Composite 21 Century #8 (21) август 2013 by Anastasiya Tishkova

БАНК НА ВСЕ ВРЕМЕНА

от редакции

Журнал «КОМПОЗИТЫ 21 ВЕК» Учредитель Союз КТИ (Союз производителей труб и изделий из композиционных материалов) Издатель ООО ИД «Композиты 21 век» Генеральный директор: Алина Хованских Главный редактор: Павел Жданкин editor@composite21vek.ru Редакция: Андрей Бонс, Григорий Студнев, Алеся Крыжановская, Дарья Гефенидер Верстка: Анатолий Коньков Корректор: Яна Цимбалова Фото: Сергей Николаев, Ольга Андреева Научные консультанты: Игорь Анатольевич Герн, Александр Федорович Степченко Коммерческий директор: Дмитрий Самарцев samarcev@composite21vek.ru По вопросам размещения рекламы и распространения: Тел.: +7 (495) 785-4009 Адрес редакции: 109388, г. Москва, ул. Полбина, д.3 Тел.: +7 (495) 785-4009 info@composite21vek.ru www.composite21vek.ru Все права защищены. Материалы данного издания не могут быть использованы полностью или частично без письменного разрешения редакции. При цитировании ссылка обязательна. Мнение редакции может не совпадать с мнением авторов. Редакция не несет ответственности за содержание рекламных материалов Издание зарегистрированно в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) ПИ № ФС77—44120 от 9.03.2011 Подписано в печать: 09.08.2013 Бумага мелованная. Печать офсетная. Тираж: 10 000 экз. Цена свободная

композиты 21 век | август 2013

Павел Жданкин Главный редактор В конце августа в городе Жуковский (Московская область) пройдет Международный авиационно-космический салон (МАКС), на который съедутся ведущие представители отрасли. Мы не смогли пройти мимо столь важного события и посвятим этот номер журнала «Композиты 21 Век» именно МАКСу. В этом нет ничего удивительного, если вспомнить, что в авиации и космонавтике широко применяются композитные материалы. Именно в конструкции летательных аппаратов композиты проявили свои лучшие качества и привлекли внимание не только промышленников из других областей, но и взоры государств на самом высоком уровне. Ведь без композитов современные достижения авиации и космонавтики были бы попросту невозможны. Поэтому МАКС интересен не только с точки зрения тех или иных конструкторских решений, но и с позиций материалов, которые позволили воплотить эти решения в жизнь. На МАКСе мы увидим опытные образцы самолетов и боевых комплексов, а также экспериментальные установки, которые по ряду причин не могут демонстрироваться за рубежом. Конечно, среди экспонатов будет много техники еще советского образца, но они выставляются скорее, что называется для количества, и тоже по-своему интересны. В этом номере есть материал о вертолетах опытно-конструкторского предприятия Камова, в конструкции которых широко применяются композиты (см. «Композиты в каркасных конструкциях», стр. 48). Еще один материал посвящен космическому телескопу нового поколения James Webb Space Telescope, который придет на смену знаменитому «Хабблу» и также создан с применением композиционных материалов (см. 52 «Наблюдательный пункт за Вселенной»). Это лишнее подтверждение тому, что композиты и аэрокосмические разработки связаны теснейшим образом, и развиваются параллельными темпами. Конструкторы бросают вызов создателям композитов, требуя от них сверхсовременных материалов, способных вести себя должным образом при сверхнизких и сверхвысоких температурах. Ученые этот вызов принимают и с блестяще выполняют поставленные перед ними задачи. В Жуковском мы можем посмотреть на результаты работы тех и других, а также узнать о том, чего нам ждать в ближайшем и отделенном будущем. Так что встретимся на МАКСе!

в номере

18 Профессиональное

30 Мечтать не вредно

Два юбиляра

оборудование из Македонии

Сорбция и диффузия влаги

Настоящий

в слоистых металлополимерных

универсал

44 Чудеса на виражах

композиционных материалах типа «СИАЛ»

Композиты

Наблюдательный

Достижения НИАТ

в каркасных

пункт за Вселенной

в области

конструкциях

композиционных материалов

композиты 21 век | август 2013

Новости | коротко

август 2013 | композиты 21 век

коротко | Новости

Игуана шестого поколения

Ванна или гамак? Удивительно, что идея совместить гамак и ванну не пришла кому-нибудь в голову раньше. До этого додумались дизайнеры компании Splinter Works. Ироничный предмет интерьера его создатели описывают как «искусство релаксации». Ванна не парит в воздухе, а подвешена к стенам. Еще она может быть установлена кронштейны, на которые вешают обычные гамаки, когда их не к чему привязать. Водосточной трубы у ванны нет: сток

осуществляется через простое отверстие. Наполняется она с помощью крана, шланга или другого предмета. Конструкция длиной 2,7 м выполнена из углеродного волокна, в результате чего ванна получилась легкой, а ее форма — замысловатой. Между слоями композита проложен слой пенопласта, который не дает стенкам быстро остывать. Ванна доступна в красном, синем, желтом, розовом, бронзовом и серебряном цветах.

Деньгам открыт В Канаде разработали первый в мире опенсорсный (open source — открытый источник по-английски) самолет, и сейчас его дизайнеры планируют найти средства, чтобы закончить этот проект. Целью проекта «Maker Plane» является разработка маленького двухместного самолета, который может быть квалифицирован как легкое спортивное воздушное судно, и будет доступным, безопасным и простым в управлении. Но в отличие

композиты 21 век | август 2013

от других самодельных самолетов, когда небольшие компании или конструкторыодиночки требуют денег за свои творения, Maker Plane планирует раздавать его чертежи бесплатно. Концентрируясь на дизайне самого самолета (фюзеляж, крылья и так далее), команда Maker Plane помогает объединить тех, кто заинтересован в создании своих собственных опенсорсных компонент, таких например, как полетный компьютер или радио. Они даже покажут вам, где вы сможете добыть чертежи для строительства вашей собственной системы контроля трафика и избегания столкновений. Структурные части самолета, включая его фюзеляж, будут производиться из композитов. Эта техника хорошо изучена и уже зарекомендовала себя с лучшей стороны. Более мелкие компоненты, вроде кнопок и рукояток, будут печататься на 3D принтере.

Студенты Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ) построили гоночный болид по требованиям чемпионата Формула-Студент. Автомобиль Iguana Generation 6 собран в одном экземпляре. В конце июля эта машина дебютирует на немецком этапе международного первенства, где станет единственным представителем России. В случае выхода в производство себестоимость Iguana Generation 6 составит $17 000. Соревнования Формула-Студент для учащихся инженерных специальностей проводятся больше 20 лет. Участникам необходимо построить гоночный болид, предоставить судьям всю документацию, пройти технические проверки и рассказать о перспективах собранного автомобиля на рынке. После этого машины выходят на старт коллективного заезда. Участие профессиональных пилотов запрещено: в большинстве случаев за руль садятся члены студенческих команд. Последние семь лет в конкурсах регулярно участвует команда «Формула Студент МАМИ».В 2012—2013 учебном году в состав коллектива вошли 20 человек. На протяжении первых пяти месяцев они проектировали болид на компьютере, после чего приступили к производству. Большинство материалов предоставили спонсоры и партнеры команды, сама сборка проходила в помещениях МАМИ. Iguana Generation 6 стал шестым автомобилем, разработанным студентами университета. Предыдущие модели также участвовали в Формуле-Студент, но ни разу не выигрывали соревнования в общем зачете. Тем не менее расчетная стоимость этих автомобилей была систематически ниже, чем у конкурентов из Европы и США, что позволяло россиянам отыгрывать баллы. В основе нового болида гибридная трубчатая рама, сделанная из стали и алюминия с карбоновыми вставками. Кузов выполнен из углепластика. На место силовой установки студенты поместили доработанный мотоциклетный двигатель Honda CBR600F4i с четырьмя цилиндрами. Мотор объемом 600 кубических сантиметров выдает 85 лошадиных сил. В отличие от стандартного агрегата, модифицированная модель получила сухой картер. Студентам также удалось на 80 миллиметров снизить центр тяжести двигателя.

август 2013 | композиты 21 век

коротко | Новости Крупным планом

«РТ-Химкомпозит» спасает речной флот В России впервые будут построены речные суда из композитных конструкций, обладающие малой осадкой. С этой целью холдинг «РТ-Химкомпозит» в рамках проекта с группой компаний «Технотранс» проведет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию универсальных модульных судовых платформ. «Модульная конструкция позволяет с минимальными затратами изменить функциональное назначение судна, обеспечить полную разборку для транспортировки к удаленному месту дальнейшей эксплуатации, а также производить во время ремонта срочную секционную замену корпусных модулей, — отметил генеральный директор «РТ-Химкомпозит» Сергей Сокол. — Модули для судов будут изготавливаться

методом вакуумной инфузии. Эта технология позволяет получать сложные композиционные поверхности больших габаритов, но при этом довольно недорогим способом». По его словам, актуальность решения этой задачи обусловлена тем, что «многие российские реки обмелели, и не все суда могут по ним пройти». «У предлагаемых универсальных модульных судовых платформ осадка составит примерно 1,2 метра», — уточнил Сокол. Кроме того, по оценке специалистов, модульный принцип «позволит снизить себестоимость производства судна до 40%» по сравнению с традиционными методами постройки. Считается, что суда новой конструкции из композитов будут иметь водоизмещение 200—400 тонн.

Взгляд с той стороны Космическая станция «Кассини» сделала лучший снимок Земли из дальнего космоса. Единственный, на котором четко различимы Земля и ее естественный спутник, фото также отличается низким уровнем шумов и правильной выдержкой. Предыдущие снимки, сделанные в другое время другими аппаратами либо зашумлены, либо пересвечены, либо (как в случае со снимком «Кассини» 2006 года) планета видна через пылевое кольцо. Снимки Земли из дальнего космоса, как поясняют специалисты NASA, являются

композиты 21 век | август 2013

большой редкостью по ряду технических причин. Их сложно сделать из-за малого углового расстояния от Земли до Солнца при наблюдении издалека (яркий свет может повредить матрицу камеры и потому ее не поворачивают в сторону Солнца), поэтому на сегодня их всего несколько. Один кадр был сделан «Вояджером‑1» в 1990 году, один выведенным на орбиту Меркурия MESSENGER, еще несколько кадров получили при помощи отправленных к астероидам и кометам автоматических зондов.

