eng
Выпуск #7/2012
Л.Раткин
Авиационно-космическая промышленность России. Новые технологии и материалы
Авиационно-космическая промышленность России. Новые технологии и материалы
Просмотры: 2148
В августе 2012 года в Ульяновске был проведен международный авиатранспортный форум “МАТФ-2012”. По его итогам в сентябре состоялось заседание Президиума РАН, на котором рассматривались перспективы создания новых материалов и технологий для авиационно-космической промышленности России.
Теги: electric energy functional and constructional materials hypersonic flying vehicles and aviation and space systems military aviation missile weapons nanodevice diagnostics nanosystems industry strategic directions of development transport aviation building военная авиация гиперзвуковые летательные аппараты и авиационно-космические сист диагностика наноустройств индустрия наносистем ракетное вооружение стратегические направления развития транспортное авиастроение функциональные и конструкционные наноматериалы электроэнергетика
На открытии форума вице-премьер Правительства РФ Д.Рогозин подчеркнул инновационный характер представленных на сопутствующей выставке разработок и их востребованность оборонно-промышленным комплексом России. В рамках форума были проведены пленарные и секционные заседания, ряд круглых столов.
На заседании Президиума РАН генеральный директор ФГУП "ВИАМ" академик РАН Е.Каблов представил сообщение о стратегических направлениях развития материалов и технологий (СНРМТ) для авиапромышленности до 2030 года. Согласно СНРМТ, к числу приоритетных направлений относится индустрия наносистем, а к критическим технологиям – получение и обработка функциональных и конструкционных наноматериалов, диагностика наноустройств.
Основа формирования рассмотренных стратегических направлений – "Приоритетные направления и критические технологии развития техники и технологий РФ", утвержденные указом Президента страны № 899 от 07.07.2011, приоритеты модернизации экономики и технологического развития (Послание Федеральному Собранию РФ 12.11.2009), технологические платформы "Новые полимерные композиционные материалы и технологии" и "Материалы и технологии металлургии”" основные направления развития вооружения, военной и специальной техники до 2020 года и дальнейшую перспективу, ФЦП и госпрограммы, стратегия развития авиационной промышленности и ряда оборонно-промышленных корпораций до 2015 года (ОАО "Корпорация "Тактическое ракетное вооружение", ОАО "ОАК", ОАО "Вертолеты России", ОАО "УК "ОДК"), аналогичные зарубежные разработки в сфере материалов, техники и технологий. Среди основных направлений развития отечественной военной авиации отмечалось обеспечение поставок Ту-160 и Як-130, модернизация Ту-95, Ту-22МЗ, Су-35, МиГ-35 и Т-50. В сегменте транспортного авиастроения приоритет отдается модернизации Ан-124 и Ил-76, созданию среднего транспортного и легкого военно-транспортного самолетов. В гражданской авиации необходимо обеспечить модернизацию и наладить серийный выпуск Ил-96, Ту-204/214, Ил-114, Ту-334, Ан-148 и Бе-200. Докладчик отметил, что важно уделить основное внимание проектам МС-21, SSJ-100 и Ту-204СМ.
В частности, в соответствии со стратегией ОАО "ОАК" проводится модернизация выпускаемых и создание перспективных воздушных судов. Формируются крупные межпрограммные проекты, например, по созданию новых композитов для снятия статического электричества, молниезащиты, снижения влагонасыщения конструктивных элементов самолетов, авиадвигателей с использованием новых материалов.
Среди основных направлений развития вертолетной техники отмечена разработка композитных лопастей несущего винта с усовершенствованным профилем, высокотехнологичного фюзеляжа из современных материалов. Доля конструкционных материалов новых поколений, в частности, в силовых элементах планеров должна возрасти до 60%. Запланирована разработка вертолетных трансмиссий нового поколения с "сухим" редуктором и гидроэлектромеханикой. Для снижения заметности изделий в акустическом, оптическом, радиолокационном и тепловом диапазонах особое внимание уделяется наноматериалам, созданию интеллектуальных материалов с улучшенными массогабаритными, прочностными и эксплуатационными характеристиками.
