8 июня 2016 года в Иркутске состоялась торжественная церемония выкатки нового пассажирского самолета МС-21 - основоположника семейства ближне- среднемагистральных самолетов нового поколения. Разработчик и производитель самолета - ПАО "Корпорация "Иркут"" (входящая в Объединенную авиастроительную корпорацию): Инженерный центр им. А. С. Яковлева отвечает за разработку МС-21, производство самолетов ведется на Иркутском авиационном заводе. В специально построенном для церемонии ангаре собралось более 700 гостей и участников программы. В числе почетных гостей были премьер-министр РФ Дмитрий Медведев, вице-премьеры Дмитрий Рогозин и Аркадий Дворкович, министр промышленности и торговли Денис Мантуров, генеральный директор ГК "Ростех" Сергей Чемезов и другие официальные лица. МС-21 включает в себя все новейшие разработки в области самолето- и двигателестроения. Новый лайнер обладает высокими аэродинамическими качествами. Это достигнуто в первую очередь за счет крыла большего удлинения, изготовленного из полимерных композиционных материалов, которые позволяют не только улучшить аэродинамику самолета, но и существенно снизить массу конструкции. Еще одно из ключевых конструкторских решений проекта - увеличенный диаметр фюзеляжа МС-21 с возможностью перекомпоновки салона для разных типов перевозчиков. Самый широкий в этом классе самолетов фюзеляж обеспечивает не только повышенный комфорт, но и сокращение времени посадки и высадки пассажиров. Увеличенное личное пространство для пассажиров и экипажа значительно снижает утомляемость в полете и обеспечивает комфорт на уровне широкофюзеляжного самолета. Благодаря просторному проходу между креслами пассажиры могут свободно перемещаться по салону при посадке и выходе из самолета, а также во время полета.
Авиалайнер ориентирован на самый емкий сегмент мирового рынка. Семейство среднемагистральных самолетов МС-21 включает в себя две модели, спроектированные с высокой степенью унификации. МС-21-200 рассчитан на перевозку от 132 до 165 пассажиров, МС-21-300 - на 163-211 человек. Самолет обладает не только лучшими в классе летно-техническими характеристиками, он вполне сможет конкурировать с мировыми лидерами и по цене. Самолеты Airbus семейств A320 и A320neo стоят соответственно $75,1-114,9 млн и $98,5-125,7 млн в зависимости от модели. Средняя цена Boeing 737 в 2015 году составляла $80,6-116,6 млн. Каталожная же цена МС-21 - около $90 млн. Вкупе с сокращением расходов на топливо, аэропортовые и аэронавигационные сборы, экологические платежи это должно обеспечить заказчикам МС-21 высокую окупаемость инвестиций.
Как обещает разработчик, МС-21 будет иметь и другие преимущества перед существующими и перспективными самолетами иных производителей. Ведь самолет - это комплексный рыночный продукт, помимо конкурентоспособных летно-технических характеристик залогом его успеха на рынке являются условия финансирования продаж, гарантия остаточной стоимости, оперативность и качество технического обслуживания, то есть низкая стоимость владения, надежность и безопасность.
Корпорация "Иркут" сформировала стартовый портфель "твердых заказов" в 175 самолетов МС-21, плюс "мягкие" - более 100 единиц. По всем твердым контрактам уже получены авансы. Объем продаж МС-21 может составить около 1 тыс. воздушных судов в течение 20 лет, или примерно 10% мировых поставок новых узкофюзеляжных самолетов вместимостью 140-230 кресел. Ожидается, что первым эксплуатантом самолета станет "Аэрофлот" (контракт на 50 машин). Как отмечает президент корпорации "Иркут" Олег Демченко, стартовый портфель заказов достаточен, чтобы загрузить корпорацию работой как минимум на пять лет.
Программа развития серийного производства предполагает выход на строительство 72 самолетов МС-21 в год. Самолет будет сертифицирован по российским и международным стандартам.
В программе МС-21 участвует большинство предприятий Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК). Уникальное инновационное композитное крыло и ряд других композитных элементов конструкции изготавливается на новых заводах компании "АэроКомпозит" в Ульяновске и Казани. Производство безавтоклавным методом вакуумной инфузии требует в несколько раз меньше энергии, чем большинство аналогичных производств в мире, позволяет изготовлять цельные панели крыла большого удлинения - до 20 метров.
