главная страница правила rss экспертная площадка
 
 

Аддитивные технологии для авиации и Арктики

Авиационный — не значит предназначенный исключительно для авиации. Эффективные и стойкие, универсальные и экономичные материалы нужны и в воздухе, и на земле, и на море. Особенно если земля покрыта снегом, а море — льдом. Представители Всероссийского института авиационных материалов рассказали на последнем заседании президиума СО РАН о новейших решениях и для аэрокосмической отрасли, и для нового этапа освоения Арктики

 

Геликоптер был изобретен и до тонкостей начерчен Леонардо да Винчи. Но летающий винтокрылый аппарат удалось построить лишь 500 лет спустя Игорю Сикорскому. Почему? Потому что в эпоху Возрождения не было ни материалов, ни двигателей. И сегодня путь от идеи до инновационной машины обусловлен в основном технологическими возможностями. Ведущие авиакорпорации мира, прежде всего Boeing и Airbus, переходят на аддитивные технологии (АТ). Обычное автоматизированное проектирование устаревает: 11 крупнейших европейских центров под эгидой Airbus объединились вокруг нового программного обеспечения Bionic Aircraft для того, чтобы использовать топологическое конструирование в аддитивных технологиях. Согласно прогнозам, это даст уменьшение массы деталей из титановых сплавов на 40 % и соотношение тяги двигателя к весу как 20 к 1 (сегодня у лучших авиамоторов 8 к 1). Boeing уже изготавливает посредством АТ около 300 наименований деталей (в том числе лопатки турбин и компрессоров) для 10 типов военных и гражданских самолетов.
 
Доклад генерального директора ВИАМа академика Евгения Николаевича Каблова показал картину настоящего прорыва: с 2012 по 2020 год среднегодовой прирост всей АТ-продукции в мире прогнозируется в 19 %. Пока что доля России в АТ-сегменте составляет максимум 1,7 %. «Если мы пропустим этот этап, то не догоним никогда. Аддитивные технологии могут дать рост производительности труда в 20 и даже в 30 раз… Хотя у Российской академии наук, у наших институтов есть хорошие заделы», — констатировал Евгений Каблов.

Если говорить о работах самого ВИАМа, то слово «заделы» звучит слишком скромно: здесь создано аддитивное производство полного цикла, что позволяет «печатать» (скорее, выращивать) сложные детали и даже узлы для летательных аппаратов.
 
Впечатляет работающий образец малоразмерного газотурбинного двигателя для беспилотника, на 100 % изготовленный по аддитивным технологиям. «В ВИАМе наука и производство объединены под одной крышей, — отметил директор Института химии твердого тела и механохимии СО РАН академик Николай Захарович Ляхов. Сегодня крупным институтам необходимо создавать собственные опытные производства, как у нас это сделали Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН и Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН. При этом ситуация в мире такова, что необходимо ориентироваться только на отечественные сырье и компоненты, изначально отвергая импорт».
 
Но выпуск серийных изделий — задача промышленности, а для НИИ, даже с мощной исследовательской и опытно-конструкторской базой, специфична разработка новых материалов и методов их применения в АТ. «Мы полностью сможем закрыть вопрос с производством порошков на основе железа, кобальта, никеля, алюминия, — уверен академик  Каблов, — и далее перейти к так называемым реактивным составам для аддитивных технологий: на основе титан — алюминий, ниобий — кремний, титан — цирконий». Для этого в ВИАМе создано 25 малотоннажных производств. Важен еще и контроль за качеством «выращенных» деталей, борьба с дефектами, дополнительная обработка поверхностей… К тому же самый мощный институт не может закрыть весь спектр теоретических и прикладных задач, связанных с аддитивными технологиями. По металлическим материалам партнерами ВИАМа стали томский Институт физики прочности и материаловедения СО РАН и новосибирский ИХТТМ СО РАН, по неметаллическим — Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Евгений Каблов стремится расширить этот список: «Мы хотим пригласить в консорциум Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН, чтобы создать АТ-машину более высокого уровня на полностью отечественном программном обеспечении».
 
Сибирские коллеги академика Е. Каблова считают, что аддитивные технологии могли бы стать и точкой кристаллизации, и точкой роста для исследовательских центров разной принадлежности.