Опора на композит На юге Тюменской области энергетики ввели в опытную эксплуатацию опоры линий электропередачи 110 кВ из стеклопластикового композита. Они заменили старые — железобетонные — в рамках программы реновации оборудования ОАО «Тюменьэнерго». Это один из первых опытов применения опор из композитных материалов в Западной Сибири. Опоры смонтированы в Казанском и Ялуторовском районах Тюменской области на одноцепной линии Ишимского ТПО 110 кВ «Казанка — Дубынка» и двухцепной линии Южного ТПО «Декабристов — Криволукская», «Декабристов — Беркут». Первый опыт монтажа композитных опор в Западной Сибири завершился успешно, более того, экспериментальное оборудование уже прошло «боевое крещение»: практически сразу же Тюменская область попала в зону активности обширного циклона, который обеспечил региону неделю аномальных осадков, ветра и несвойственного летним месяцам понижения температуры. Теперь еще и персонал «Тюменьэнерго» в течение года будет испытывать инновационное оборудование, по итогам экспертная комиссия подготовит заключение о возможности применения опор такого типа в строительстве высоковольтных линий электропередачи и рекомендации по дальнейшему использованию. Опоры из композитных материалов рассматриваются как реальная альтернатива бетонным и металлическим предшественникам, уже сейчас очевиден ряд их преимуществ. Срок эксплуатации этого оборудования — от 65 до 125 лет, в зависимости от условий. Материал опор инертен, не подвержен коррозии и гниению и не оказывает влияния на окружающую среду. Необходимый цвет можно задать уже в процессе производства, а это означает снижение затрат на регулярную окраску конструкций во время эксплуатации.

август 2013 | композиты 21 век

Август 2012 | Composite 21 Century

коротко | Крупным планом

Концерн BMW официально представил первый собственный электрокар i3. Проехать автомобиль может от 130 до 160 км. Новинка оснащена 170‑сильным электромотором и ионным аккумулятором. Если использовать в один из специальных режимов, то можно проехать на 40 км. больше. Использование в конструкции BMW i3 сверхлегкого композита и алюминия позволило снизить его снаряженную массу примерно на 250—350 кг, компенсировав вес аккумуляторных батарей В комплектацию, по желанию, может быть включен бензиновый двигатель, который начинает работать тогда, когда закончится заряд батареи. Новый электрокар заднеприводный. На полной зарядке и при полном девятилитровом баке автомобиль может проехать 300 км.

композиты 21 век | август 2013

Крупным планом | коротко

август 2013 | композиты 21 век

коротко | Цифры месяца

10 секунд понадобилось жительнице Южной Кореи, чтобы провалить экзамен по вождению примерно. После своего фиаско незадачливый водитель стал героем Интернета, видео посмотрело несколько сотен тысяч пользователей сайта Youtube. На ролике видно, как машина, управ-

4‑летний Бобби Тафтс вновь стал

мэром небольшого американского городка Дорсет в штате Миннесота. По заведенной здесь давней традиции, в воскресном голосовании мог принять участие любой желающий. Для этого нужно было заплатить символическую таксу в размере одного доллара и опустить листок бумаги с именем своего любимого кандидата в одну из урн, расставленных в местных магазинах.

композиты 21 век | август 2013

ляемая кореянкой, трогается с места, а через несколько секунд автомобиль съезжает с дороги. Спустя мгновение машина заваливается на бок, а затем переворачивается и падает вверх колесами. Все происходящее сопровождается криками инструктора по вождению. Помочь подвести итоги голосования Бобби попросил одного из местных жителей, который должен был с завязанными глазами вытянуть из шляпы, в которую были сложены все бюллетени, бумажку с именем нового градоначальника. Мужчина достал из головного убора имя Бобби. Как призналась мама мальчика Эмма Тафтс, они с сыном были шокированы результатами проведенного голосования. Бобби был очень обрадован своему переизбранию, однако через некоторое время устал от чрезмерного внимания окруживших его журналистов и попросил у мамы разрешения «пойти поиграть с ребятами». Согласно городскому уставу города Дорсета, «мэр должен важно расхаживать с тростью по городу, регулярно петь и танцевать с горожанами». Стоит отметить, что выборы мэра Дорсета носят светаки шуточный характер, так как он управляется властями штата. В этом крошечном городке проживают немногим более 20 жителей, здесь насчитывается 14 строений, которые стоят вдоль одной единственной небольшой улицы. Даже здания мэрии в Дорсете нет.

17‑летний Феликс Земдегс стал чемпионом мира по сборке кубика Рубика. Он сумел собрать головоломку за 8,18 секунд (среднее время сборки по сумме попыток). При этом в одной из попыток Феликс справился с классическим кубиком за 7,36 секунды. Кроме того, он выиграл конкурсы по сборке большого кубика и по сборке головоломки одной рукой. Второй результат по сумме всех попыток показал голландец Матс Валк, являющийся рекордсменом по скорости составления кубика Рубика (5,55 секунды). Его среднее время составило 8,65 секунды. Третий результат на чемпионате, проходившем в Лас-Вегасе, показал немец Себастиан Вайер. Он справился с головоломкой за 8,86 секунды. Всего за титул чемпиона боролись 575 участников из 37 разных стран мира. Лидерами в общекомандном зачете по выигранным наградам стали американцы (у них 14 побед). В 2012 году Феликс Земдегс установил мировой рекорд по сборке кубика Рубика. Его результат составил 5,66 секунды. Тем не менее, недавно новое достижение было установлено давним соперником австралийца Матсом Валком. Чемпионат мира по сборке кубика Рубика проводится раз в два года. В 2011 году Земдегс занял третье место, а победил поляк Михал Плескович. Головоломку, известную как кубик Рубика, предложил в 1974 году венгерский архитектор Эрно Рубик. Сборка игрушки на скорость носит название speedcubing. Ежегодно в мире проводится несколько соревнований по спидкубингу. Считается, что кубик Рубика — лидер среди игрушек по общему количеству продаж: по всему миру было продано порядка 350 млн. кубиков Рубика, как оригинальных, так и различных аналогов.

Цифры месяца | коротко

$380 000 потратил личных денег один из сооснователей Google Сергий Брин на создание первого в мире «бургера из пробирки». Выращенное в условиях лаборатории из стволовых клеток коровы мясо попробовали на вкус два добровольца. Одной из них оказалась ученый-диетолог Ханни Рутцлер. Ее вердикт — котлета в поданном блюде обладала вкусом «близким к мясу», но она была «не такой сочной», как «природный» эквивалент. Ее коллега по дегустации Джош Шонвальд, профессиональный кулинарный критик, согласился с ней

$22 000 в месяц будет платить аме-

риканская певица Леди Гага за апартаменты в Нью-Йорке. Площадь элитной квартиры с видом на Центральный парк составляет 180 м2. Она расположена в здании 1940‑х годов постройки. В двухуровневом пентхаусе есть две спальни, две ванные комнаты, гостиная, кухня, столовая, два камина и четыре террасы. В разное время

в том, что «текстура продукта напоминает мясо». Но отсутствие жира, по его словам, «создает иной вкус». Сервировал жареное на сковороде с маслом блюдо создатель искусственного мяса — профессор нидерландского Университета Маастрихта Марк Пост. «Мне кажется, что начало очень хорошее, многбещающее. Оно доказало, что мы можем это сделать, изготовить данный продукт и получить базу, от которой можно отталкиваться в дальнейшем. Мне это очень приятно», — сказал он.

в этих апартаментах проживали велогонщик Лэнс Армстронг и актриса Лайза Минелли. В январе 2013 года сообщалось, что Леди Гага планирует купить часть калифорнийского ранчо Майкла Джексона Neverland. Певица намерена помочь семье Джексона восстановить имение площадью 1210 гектаров и сохранить его для детей «короля поп-музыки».

Семь часов посвятил любимой

игре в гольф президент США Барак Обама. Компанию Обаме составили давние друзья из штата Гавайи, где родился будущий президент, и Чикаго, в котором он получил образование и сформировался как политик. Участие в игре, продолжавшейся с раннего утра до середины дня, также приняли несколько постоянных партнеров Обамы по гольфу из числа сотрудников Белого дома. Как выяснилось, победители, включая самого президента, отправились потом на вертолете в загородную резиденцию Кэмп-Дэвид, расположенную в предгорьях Аппалачей (штат Мэриленд). А вот проигравшим пришлось добираться туда в течение нескольких часов на автомашинах.

В 10 раз планируется увеличить энергоемкость литий-ионных аккумуляторов, используемых в смартфонах и электромобилях. Революционной разработкой занимается компания Shin-Etsu Chemical. Новая технология предполагает замену традиционного для литий-ионных аккумуляторов материала на основе углерода аналогом из кремния. Безусловно, стоимость новых аккумуляторов будет выше, нежели используемых в настоящее время, однако возможности их энергоемкости и удобство использования окупят расходы с лихвой. Даже если новая разработка окажется не столь революционной, как предполагают сотрудники компании, она все равно поможет в разы реже заряжать аккумуляторы. август 2013 | композиты 21 век

Бизнес | Правительство

Композитами занялись на высшем уровне Премьер-министр РФ Дмитрий Медведев утвердил «дорожную карту» развития производства композитных материалов.