Самолет оснащен комплексом бортового аэронавигационного оборудования отечественной разработки. Компания "ОАК-Центр комплексирования" разработала ядро программного обеспечения. Самолет имеет так называемую стеклянную кабину, а активные боковые ручки управления обеспечивают пилотам обратную связь по аэродинамическим условиям полета. Опционально предусмотрена установка системы индикации на лобовом стекле.
Комплексная система управления МС-21 построена на базе последнего поколения системы дистанционного управления (fly-by-wire), что значительно сокращает вес самолета. Также на МС-21 установлена интегрированная бортовая система диагностики, контролирующая техническое состояние всех узлов самолета в режиме реального времени.
В Ульяновске на предприятии "Авиастар-СП" созданы центры компетенций по выпуску панелей фюзеляжа, люков и дверей. На воронежском предприятии ВАСО развернуто производство композиционных материалов и мотогондол. На летающей лаборатории Ил-76 летчики-испытатели Летного исследовательского института им. М. М. Громова проводят испытания нового отечественного двигателя ПД-14.
Корпорация "Иркут" будет осуществлять техническое сопровождение поставляемой авиационной техники на протяжении всего жизненного цикла самолета МС-21. Авиакомпании будут иметь удаленный доступ к эксплуатационной документации самолета. Для обеспечения эксплуатации самолетов МС-21 в авиакомпаниях будет создан многоязычный круглосуточный центр оперативной поддержки. Создается и комплекс технических средств обучения для всех категорий авиационного персонала МС-21, который включает в себя и полнопилотажные тренажеры.
"Мы, без всяких сомнений, должны обеспечить не только внутренние перевозки своими собственными транспортными авиационными средствами, но должны выходить и на международный рынок",- сказал президент Владимир Путин, отвечая на вопрос о перспективных проектах в отечественном самолетостроении на ежегодной пресс-конференции.
Роман Гусаров КоммерсантЪ Business Guide (Авиастроение)
Церемония выкатки первого опытного образца среднемагистрального самолета МС-21-300 Источник: Марина Лысцева / fotografersha.livejournal.com
Мотор на выбор
Самолет МС-21 предлагается заказчикам с двумя типами двигателей - российским ПД-14 или американским PW1400G. Такую маркетинговую стратегию российский авиапром применительно к гражданским самолетам использует впервые, хотя предоставление заказчику возможности выбора типа главной силовой установки - это устойчивая тенденция развития мирового авиастроения.
Два и более
Стоимость двигателей составляет 25-30% стоимости гражданского самолета. Траты на их обслуживание и ремонт вносят самый большой вклад в эксплуатационные расходы. Рынок двигателей и их обслуживания не очень связан с рынком собственно самолетов. У крупной авиакомпании зачастую складываются длительные отношения с двигателестроительной фирмой по финансовым и техническим вопросам. Естественно, авиаперевозчики стремятся сохранить это партнерство при переходе на новый тип самолета.
Существенное значение при продвижении самолета на тот или иной рынок имеют и национальная принадлежность и мировой авторитет производителя двигателя. Этот же фактор порой оказывается существенным при получении самолетом зарубежного сертификата типа, который является необходимым условием для выхода на многие рынки.
В результате предложение рынку самолета с двумя или даже тремя типами двигателей стало эффективным способом борьбы за клиента.
Первую успешную попытку вывести на рынок новый самолет с двумя типами двигателей предприняли в Западной Европе. Во второй половине 1960-х годов стало ясно, что разрозненные европейские авиапроизводители проигрывают конкуренцию американцам, и прежде всего компании Boeing. Поэтому в сентябре 1967 года британское, французское и западногерманское правительства договорились о совместной разработке широкофюзеляжного лайнера - 300-местного Airbus 300.
Работы над этим проектом в значительной степени прямо или косвенно финансировались европейскими государствами. На самолете внедрили ряд инновационных технических решений. Например, A300 стал первым в мире двухдвигательным широкофюзеляжным самолетом. За счет этого европейский самолет расходовал существенно меньше топлива, чем его трехдвигательные американские конкуренты. Крыло с улучшенными аэродинамическими характеристиками позволило A300 выходить на крейсерскую высоту быстрее, чем другим пассажирским самолетам того времени.