«Чтобы СО РАН снова стало мощной структурой, ему нужно выбирать очень крупные консолидирующие проекты, — уверен научный руководитель ИК СО РАН академик Валентин Николаевич Пармон. — Аддитивные технологии нуждаются в компетенциях ученых всех направлений, не исключая даже гуманитариев. Если Академия и институты ФАНО запустят конкретные программы, то смогут получать финансирование от заинтересованных корпораций».

Глава Сибирского отделения РАН академик Александр Леонидович Асеев напомнил, что СО РАН недавно подписало соглашение с Объединенной авиастроительной корпорацией, и аддитивные технологии должны играть в реализации этого документа ключевую роль. А председатель Совета научной молодежи СО РАН кандидат химических наук Елизавета Викторовна Лидер предложила посвятить этой теме одну из молодежных конференций и заранее пригласила Евгения Каблова выступить с пленарным докладом. «Для меня это большая честь, и я готов к участию», — откликнулся академик.

Вынесенный в начало статьи тезис о близости материалов для авиации и Арктики принадлежал его коллеге — советнику гендиректора ВИАМ академику Вячеславу Михайловичу Бузнику. На самом деле металл, работающий под нагрузками в диапазоне от +40 до —60 градусов, выдержит и условия Якутии. Опрос специалистов показал, что они считают наиболее продвинутыми в арктическом материаловедении Россию, Канаду и США, но библиометрические показатели ставят на первые места Японию и Китай. И доля РФ в соответствующих патентах составляет скромные 5 %. «Не будет материалов — мы станем осваивать не Арктику, а только выделенные на это деньги», — саркастично заметил Вячеслав Бузник.
 
Выручить может как раз то, что «авиационное» способно становиться «арктическим». Так, материалы ВИАМ широко применяются в производстве арктического вездехода «Русак» — покрытия, уплотнители, изолирующие составы, грунтовки… Ученые предложили использовать для высокоширотной техники и конструкций термостойкий состав, ранее разработанный для космического корабля «Буран». Правда, эта керамика изначально проектировалась пористой и, как следствие, вбирающей влагу. Для условий орбитального полета это не имело значения, а для Арктики специалисты ВИАМа нашли решение, повышающее гидрофобность до необходимого уровня. А самым парадоксальным материалом, представленным в докладе В.М. Бузника, стал лед. Но не просто лед, а армированный — теми или иными элементами и в определенном геометрическом порядке. В таком случае это уже не просто застывшая вода, а ледовый композит — недорогой и эффективный для конструкций вроде временных взлетно-посадочных полос.
 
Арктическое материаловедение, как и аддитивные технологии, можно эффективно развивать только согласованными усилиями многих научных организаций. В их числе академик В. Бузник назвал якутские Институт проблем нефти и газа СО РАН и Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, томские Институт физики прочности и материаловедения СО РАН и Институт химии нефти СО РАН, а также Институт физики им. Л.В. Киренского и Институт химии и химических технологий, входящие в ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН. Криогели и их применение, хладостойкие резины, стали и полимеры, томографические исследования композитов (в том числе и ледовых), натурные испытания всего перечисленного — таков вклад сибирских ученых в сегодняшнее арктическое материаловедение.
 
Вклад достойный, но не достаточный, считает Вячеслав Бузник. Точнее, не достаточно организованный и структурированный. Академик предложил создать всероссийский межведомственный консорциум по арктическому материаловедению, который действовал бы по специально разработанной дорожной карте. «ВИАМ готов взять на себя проработку этого плана, а также создание компьютерной базы отечественных арктических материалов и проведение профильных конференций, школ для молодых ученых», — сказал Вячеслав Бузник. РАН, по его мнению, могла бы сосредоточиться на формировании комплексных исследовательских программ и организации подготовки студентов, магистрантов и аспирантов по специальности «Арктическое материаловедение».

Источник: Наука в Сибири

/static/img/blogs/link16x16px.png /static/img/blogs/vkontakte16x16px.png /static/img/blogs/facebook16x16px.png /static/img/blogs/twitter16x16px.png /static/img/blogs/blogsmailru16x16px.png /static/img/blogs/google16x16px.png

17 марта 2017 года, 08:29