риоритетом развития отрасли будет открытие массовых рынков продукции, которые смогут обеспечить ей необходимый денежный поток для запуска инвестиционных проектов и дальнейшего развития. Ожидается, что к 2020 году объем производства композитных материалов и изделий из них в РФ составит 120 млрд. рублей, объем потребления продукции на душу населения — 1,5 кг/год, доля экспорта — 10%. Кроме того, предусмотрены разработка и принятие к 2020 году не менее 553 нормативно-технических, нормативных правовых и иных документов, необходимых для развития отрасли, восьми отраслевых программ по применению композитных материалов в смежных отраслях, 20 региональных программ. Композитные материалы представляют собой многокомпо-

композиты 21 век | август 2013

нентные материалы, состоящие из полимерной, керамической, металлической, углеродной или другой основы, армированной наполнителями. Они широко применяются в различных секторах экономики: в строительстве, ЖКХ, энергетике, на транспорте. Активизация государства в развитии рынка композитов позволит получить преимущество многим отраслям экономики. Но ощутимый эффект проявится спустя годы из-за неповоротливости системы сертификации и консервативности потребителей. Главным участники рынка считают формирование нормативной базы: отсутствие техрегламентов на изделия из композитных материалов сильно сдерживало развитие отрасли. Но пока нет большой уверенности в успехе «дорожной карты», поскольку она не предусматривает финансирование меро-

приятий, отдавая все на откуп профильным министерствам. По словам заместителя генерального директора Холдинговой компании «Композит» Владимира Хлебникова, почти все предложения участников рынка вошли в документ и все проблемы отрасли отражены. Но за этим планом мероприятий ни рубля нет, все будут финансировать отраслевые министерства по другим программам, и неизвестно, насколько усердно они будут это делать. В России строятся большие мощности по производству базовых полимеров, а композиты пока остаются нишевым сегментом. Как считает генеральный директор CREON Energy Санджар Тургунов, российским производителям следует ориентироваться на мировую практику и работать на глобальный рынок, не замыкаясь на отечественных потребителях. Если этого не произойдет, то дальнейшего развития отрасли ждать не стоит и сегмент композиционных материалов по-прежнему будет полностью зависеть от государственных заказов и поддержки. Уже сегодня мы видим, что в отрасли наметились положительные тенденции, в частности, в Татарстане строится завод по переработке углеводородных волокон композитов «АлабугаВолокно» — совместный проект ХК «Композит» и госкорпорации «Росатом». Сейчас там происходит монтаж оборудования; запуск производства запланирован на конец года. Что касается новых предприятий, то минпромторг планирует строитель-

Правительство | Бизнес ство завода мощностью порядка 5 тыс. т в Калужской области. Однако подобные проекты требуют больших инвестиций, которые одному частному сектору непосильны. К тому же в России нет конкуренции, что также приводит к отставанию отрасли в развитии. По словам начальника отдела композиционных материалов «ОКБ Сухого» Бориса Морозова, наблюдается тенденция роста доли композитов в изделиях авиационной техники. Вытеснение классических конструкционных материалов из элементов планера современных самолетов происходит за счет чрезвычайно высоких удельных упруго-прочностных характеристик. Особенностью композитов также является возможность направленного управления свойствами материала исходя из условий работы конкретной конструкции, что позволяет существенно снижать вес изделия, а следовательно, увеличивать

прибыльность авиаперевозок. Среди проблем отечественного рынка композиционных материалов директор научнотехнического центра «Группы Полипластик» Данил Кобыличенко называет прежде всего ограниченный ассортимент сырья российского производства, практическое отсутствие

собственного производства химикатов‑добавок, несоответствие продукции мировым стандартам качества, длительные циклы проведения испытаний на стадии внедрения, недостатки в процедуре создания и тестовых испытаний литьевых форм, несовершенство нормативной базы испытаний полимерных материалов. На ближайшие годы перспективными областями развития композитов в России Д. Кобыличенко считает материалы для автомобильной промышленности, строительной индустрии (алюмокомпозитные панели (АКП) и декоративный сайдинг), бытовой техники, а также технологические концентраты и термоэластопласты для различных областей применения. до 2015 года. Насколько наша «дорожная карта» поможет нам догнать мировых лидеров, во многом зависит от неукоснительного ее выполнения. rg.ru

август 2013 | композиты 21 век

Бизнес | Предприятие номера

Профессиональное оборудование из Македонии Микросам АО — это одна из первых частных компаний бывшей Югославии, основаная в 1990 году. Общая информация

Начиная свой путь в композиционной промышленности, сотрудники компании — высокопрофессиональные инженеры и университетские профессора — создавали современные технические решения и проводили профессиональные консультации. Немного позже компания начала инвестировать в собственные производственные цеха, где занялась развитием современных специализированных машин для индустрии, связанной с композиционными материалами. Сегодня Микросам АО — это компания, полностью ориентированная на экспорт, которая уже

композиты 21 век | август 2013

поставила более 160 производственных линий в 35 стран мира (в том числе страны ЕС, Китай, Россию, Индию и т. д.). Создавая оборудование, полностью удовлетворяющее потребности клиентов, компания видит свое будущее в развитии инновационных технологий в композиционной промышленности. Принципы и ценности компании: — взаимодействие интер-дисциплинарных областей с целью создания высококачественного продукта; — дисциплинированные и амбициозные кадры, желающие преуспеть в своем деле;

— атмосфера сотрудничества с целью удовлетворения всех потребностей клиентов; прогрессивная образовательная поддержка общества.

Технический аспект

Микросам АО достигает своих целей, концентрируя свое внимание на трех областях: — управление движением и автоматизация процессов; — развитие специализированного программного обеспечения; — экспертиза в композиционном производстве. Микросам АО является единственной в мире компанией, которой удалось развить все основные

Предприятие номера | Бизнес композиционные технологии: современные машины для намотки волокна, автоматизированные линии для производства резервуаров под высоким давлением, машины для производства препрега с использованием термореактивных и термопластиковых смол (однонаправленная препрег лента, препрег ткань и препрег нити), машины для пазрезки/ намотки препрега, машины для автоматизированной выкладки волокон и лент, машинные центры для обработки композитов и интегрированные производственные линии. С целью облегчить и улучшить работу на машинах, команда экспертов Микросам АО занимается развитием контрольных систем и программного обеспечения для создания и симмулирования программ намотки (WindingExpertTM), а также программного обеспечения для offline программирвания работы на машинах для автоматизированной выкладки нитей и лент, с возможностью определения композиционного слоя и генерирования G‑кода.

высоким давлением включает в себя необходимые машины и систему автоматизации для производства резервуаров Типа 3 и Типа 4 под высоким давлением (LPG для применения в быту, CNG для применения в автомобилях и автобусах, воздушные емкости). Компания предлагает своим покупателям решение «под ключ» — полностью автоматизированные линии с производительностью от 30 000 до 1 000 000 емкостей в год. Пропиточная машина — Li 3000

Новые проекты

Пропиточная машина — Li 3000 Новейшая линия пропиточных машин производства Микросам АО поднимает на более высокую ступень стандарты передовых пропиточных технологий и качество препрега, предлагаемого на рынке. Программа развития данного оборудования ведет компанию к производству серии машин с множеством функций, в которые интегрируются новейшие инженерные знания и богатый опыт работы с композиционными материалами. Общие характеристики Li 3000 • передовая пропиточная линия; • специальная система обогрева, включающая инфракрасный и воздушный обогрев; • широкий ассортимент применяемых наполнителей — от арамидной бумаги до разных видов ткани; • современная система дозировки смолы; • возможность применения разных смол — с растворителями и без;

Машина для мокрой и сухой намотки — MAW 20 FB 5—1

• 3‑компонентная система автоматического смешения смол; • система измерения веса непропитанного и пропитанного материала; • специальная система транспортировки и натяжения ткани; • система управления процессом; Технические данные • ширина материала: до 2000 мм; • вес материала: до 1000 g/m2; • инфракрасный обогрев: 40—150 °C; • поток горячего воздуха: 80—250 °C; • скорость процесса: до 20 м/мин; Машина для мокрой и сухой намотки — MAW 20 FB 5—1 — с двумя встроенными головками: одна для процесса мокрой намотки, другая — для процесса сухой намотки препрег лентой. Автоматизированная линия для производства резервуаров под

Стандартное предложение Микросам АО включает:

— автоматические транспортные системы; — намоточная машина с пятью шпинделями; — система автоматической отрезки и повторной установки волокон; — пропиточная ванна и система автоматической добавки смолы; — печь полимеризации; — необходимое дополнительное оборудование; — TCON — система управления и контроля качества. Микросам АО — это компания, которая постоянно стремится удовлетворить потребности своих покупателей, непрерывно улучшая свое производство и отдавая себе отчет в том, что возможности прогресса бесконечны. Во всех машинах, предлагаемых компанией Микросам АО, встроены

август 2013 | композиты 21 век

Бизнес | Предприятие номера высококачественные компоненты известных мировых производителей, и каждая новая единица оборудования конструируется в соответствии с параметрами, данными покупателем, его бюджетом и целью применения конечного продукта. С 2012 года Микросам АО имеет новую современную лабораторию — это результат 23‑летнего опыта воплощения бизнес-идей покупателей. В лаборатории проводятся испытания, демонстрируются разные композиционные технологии, проводятся технические консультации для покупателей, чтобы их выбор оборудования оказался оптимальным.

Корпоративная общественная ответственность

Кроме своей основной деятельности, Микросам АО постоянно инвестирует и в свою корпоративную общественную ответственность. В 2005 году компания основала академию, в которой проводятся курсы для талантливой молодежи, на которых они изучают основы машинной и электро-технической инженерии, а также их промышленное применение. Начиная с прошлого года, Микросам АО предлагает и курсы, желающих получить необходимую квалификацию в композиционных производственных процессах. Осознавая свои возможности, компания предлагает работу тем

композиты 21 век | август 2013

Российский рынок

своим выпускникам, которые показывают лучшие результаты в процессе обучения на курсах, и постоянно инвестирует в улучшение квалификации своих сотрудников. Им предлагается возможность участия в международных конференциях и семинарах, современная техническая поддержка, библиотека с профессиональной научной литературой. Лучшим же инженерам компании предоставляется возможность обучения в аспирантуре, с целью обогащения знаний в области современных композитов и робототехники. Этим летом компания начала реализацию своего нового проекта — летнего лагеря для молодежи, в котором ребята обучаются на курсах по введению в композиционную отрасль и робототехнику.

Микросам АО поставляет большую часть своей продукции на российский рынок. Опираясь на собственный опыт и статистические данные, Микросам АО отмечает увеличение конкурентноспособности российской композиционной промышленности и ускоренный рост инвестиций в автоматизацию производственных процессов и модернизацию оборудования в России. Помимо этого, увеличивается необходимость в замене старых машин на современных промышленных роботов. Среди всех технологий и инженерных решений компании Микросам, на российском рынке наибольшим спросом пользуются машины для сухой и мокрой намотки, а также пропиточные машины. Огромным достижением последних двух лет стали первые поставки машин для автоматизированной выкладки волокон и лент. Чаще всего машины, произведенные компанией Микросам АО для России, применяются в авиаи космической промышленности; в вертолетостроении; в чувствительных областях, где необходима высокая точность, не терпящая даже минимальных ошибок; в промышленности, связанной с транспортировкой воды, газа, нефти; в автомобильной промышленности и др. Сегодня Микросам АО может открыто говорить об удачном бизнес-сотрудничестве с российскими компаниями, которые решили модернизировать свои производственные мощности и процессы благодаря машинам компании. Микросам АО поставляет свое оборудование многим компаниям, находящимся в составе таких корпораций, как Федеральное космическое агентство (Роскосмос), «Ростехнологии», «Росатом», «Вертолеты России» и др. По словам представителей компании, доверие российских покупателей имеет стратегическое значение для Микросам АО и является мотивацией для последующего развития инновационных решений.