С целью сокращения сроков разработки и расширения рынков сбыта создаваемый самолет изначально проектировался под существующие двигатели британской Rolls-Royce и американских Pratt & Whitney (PW) и General Electric (GE). Выход Британии из программы уменьшил число вариантов до двух: CF6-50 от GE и JT9D от PW.
Французы, игравшие первую скрипку в панъевропейской программе, использовали ее для развития своего гражданского двигателестроения. Фирма SNECMA стала соисполнителем работ по двигателю CF6. Позже это сотрудничество привело к созданию совместного предприятия CFM International, которое разработало популярный двигатель CFM-56.
А300 поддержали заказами национальные перевозчики Air France и Lufthansa. Программа A300 стала основой для создания компании Airbus.
Успех программы A300 и появление сильного европейского конкурента заставили Boeing все свои новые (B757 и B767) и модернизированные (B747-400) самолеты выводить на рынок с двумя или тремя типами двигателей. Отметим, что B757 стал первым американским самолетом, который поступил в эксплуатацию с неамериканскими (британскими) моторами Rolls-Royce RB211. Интересы стартовых заказчиков Eastern Air Lines (США) и British Airways (Великобритания) перевесили патриотизм американцев.
Единственным самолетом, который изначально планировался к производству только с двигателем CFM-56, стал Airbus A340. Однако рынок взял свое, и последующие версии A340 пришлось оснащать моторами Rolls-Royce.
Зарубежные самолеты XXI века A380, B787 и A350XWB изначально проектировались в расчете на два типа двигателей. Заказчики A380 выбирают между семейством Trent (разработчик - Rolls-Royce) и семейством GP7200 от Engine Alliance, в котором объединились General Electric, Pratt & Whitney, SNECMA и германская MTU.
Покупателям B787 предлагаются либо Trent 1000, либо двигатель из семейства GEnx-1B от General Electric.
И только создатели A350XWB пока продают самолет с одним типом силовой установки - Trent XWB. Однако это стало результатом неспособности договориться по техническим и коммерческим вопросам с GE и PW.
Право выбора
Помня об успехе A300, свой новый среднемагистральный лайнер A320 компания Airbus вывела на рынок в 1988 году с двигателями двух производителей.
Основным мотором стал CFM-56, альтернативным - V2500 совместного предприятия International Aero Engines (участники - Rolls-Royce, Pratt & Whitney и другие).
Свою основную задачу - потеснить Boeing 737 в самом большом сегменте авиационного рынка - A320 успешно выполнил. Американский гигант, чтобы не потерять конкурентоспособность, модернизировал свои 737-е, которые в 1968 году поступили в эксплуатацию с единственным типом двигателя - Pratt & Whitney JT8D. Обновленное семейство, получившее общее наименование B737NG, оснастили двигателями CFM56.
В середине 2000-х годов стало ясно, что семейства A320 и тем более B737 устаревают. На создание принципиально новых машин Boeing и Airbus на фоне ожесточенной гонки в сегменте дальнемагистральных самолетов не решились. Ставка была сделана на ремоторизацию, в результате которой создаются семейства B737MAX и A320NEO.
И тут Airbus оказался в более выгодном положении. A320NEO (New Engine Option - новые варианты двигателей), как самолет более новый, позволяет использовать двигатели с существенно более высокой степенью двухконтурности. Чем она выше, тем экономичнее двигатель. У существующих серийных двигателей этот параметр приближается к 6. Моторы нового поколения имеют степень двухконтурности 8 и выше.
Однако повышение двухконтурности влечет за собой увеличение диаметра двигателя. Для B737 с его малым расстоянием от земли до крыла этот параметр оказался критическим (вспомните приплюснутые мотогондолы этих лайнеров). Без кардинальных переделок самолета на B737MAX можно устанавливать только двигатель CFM LEAP - развитие CFM56.
A320NEO предлагает заказчикам выбор между CFM LEAP и новым Pratt & Whitney PW1100G. Буква "G" говорит о том, что это редукторный двигатель, позволяющий выбрать оптимальное соотношение скорости вращения компрессора в первом контуре и вентилятора - во втором. Эксплуатация первых A320NEO, оснащенных PW1100G, началась в феврале в авиакомпании Lufthansa и показала, что расход топлива сократился более чем на 15%.