По направлению тактического ракетного вооружения к новым авиационным разработкам относятся управляемые ракеты (УР) Х-58 и Х-59 "воздух-поверхность", "воздух-воздух", противокорабельные и унифицированные УР Х-31 и Х-35Э. Для вооружения ВМФ перспективны системы "Шквал-Э", "Уран-Э", "Бал-Э", "Москит". В числе перспективных проектов важно отметить комплексы различного назначения, создаваемые предприятиями отрасли в кооперации с отечественными наноиндустриальными компаниями.
На заседании подчеркивалось: поскольку в конструкции гиперзвуковых летательных аппаратов и авиационно-космических систем происходит перегрев передних кромок воздухозаборника и перемешивание горючего с воздухом, необходимо применение новых абляционных (в том числе наноматериалов) с улучшенными охлаждающими и теплоизоляционными свойствами.
Выступающий отметил, что создание многоразовых ракетно-космических систем должно обеспечить технологическое лидерство России на ближайшие десятилетия. При рассмотрении основных направлений развития космической техники необходимо учитывать, в частности, что создание ядерного ракетного двигателя с расходом рабочего тела, сопоставимым с химическими ракетами, но с большим импульсом, позволит вдвое увеличить орбитальную скорость космических аппаратов (КА).
Отмечалось также, что помимо применявшейся в КА "Буран" и Space Shuttle пассивной плиточной теплозащиты на базе микрокварцевых волокон в проектируемых системах планируется использовать свариваемые алюминий-литиевые и жаропрочные сплавы на основе Nb и Ni, композиционные материалы на базе Si и С, интерметаллические и дисперсно-упроченные соединения, включая материалы для теплообменников.
Подчеркивалось, что для двигателестроения в военной авиации важно сокращение на 15–20% удельного расхода топлива при форсированном использовании двигателя, снижение на 30–35% удельного веса всей конструкции, на 10–50% числа деталей, в шесть раз трудоемкости технического обслуживания. Важно также повысить на 50% боевую живучесть самолета и на 20% – лобовую тягу, увеличить параметры, характеризующие ресурс боевого самолета, до аналогичных значений гражданского планера, и наработку на отказ при выключении двигателя в полете при выполнении фигур высшего пилотажа на 50%. Это предполагает применение для сопловых и рабочих лопаток конструкционных и композиционных материалов с высокими физико-механическими свойствами, работающими без деградации при рабочих температурах до 2200 и 2000К, соответственно. Предполагается их использование в условиях термо- и виброциклических нагрузок без охлаждения и покрытий в течение межремонтного ресурса не менее 4 тыс.ч.
Для гражданской авиации необходимы газотурбинные двигатели, обеспечивающие надежность полета не хуже 99,95%, снижение эмиссии вредных веществ и уровня шума, повышение на 10–15% их экономичности, значительное увеличение полного ресурса, сокращение на 50% трудоемкости технического обслуживания, кратное увеличение наработки на выключение в полете. Этих параметров удастся достигнуть за счет применения жаростойких, высокоградиентных теплозащитных покрытий поверхности лопаток, предотвращающих возможную деградацию физико-механических свойств изделий при воздействии на них пламени камеры сгорания и эрозионного газового потока в условиях термо- и виброциклического нагружения в течение всего межремонтного ресурса, продолжительность которого должна составить также не менее 4 тыс.ч.
Неотъемлемой инфраструктурной компонентой аэрокосмической отрасли является электроэнергетика. Согласно энергетической стратегии России до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства РФ № 1715-р от 13.11.2009, предусмотрено создание газотурбинных установок (ГТУ) мощностью 300–350 МВт и на их основе высокоэффективных конденсационных парогазовых установок мощностью 500-1000 МВт и с КПД выше 60%. Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики России до 2020 года и в перспективе до 2030 года, одобренная Протоколом заседания Правительства РФ №24 от 03.06.2010, предусматривает отказ от паросиловых установок и переход на парогазовый цикл с КПД выше 55%. Для устойчивой работы наземных энергетических и авиационных двигательных установок и теплоэнергетического оборудования, ежегодный рынок которого оценивается почти в 15 млрд. руб., необходимо снижение затрат на производство энергии в 5–7 раз, увеличение ресурса работы ГТУ в 3–5 раз, повышение их КПД до 60%, применение эффективных ресурсосберегающих технологий и материалов, методов математического моделирования и компьютерного конструирования. Важно уделять внимание производству и переработке высокожаропрочных конструкционных материалов с повышенным уровнем служебных характеристик, в первую очередь вязкости разрушения, прочности, сопротивлением усталости, коррозионной стойкостью, термической стабильностью.