??? | рубрика

август2012 2013| |Composite композиты 21 век 21 Октябрь 21 Century

композиты 21 век | август 2013

август 2013 | композиты 21 век

история | Самолет

Два юбиляра

110 лет с первого полета, 100 лет первому цельнодеревянному бомбардировщику. Текст: Дарья Гефенидер Фото: архив автора

Без единого гвоздя

Когда-то в магазинах продавались, а может быть и сейчас продаются, такие наборчики из тоненьких деревянных брусочков, проволочных скобочек, папиросной бумаги и клея. Скрепив все содержимое коробочки, можно было заполучить собственный самолетик. Те, кто собирал в детстве эти модельки, имеют достаточно полное представление о заре авиастроения. Только брусочки у авиаторов‑первопроходцев были побольше. В далеком 1882, в американском штате Индиана, братья Орвилл и Уилбер Райты наладили производство велосипедов под собственной торговой маркой. И это колесно-педальное чудо техники было куда более продвинутым в области использования современных материалов, чем тот самолет, на котором они совершили самый первый в мире двенадцатисекундный полет. За ис-

композиты 21 век | август 2013

ключением, конечно, самого мотора, установка которого на планер и была основным замыслом. В основе всей конструкции первого самолета была рама из еловых брусков. Оба крыла — те же рамы с набором деревянных лонжеронов, обшитых муслином. Между собой крылья биплана закреплялись при

Первый полет. 1903 год

Так тогда выглядели авиакатастрофы

помощи опять же деревянных распорок и растяжек из проволоки. Спереди крепился руль высоты. Даже пропеллеры, несмотря на свои внушительные размеры в 2,6 м в диаметре, были склеены из трех тонких еловых пластин. ВСЁ! Та же моделька самолета, только в реальную величину. Кстати, используй братья Райт для придания винтам прочности вместо одного из еловых слоев другое дерево (этот прием известен с древних времен и применялся, к примеру, при изготовлении луков), можно было бы со стопроцентной уверенностью сказать, что они были пионерами использования в авиастроении композитных материалов. Не слишком прочные, но легкие деревянные конструкции давали возможность слабосильным моторам поднимать самолеты в воздух и долгое время не находили себе равноценной замены. Пусть первые цельнометаллические самолеты и начали строить в 20‑е годы, но дерево широко использовались в самолетостроении даже после второй мировой войны.

Самолет | история ХАРАКТЕРИСТИКИ Самолета братьев Райт 1903 1. Длина 6,4 м 2. Площадь крыльев 47 м2 3. Двигатель 1х12 л.с. 4. Сухой вес 274 кг

5. Полетный вес 338 кг 6. Скорость 15,6 км/ч 7. Высота полета 3 м, расстояние от места старта 244 м 8. Экипаж 1 человек

1. Крыло. Изгиб конца крыла — для нагнетания воздуха под крыло аппарата и для разряжения воздуха над крылом 2. Руль направления. Отклонение руля направления для горизонтальной стабилизации 3. Руль высоты. Отклонение руля высоты для вертикальной стабилизации 4. Рычаг управления рулем направления, то есть горизонтальным стабилизатором 5. Рычаг управления рулем высоты, то есть вертикальным стабилизатором 6. Двигатель. Сплав: 92% алюминия, 8% меди. Мощность 12 л. с. Вес 78 кг. 7. Пропеллеры, 2,6 м в диаметре 8. Топливный бак на 1,5 литра топлива. Точнее это два бака — один в другом, для того, чтобы топливо поступало с нужной скоростью 9. Радиатор, чтобы охлаждать мотор. Совсем неэффективный — мотор все равно перегревался через несколько минут 10. Приборная панель: анемометр, термометр и часы. К этому набору прилагалась рулетка, чтобы измерить дальность полета 11. Рама планера 12. Тросы для перекоса крыла (предок элерона). Они же будущие рули крена 13. Муслиновое покрытие крыльев 14. Такелаж

август 2013 | композиты 21 век

история | Самолет ХАРАКТЕРИСТИКИ БОМБАРДИРОВЩИКА C-22 «ИЛЬЯ МУРОМЕЦ» 1913 1. Длина 17,5 м 2. Площадь крыльев 125 м2 3. Двигатели 4х150 л.с 4. Сухой вес 3100 кг

5. Полетный вес 4600 кг 6. Скорость 120 км/ч 7. Максимальная высота полета – 3500 м 8. Экипаж 4-8 человек

1. Элероны. 2. Полотняная, покрытая лаком обшивка крыла. 3. Нервюры. 4. Расчалки из рояльных струн. 5. Двигатели с водяными радиаторами.

Как фанера над Берлином

Лучшим примером того, на что способен цельнодеревянный аэроплан, служит самый известный русский самолет досоветского периода — четырехмоторный «Илья Муромец» конструкции легендарного Игоря Сикорского. С первого полета человека на моторном самолете прошло 10 лет. Бомбардировщик С‑22 имел

6. Винты. 7. Многоколесное шасси. 8. Баки с горючим (под верхним крылом). 9. Фюзеляж. 10. Стабилизаторы.

размах крыльев в 32 метра, установил множество рекордов: дальности, высоты и времени полета, грузоподъемности, числа пассажиров. На его основе было создано несколько модификаций, в том числе гидроплан. Он же стал первым пассажирским самолетом, в котором салон был отделен от кабины. Но главное его предназначение — бомбарди-

Золотые часы от императора После неудачной посадки, едва не стоившей ему жизни, инженер задумался о самолете большей надежности, специально предназначенного для эксплуатации на бескрайних российских просторах в условиях тяжелого климата. В соответствии с этой

концепцией аппарат проектировался многомоторным, с экипажем из нескольких человек, был предусмотрен и доступ к основным частям конструкции для ремонта в воздухе. Сказано — сделано: в марте 1913 в воздух над русской землей взлетел С‑9 «Гранд»,

композиты 21 век | август 2013

впоследствии названный «Русским витязем». Этот борт стал бортом номер 1, в тот же год его посетил император Николай II. Самолет настолько поразил воображение монарха, что тот передал Сикорскому подарок — золотые часы.

ровщик. И с ним он справлялся прекрасно. Достаточно сказать, что за годы первой мировой из 65 машин, принимавших участие в сражениях, была сбита только одна, а повреждены в боях — всего три. При этом сам «Муромец» сбил не один десяток самолетов врага. А изготовлен был на 90% из дерева. Не верится, правда? Точнее говоря, из дерева и фанеры. Кто-то скажет, мол, невелика разница, но она очень велика. Тонкие слои древесины, называемые шпоном, проклеивают несколькими слоями, чередуя направление волокон. Благодаря чему дерево обретает дополнительную прочность и большую гибкость. Таким образом, обычная фанера была первым настоящим композитом, нашедшим широкое применение в авиастроении. В этом году бомбардировщику С‑22 «Илья Муромец» исполнилось 100 лет.

??? | рубрика

мн

август 2013 | композиты 21 век

Бизнес | Производство

Приблизились к лидерам Врио мэра Москвы Сергей Собянин и вице-премьер Дмитрий Рогозин осмотрели цеха ЗАО «Холдинговая компания «Композит», где было запущено сразу несколько уникальных производственных площадок.

ременно исполняющий обязанности мэра Москвы Сергей Собянин и вицепремьер Правительства РФ Дмитрий Рогозин в понедельник, 5 августа, посетили новые производственные площадки Холдинговой компании «Композит» в технополисе «Москва», где состоялось совещание на тему развития государственно-частного партнерства в сфере ОПК. Перед совещанием Сергей Собянин и вице-премьер Дмитрий Рогозин осмотрели цеха ЗАО «Холдинговая компания «Композит», где было запущено сразу несколько уникальных производственных площадок. Новая линия по производству препрегов — одна из самых мощных машин в мире. Гигантская по размерам установка в три этажа разместилась более чем на двух с половиной тысячах квадратных метров. Ее максимальная мощность достигает 2500 тонн препрегов в год. Всего в мире действует не более трех подобных производственных установок — в США, Китае и Евросоюзе. Между тем новое оборудование на несколько порядков превосходит по своим возможностям и характеристикам существующие в мире аналоги. На новой препреговой линии можно пропитывать различные текстильные структуры и производить препреги с различными характеристиками, шириной до 1,5 метра. На предприятии также налажен выпуск мультиаксиальных тканей для судостроения в России. Специально для этого к уже

композиты 21 век | август 2013

существующему оборудованию была запущена установка для производства мультиаксиальных тканей из углеродного волокна. Еще одно существенное отличие нового оборудования от аналогов — наличие системы автоматического контроля качества, которая выявляет дефекты материала. Таким образом, установка позволяет получать продукты высокого качества и минимум брака. Препреги — тканные структуры, пропитанные связующим, это полуфабрикаты для изготовления полимерных композиционных материалов. Композиты на 80% легче металлов и до 5 раз прочнее. Эти материалы востребованы в самых разных отраслях промышленности: авиа и ракетостроении, автомобилестроении, судостроении, энергетике, строительстве, товарах народного потребления. На предприятии также налажен выпуск мультиаксиальных тканей из углеродного волокна на специальной производственной установке. В сравне-

Сергей Собянин и Дмитрий Рогозин на площадке ХК «Композит»

нии с обычными углеродными тканями и лентами мультиаксиальные ткани показывают более высокие результаты при испытаниях на изгиб, сжатие, растяжение, а также лучшие механические свойства сопротивляемости к переменным нагрузкам. Как правило, мультиаксиальные ткани используются в сложных композитных структурах. Производственная мощность новой установки — 1500 тонн мультиаксиальных тканей. Вице-премьер Дмитрий Рогозин во время осмотра экспозиции готовой продукции из углепластика, где были представлены шлемы и приклады для высокоточного стрелкового оружия из карбона, поделился мнением, что композиционные материалы на основе углеродного волокна, помимо прочего, могли бы быть востребованы в создании образцов экипировки военнослужащих. Легкие и прочные продукты из углепластика способны существенно облегчить жить военным. Врио мэра Москвы Сергей Собянин подчеркнул: «Очень важно, что здесь не только производятся материалы, но и создаются новые продукты, потому что многие заказчики не представляют возможности этих новых материалов, не знают, где их применить». По его словам, в технополисе «Москва» получился не просто центр по производству материалов, а научно-технический центр по разработке целого набора новых материалов и технологий.

август 2013 | композиты 21 век

технологии | Авиа

Мечтать не вредно Текст: Дарья Гефенидер Фото: Boeing

Boeing 787 — первый пассажирским самолетом такого размера, фюзеляж которого полностью изготовлен из композиционных материалов. Более того, «Дримлайнер» на 80% состоит из композитов, а по весу на — 50%.