Ремоторизация созданных несколько десятилетий назад самолетов позволяет продлить им жизнь, но не решает всех проблем. Для существенного улучшения летных характеристик и, соответственно, экономичности необходимо проектировать самолет и двигатель в одной связке.
Показательный пример: для установки на B737MAX диаметр двигателя CFM LEAP пришлось уменьшить с 1,98 м до 1,76 м, что привело к уменьшению степени двухконтурности с 11 до 9. Разработчики A320NEO смогли вписать PW1100G, имеющий диаметр 2,1 м, в конструкцию самолета. Однако аэродинамика машины, изначально рассчитанная на двигатель диаметром 1,73 м, от такой ремоторизации, как минимум, не улучшилась.
Свои и заморские
Ключевым положением концепции самолета МС-21 было достижение превосходства по эксплуатационной эффективности над существующими и модернизированными самолетами того же класса. Основной вклад в повышение эффективности вносит снижение расхода топлива, которое на МС-21 по сравнению с B737 и A320 составит 22-24%. Это снижение в основном зависит от двух факторов: аэродинамическое совершенство и экономичность двигателей. Однако ни один из этих факторов по отдельности требуемого снижения расхода топлива не обеспечивал.
Аэродинамическое совершенство МС-21 было обеспечено внедрением передовых конструкторских идей, таких как большое удлинение крыла, и новых материалов. При выборе двигателей ставка была сделана на самые передовые зарубежные и отечественные разработки. Принципиальное решение об использовании двух типов двигателей было обусловлено как мировыми тенденциями, так и особенностями российской ситуации.
Российский рынок гражданской авиатехники слишком мал для обеспечения окупаемости программы. Для МС-21 необходимо найти зарубежных покупателей, причем не только среди традиционных заказчиков российских самолетов. В этом контексте двигатель известной западной фирмы рассматривался как входной билет на новые рынки.
Отечественные разработчики гражданских двигателей после кризиса 1990-х годов не могли в сроки, диктуемые программой МС-21, разработать конкурентоспособный мотор. А "Иркут" не хотел "сдвигать вправо" программу, опасаясь потерять конкурентоспособность в случае создания на Западе принципиально нового узкофюзеляжного самолета.
В то же время разработчики МС-21 понимали, что ряд заказчиков и на отечественном, и на зарубежном рынках может сделать выбор в пользу российского двигателя. Более того, на поздних этапах программы МС-21 доля таких заказчиков может существенно вырасти.
Следует отметить важный нюанс, отличающий стратегию создателей МС-21 от подхода западных компаний. Если там возможность установки на самолет нескольких типов двигателей диктовалась в основном рыночными факторами, то в России, не без оснований, со счетов не сбрасывались и политические соображения. Главное среди них - политические и экономические риски, неизбежно сопровождающие кооперацию с Западом. Развитие событий показало, что ставка и на зарубежного, и на отечественного производителя двигателей снизила риски для программы в целом. Бонус такого решения - возможность испытывать российский двигатель на машине, уже полетавшей с зарубежным мотором.
Исследуя иностранные варианты, корпорация "Иркут" вела переговоры со всеми членами большой тройки: Rolls-Royce, CFM International и Pratt & Whitney. Первые две компании, каждая по своим причинам, к 2007-2008 годам от участия в проекте отказались. Сотрудничество с PW продолжилось и оказалось продуктивным. Облик двигателя нового поколения, получившего наименование PW1400G, был определен специалистами "Иркута" и PW в 2007 году.
Нужно отметить и то, что создание самолета в комплексе с перспективным двигателем делает его более совершенным. Заместитель гендиректора Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н. Е. Жуковского, начальник комплекса аэродинамики и динамики полета Сергей Ляпунов подчеркивает: "При проектировании крыла МС-21 тонкая доводка аэродинамики проводилась с учетом форм и размеров мотогондол конкретных типов двигателей, которые предполагается установить на самолет. Это дает МС-21 определенное конкурентное преимущество".