Помимо электроэнергетики для аэрокосмической отрасли важна также строительная индустрия, в которой предполагается широкое использование полимерных композиционных материалов (ПКМ). В самом деле, согласно оценкам, свыше трети потребляемых в мире ПКМ приходится на объекты строительства, среди них – коллекторы, отстойники, резервуары, туннели и подземные сооружения, в том числе паркинги, высотные здания, гаражи, атомные электростанции, металлургические комбинаты, подвальные помещения и очистные сооружения, мосты и дорожные покрытия, градирни и дымовые трубы. Наряду с ангарами и складскими помещениями военных и гражданских авиабаз они также играют важную роль в инфраструктурном обеспечении аэрокосмической промышленности, росте капиталоемкости предприятий комплекса, расширении трансфера технологий из военной сферы в гражданскую.
В числе перспектив развития зарубежной гражданской авиации отмечалась приоритетность создания коммерческих лайнеров со снижением расхода топлива более чем на 70%, сокращением на 75% выбросов оксидов азота и уровня шума до 71 дБ по сравнению с существующими авиационными нормами. Это должно привести к новым потребительским свойствам аэрокосмической продукции, связанным с изменением ряда характеристик. Например, взлетно-посадочная полоса (ВПП) проектируемого компанией Northrop Grumman авиалайнера с рабочим названием Silent Efficient Low Emission Commercial Transport должна составить всего 1500 м. Другой пример: разработка Массачусетского технологического института Double Bubble G8, в основе которой лежит принципиально новая схема – два продольно сращенных классических фюзеляжа, повышающая ряд аэродинамических параметров. Авиалайнер Volt компании Boeing будет иметь гибридную силовую установку – газовую турбину со встроенным в нее 5500-сильным электромотором. Сверхзвуковой пассажирский лайнер Icon-II – другая перспективная разработка этой фирмы – будет способен совершать перелеты на расстояние до 9000 км с крейсерской скоростью
1,6 М (выпуск лайнера намечен на 2035 год). При их разработке применимы сплавы с памятью формы, композиционные и керамические материалы, углеродные нанотрубки, самовосстанавливающаяся "кожа", другие соединения и сплавы.
Не менее привлекательны для инвесторов перспективная зарубежная военная авиатехника, разрабатываемая с применением нанотехнологий и наноматериалов. Истребитель шестого поколения Boeing предназначен для замены после 2025 года самолетов Супер Хорнет, причем возможен выпуск его пилотируемой и беспилотной версий. Гиперзвуковой беспилотник "X-51A" будет развивать скорость до 6000 км/ч, сверхскоростной легкий вертолет огневой поддержки Sikorsky при весе 2,4 т сможет двигаться со скоростью 470 км/ч. Все это, как полагают эксперты, удастся достичь за счет применения композиционных материалов. Летающий автомобиль, проектируемый международным консорциумом, состоящим из ряда зарубежных компаний, сможет при возникновении пробки на дороге трансформироваться в вертолет, развивающий скорость до 225 км/ч. Суборбитальный корабль XCOR Lynx для регулярных перевозок будет оснащен четырьмя ракетными двигателями, работающими на керосине и жидком водороде. Он сможет поднимать грузы и пассажиров на высоту до 100 км с последующим приземлением на обычную ВПП длиной 2,4 км.
