Міцніше стали як створювалася інноваційна технологія зі скління літаків Т-50 - Військове
В Україні розроблено нові технології виготовлення скління кабін військових та цивільних літаків із силікатного скла. Такі вироби виявляються легшими і міцнішими, ніж якби вони були створені з органічних матеріалів, що застосовувалися раніше. Силікатне скло застосовується і в інших сферах — від космонавтики до житлового будівництва.
Серед дослідників космосу вже не перший рік не вщухає суперечка навколо оцінки безпеки та експлуатації Міжнародної космічної станції. Справа в тому, що в українському сегменті МКС встановлено 13 ілюмінаторів. Під час спільних обговорень роботи МКС пропонується закрити вікна в українському сегменті глухими заглушками через небезпеку виникнення дефектів у склі через удари мікрометеоритів — мовляв, безпека станції може покращитись. Але представник української сторони — директор Науково-дослідного інституту технічного скла (НДТС), заслужений діяч науки, віце-президент Академії інженерних наук РФ, доктор технічних наук, професор Володимир Солінов стоїть на своєму — багато років залишкова міцність після удару космічних мікрочастинок збереглася і різні випромінювання та інші загрози космосу ніяк не позначилися на безпеці створених в інституті ілюмінаторів, а також екіпажу, тому причин обмежувати спостереження за нашою планетою, «затемняти» роботу космонавтів в українських модулях орбітальної станції немає.
Ілюмінатори для орбітальної станції — лише один із небагатьох виробів, що випускаються в НІТЗ. Основна частина роботи вчених і технологів інституту, розташованого на південному заході Москви, звичайно, пов'язана зі створенням виробів конструкційної оптики, скління, або яктут кажуть «складні прозорі оптичні системи» для бойових літаків четвертого і п'ятого поколінь, що виробляються заводами ОАК. І з кожним роком роботи для авіації стає помітно більшою.
Силикат або органіка
Сілікатне скло - матеріал з унікальними властивостями. Його прозорість, висока оптика, теплостійкість, міцність, здатність використання різних покриттів роблять його незамінним для скління літальних апаратів. Але чому при склінні кабін літаків за кордоном і у нас перевага надавалася органіці? Тільки з однієї причини вона легша. Ще кажуть, що силікатне скло дуже тендітне.
В останні кілька років розробки матеріалознавців НІТЗ дозволили кардинально змінити уявлення про силікатне скло як про тендітний матеріал. Сучасні методи зміцнення дозволяють надати склінню для сучасних бойових літаків достатню міцність, щоб витримати удар птиці вагою близько двох кілограм при швидкості 900 км/год.
«Сьогодні спосіб зміцнення у поверхневому шарі вичерпав себе. Настав час змінювати внутрішню структуру скла, її дефектність», — каже Володимир Солінов. Цьому, як не дивно, сприяють запроваджені Заходом санкції. Справа в тому, що навіть у «досанкціонні» часи закордонні фірми за рішенням НАТО не постачали в Україну силікатне скло покращеної якості, яке використовується там для спеціальних цілей. Це змушувало НДТС використовувати архітектурно-будівельне скло. Хоча українські виробники випускають мільйони квадратних метрів такого скла, якість його не підходить для використання в авіації.
На допомогу прийшло імпортозаміщення: у Москві розпочато новий проект із проведення НДДКР та проектування принципово нового для скляної галузі обладнання.
На ньому івідпрацьовуватимуться всі процеси синтезу скла з українським пріоритетом.
Здійснювати проект довірено молодому вченому Тетяні Кисельовій. 26-річна випускниця українського хіміко-технологічного університету ім. Д. І. Менделєєва керує лабораторією, у 2015 році захистила кандидатську дисертацію. На кафедрі скла у «Менделіївці» Тетяна вивчала властивості прозорої броні. Один із її професійних викликів — розробити скло, яке за своїми властивостями перевершує один із найкращих світових аналогів — скло «геркуліт», яке Україна поки не випускає.
В основу проекту покладено новий оригінальний спосіб варіння скла. Вже сьогодні в лабораторії отримано зразки скла, конструкційна міцність яких утричі перевищує аналоги, отримані традиційним методом. Додайте до цього наявні способи зміцнення, і отримайте скло, міцність якого в кілька разів перевищує багато сортів легованої сталі. З міцнішого скла виходять легші вироби. Однак необхідно відзначити, що розробники органічного скла постійно підвищують технічні показники своєї продукції, суперечка про те, яке скло краще, не закінчено.
Уявіть собі пакет із декількох пластин силікатного скла, яким необхідно надати обтічну форму переднього козирка високошвидкісного літака.
Ще близько сорока років тому фахівці НДТС розробили технологію глибокого моліювання. У спеціальній печі закладається кілька шарів скла. Протягом кількох годин при високій температурі під власною вагою скло згинається, набуваючи потрібної форми та кривизни. При необхідності спеціальні механізми підштовхують заготівлю, змушуючи її згинатися за спеціальним графіком.
Вперше у світі зацієї технології на винищувачі МіГ-29 замінено ліхтар, що складався з трьох шибок, на одне безплетне скло з силікату.
Зі зростанням швидкостей зростали вимоги щодо теплостійкості скління, з якими органічне скло вже не могло справлятися. Одночасно посилювалися оптичні вимоги та вимоги щодо оглядовості. Кілька років тому у співпраці з Компанією «Сухою», Об'єднаною авіабудівною корпорацією було розроблено нову технологію випуску скла для Т‑50. Розробка фінансувалася авіабудівниками, частково — Міністерством промисловості та торгівлі. Істотну допомогу було надано у проведенні техпереозброєння підприємства, каже директор Технологічного центру ОАК Юрій Тарасов.