Работы по PW1400G велись по графику, и в 2015 году двигатели для первого самолета были поставлены на Иркутский авиационной завод. С ними МС-21 выполнит первый полет, пройдет летные испытания и поступит стартовым заказчикам. К плановому сроку коммерческой эксплуатации МС-21 PW1400G подойдет в хорошо отработанном виде, поскольку его предшественники PW1100G и PW1500G переболеют "детскими болезнями" на самолетах A320NEO и Bombardier CSeries.
В начале мая компания Pratt & Whitney сообщила, что Федеральная авиационная администрация США сертифицировала двигатель PW1400G.
Самолеты МС-21 с двигателями PW заказаны лизинговой компанией, входящей в систему ГК "Ростехнологии", для передачи авиаперевозчикам группы "Аэрофлот".
В России за основу были взяты наработки "пермского куста". Сегодня это серийный завод "ОДК - Пермские моторы" и конструкторское бюро "Авиадвигатель". В 2000-е годы в Перми выпускали и дорабатывали гражданский двигатель ПС-90 и вели проработки перспективного мотора ПС-12. Однако уже тогда было ясно, что без объединения усилий всех двигателестроителей России в согласованные с программой МС-21 сроки создать мотор нового поколения затруднительно.
Полномасштабная комплексная работа над новым российским двигателем для гражданских и транспортных самолетов началась после создания в 2008 году Объединенной двигателестроительной корпорации. За основу был взят научно-технический и технологический задел, который сформировал "Авиадвигатель", но сама программа создания новейшего двигателя пятого поколения реализуется в кооперации практически всех предприятий ОДК.
Двигатель получил наименование ПД-14. Первое публичное представление проекта состоялось на авиасалоне МАКС-2009. Разработка базового варианта ПД-14 велась с прицелом на сформированный облик самолета МС-21.
При создании ПД-14 задействован весь сформированный в России научно-технологический задел. С участием Всероссийского института авиационных материалов для ПД-14 создано около 20 новых материалов. Для двигателя разработаны 16 новых критических технологий. На его турбинах высокого давления стоят монокристаллические лопатки, работающие при температуре газа до 2000 градусов Кельвина. Благодаря новым пустотелым лопаткам вентилятора из титана удалось повысить коэффициент полезного действия вентиляторной ступени на 5%. Малоэмиссионная камера сгорания из интерметаллидного сплава и звукопоглощающие конструкции из композиционных материалов снижают шум и выбросы вредных веществ.
По сравнению с действующими аналогами удельный расход топлива у ПД-14 снижен на 10-15%, стоимость жизненного цикла сокращена на 15-20%. Показатели шума этого мотора с существенным запасом (на 15-20 дБ) ниже норм Международной организации гражданской авиации, вредные выбросы ниже на 30-45%.
К настоящему времени ПД-14 прошел первый цикл испытания на летающей лаборатории Ил-76. Согласно заявлению управляющего директора "ОДК - Пермские моторы" Сергея Попова, первый вылет МС-21 с двигателями ПД-14 состоится в начале 2018 года. График работ по ПД-14 построен таким образом, что самолет МС-21, испытанный с двигателями PW1400G, станет локомотивом для сертификации пермского двигателя.
В свою очередь, отработка ПД-14 на самолете МС-21 облегчит запланированное создание на его базе семейства газотурбинных установок различного назначения для перспективных самолетов, вертолетов и промышленных энергетических и газоперекачивающих установок.
Константин Лантратов КоммерсантЪ Business Guide (Авиастроение)
Церемония выкатки первого опытного образца среднемагистрального самолета МС-21-300 Источник: Марина Лысцева / fotografersha.livejournal.com
На "черном крыле"
Для изготовления углепластикового крыла и хвостового оперения российского среднемагистрального самолета МС-21 использована новейшая инфузионная технология, позволяющая серийно производить консоли крыла большого удлинения. Кроме того, использование так называемых композиционных материалов в конструкции воздушного судна позволит увеличить его ресурс, повысить безопасность и сократить расходы на изготовление и техобслуживание.