от и пролетели 110 лет со дня первого полета братьев Райт, который сейчас воспринимается чуть ли не так же, как полет Икара или летающие машины Леонардо да Винчи. А главная проблема авиастроения все та же. Добиться максимальной легкости крылатой машины, построив ее без потери необходимой прочности. Дальше, быстрее, экономичнее и экологичнее — никто не отменял, но все эти вопросы упираются в наименьший возможный вес в совокупности с достаточной прочностью. Из чего строить «облегченные» воздушные лайнеры, когда все опробовано: сталь, алюминий, титан… Не возвращаться же к древесине и парусине? Ответ на данный момент очевиден — новые композитные материалы. Именно «новые», потому как фанера и стеклопластик, сыгравшие некогда заметную роль в авиации, тоже являются композитами.

композиты 21 век | август 2013

Boeing 787 Dreamliner на данный момент являет собой наиболее яркий образец использования композитов, он состоит из них ровно наполовину. При этом легче сказать, в каких элементах самолета они не использованы. Фюзеляж, диаметр которого больше чем у тоннеля метро? На 50% из углепластика. Крыло? Почти целиком из композитов на основе углерода, что дает право называть его «черным крылом». Тормоза и лопатки турбин в двигателях, изоляция проводки — все композитное. Таблица 1. Применение различных материалов в самолете Боинг 787 Материал Композитные материалы Алюминиевые сплавы Титановые сплавы Стали Другие материалы

Доля материала, % по массе 50 20 15 10 5

Такое высокое содержание композиционных материалов обусловлено их использованием именно для изготовления фюзеляжа, хвостового оперения, рулей управления, наконечников крыльев, горизонтального стабилизатора и других крупногабаритных и чрезвычайно ответственных узлов и деталей. Чем же так хороши композиты, что конструкторы лайнера мечты 21 века отвели им такое место? Основных преимуществ — два. Прелесть искусственно созданных материалов в том, что новый материал обретает свойства, которыми исходные материалы не обладали и которые закладываются заранее, при их создании. Пластики на основе углерода дают в результате прочность, превышающую прочность стали, при весе в полтора раза меньше, чем у современных алюминиевых сплавов. Также важна возможность создавать одновременно сам ма-

Авиа | технологии Dreamliner в цифрах

териал и конструкцию из него. Инженер, проектируя новую композитную конструкцию, способен задавать не только некие новые качества, значительно превосходящие аналогичные характеристики традиционных материалов, но и именно те свойства, которые необходимы для достижения нужных параметров. Только благодаря композитам крыло Dreamliner обрело повышенную гибкость, а вместе с ней улучшенную аэродинамику. И это сочетание аэродинамических качеств со значительной экономией веса позволяет снизить расход топлива на 20% в сравнении с самолетами предыдущих поколений. Экономичность, плюс большая дальность полета и умеренная вместимость (порядка 300 пассажиров) дают возможность авиакомпаниям открывать новые трансконтинентальные маршруты. Разумеется, композиты — это не одни сплошные достоинства при полном отсутствии недостатков. Сложнейшее наукоемкое производство означает высокие цены. Со стороны все выглядит достаточно просто: из карбонового полотна делаются выкройки, отдельные части выкладываются по специальному лекалу, склеиваются при этом поли-

мерными смолами и отправляются запекаться в огромные автоклавы. Или выкладываются «на сухую» и отправляются не в печь, а вакуумную установку, где и пропитываются клеящим веществом. Но изделия из композитов сложны в производстве, в обслуживании и с трудом поддаются ремонту. Сегодня преимущества перевешивают недостатки. В результате корпорация Boeing и ее поставщики по всему миру завалены заказами на Dreamliner на многие годы вперед.

Кабина пилота, схожа с кабиной 777 модели, только с проекционными индикаторами, для каждого пилота

Dreamliner собирается на мощностях компании в городе Эверетт

1. За период с 2011 по 2030 гг. планируется выпуск 3,300 машин. Из них более половины уже куплены по предварительным заказам. 2. Конфигурация самолета была завершена в сентябре 2005. Испытания завершились в 2006. Первый полет 787 совершил в декабре 2009 года, а первую пассажирскую перевозку — в сентябре 2011. 3. Пассажирских мест в самолете — от 200 до 300. 4. Скорость самолета сравнима со скоростью 747 и 777 моделей. Примерно 980 км/ч. 5. Экономия горючего, по сравнению с предыдущими моделями, — 20%. 6. Каждая миля полета обходится на 10% дешевле, чем на предыдущих моделях. 7. В Боинге 787 более 96 км медных проводов. 8. 800 000 часов — затрачено на компьютерный дизайн. 9. 15 000 часов испытаний в аэродинамической трубе. 10. Площадь фабрики 34 200 м2. 11. Более 70% комплектующих модели 787 произведено в США. 12. Ожидается как минимум 450 новых пар городов, которые соединят между собой лайнеры мечты.

август 2013 | композиты 21 век

технологии | Авиа

1. Композитная носовая переборка давления 2. Фюзеляж из монолитного углеродного стекловолокна 3. Капот двигателя -эпоксидное стекловолокно 4.  Обтекатели механизма привода закрылков‑композитные 5. Пол кабины — композитный 6. Хвостовой конус из углеродного стекловолокна 7. Киль -карбоновый ламинат, руль направления — карбоновый «сэндвич»

композиты 21 век | август 2013

Авиа | технологии

8.  Хвостовое оперение -карбоновый ламинат элеватор карбоновый. 9. Задняя часть фюзеляжа из монолитного углеродного стекловолокна 10. Часть крыла углепластик 11. Внутренние закрылки эпоксидное стекловолокно 12. Элероны из стекловолокна 13.  Законцовка крыла — композитный карбоновый «сэндвич»

наука | Материалы

Сорбция и диффузия влаги в слоистых металлополимерных композиционных материалах типа «СИАЛ» Старцев О. В.1, Кротов А. С.1, Сенаторова О. Г.2, Аниховская Л. И.3, Антипов В. В.2, Гращенков Д. В.2 Алтайский государственный университет, г. Барнаул, (olegstar@ab.ru) ФГУП «Всероссийский институт авиационных материалов», г. Москва, 3 НПФ «Техполиком», г. Москва

Введение

Полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе клеевых препрегов, в которых стекло- или угольная ткань пропитывается расплавом связующего на основе высокопрочных эпоксидных клеев, широко используются для изготовления деталей в конструкциях новых изделий авиационной техники [1—3]. По сравнению с традиционными аналогичными ПКМ эти материалы имеют более высокие показатели трещиностойкости, усталостной и длительной прочности и хорошо сохраняют механические свойства в условиях длительного воздействия влажной среды [2]. Клеевые препреги позволили улучшить и расширить класс слоистых алюмополимерных материалов — СИАЛов, обладающих повышенной живучестью и надежностью. СИАЛ Л (аббревиатура от слов Стекло И АЛюминий) представляет собой листовой материал из чередующихся тонких слоев алюминиевых сплавов и прослоек стеклопластиков на основе клеевых препрегов. СИАЛы превосходят по трещиностойкости, усталости, статическим механическим показателям, пониженной плотности монолитные листы из традиционных алюминиевых сплавов типа Д16ч, 1163, В95 оч и др. [1—2]. Но для полного признания преимуществ СИАЛов перед монолитными алюминиевыми сплавами необходимы убедительные доказательства стабильности их свойств в обычной для самолетов влажной атмосфере. Так как существует принципиальная возможность диффузии молекул воды в слои стеклопластика, необходимы надежные сведения о степени и обратимости действия влаги на свойства слоистых систем.

Постановка задачи

Целью работы является установление закономерностей и определение характеристик сорбции и диффузии влаги в СИАЛ. Для этого экспериментально исследована кинетика сорбции влаги в различных четырех марках этого класса материалов: СИАЛ‑1 Н (структура 2/1, Al лист h=0,5 мм, однонаправленное армирование 0:0, 2 монослоя стеклопластика, стеклоткань T‑60 (ВМП)); СИАЛ‑2 (структура 2/1, Al лист h=0,5 мм,

композиты 21 век | август 2013

перекрестное армирование 0:90:0, 3 монослоя стеклопластика, стеклоткань T‑60); СИАЛ‑3 (структура 2/1, Al лист h=0,5 мм, перекрестное армирование 0:90:90:0, 4 монослоя стеклопластика, стеклоткань T‑60 (ВМП); СИАЛ‑3 (структура 3/2, Al лист h=0,3 мм, перекрестное армирование 0:90, 2 слоя стеклопластика, стеклоткань T‑60) [1—3] в стационарной влажной среде, характерной для тропического климата Образцы были вырезаны из панелей, изготовленных в автоклаве по серийной технологии. Для оценки степени влагосодержания образцы СИАЛов увлажняли в воздушной среде в термостате при температуре 60*1 °C и относительной влажности 98*2% до стабилизации массы. Изменение массы контролировали с помощью аналитических весов ВЛР‑20 г с точностью 10—4 г. Толщину образцов измеряли микрометром с точностью 0,002 мм. Перед началом сорбционных испытаний образцы высушивали до стабилизации массы при той же температуре. План эксперимента был составлен таким образом, чтобы учесть следующие закономерности, обнаруженные ранее для стеклопластиков на основе клеевых препрегов [4—8]: — сорбируемая влага инициирует физико-химические превращения в эпоксидной матрице (пластификацию, структурную релаксацию, доотверждение, гидролиз); — максимальная величина сорбированной влаги зависит от формы и размеров образцов, так как влагоперенос характеризуется существенной анизотропией, а часть влаги удерживается дефектной кромкой, возникающей при резке образцов; — на стадии сорбции влагоперенос не соответствует законам Фика; — законы Фика хорошо выполняются на стадии десорбции влаги; Поэтому для каждой марки СИАЛа был приготовлен набор образцов, размеры которых варьировались от 10 до 100 мм в направлениях вдоль и поперек оси проката листа внешней металлической обшивки (по 3 штук на каждую форму). Цикл испытаний включал в себя стадии сорбции и десорбции при той же температуре 60*1 °C, продолжительность которых составляла от 40 до 320 суток.

Материалы | наука

Результаты эксперимента

На рис. 1, 2 на примере СИАЛ‑3 показаны характерный вид сорбционных кривых.

