русификация» МС-21

Власти России не скрывают, что санкции оказали определённое негативное влияние на программу МС-21. В частности, американские рестрикции сдвинули срок запуска промышленного выпуска российского лайнера.

22 марта в ходе брифинга глава Минпромторга Денис Мантуров сообщил, что серийное производство МС-21 планируется развернуть в 2024 году. К этому времени должны быть завершены все сертификационные процедуры.

«Потому что любая компонента, которая меняется в самолёте, требует проведения соответствующих процедур и испытаний, для того чтобы соответствовать всем требованиям авиационной безопасности», — отметил Мантуров.

Как пояснили RT в авиационном кластере «Ростеха», МС-21 изначально создавался в широкой международной кооперации.

«Это распространённая мировая практика. Тем не менее работа над импортозамещённым МС-21 идёт в течение нескольких лет, теперь этот процесс будет ускорен», — отметили в госкорпорации.

После завершения импортозамещения модификации МС-21 вместимостью от 163 до 211 пассажиров будут изготавливаться на Иркутском авиазаводе. В ОАК оценивают потребность российского рынка в новом лайнере в количестве 600 единиц. Как полагают в корпорации, производственные мощности РФ могут выйти на уровень ежегодного выпуска в 72 самолёта.

В авиационном кластере «Ростеха» напомнили, что в настоящее время продолжаются испытания МС-21-310 с российским двигателем ПД-14. В ноябре лайнер с отечественной силовой установкой был представлен на международной авиационной выставке Dubai Airshow 2021. 

Роман Гусаров считает, что российская промышленность близка к запуску масштабного производства. По его словам, этот процесс тормозят только сертификационные процедуры.

«Отложенный старт серийного производства носит вынужденный и одновременно необходимый характер из-за создания отечественных комплектующих, которые нужно сертифицировать. Ничего критичного в этом нет. МС-21 остаётся самым передовым в своём классе. По целому ряду характеристик он превосходит конкурентов. К тому же в этот лайнер заложен огромный модернизационный потенциал», — подчеркнул Гусаров.

По мнению собеседника RT, несмотря на то, что введённые США санкции отложили запуск производства МС-21, ограничительные меры послужили хорошим стимулом для развития высокотехнологичного сектора РФ.

«Учитывая политическую ситуацию, России всё равно пришлось бы создавать «русифицированный» МС-21. Нам требуется выпустить сотни таких самолётов, и в этом вопросе мы априори не должны зависеть от каких-то западных производителей», — подытожил Гусаров.