Материальные ценности
Каркас крыла своего первого самолета Flyer-1 братья Райт изготовили из ели, обтянув его тонким небеленым муслином. С помощью этой конструкции 17 декабря 1903 года и были совершены первые в истории задокументированные полеты аппарата, поднявшегося в воздух с помощью тяги двигателя. Скоро для большей прочности вместо ткани в ход пошли фанера или деревянный шпон. Однако уже 12 декабря 1915 года в воздух поднялся первый в мире цельнометаллический самолет - моноплан Junkers J.1. В 1920-1930-е годы в конструкции самолетов во всем мире вместо древесины стали применять алюминий. Он позволял самолетам летать с большей скоростью и полезной нагрузкой.
"70 лет назад, в конце 20-х - начале 30-х годов прошлого века, человечество перешло при постройке самолетов от дерева к металлу. Сейчас идет массовый продуманный переход от металла к композиту,- говорит директор Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ) Сергей Чернышев.- Применение композитов имеет целями: снижение веса конструкции самолета на 15-20%, повышение ресурса в полтора-два раза, повышение безопасности по прочности в несколько раз, сокращение сроков разработки и производства при одновременном снижении стоимости изготовления и расходов на техническое обслуживание и ремонт". В 80-е годы прошлого века в авиации началась "композитная революция": в элементах конструкции сначала военных, а потом и гражданских самолетов все чаще стал использоваться углепластик. До авиастроения он уже использовался в середине 60-х годов прошлого века в военных и космических программах. Из этого материала делали сопла ракет и шлемы астронавтов.
В 1967 году углепластик появился в свободной продаже в Англии, а первым известным гражданским применением такого композита стал корпус болида команды "Формулы-1" McLaren, изготовленный в 1981 году Джоном Барнардом. А сегодня углепластик входит в наш быт: из него сделано множество вещей. Однако технологические тонкости их изготовления остаются одной из самых охраняемых тайн любого производителя.
Использование композитов в авиации началось с военных самолетов. Композиты позволили снизить массу летательного аппарата, повысить его ресурс, а значит, увеличили его тактико-технические характеристики. Сначала из углепластика делали небольшие лючки, обтекатели. Затем пришла очередь элементов конструкции крыла - закрылков, предкрылков. Сегодня доля композитов в конструкции истребителей пятого поколения составляет от 40% до 60%.
Доля композиционных материалов в конструкции пассажирских самолетов тоже постоянно росла. Например, в моделях семейства А320 компании Airbus, разработанного в середине 80-х годов прошлого века, она составляет 10-15%. У двухэтажного А380, спроектированного в конце 1990-х годов, композиты составляли 25% общей массы лайнера. Boeing 787 Dreamliner на 50% состоит из композитов, A350 - на 53%.
Пластик в авиации
Углепластик изготавливают из слоев ткани, сотканной из тончайшей углеродной нити. Классическая технология выглядит так: на специальную оснастку слой за слоем выкладывают углеродную ткань, предварительно пропитанную связующим веществом (смолой). Затем полученную заготовку помещают в автоклав - большую печку, где под воздействием высокой температуры происходит "выпекание" изделия. После охлаждения конструкция становится монолитной. По такой автоклавной технологии изготавливаются элементы конструкции европейских и американских самолетов. Причем отдельно делаются заготовки для силового набора, отдельно - обшивка, и потом они собираются в единую конструкцию.
Теоретически такая технология должна привести к сокращению массы планера самолета на 15%. На практике это преимущество пока удается реализовать не полностью. Причина - исключительно высокие требования к надежности пассажирских самолетов на фоне не очень большого опыта эксплуатации конструкций из композиционных материалов.
"При проектировании конструкции из алюминия запас прочности сейчас не превышает 1,5,- рассказывает директор технологического центра Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК) Юрий Тарасов.- При проектировании же конструкции из углепластика поначалу этот запас нередко доходил до 5 или даже 7 (это означает, что конструкция рассчитывается и испытывается на нагрузки, в пять-семь раз превосходящие максимальные эксплуатационные). По мере набора статистики поведения композитов запасы прочности постепенно снижаются, конструкции из них получаются все более легкими".
Композиты - дорогое удовольствие: килограмм дюраля для самолета стоит около $3, а килограмм углепластика, из которого изготавливались крыло и фюзеляж Boeing B787,- примерно $400. Но использование более дорогого материала окупается его уникальными свойствами. "Расход топлива на Boeing 787 за счет снижения веса уменьшился практически на 20%, эксплуатационные расходы - на 10%,- говорит Борис Бычков, генеральный директор компании Airclaims CIS, специализирующейся на экспертизе и техническом аудите в области авиастроения.- Кроме того, от воздушных судов клепано-алюминиевых конструкций Boeing 787 отличает отсутствие коррозии, что значительно облегчает обслуживание самолета".