В обсуждении доклада Е.Каблова принял участие ряд специалистов. В частности, вице-президенты РАН академики Н.Лаверов и С.Алдошин и академики РАН В.Бузник, В.Пармон и Е.Дианов отметили высокий уровень проводимых научных исследований и подчеркнули необходимость дальнейшего развития отраслевых научных школ. В целом в докладах на МАТФ-2012 и на заседании Президиума РАН подчеркивались:
необходимость разработки долгосрочной Программы РАН по развитию отечественного материаловедения и двигателестроения, как одного из важнейших направлений, которое должно включать поддержку и восстановление инновационного потенциала российских научных школ;
для достижения стратегических целей российских аэрокосмических предприятий целесообразность создания и серийного производства соответствующей техники исключительно за счет отечественных разработок, в том числе, из сферы наноиндустрии. ■
Фото: Л.Раткин
На заседании Президиума РАН генеральный директор ФГУП "ВИАМ" академик РАН Е.Каблов представил сообщение о стратегических направлениях развития материалов и технологий (СНРМТ) для авиапромышленности до 2030 года. Согласно СНРМТ, к числу приоритетных направлений относится индустрия наносистем, а к критическим технологиям – получение и обработка функциональных и конструкционных наноматериалов, диагностика наноустройств.
Основа формирования рассмотренных стратегических направлений – "Приоритетные направления и критические технологии развития техники и технологий РФ", утвержденные указом Президента страны № 899 от 07.07.2011, приоритеты модернизации экономики и технологического развития (Послание Федеральному Собранию РФ 12.11.2009), технологические платформы "Новые полимерные композиционные материалы и технологии" и "Материалы и технологии металлургии”" основные направления развития вооружения, военной и специальной техники до 2020 года и дальнейшую перспективу, ФЦП и госпрограммы, стратегия развития авиационной промышленности и ряда оборонно-промышленных корпораций до 2015 года (ОАО "Корпорация "Тактическое ракетное вооружение", ОАО "ОАК", ОАО "Вертолеты России", ОАО "УК "ОДК"), аналогичные зарубежные разработки в сфере материалов, техники и технологий. Среди основных направлений развития отечественной военной авиации отмечалось обеспечение поставок Ту-160 и Як-130, модернизация Ту-95, Ту-22МЗ, Су-35, МиГ-35 и Т-50. В сегменте транспортного авиастроения приоритет отдается модернизации Ан-124 и Ил-76, созданию среднего транспортного и легкого военно-транспортного самолетов. В гражданской авиации необходимо обеспечить модернизацию и наладить серийный выпуск Ил-96, Ту-204/214, Ил-114, Ту-334, Ан-148 и Бе-200. Докладчик отметил, что важно уделить основное внимание проектам МС-21, SSJ-100 и Ту-204СМ.
В частности, в соответствии со стратегией ОАО "ОАК" проводится модернизация выпускаемых и создание перспективных воздушных судов. Формируются крупные межпрограммные проекты, например, по созданию новых композитов для снятия статического электричества, молниезащиты, снижения влагонасыщения конструктивных элементов самолетов, авиадвигателей с использованием новых материалов.
Среди основных направлений развития вертолетной техники отмечена разработка композитных лопастей несущего винта с усовершенствованным профилем, высокотехнологичного фюзеляжа из современных материалов. Доля конструкционных материалов новых поколений, в частности, в силовых элементах планеров должна возрасти до 60%. Запланирована разработка вертолетных трансмиссий нового поколения с "сухим" редуктором и гидроэлектромеханикой. Для снижения заметности изделий в акустическом, оптическом, радиолокационном и тепловом диапазонах особое внимание уделяется наноматериалам, созданию интеллектуальных материалов с улучшенными массогабаритными, прочностными и эксплуатационными характеристиками.
По направлению тактического ракетного вооружения к новым авиационным разработкам относятся управляемые ракеты (УР) Х-58 и Х-59 "воздух-поверхность", "воздух-воздух", противокорабельные и унифицированные УР Х-31 и Х-35Э. Для вооружения ВМФ перспективны системы "Шквал-Э", "Уран-Э", "Бал-Э", "Москит". В числе перспективных проектов важно отметить комплексы различного назначения, создаваемые предприятиями отрасли в кооперации с отечественными наноиндустриальными компаниями.