Таким образом, выполненный эксперимент подтвердил, что влага, сорбируемая внутренними слоями стеклопластика, вызывает аналогичные физико-химические превращения в связующем, выявленные для стеклонаполненных клеевых препрегов [4—8], что и является причиной нефиковского характера сорбции влаги в СИАЛах.

Анизотропия влагопереноса и влияние дефектной кромки

Рис. 1. Сорбционные кривые для образцов СИАЛ‑3 (трехслойная композиция 2). В сноске в скобках указа‑ ны размеры образцов и угол вырезки к направлению проката алюминиевых листов.

Рис. 2. Аномальная диффузия влаги в образцах СИАЛ‑3 (пятислойная композиция 3:2) Во всех случаях существуют общие закономерности, характерные для листовых ПКМ [4—8]: количество сорбированной влаги зависит от формы и размеров образцов, а диффузия влаги имеет аномальный характер, так как нелинейна зависимость относительного изменения массы образцов от квадратного корня из времени (рис. 2) [9]. При этом стадия последующей сушки при той же температуре, показанная для примера на рис. 3, подтверждает, что десорбция влаги хорошо соответствует законам Фика.

Рис. 3. Кинетика десорбции влаги в СИАЛ‑3 (5 слоев). В сноске в скобках указаны размеры образцов и угол вырезки к направлению проката алюминиевых пла‑ стин. Линии — аппроксимация моделью фиковской диффузии (подробное описание приведено ниже)

Различия в количестве сорбированной влаги образцами разных форм и размеров экспериментально исследовались в работах [4—8]. Доказано, что на характеристики влагопереноса в ПКМ оказывают влияние дефекты в кромке (рис. 4), образующейся при резке образцов.

Рис. 4. Дефектная кромка в образцах СИАЛов Неодинаковая гидрофильность неповрежденной части объема образца и дефектной кромки в СИАЛах подтверждается зависимостью относительного влагосодержания от геометрических размеров образцов L и H (рис. 1—2). Влага в первую очередь проникает и сорбируется в поврежденном объеме по периметру образца (рис. 1). У образцов с меньшими размерами доля поврежденного объема больше. Поэтому для них обнаруживается большее влагосодержание из-за превалирующего влияния сорбированной влаги в кромке. Из рис. 1—2 также видно влияние анизотропной структуры СИАЛов на влагопоглощение. Оказалось, что доля дефектной кромки больше у образцов, вырезанных поперек направления проката листов алюминиевого сплава. Если использовать обозначения, указанные на рис. 4, то влияние дефектной кромки на относительное влагосодержание можно учесть с помощью следующей модели:

(Формула 1) где W∞ — предельное изменение массы в образце,%; W∞0 — предельное изменение массы в неповрежденной части объема,%; W∞k — предельное изменение массы в поврежденной части объема,%; (W∞k — W∞0) — дополнительное изменение массы в дефектной кромке,%; L — длина образца, см.; H — ширина август 2013 | композиты 21 век

наука | Материалы образца, см.; h — толщина образца, см.; S — площадь образца, см2; Sk — площадь дефектной кромки образца, см2; dкL, dкH — глубина дефектной кромки вдоль и поперек направления проката листов алюминиевого сплава, см; Vk — доля дефектной кромки. Влияние дефектной кромки должно проявляться и на стадии десорбции для СИАЛов, что и подтверждается экспериментально (рис. 3).

Удовлетворение этим условиям позволяет определить нормированное относительное изменение массы Ѳ как произведение одномерных решений для бесконечной пластины [9].

Теория двумерной фиковской диффузии в пластину с конечными размерами

Влага проникает в объем СИАЛов или покидает его только через торцы образца, так как его плоскость покрыта непроницаемыми для молекул воды листами из алюминиевого сплава. Если стеклопластик анизотропен (например, при различном соотношении волокон в долевом и поперечном направлениях), то необходимо предположить существование двух отличающихся по величине потоков влаги. Ранее было установлено, что процесс десорбции влаги для исследованных ПКМ носит фиковский характер [4—8]. Эта же закономерность выявлена и при исследовании десорбции влаги из СИАЛов. Поэтому для количественного описания используем известную модель двумерной диффузии (рис. 5), описываемой дифференциальным параболическим уравнением второго порядка [9]

(Формула 2) Решение этого уравнения находится легко, если предположить, что коэффициенты диффузии постоянны, а граничные условия неизменны:

(Формула 3)

Рис. 5. Схема задачи о двумерной фиковской диффу‑ зии в пластину конечных размеров

композиты 21 век | август 2013

(Формула 4) Тогда для относительного изменения массы получаем

(Формула 5) где W — относительное изменение массы в момент времени t; W∞ предельное относительное изменение массы; t — время, сут.; L/2, H/2 — длина диффузионного пути вдоль и поперек основного направления армирования соответственно, см; DL, DH — коэффициенты диффузии вдоль и поперек вдоль и поперек направления проката листов алюминиевого сплава, см2/сут. При этом влияние дефектной кромки на предельное изменение влагосодержания в диффузионной модели учитывается моделью (1). При проведении регрессионного анализа было учтено, что присутствие произведений определяемых параметров в модели (1) не позволяет достоверно определить эти параметры по отдельности и их можно определить только в виде произведения. Поэтому использовалась следующая упрощенная форма модели в виде

(Формула 6) где W∞ — предельное относительное изменение массы; L — длина образца, см; H — ширина образца, см; W∞0 — предельное относительное изменение массы в неповрежденной части объема; B, C — параметры, характеризующие дополнительное изменение массы в дефектной кромке поперек и вдоль длины образца соответственно, см; P — параметр, определяющий влияние дополнительного изменения массы в дефектной кромке по углам образца, см2. В примере, показанном на рис. 3, линии, представляющие кинетические кривые десорбции для образцов всех форм 5‑слойного СИАЛ‑3, вычислены с помощью соотношений (2)- (6). Линейная зависимость на рис. 6 с близким к единице коэффициентом пропорциональности между моделируемыми и экспериментальными значениями относительной убыли массы доказывает адекватность модели десорбции влаги экспериментальному набору данных для всей совокупности образцов данной марки СИАЛа.

Материалы | наука сут.; W∞ch — максимальный прирост относительной массы за счет реакции окисления металлических пластин; T0 — время, соответствующее наибольшей скорости реакции окисления, сут.; K3 — скорость химической реакции, сут‑1.; K1, K2 — скорости релаксации, сут‑1; Tr — время запаздывания реакции материала, сут; W0r — величина разности между влагонасыщением и убылью массы, при которой стабилизируются релаксационные процессы.

Рис. 6. Адекватность фиковской модели (2)- (6) экс‑ периментальным данным для 5‑слойных образцов СИАЛ‑3 с параметрами, которые указанны в табли‑ це, помещенной в правой нижней части рисунка Выполненный анализ показал, что для всех исследованных марок СИАЛов модель (2)- (6) адекватно описывает процесс десорбции, подчиняющейся второму закону Фика, и с хорошей точностью определяет эффективные компоненты тензора коэффициента диффузии и предельную убыль влаги в зависимости от размеров образца.

Прогнозирование сорбции и диффузии влаги с помощью аддитивной модели

Для количественного описания сорбционных кривых, примеры которых показаны на рис. 1, 2, анизотропную гетерогенную слоистая система алюминиевый сплав‑стеклопластик представляется в виде эффективной гомогенной среды с неизменной классической диффузией влаги и дополнительной фазы, изменяющей свое состояние из-за физико-химических процессов, инициированных сорбированной влагой. При таком представлении процесс влагопереноса в квазигомогенной среде одинаков на стадиях сорбции и десорбции. Тогда, объединяя данные на стадиях сорбции и десорбции, можно выделить компоненту, ответственную за влагоперенос во второй фазе. Эта компонента представляет собой разность между моделируемыми значениями фиковской сорбции в первой фазе с параметрами, определенными на стадии десорбции по модели (2)- (6) и экспериментальными значениями на стадии сорбции. Пример такой совместной обработки экспериментальных данных представлен на рис. 7 для СИАЛ‑1 Н. Значимость необратимых процессов, активируемых влагой, определяется параметрами следующей аддитивной модели:

(Формула 7)

(Формула 8) где Wn — компонента, отвечающая за влияние необратимых процессов на влагоперенос во второй фазе; — относительное изменение массы, полученное при моделировании на десорбционном эксперименте; ωc –относительное влагосодержание на сорбционном эксперименте; t — время сорбции,

Рис. 7. Выделение неравновесных процессов, активи‑ зируемых влагой на примере СИАЛ‑1 Н Результаты аппроксимации сорбционных кривых для образцов СИАЛ‑1 Н, полученные с использованием предлагаемого подхода, представлены в таблице 1. Кинетика сорбции влаги в СИАЛ‑1 Н с учетом влияния неравновесных процессов и значениями параметров, приведенных в табл. 1, характеризуется высокой степенью адекватности R2 = 0,99. Предложенная аддитивная модель сорбции дает возможность не только аппроксимировать получаемые в экспериментах результаты, вычислять параметры моделей (2)- (8), но и получать дополнительную информацию о сущности физико-химических процессов, сопровождающих влагонасыщение СИАЛов. Например, из рис. 7 видно, что при увеличении продолжительности пребывания образцов СИАЛ‑1 Н во влажной атмосфере до 520 суток наблюдается монотонное увеличение массы образцов, причиной которого является образование продуктов коррозии на поверхности листов алюминиевого сплава [5]. Таблица 1. Параметры неравновесной компоненты сорбционной модели (8) для всех форм и размеров образцов СИАЛ‑1 Н, участвовавших в сорбционно-десорбционном эксперименте L, см

