Росатом в два раза увеличил объём поставок углеволокна для производства МС-21

В 2023 году предприятия госкорпорации «Росатом» вдвое нарастили объём поставок углеродного волокна для российской авиационной промышленности, в том числе для производства композитного крыла среднемагистральных самолётов МС-21. Об этом сообщили в пресс-службе госкорпорации.

Лента из углеволокна для изготовления силовых композитных конструкций МС-21 / Фото: © пресс-служба ГК «Росатом»

Также в рамках программы импортозамещения с 2023 года продолжаются поставки препрега для горизонтального оперения МС-21. В 2024 году планируется начать серийные поставки препрега для узкофюзеляжного ближнемагистрального пассажирского самолёта SJ-100.

Углеродное волокно является инновационным материалом для использования в авиационной промышленности. Оно обладает высокой прочностью и жёсткостью при низкой плотности, что позволяет снизить вес самолёта и улучшить его весовые и аэродинамические характеристики. Кроме того, углеродное волокно имеет хорошую устойчивость к коррозии и другим агрессивным воздействиям, что увеличивает срок службы летательных аппаратов.

В настоящее время композиционные материалы используются в конструкциях различных как иностранных, так и отечественных самолётов, включая A350, B787 и Superjet 100. Первоначально корпорация «Иркут» выбрала для проекта МС-21 иностранные материалы, поскольку в «нулевых» Россия не обладала технологией создания углеволокна из прекурсоров полиакрилонитрила (ПАН), имеющего характеристики прочности нитей уровня T700-T800, как у зарубежных аналогов. Однако после прекращения поставок этих материалов в 2018 году необходимость в собственной технологии стала жизненно актуальной.

Российский выкладочный механизм углеволоконной ленты. Фото © Пресс-служба ЮРГПУ (НПИ)

На сегодняшний день российские углеродные волокна обладают прочностью 4,9 ГПа, есть отдельные образцы с прочностью 5,6 ГПа и даже 6 ГПа, то есть, столько же, сколько и у волокон Toho-Tenax или Cytec – 6 ГПа. Однако в данной области прочность – это не единственный и не самый важный показатель. Поэтому даже если брать в расчёт только серийно выпускаемые в России волокна, то они вполне походят для изготовления крупных интегральных конструкций первого уровня: лонжеронов, панелей крыла и центроплана. Прочность отечественного углеродного волокна понижена за счёт микрошероховатостей на его поверхности, но в то же время эти микрошероховатости улучшают взаимодействие с полимерной матрицей и наряду с модификацией самой матрицы и аппретов приводят к улучшению эксплуатационных характеристик изделия.

Композиты, созданные из отечественного углеродного волокна, на 15% прочнее при сжатии и ударе, чем композиты из материалов от Cytec, несмотря на то что иностранные волокна являются более прочными. Это говорит о том, что предприятия Росатома успешно справились с задачей создания композитов из отечественных материалов. В декабре 2023 года завершился очередной этап внедрения отечественных ПКМ в конструкцию МС-21.

В течение года выполнялась технологическая отработка изготовления силовых элементов самолёта из российских композиционных материалов. Для определения расчётных характеристик были испытаны элементарные образцы материалов кессона крыла и центроплана. Совместно с ЦАГИ прошли ресурсные испытания крыла, центроплана, кессонов киля и стабилизатора, механизации крыла и поверхностей управления, а также статические и повторно-статические испытания пилона для навески двигателя ПД-14. Также отрабатывались технологии ремонта композитных агрегатов самолёта МС-21.

Вопросами импортозамещения ульяновский «АэроКомпозит» занимается с 2015 года. К этому времени уже было освоено производство первых консолей крыла из импортных материалов, отработаны технологический процесс и соответствующее оборудование. Следующим этапом ставилась задача перехода на российские ПКМ. Работа была организована с ведущими институтами, и к 2019 году уже был готов прототип российского материала, что позволило в кратчайшие сроки провести его отработку на полноразмерных конструкциях консоли крыла, выполнить общую и специальную квалификацию нового материала, изготовить консоли для статических и ресурсных испытаний и внести импортозамещённый материал в конструкторскую документацию.

Коллектив завода «АэроКомпозит» / Фото: © пресс-служба ПАО «ОАК»

Сейчас «АэроКомпозит» занимается вопросами импортозамещения оборудования. В 2020 году были начаты НИОКР с Южно-российским университетом им. Платова и МГТУ им. Баумана по созданию роботизированных комплексов для выкладки сухой углеродной ленты. Сейчас один прототип запущен в эксплуатацию в московской лаборатории «АэроКомпозита», второй – в феврале должен поступить на завод в Ульяновске и после запуска в эксплуатацию будет задействован в основной производственной программе. На базе технических решений, полученных в ходе изготовления прототипов выкладочного оборудования, в изготовление запускаются полномасштабные выкладочные порталы и роботы, которые будут масштабировать производство консолей.

Существующие производственные мощности «АэроКомпозита» позволяют изготавливать в Ульяновске до 12 самолётокомплектов в год. С целью увеличения объёмов выпуска до 36 комплектов крыла МС-21 в год, уже разработаны ТЗ на изготовление и поставку дублёров сборочных станции российского производства. В настоящее время идёт сборка кессона крыла МС-21 на воздушное судно с заводским номером МС.0020. Технологический цикл изготовления одной консоли крыла предусматривает, что на станции окончательной установки панелей крыло может находиться до 4 недель. На станции сборки хвостовой части крыла и носовой части работы занимают также около 4 недель, а на станции сборки каркаса – порядка 10 дней.

В 2023 году на «АэроКомпозите» изготовили два прототипа кессона крыла по программе ШФДМС. Сейчас изделия проходят статические и ресурсные испытания. Этот задел придал предприятию уверенность, что при наличии текущих технологий не представляет сложностей выпускать композитное крыло для широкофюзеляжного дальнемагистрального самолёта, это могут быть как китайский С929, так и будущий проект, прототипом для которого может послужить лайнер Ил-96-400М.