Новости › Общество › В Академии наук делают лопатки - директор уфимского Института проблем сверхпластичности металлов РАН Радик МУЛЮКОВ

5 июня 2012 г. (17:18)

В разрезе эта лопатка авиационного двигателя напоминает картон. Толстый, гофрированный. Принцип строения - тот же самый: сверху и снизу гладкая поверхность, внутри наполнитель гармошкой. Изогнуть ещё в двух плоскостях - и готово. Вставляй в двигатель - и отправляй на завод, где собирают будущий российский средне- и ближнемагистральный самолёт МС-21.

К сожалению, не всё так просто. Самолёты не летают на моторах из картона. Во входном вентиляторе авиационного двигателя должны стоять лопатки из титана. А вот для того, чтобы титан при их изготовлении вёл себя не упрямее картона, необходимы подчас многолетние усилия целых академических институтов. Не для того, конечно, чтобы учёные гнули металл руками. Усилия эти должны приводить к тому, чтобы металл сам принимал ту структуру, которую от него требуют, и свойства приобретал такие, когда сам «Роллс-Ройс» признает наш приоритет и предлагает заманчивое сотрудничество.
Об одной из таких технологий ИТАР-ТАСС рассказал директор уфимского Института проблем сверхпластичности металлов РАН Радик Мулюков:

- Создаётся двигатель нового поколения. Он предназначен для нового чисто российского самолёта - средне- и ближнемагистрального класса МС-21. Он должен быть конкурентоспособен на мировом уровне. Работа над ним уже идёт, идёт вовсю. Самолёт должен быть создан в 2017 году. Ставки довольно велики. Как говорят специалисты, если он к этому времени полетит, то у нас своя гражданская авиация на собственных машинах - будет. Если же собственный самолёт создать не сможем, то с нею можно попрощаться.

СПРАВКА: Иркут МС-21 («Магистральный Самолёт XXI века») - проект ближне- и среднемагистрального гражданского самолёта, который должен заменить устаревшие физически и морально Ту-134 и Ту-154, а частично и Ту-204. Он предназначен для отвоевания внутреннего рынка подобных машин и для дальнейшего выхода на международную арену, где вступит в конкуренцию с Airbus A320 и Boeing 737.

Программа создания МС-21 оценивается в 190 миллиардов рублей. При этом на научно-исследовательские работы по новому самолёту в прошлом году выделено 2 млрд рублей.

- А что за двигатель нового поколения?

- Такой двигатель создаётся раз в 40 лет. Потом следуют улучшения, модернизации, модификации, но однажды всё это перестаёт соответствовать требованиям времени. И тогда требуется двигатель нового поколения. Вот такой и создаётся для этого самолёта.

- Но это же конструкторская работа. При чём тут академический институт, фундаментальная наука, сверхпластичность? Требуется, скорее, наоборот - помочь подобрать для производства металл пожёстче, чтобы выдерживал подольше, не плавясь при больших температурах да оборудование посовременнее на Западе...

- Вот-вот. Примерно из-за этого нам поначалу трудно было работать с заводчанами. Они не верили нам, «академикам»: дескать, они только формулы писать умеют. А тут задача сложнейшая стоит: для двигателя нужна облегчённая широкохордная лопатка входного вентилятора. Если не углубляться в технические детали, то можно сказать, что без неё перспективного двигателя не будет.
Сегодня технологией их производства обладает только английская компания «Роллс-Ройс». Для облегчения лопатки она сделана полой, а требуемую конструкционную прочность ей придают внутренние гофры. Но экспорт технологии ее изготовления запрещен, нам предлагают покупать двигатель полностью. А представляете его цену, если только одна такая полая лопатка (а их на входном вентиляторе - 20) стоит 25 тысяч долларов?

И вот тут как раз и пришло время показать себя академической науке. Всё ведь начинается с формул...

Словом, со временем признали нас конструкторы и заводчане. Все мы научились разговаривать приблизительно на одном лексиконе. Руководителем работ является Объединенная двигателестроительная корпорация, основными разработчиками конструкции двигателя - пермское ОАО «Авиадвигатель». В конструкторской работе по полой лопатке участвуют также ЦИАМ, Корпорация «ВСМПО-АВИСМА». Серийно полая лопатка будет производиться на Уфимском моторостроительном производственном объединении.

- Справились, смогли сделать так, чтобы сборная конструкция полой лопатки обладала прочностью единого тела?

- Справились. На своём оборудовании.

- И как? Из чего? Что же в итоге придумали?

- Технология такова. Сначала берётся три титановых листа. Во внутреннем листе, который называется наполнителем, делаются надрезы по определённой схеме. Затем на отдельные участки внешних листов наносится антисварочное покрытие. После чего все листы диффузионно свариваются. Это такой способ сварки без расплавления за счёт взаимного проникновения атомов свариваемых деталей.

Соответственно, те места, которые покрыты антисварочным материалом, остаются не приваренными. А затем в режиме сверхпластичности уже соединённые в одно листы гнутся, выкручиваются определённым образом и, наконец, формуются - «раздуваются» изнутри. Получается цельная полая конструкция с рёбрами жёсткости внутри.

Но плюс ко всему мы единственные, кто на сегодняшний день может делать объемные и листовые наноструктурные материалы практически любых требуемых габаритов. Одним из преимуществ использования наноструктурного листа в качестве среднего из свариваемых является снижение температуры сварки. Это достигается благодаря тому, что, как мы установили ранее, формирование наноструктуры в материале значительно повышает диффузионную способность его атомов. Благодаря этому диффузия - то есть соединение металлов путём взаимопроникновения - начинается при более низкой температуре, нежели обычно. А раз температура более низкая, то удаётся избежать многих проблем, вызываемых высоким нагревом. В частности, на поверхности не образуется охрупчивающий окисел, снятие которого является сложной технической задачей.

Таким образом, 14 июля 2011 г. в 6 часов 30 минут в Институте проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук был осуществлен технологический прорыв в области авиационного двигателестроения, был дан ответ «быть своей российской гражданской авиации или нет» - быть! По разработанной в результате упорного труда в течение пяти лет технологии, основанной на сварке давлением и сверхпластической формовке, в институте впервые в России была изготовлена полноразмерная полая широкохордная лопатка для входного вентилятора авиационного двигателя нового поколения. Эта работа выполнена благодаря многолетнему сотрудничеству ИПСМ РАН со всеми перечисленными выше организациями и, в первую очередь, с конструкторами из ОАО «Авиадвигатель». Разработанная институтом технология опережает известные зарубежные аналоги.

После этого успеха нам, академическому институту, было поручено изготовить первые «боевые» комплекты лопаток. Первые стендовые испытания дали замечательные результаты. Сейчас наша задача изготовить в своем Инновационном центре еще полтора комплекта лопаток и помочь заводчанам в освоении серийной технологии.

Узнав о наших результатах, компания Роллс-Ройс через свое научно-технологическое подразделение обратилась к нам с заманчивым предложением о сотрудничестве. Особенно в нашей приоритетной области - в получении и применении объемных и листовых наноструктурных материалов. Мы взаимодействуем с зарубежными научными центрами. Но пока есть возможность работать на свою страну, и есть заинтересованность в нашей работе, мы будем прежде всего работать для России. Кстати, наш вежливый отказ поняли, и выразили надежду на взаимодействие в будущем. Во всех развитых странах самой престижной работой для ученого считается работа в интересах своей страны.

- Есть ли у вас в институте еще какие-либо фундаментальные разработки, которые идут в реальный сектор экономики?