2.5

5.0

10.0

1.0

2.5

H, см

2.5

5.0

1.0

2.5

5.0

10.0

K1, 10— 1•сут‑1

0.12 ± 0.01

0.37± 0.04

0.03 ± 0.01

0.19 ± 0.02

0.54 ± 0.54

0.06 ± 0.01

0.23 ± 0.23

K2, 10— 1•сут‑1

5.39 ± 0.30

9.23 ± 1.56

9.94 ± 0.29

13.0 ± 1.6

14.1 ± 14.1

1.51 ± 0.26

5.57 ± 5.57

Tr, 10•сут

1.71 ± 0.09

-2.48 ± 0.82

3.88 ± 0.09

-0.68 ± 0.3

-5.51 ± 5.51

0.00

-1.21 ± 1.21

W0r,%

0,00

0.00

0.38 ± 0.05

0.00

K3, 10— 1•сут‑1

4.75 ± 1.64

2.88 ± 0.65

2.57 ± 0.80

6.05 ± 1.03

5.11 ± 5.11

5.22 ± 1.86

0.82 ± 0.82

T0, 10•сут

28.6 ± 1.9

13.3 ± 1.17

29.6 ± 0.85

22.5 ± 1.6

22.6 ± 22.6

25.1 ± 1.8

4.74 ± 4.74

W∞ch,%

0.45 ± 0.05

0.45 ± 0.02

0.39 ± 0.03

0.62 ± 0.03

0.74 ± 0.74

0.75 ± 0.09

0.23 ± 0.23

наука | Материалы Рассмотренные примеры показывают, что значения предельного влагонасыщения флуктуируют в достаточно широких пределах для образцов различных форм и размеров. Однако истинным показателем максимальной сорбции в СИАЛах является величина W∞0 — предельное изменение массы в неповрежденной части объема. Для СИАЛов всех марок, исследованных в этой работе, значения W∞0, а также коэффициентов диффузии вдоль и поперек вдоль и поперек направления проката листов алюминиевого сплава DL, DH представлены в табл. 2. Таблица 2. Основные параметры модели (2)- (6) для СИАЛов W∞0, %

DL, см2/сут

DH, см2/сут

СИАЛ‑1 Н (3 слоя)

Материал

0.65

4.6

5.6

СИАЛ‑2 (3 слоя)

1,0

3.4

1.4

СИАЛ‑3 (5 слоев)

0.79

2.1

3.2

СИАЛ‑3 (3 слоя)

2.3

2.6

2.7

Сорбция и диффузия влаги в СИАЛ‑1 Н на втором цикле «увлажнение-сушка»

С целью проверки и подтверждения работоспособности рассмотренной выше модели влагопереноса в СИАЛах, было выполнено повторное циклирование того же набора образцов. Стадия повторного увлажнения продолжалась в течение 101 суток в тех же условиях, что и на первом цикле. Затем образцы СИАЛ‑1 Н вновь были подвергнуты сушке в течение 35 суток над силикагелем при температуре 60±2 °С, результаты которой показаны на рис. 8.

Рис. 8. Кинетика десорбции влаги для СИАЛ‑1 Н на втором цикле «увлажнение сушка» Оказалось, что и при повторном термовлажностном циклировании диффузионная модель (2)- (6) описывает кинетические кривые десорбции с адекватностью R2 = 0,99. Параметры этой модели представлены в табл. 2. При этом оказалось, что предельное влагосодержание и скорость влагопереноса при десорбции, определяемая коэффициентами диффузии DL и DH, не претерпели существенных изменений по сравнению с аналогичными значениями для первого цикла (см. врезку на рис. 3). Кроме того, результаты повторного циклирования доказывают высокой устойчивость СИАЛов к воздействию влажной среды. Параметры десорбционной модели, для СИАЛ‑1 Н на втором цикле «увлажнение — сушка»

композиты 21 век | август 2013

Параметры модели (2) (6)

Значения

W∞0, %

0.62±0.06

B, % см

0.21±0.08

C, % см

0.69±0.19

P, % см2

3.74±0.45

DL, см2/сут

3.2±0.5

DH, см2/сут

3.4±0.4

Для исключения ошибок целесообразно исследовать цикл «увлажнение-сушка» Предельное влагонасыщение и коэффициент диффузии определяются с помощью аддитивной модели Ддя адекватного описания сорбции и диффузии влаги обязателен учет исходной структурной неравновесности и дефектной кромки, возникающей при резке образцов КМКС и СИАЛы демонстрируют высокую устойчивость к влаге. Имеются точные характеристики предельной сорбции и коэффициента диффузии всех перспективных марок КМКС и СИАЛов Предельное влагонасыщение и коэффициент диффузии регулируются подбором состава компонентов и режимами прессования ЛИТЕРАТУРА 1. И. Н. Фридляндер, О. Г. Сенаторова, Л. И. Аниховская, В. В. Сидельников, Л. А. Дементьева. Клеевые металлические и слоистые металлополимерные композиты//Энциклопедия Машиностроение. Том II–3: Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы/Под ред. акад. РАН К. В. Фролова и др. — М.: Машиностроение, 2001. — 880 с. 2. И. Н. Фридляндер, О. Г. Сенаторова, Н. Ф. Лукина, В. В. Антипов, В. В. Сидельников, А. В. Гриневич, С. А. Каримова. Слоистые композиционные материалы класса СИАЛ//Тез. Докладов межотраслевой научно-технической конференции «Композиционные материалы в авиакосмическом материаловедении», М.: ВИАМ, 2009, с. 43—44. 3. И. Н. Фридляндер, О. Г. Сенаторова, Л. И. Аниховская, В. В. Сидельников. Новый класс слоистых обшивочных материалов марки СИАЛ/Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов XXI век: Труды международной конфереции. — М: МГУ, 2001. — С. 122—129. 4. О. В. Старцев, А. А. Кузнецов, А. С. Кротов, Л. И. Аниховская, О. Г. Сенаторова Моделирование влагопереноса в слоистых пластиках и металлопластиках.//Физическая мезомеханика, 2002. — Т. 5. — № 2. — С. 109—114. 5. А. А. Кузнецов. Диагностика состояния металлополимерных композиционных материалов во влажной среде: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук: Барнаул, 2003 г. 6. О. В. Старцев, Д. В. Филистович, А. А. Кузнецов, А. С. Кротов, Л. И. Аниховская, Л. А. Дементьева. Деформируемость листовых стеклопластиков на основе клеевых препрегов при сдвиговых нагрузках во влажной среде. Перспективные материалы, 2004, № 1, с. 20—26. 7. О. В. Стаpцев, К. О. Пpокопенко, А. А. Литвинов, А. С. Кpотов, Л. И. Аниховская, Л. А. Дементьева. Исследование теpмовлажностного стаpения авиационного стеклопластика//Герметики, клеи, технологии, 2009, № 8, с. 18—22. 8. О. В. Старцев, Л. И. Аниховская, А. А. Литвинов, А. С. Кротов. Повышение достоверности прогнозирования свойств полимерных композитных материалов при термовлажностном старении//Докл. Акад. Наук, 2009, т. 428, № 1, с. 56—60. 9. J. Crank. The Mathematics of Diffusion.//Oxford, UK: Clarendon press, 1975. 414 p.

??? | рубрика

август 2013 | композиты 21 век

техника | МБР

Настоящий универсал Ракетный комплекс (РК) «Тополь-М» — эта ракета способна с высокой вероятностью преодолевать все мыслимые и немыслимые системы противоракетной обороны, в том числе с элементами космического базирования.

«Т

ополь-М» уникален. Он превосходит комплекс предыдущего поколения по маневренности, боеготовности и живучести. Работы по его проектированию. Работы по созданию нового комплекса начались в конце 1980‑х — начале 1990‑х годов и проводились совместными усилиями Московского института теплотехники и Днепропетровского конструкторского бюро (КБ) «Южное». Именно «Тополь-М» явился результатом дальнейшей модификации комплекса «Тополь». Эта

Текст: Алеся Крыжановская Фото: архив редакции

композиты 21 век | август 2013

технологическая и опытноконструкторская работа получила название «Универсал», а разрабатываемый комплекс обозначение РТ‑2 ПМ2. Постановление Военно-промышленной комиссии (от 9 сентября 1989 года) предписывало создать для них два ракетных комплекса (стационарный и мобильный) и универсальную твердотопливную трехступенчатую межконтинентальную баллистическую ракету. По основному плану, ракета должна была быть унифицирована для обоих типов комплек-

сов. Однако в первоначальном проекте предполагались различия в системе разведения боевого блока и в транспортно-пусковом контейнере, изза чего впоследствии ракета для подвижного комплекса получила индекс 15Ж55, а для стационарного — 15Ж65.

От «Универсала» к «Тополю-М» В марте 1992 года на базе наработок по программе «Универсал» было принято решение разработать комплекс «Тополь-М» (кстати, уже в апреле КБ «Южное» пре-

МБР | техника

кратило свое участие в этой работе). Указом Бориса Ельцина от 27 февраля 1993 года головным предприятием, отвечающим за создание «Тополя-М», стал Московский институт теплотехники. Тогда же специалисты приняли решение о разработке унифицированной ракеты только с одним вариантом боевого оснащения — с двигательной установкой боевой ступени на твердом топливе. Система управления разрабатывалась на НПО Автоматики и Приборостроения; боевой блок — в саровском Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики; а производство ракет осуществлялось на Воткинском машиностроительном заводе. В дальнейшем ракеты «Тополь-М» стали оснащаться разделяющимися головными частями (РГЧ). Этот шаг стал важнейшим способом поддержания ядерного потенциала нашей страны. К концу 2012 года на боевом дежурстве находилось 60 ракет шахтного (они стоят в Таманской ракетной дивизии) и 18 ракет мобильного базирования.

Ступени из композита

Как говорилось выше, ракетный комплекс является уникальным и в несколько раз превосходит предшественника по боеготовности, маневренности и сохранности (в мобильном варианте), эффективности поражения различных объектов, в том числе и в условиях развертывания противоракетной обороны. Энергетические

Колесная база МЗКТ-79221 способна разогнать «Тополь-М» до 45 км/ч и вести грузы до 80 000 кг.

Характеристки ракеты «Тополь-М» Максимальная дальность стрельбы,км Количество ступеней Стартовая масса, т Забрасываемая масса, т Длина ракеты без головной части, м Длина ракеты, м Максимальный диаметр корпуса, м Тип головной части Эквивалент боезаряда, мт Круговое вероятное отклонение,м Диаметр ТПК (без выступающих частей), м МЗКТ-79221 (МАЗ-7922) Кoлеcная фopмула Радиуc пoвopoта, м Дopoжный пpocвет, мм Маccа в cнаpяженнoм cocтoянии (без боевого оснащения), т Гpузoпoдъемнocть,т Максимальная скopocть, км/ч Запаc xoда,км

возможности новой ракеты позволяют увеличить забрасываемый вес, значительно снизить высоту активного участка траектории, повысить эффективность преодоления перспективных средств противоракетной обороны. Ракета 15Ж65 (15Ж55) состоит из трех ступеней с твердотопливными маршевыми двигателями. Все три ступени

11000 3 47.1 (47.2) 1,2 17.5 (17.9) 22.7 1,86 моноблочная, ядерная 0.55 200 1.95 (для 15П165 - 2.05) 16x16 18 475 40 80 45 500

август 2013 | композиты 21 век

техника | МБР типа «кокон», цельномотанные из композитного материала. Управление полетом производится поворотными соплами маршевых двигателей. Управление же на участке работы первой ступени осуществляется центральным поворотным соплом на основе эластичного шарнира. Вторая и третья ступени оснащаются центральным поворотным, частично утопленным, соплом со складывающейся сопловой же насадкой. Сопла маршевых двигателей изготовлены из углерод-углеродного композита. Углерод-углеродные композиционные материалы

(УУКМ) содержат, как ясно из названия, углеродный армирующий элемент в виде дискретных волокон, непрерывных нитей или жгутов, войлоков, лент, тканей с плоским и объемным плетением, объемных каркасных структур. Волокна имеют глубокий черный цвет и располагаются хаотически, одно, двух и трехнаправленно. Углеродная матрица объединяет в одно целое армирующие элементы в композите, что позволяет наилучшим образом воспринимать различные внешние нагрузки. К числу специальных свойств УУКМ относится низкая пористость;

низкий коэффициент термического расширения; сохранение стабильной структуры и свойств, а также размеров изделий при нагреве (до 2000 °С).