В результаті лобове скло літака Т-50 за розміром майже вдвічі перевищує розмір козирка МіГ-29, а форма виробу з класичного циліндра перетворилася на складний формат 3D.
Результат — вперше у світі із силікатного скла виготовлено лобову та відкидну частину ліхтаря літака Т‑50 (виготовляється компаній «Сухий») у 3D форматі. При цьому вага цих частин виявилася нижчою, ніж якби вони були виготовлені з органічного скла.
Досягнуті результати дали поштовх до оснащення подібним склінням літаків інших заводів та КБ, що входять до ОАК. Відразу ж виникла потреба у модернізації, заміні органічного скління на силікатне, наприклад, на літаках Як-130, Су-35, МіГ-31, МіГ-35. Після такої заміни (тобто поліпшення характеристик міцності скління) МіГ-35, наприклад, вперше розвинув швидкість до 2000 км/год, тобто зміг летіти швидше в середньому на 40%, ніж будь-який інший літак у світі.
Останніми роками серйозно змінився стиль роботи московських учених. Близько трьохсот фахівців НІТЗ виконують повний цикл — відтехнічного завдання до дрібносерійного виробництва. Тут і розробки технології, і підбір ключових матеріалів при використанні скла, і великий цикл випробувань на всі фактори, що впливають на літак, як на землі, так і в повітрі.
До сучасного скла пред'являють кілька ключових вимог, серед яких, крім високої міцності, — оптична прозорість, високе світлопропускання, що збільшують діапазон візування, антивідблиски, захист від впливу сонячної радіації та інших випромінювань, антиобмерзання, що забезпечують рівномірний питомий опір електрообігріву.
Все це досягається за допомогою нанесення покриттів аерозольним, вакуумним або магнітним способом. Потужне і складне обладнання, що випаровує метал і осаджує його на поверхню скла, дозволяють НІТС наносити будь-які покриття, в тому числі захищає від спецфакторів. складову частину кабіни літака, створили нову область науки і техніки і ввели в ужиток термін «виробу конструкційної оптики» (ІКО).Нові технології
Після різання кожну заготовку обробляють на п'ятикоординатному верстаті. Унікальний ложемент дозволяє забезпечити на ній нульові вихідні монтажні напруги. Головний технолог інституту Олександр Сіткін розповів про перспективи використання комплексу для шліфування та полірування поверхні скла: роботи, яка за потреби здійснюється поки що тільки вручну. Розроблені технології – гордість інституту.
Нещодавно готовий склоблок за допомогою герметика монтувався в металеву раму. Перехід на композиційні матеріали розробки НДТС дозволивзнизити вагу виробу на 25%, підвищити птахостійкість та ресурс скління до рівня ресурсу скління планера. Заміну скління стало можливим проводити в польових умовах.
Весь цикл виробництва ІКО триває близько півтора місяця. Більшість виробів йде на заводи-виробники ОАК, частина — на ремонтні заводи для модернізації, частина — на аеродроми ВПС, так звані аптечки. Основна частина продукції НІТЗ виконується в рамках державного оборонного замовлення.
У НІТЗ неохоче діляться відомостями про характеристики скління для бойових літаків. Але ясно, що шибки, розроблені для кабін вітчизняних цивільних літаків за низкою параметрів перевершують імпортні.
Наприклад, як можна бачити на сайті НІТС, товщина скла літаком Ту‑204 – 17 мм, товщина скла з аналогічними властивостями у літаків Boeing 787 – 45 мм.Покоління V
В останні кілька років директор інституту Володимир Солінов зумів суттєво омолодити колектив. На московському виробництві, яке нещодавно відзначило 60-річний ювілей, сьогодні працюють і молоді люди, і досвідчені фахівці. Сюди охоче йдуть студенти старших курсів «Менделіївки». Прийшовши на практику в інститут і дізнавшись, що тут зарплати по 70 тис. рублів спочатку влаштовуються простими робітниками, потім швидко доростають до технологів. Багато та досвідчених робітників.
Один із них, Микола Якунін, обробляє шибки для гелікоптерів. «Прийшов сюди одразу після армії, сорок років тому. Але якби не високий рівень автоматизації, мабуть, не витримав би. Мені навіть у хорошій фізичній формі з виробом вагою 30 кг працювати цілий день важко», — каже Якунін.Люди та цвяхи
У всьому світі розроблені для авіабудування технології, що дозволяють виготовляти шибки необхідної міцності,використовуються у багатьох інших галузях народного господарства.
Кілька років тому, щоб довести високу міцність силікатного скла, в інституті зробили скляні цвяхи. Забивали молотком. Вони могли б знайти застосування у виробах із антимагнітними властивостями.
Також ці цвяхи випробовувалися при будівництві, замість струбцин при склеюванні корпусів яхт. Але цвяхи залишилися лише екзотикою. Тепер нікому не треба доводити високі показники міцності скла — усі роботи НІТС — свідчення високої якості цього найдавнішого і водночас абсолютно нового матеріалу.
Директор інституту Володимир Солінов використовує всі свої можливості для доказу необхідності забезпечення високої міцності скла, у тому числі архітектурно-будівельного.
Він є членом Російсько-американської комісії з безпеки в космосі, про яку йшлося на початку цієї статті, а також Комісії з містобудування при Державній Думі — адже під час будівництва сучасних будівель дедалі більша частина матеріалів — скло. А це означає, що розроблені для авіації технології та матеріали у найближчому майбутньому будуть робити життя мільйонів людей дедалі комфортнішим та безпечнішим.