Начало применения в авиастроении нового материала, естественно, не было простым. Во время первых испытаний элементов новых самолетов возникали неожиданные трудности. Так, в конце марта 2010 года в исследовательском центре Эверетт во время испытания углепластикового крыла Boeing 787 на излом обнаружилось отслоение композитной обшивки от стрингеров. Больше полугода инженеры Boeing занимались устранением проблемы. Дальнейшие испытания самолет прошел успешно.
В марте 2014 года на крыльях нескольких новых B787 были обнаружены микротрещины. Дефекты начали появляться после внесения подрядчиками изменений в технологический процесс. Проблема была выявлена на нескольких самолетах, которые еще не успели передать заказчикам. Техпроцесс был скорректирован, после чего микротрещины больше не появлялись.
Опыт первых композитных конструкций заставил усовершенствовать систему контроля качества. Заводы обзавелись установками неразрушающего контроля, которые позволили выявлять микротрещины на этапе производства. По оценке специалистов, контрольно-диагностические системы, которые сегодня используются российской компанией "Аэрокомпозит",- одни из самых совершенных в мире. Именно она и отвечает за производство "черного крыла" МС-21.
Развитие диагностических технологий позволяет решить еще одну проблему: выявление и устранение повреждений, которые могут возникнуть при эксплуатации. Для авиакомпаний и сервисных центров это новая задача. Однако в истории авиации радикальные изменения в технологиях ремонта уже происходили. Самолеты, сделанные из дерева и полотна, ремонтировали квалифицированные столяры. Внедрение в авиастроение металлов заставило освоить сварку, клепку и пайку. И тогда это не всем нравилось, однако возврат к деревянно-полотняным технологиям в качестве серьезной альтернативы не рассматривался.
"У композитов есть очень серьезные преимущества по сравнению с металлами,- считает гендиректор Инженерного центра Airbus в России Александр Кирейцев.- Металлические самолеты подвержены усталостным разрушениям, поэтому их проектируют на определенное количество циклов. Композиционные материалы гораздо более устойчивы к знакопеременным нагрузкам и не подвержены коррозии, поэтому они долговечнее металлов. В долгосрочной перспективе у меня нет сомнения в росте процента использования композитов".
Для производства крыла самолета МС-21 было принято решение использовать новую безавтоклавную технологию. "Для МС-21 мы создали композитное крыло более совершенной аэродинамической формы. Нашими специалистами был разработан метод вакуумной инфузии, который позволяет нам создавать силовые элементы консоли крыла лайнера интегральными",- говорит генеральный директор компании "Аэрокомпозит" Анатолий Гайданский. Автоматизированный комплекс выкладывает преформу набором из 24 шестимиллиметровых углеродных лент слой за слоем, затем конструкция помещается в вакуумный мешок, где пропитывается связующим (смолой). Далее в специально спроектированной печи при относительно невысоких температурах происходит процесс отверждения. Таким образом можно получать монолитные элементы длиной до 20 м, что является совершенно уникальной технологией в мире. "У нашего крыла высокое аэродинамическое качество. Аналогичную конструкцию консолей крыла самолета из алюминия сегодня изготовить нельзя",- отмечает Анатолий Гайданский. По его словам крыло большого удлинения позволит добиться для МС-21 снижения расхода топлива до 8%. За жизненный цикл самолет тратит очень много топлива, так что это станет его серьезным конкурентным преимуществом.
Только за счет "черного крыла" на каждом таком самолете можно было бы сэкономить более 11 тыс. тонн горючего! А если в парке авиакомпании больше сотни самолетов, то экономия более чем впечатляющая.
Отечественные технологии
В российском авиапроме, как и в западном, композиционные материалы применялись сначала в основном в производстве военных самолетов, а в конструкции гражданских лайнеров из углепластика изготовлялись лишь элементы механизации крыла, лючки и обтекатели. Но иностранные производители существенно увеличили долю композитов в конструкциях гражданских самолетов, в России же до недавнего времени этого не делали. Например, доля композиционных материалов в самолете Sukhoi Superjet 100 составляет около 12%. Это объяснялось в том числе слабыми производственными возможностями и недостаточным технологическим развитием производителей композитов в нашей стране.