На заседании подчеркивалось: поскольку в конструкции гиперзвуковых летательных аппаратов и авиационно-космических систем происходит перегрев передних кромок воздухозаборника и перемешивание горючего с воздухом, необходимо применение новых абляционных (в том числе наноматериалов) с улучшенными охлаждающими и теплоизоляционными свойствами.
Выступающий отметил, что создание многоразовых ракетно-космических систем должно обеспечить технологическое лидерство России на ближайшие десятилетия. При рассмотрении основных направлений развития космической техники необходимо учитывать, в частности, что создание ядерного ракетного двигателя с расходом рабочего тела, сопоставимым с химическими ракетами, но с большим импульсом, позволит вдвое увеличить орбитальную скорость космических аппаратов (КА).
Отмечалось также, что помимо применявшейся в КА "Буран" и Space Shuttle пассивной плиточной теплозащиты на базе микрокварцевых волокон в проектируемых системах планируется использовать свариваемые алюминий-литиевые и жаропрочные сплавы на основе Nb и Ni, композиционные материалы на базе Si и С, интерметаллические и дисперсно-упроченные соединения, включая материалы для теплообменников.
Подчеркивалось, что для двигателестроения в военной авиации важно сокращение на 15–20% удельного расхода топлива при форсированном использовании двигателя, снижение на 30–35% удельного веса всей конструкции, на 10–50% числа деталей, в шесть раз трудоемкости технического обслуживания. Важно также повысить на 50% боевую живучесть самолета и на 20% – лобовую тягу, увеличить параметры, характеризующие ресурс боевого самолета, до аналогичных значений гражданского планера, и наработку на отказ при выключении двигателя в полете при выполнении фигур высшего пилотажа на 50%. Это предполагает применение для сопловых и рабочих лопаток конструкционных и композиционных материалов с высокими физико-механическими свойствами, работающими без деградации при рабочих температурах до 2200 и 2000К, соответственно. Предполагается их использование в условиях термо- и виброциклических нагрузок без охлаждения и покрытий в течение межремонтного ресурса не менее 4 тыс.ч.
Для гражданской авиации необходимы газотурбинные двигатели, обеспечивающие надежность полета не хуже 99,95%, снижение эмиссии вредных веществ и уровня шума, повышение на 10–15% их экономичности, значительное увеличение полного ресурса, сокращение на 50% трудоемкости технического обслуживания, кратное увеличение наработки на выключение в полете. Этих параметров удастся достигнуть за счет применения жаростойких, высокоградиентных теплозащитных покрытий поверхности лопаток, предотвращающих возможную деградацию физико-механических свойств изделий при воздействии на них пламени камеры сгорания и эрозионного газового потока в условиях термо- и виброциклического нагружения в течение всего межремонтного ресурса, продолжительность которого должна составить также не менее 4 тыс.ч.
Неотъемлемой инфраструктурной компонентой аэрокосмической отрасли является электроэнергетика. Согласно энергетической стратегии России до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства РФ № 1715-р от 13.11.2009, предусмотрено создание газотурбинных установок (ГТУ) мощностью 300–350 МВт и на их основе высокоэффективных конденсационных парогазовых установок мощностью 500-1000 МВт и с КПД выше 60%. Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики России до 2020 года и в перспективе до 2030 года, одобренная Протоколом заседания Правительства РФ №24 от 03.06.2010, предусматривает отказ от паросиловых установок и переход на парогазовый цикл с КПД выше 55%. Для устойчивой работы наземных энергетических и авиационных двигательных установок и теплоэнергетического оборудования, ежегодный рынок которого оценивается почти в 15 млрд. руб., необходимо снижение затрат на производство энергии в 5–7 раз, увеличение ресурса работы ГТУ в 3–5 раз, повышение их КПД до 60%, применение эффективных ресурсосберегающих технологий и материалов, методов математического моделирования и компьютерного конструирования. Важно уделять внимание производству и переработке высокожаропрочных конструкционных материалов с повышенным уровнем служебных характеристик, в первую очередь вязкости разрушения, прочности, сопротивлением усталости, коррозионной стойкостью, термической стабильностью.
