ВЗЛЁТ 2012 10

Соответственно, на фоне существенных инноваций объем работ велик. Однако, по мере накопления опыта, верификации математических моделей, совершенствования расчетных методов, технологий он придет к какой-то разумной величине.

Прогрессу в исследованиях также будет способствовать стабилизация характеристик композитов. Это важно для конструкторов, которые могут не «закладываться» на заметный разброс параметров материала и, соответственно, сокращать объем испытаний.

Повышение доли композитов в конструкции самолетов – это тенденция?

Прототип кессона композиционного крыла самолет МС-21 (№2) в зале статических испытаний комплекса прочности ЛА ЦАГИ

Образец панели из поликарбоната и углепластика для использования в конструкциях аэроупругих моделей

Макет конструктивно подобной модели пилона двигателя МС-21 для исследования эффектов аэроупругости. Макет изготовлен по технологии быстрого прототипирования.

Композитные материалы очень активно развиваются. Это – глобальная тенденция. Наша задача – взять рациональное, оптимальное сочетание из тех материалов, которые имеются на сегодня.

Композиты – это общее название. Есть металлокомпозиты. Есть композиты не только на базе углеродных волокон, но и на основе органических.

Будущие конструкции будут комбинированными. Даже испытываемый прототип кессона содержит около 50% металла. В зависимости от характера нагружений отдельной части конструкции, отдельного агрегата мы должны из базы имеющихся материалов выбрать то, что наиболее подходит.

Движение в направлении создания новых композитов неизбежно. Они, в частности, позволяют в дальней перспективе создать «умные» материалы при внедрении в слои и волокна интеллектуальных элементов.

Однако есть очень важный момент. Если мы берем новый материал и делаем из него конструкцию, которую 50 лет отрабатывали из алюминия, то позитивный эффект не гарантирован. Конструкция должна идти навстречу новым материалам.

Недавно мы в Германии обсуждали с коллегами результаты очень интересного совместного проекта, направленного на использование композитных сетчатых изогридных конструкций в фюзеляже. Они в нашей стране активно используются в ракетной технике. Это – пример взаимодействия развития материалов и развития конструкций.

Я думаю, что мы придем к оптимальной комбинированной конструкции, но к ней и в России, и за рубежом приходится идти через исследования, эксперименты, отработку технологий, накопление опыта проектирования и серийного производства.

Как изменяется экспериментальная база ЦАГИ в связи с проектом МС-21?

На раннем этапе мы наметили комплексный план работ по обеспечению прочности, совместно с корпорацией «Иркут» сформировали программу экспериментальных работ.

В настоящее время параллельно с испытаниями мы ведем работы по подготовке стендов, которые будут использоваться на заключительном этапе проекта. Это стенды для испытаний на ресурс и живучесть отсека цилиндрической части фюзеляжа и его отдельных панелей. Идет проектирование стендов для испытаний на статическую усталостную прочность и живучесть всего планера самолета, механизации на натурном крыле самолета, кессона стабилизатора на усталость, живучесть и статическую прочность и т.д.

Вводятся в строй большие климатические камеры, в которых можно будет испытывать крупные агрегаты, прежде всего композитные.

Надеемся, что результаты этих работ позволят создать надежный самолет с достаточно эффективной конструкцией, но впереди еще очень много работы.

Вы упомянули о проблеме аэроупругости применительно к МС-21…

Мы приступили к ее изучению на начальной стадии проекта, понимая, что конструкция самолёта с крылом большого удлинения потребует углубленного изучения нагрузок на упругое крыло и его аэроупругой устойчивости.

С использованием методик ЦАГИ, по которым ранее были просчитаны все другие отечественные конструкции, проведены подробные расчеты крыла и всего самолета МС-21.

На ранней стадии была создана поисковая аэроупругая модель крыла самолета. От аэродинамических моделей ее отличает то, что здесь воспроизведены (с соответствующими параметрами подобия) жесткостные и инерционные характеристики конструкции.

При испытаниях в аэродинамической трубе были проверены наши расчетные методы для определения границ флаттера, получены необходимые рекомендации.

Одна из разновидностей флаттера в этих компоновках связана с колебаниями двигателя. И тут очень важно найти такую оптимальную комбинацию жесткостных и массово-инерционных характеристик конструкции, чтобы при всех режимах полета, при всех вариантах заправки топливом, при всех объемах полезной нагрузки были обеспечены необходимые параметры устойчивости.

Работы в этой области продолжаются совместно с КБ. Для их ускорения мы применяем методы быстрого прототипирования, получая от «Иркута» геометрию конструкции в цифровой форме, масштабируем ее и передаем на 3D-npmrrep, который формирует готовую модель из поликарбоната. Цикл разработки модели и подготовки к испытаниям существенно сокращается. Не удивлюсь, если в будущем будут так же делаться агрегаты самолетных конструкций, и в этом направлении технологии уже активно развиваются.

В чем суть системы снижения нагрузок, которую Вы назвали новшеством проекта МС-21?

Одной из задач системы управления на МС-21 будет снижение уровня «больших» нагрузок на конструкцию за счет перераспределения аэродинамических сил.

Современные комплексные системы управления очень плотно связаны с прочностью через нагрузки. Когда самолет динамически нагружается, органы управления отклоняются, крыло и фюзеляж изгибаются, и через обратные связи, реализованные в каналах управления, отклоняются органы управления. Это влияет на нагрузки, и мы обязаны такой фактор учитывать. Чем меньше нагрузка, тем легче и изящней конструкция. Мы должны точно знать все условия нагружения и с их учетом реализовать оптимальную, рациональную конструкцию самолета.

Как выглядит Ваш комплекс прочности на мировом фоне?

Наши работы с компаниями Airbus, Boeing, Embraer, фирмами из Китая, Чехии, участие в европейских рамочных программах показывают, что мы соответствуем мировому уровню.