Однако конструкторы КБ им. А. С. Яковлева (подразделение корпорации "Иркут") при разработке самолета МС-21 решили использовать крыло из углепластика для обеспечения конкурентоспособности новой машины на мировом рынке. Почему только крыло? Анализ показал, что фюзеляж среднемагистрального самолета такой размерности делать из композитов невыгодно.
На начальном этапе создания композитного крыла была проделана большая подготовительная работа. Было изготовлено и испытано в ЦАГИ больше 5 тыс. элементарных и конструктивно подобных образцов. Для проведения статических и ресурсных испытаний изготовили четыре прототипа кессона крыла. Первый этап испытаний завершился в конце 2011 года. На основании его результатов было установлено, что полномасштабные силовые конструкции, получаемые методом вакуумной инфузии, не хуже, чем автоклавные, с точки зрения прочности и точности геометрии. В итоге было принято решение о принятии этой технологии изготовления элементов композитных конструкций и об использовании определенного композиционного материала.
Параллельно с работой в ЦАГИ в компании "Аэрокомпозит" была организована опытная лаборатория. Возглавил ее Алексей Слободинский (сейчас - генеральный директор производственной площадки "КАПО-Композит" в Казани).
"Создание лаборатории на начальном этапе было обусловлено необходимостью исследования композиционных материалов и отработки технологии изготовления на их основе опытных образцов. По сути, была создана лаборатория, которая помогла в запуске новой производственной площадки в Ульяновске, дала возможность смоделировать применение метода вакуумной инфузии и проверить заложенные конструктивные и технологические параметры",- рассказывает Алексей Слободинский.
"Компания Boeing на самолете B787 уже сделала композитное крыло, Airbus создал такое же крыло для самолета А350,- говорит Юрий Тарасов.- Однако в них присутствуют практически те же элементы, что и в металлическом крыле. То есть радикального изменения трудоемкости сборки не произошло. Создавать новое крыло для МС-21 с оглядкой на устаревшие решения было бы нецелесообразно в принципе. В этом случае мы всегда будем догонять лидеров и вряд ли вырвемся вперед. Поэтому мы поставили задачу сделать следующий шаг - перейти на безавтоклавную технологию. Сейчас такие технологии начали применять лишь на отдельных западных предприятиях".
С целью вывода российского авиапрома на принципиально новый научно-технический и производственный уровень ОАК создала ряд специализированных центров компетенций, одним из первых стала компания "Аэрокомпозит". В команде опытные конструкторы, прочнисты, технологи. Производство располагается на заводах в Ульяновске и Казани. В Москве находятся опытная и испытательная лаборатории. В Казани изготавливают панели носовой и хвостовой частей консоли крыла, законцовки, элементы механизации и управления. В Ульяновске производят силовые элементы конструкции консоли крыла: панели кессона крыла, лонжероны, дренажные короба, а также панели центроплана. Для обеспечения контроля качества элемента при его изготовлении параллельно изготавливается изделие-спутник из той же партии углеродного наполнителя и по тем же параметрам, что и основной элемент. Далее изделие-спутник делится примерно на 600 образцов, которые проходят испытания. И только после положительного заключения композитный элемент конструкции перемещается на следующий производственный участок.
Новые материалы позволят обеспечить ресурс конструкции планера самолета более 80 тыс. летных часов, что почти в три раза больше, чем ресурс современных самолетов - 20-30 тыс. летных часов. При этом масса конструкции уменьшится примерно на 30%. Новые материалы позволят создавать умные конструкции, адаптирующиеся под определенные условия и даже самовосстанавливающиеся.
Константин Лантратов КоммерсантЪ Business Guide (Авиастроение)
Самолет МС-21 в ангаре Источник: Пресс-служба корпорации «Иркут»
8 июня 2016 года в Иркутске состоялась торжественная церемония выкатки нового пассажирского самолета МС-21 - основоположника семейства ближне- среднемагистральных самолетов нового поколения. 