Помимо электроэнергетики для аэрокосмической отрасли важна также строительная индустрия, в которой предполагается широкое использование полимерных композиционных материалов (ПКМ). В самом деле, согласно оценкам, свыше трети потребляемых в мире ПКМ приходится на объекты строительства, среди них – коллекторы, отстойники, резервуары, туннели и подземные сооружения, в том числе паркинги, высотные здания, гаражи, атомные электростанции, металлургические комбинаты, подвальные помещения и очистные сооружения, мосты и дорожные покрытия, градирни и дымовые трубы. Наряду с ангарами и складскими помещениями военных и гражданских авиабаз они также играют важную роль в инфраструктурном обеспечении аэрокосмической промышленности, росте капиталоемкости предприятий комплекса, расширении трансфера технологий из военной сферы в гражданскую.
В числе перспектив развития зарубежной гражданской авиации отмечалась приоритетность создания коммерческих лайнеров со снижением расхода топлива более чем на 70%, сокращением на 75% выбросов оксидов азота и уровня шума до 71 дБ по сравнению с существующими авиационными нормами. Это должно привести к новым потребительским свойствам аэрокосмической продукции, связанным с изменением ряда характеристик. Например, взлетно-посадочная полоса (ВПП) проектируемого компанией Northrop Grumman авиалайнера с рабочим названием Silent Efficient Low Emission Commercial Transport должна составить всего 1500 м. Другой пример: разработка Массачусетского технологического института Double Bubble G8, в основе которой лежит принципиально новая схема – два продольно сращенных классических фюзеляжа, повышающая ряд аэродинамических параметров. Авиалайнер Volt компании Boeing будет иметь гибридную силовую установку – газовую турбину со встроенным в нее 5500-сильным электромотором. Сверхзвуковой пассажирский лайнер Icon-II – другая перспективная разработка этой фирмы – будет способен совершать перелеты на расстояние до 9000 км с крейсерской скоростью
1,6 М (выпуск лайнера намечен на 2035 год). При их разработке применимы сплавы с памятью формы, композиционные и керамические материалы, углеродные нанотрубки, самовосстанавливающаяся "кожа", другие соединения и сплавы.
Не менее привлекательны для инвесторов перспективная зарубежная военная авиатехника, разрабатываемая с применением нанотехнологий и наноматериалов. Истребитель шестого поколения Boeing предназначен для замены после 2025 года самолетов Супер Хорнет, причем возможен выпуск его пилотируемой и беспилотной версий. Гиперзвуковой беспилотник "X-51A" будет развивать скорость до 6000 км/ч, сверхскоростной легкий вертолет огневой поддержки Sikorsky при весе 2,4 т сможет двигаться со скоростью 470 км/ч. Все это, как полагают эксперты, удастся достичь за счет применения композиционных материалов. Летающий автомобиль, проектируемый международным консорциумом, состоящим из ряда зарубежных компаний, сможет при возникновении пробки на дороге трансформироваться в вертолет, развивающий скорость до 225 км/ч. Суборбитальный корабль XCOR Lynx для регулярных перевозок будет оснащен четырьмя ракетными двигателями, работающими на керосине и жидком водороде. Он сможет поднимать грузы и пассажиров на высоту до 100 км с последующим приземлением на обычную ВПП длиной 2,4 км.
В обсуждении доклада Е.Каблова принял участие ряд специалистов. В частности, вице-президенты РАН академики Н.Лаверов и С.Алдошин и академики РАН В.Бузник, В.Пармон и Е.Дианов отметили высокий уровень проводимых научных исследований и подчеркнули необходимость дальнейшего развития отраслевых научных школ. В целом в докладах на МАТФ-2012 и на заседании Президиума РАН подчеркивались:
необходимость разработки долгосрочной Программы РАН по развитию отечественного материаловедения и двигателестроения, как одного из важнейших направлений, которое должно включать поддержку и восстановление инновационного потенциала российских научных школ;
для достижения стратегических целей российских аэрокосмических предприятий целесообразность создания и серийного производства соответствующей техники исключительно за счет отечественных разработок, в том числе, из сферы наноиндустрии. ■
Фото: Л.Раткин
Отзывы читателей