Ракета-невидимка

Максимальная дальность стрельбы — 10 000 км. Длина ракеты — 21,5 м.

Фото 1. Фрагмент комбинированного материала трубы, механически разрушенный после термоциклических испытаний в диапазоне температур от — 80 °C до + 100 °C. Слева — разрушенный стеклопластик, справа — полиэтилен с пришитыми слоями стеклопластика

композиты 21 век | август 2013

Метод старта «Тополя» — минометный для обоих вариантов. Маршевый твердотопливный двигатель ракеты позволяет ей набирать скорость намного быстрее предыдущих типов ракет аналогичного класса, созданных в России и Советском Союзе. Это значительно затрудняет ее перехват средствами противоракетной обороны (ПРО) на активном участке полета. Ракета оснащена отделяемой головной частью с одним термоядерным боевым блоком мощностью 550 кт (килотонн) тротилового эквивалента. Головная же часть также оборудована комплексом средств преодоления ПРО. Комплекс средств преодоления ПРО состоит из пассивных и активных ложных целей, а также средств искажения характеристик головной части. Стоит отметить, что ракета «Тополь-М» создавалась как модернизация МБР РС‑12 М. Ее условия определены договором СНВ‑1, согласно которому новой считается ракета, отличающаяся от существующей (аналога) по одному из следующих признаков: числу ступеней, виду топлива любой из ступеней, стартовой массе более чем на 10%, длине либо собранной ракеты без головной части, либо по длине первой ступени ракеты более чем на 10%, диаметру первой ступени более чем на 5%, забрасываемому весу более чем на 21% в сочетании с изменением длины первой ступени на 5% или более. Таким образом, массово‑габаритные характеристики и некоторые особенности конструктивного исполнения МБР «Тополь-М» четко ограничены. Стационарный комплекс РТ‑2 ПМ2 включает в себя 10 межконтинентальных баллистических ракет 15Ж65. Применение «минометного

МБР | техника старта» позволило значительно повысить устойчивость ШПУ 15 П765—35 к поражающим факторам ядерного взрыва (ПФЯВ). Это произошло за счет удаления элементов пусковой установки 15 П735, необходимых для газодинамического старта ракет 15 А35, применения усовершенствованной амортизационной системы и заполнения высвободившегося объема тяжелым железобетоном специальных марок. Автономная пусковая установка 15У175 мобильного комплекса представляет собой одну ракету 15Ж55, помещенную в высокопрочный стеклопластиковый производственный комплекс, смонтированный на восьмиосном шасси МЗКТ‑79221. Вес пусковой установки — около 120 т, ширина — 3,4 м, длина — 22 м. Система управления — инерциальная на основе бортового цифрового вычислительного

позволяют значительно повысить готовность ракетных войск стратегического назначения (РВСН) к выполнению поставленных боевых задач в любых условиях, обеспечивать маневренность, скрытность действий и живучесть частей, подразделений и отдельных пусковых установок, а также надежность управления и автономное функционирование в течение длительного времени (без пополнения запасов материальных средств). Почти в два раза увеличена точность прицеливания, в полтора раза увеличена точность определения геодезических данных, в два раза сокращено время подготовки к пуску. Все эти многочисленные свойства и функции делают «Тополь-М» мощным межконтинентальным оружием XXI века, способным надежно защитить Россию от внешней агрессии.

комплекса (БЦВК) и гиростабилизированной платформы. Таким образом, комплекс высокоскоростных командных гироскопических приборов обладает улучшенными характеристиками, новый БЦВК — повышенной производительностью и стойкостью к воздействию ПФЯВ. В итоге характеристики ракетного комплекса «Тополь-М»

Табл.2. Целевые рынки, основные конкуренты, конкурентные преимущества НКТ

август 2013 | композиты 21 век

спорт | Пилотаж

Чудеса на виражах Лучшие фигуры высшего пилотажа выполняют на самолетах, сделанных из композитных материалов. Текст: Мария Кочетова Фото: Shutterstock

дним из самых масштабных и технически сложных видов спорта является самолетный. Немудрено, что наибольшей популярностью пользуется его самый зрелищный тип — высший пилотаж, или аэробатика.

Выполнение комплекса соответствующих фигур пилотами-спортсменами требует использования предельных возможностей как самолетов, так и самих летчиков. Самолеты, вертолеты, планеры и даже парапланы могут творить чудеса в воздухе. Самыми известными аэробатами мира являются летчики из пилотажных групп, таких как «Стрижи», «Витязи», Patrouille de France и Freccio Tricolore, летающие на мощных реактивных самолетах.

Из истории высшего пилотажа

Первый чемпионат мира по высшему пилотажу на поршневых самолетах был проведен в Венгрии еще в 1960 году, через 17 лет стартовал и первый Чемпионат Европы. Сегодня чемпионаты мира и Европы проводятся, чередуясь, раз в два года. Программа соревнований включает в себя несколько комплексов фигур высшего пилотажа, чистота выполнения которых оценивается судьями с точностью до градуса. Любая фигура представляет совокупность различных линий (горизонтальные, вертикальные и наклонные прямые, а также части окружностей в прямом и перевернутом полете) и вращений (штопоры, управляемые, фиксированные и штопорные положительные и отрицательные бочки). Так, скажем, вираж с бочками –это разворот на 360° в горизонтальной плоскости (вираж) с одновременным вращением самолета вокруг продольной оси (одна бочка — 360°), при этом бочек может быть от двух до четырех и все они должны быть ис-

композиты 21 век | август 2013

Пилотаж | спорт полнены с постоянной угловой скоростью, а также равномерно расположены по виражу. А вот штопорные бочки — это аэроинерционные вращения, выполняемые со срывом потока с крыла с положительной или отрицательной перегрузкой, доходящей до ±10. Естественно, каждая фигура пилотажа имеет коэффициент сложности. На соревнованиях судейская оценка умножается на этот коэффициент. Общая оценка за комплекс всегда объективна: она специально подсчитывается по сложной математической программе с использованием статистических методов во избежание субъективного судейства. Не все комплексы отрабатываются летчиками одинаковое время. Так, в течение нескольких месяцев обкатываются обязательные известные и произвольные программы, а неизвестные, или «темные», составляются непосредственно на соревнованиях из «домашних заготовок» команд — каждая представляет по одной фигуре. Конечно, самыми сложными для пилотов являются «темные» комплексы: они объявляются участникам соревнований за считанные часы до начала мероприятия и могут быть «отрепетированы» только на земле. Поэтому судьям приходится представлять программу в воздухе сразу с первой попытки. Абсолютным чемпионом, победителем соревнований, становится летчик, имеющий лучший результат по сумме всех программ. Любопытно, что абсолютно все фигуры высшего пилотажа выполняются на чемпионатах в ограниченном пространстве. Для этого на земле полотнищами обозначаются оси и углы квадрата со стороной 1000 м, а высота пилотирования составляет от 100 м до 1000 м. Любое нарушение этих границ влечет за собой значительные штрафные очки. Самой яркой программой соревнований является фристайл — оценивается она не по выполнению фигур, а в целом. Во время исполнения

Фактически основным самолетом воздушной гонки является моноплан Экстра 300, который обладает неограниченными возможностями в аэробатике. Он был разработан немецким спортивным пилотом Вальтером Экстра в 1987 году. Он отличается фюзеляжем, изготовленным из стальных труб и покрытым панелями из легкого сплава и полотняной обшивкой. Хвостовое оперение — свободнонесущее, изготавливалось из композиционных материалов и покрывалось стеклопластиковыми панелями. Крыло — среднерасполо-

женное, из композиционных материалов с покрытием из стеклопластика, с симметричным профилем. Шасси — неубираемое, с хвостовым колесом. Основные опоры шасси изготовлены из композитов.

AEIO‑540‑L1B5 Мощность: 1 х 300

Летные характеристики: Максимальная скорость: по прибору: 408 км/ч пилотирования: 317 км/ч Максимальная вертикальная скорость: Технические характеристики: на взлетном режиме у земли: 16 м/с Экипаж: 1 человек Дальность полета: 944 км Длина: 6,95 м Практический потолок: Высота на стоянке: 2,20 м 4875 м Размах крыла: 7,39 м Продолжительность полета: Площадь крыла: 10,44 м² 2 часа Масса пустого: 682 кг Максимально допустимые Максимальная взлетная: перегрузки: 952 кг положительная: 9 G Запас топлива: 199,5 л отрицательная: 6 G Двигатели: 1 ПД Lycoming

спортсмены демонстрируют новые фигуры, применяя все свое мастерство и возможности самолета. Поэтому было бы неверно говорить, что чемпионаты по высшему пилотажу — это состязания одних лишь летчиков. Важную роль играют и конструкторы: программы постоянно усложняются, что заставляет их постоянно работать над совершенствованием самолетов. А это, в свою очередь, позволяет еще более усложнить и разнообразить пилотаж. Кстати, с 1997 года (соревнования Кубка мира Breitling) трех-четырехминутная программа фристайла выполняется пилотами под музыку. А в критерии оценки также входит и хореография. В соревнованиях участвуют как мужчины, так и женщины, и предъявляемые к ним требования абсолютно одинаковы. Чаще всего состязания даже не имеют раздельного зачета между женщинами и мужчинами.

Уникальные соревнования

А вот самыми экстремальными выступлениями славятся пилоты воздушных гонок Red Bull Air Race. Главной особенностью этих соревнований является близость гонки к зрителям — полеты на небольшой высоте по относительно компактной

трассе позволяют публике в полной мере почувствовать всю энергетику происходящих событий. Red Bull Air Race была разработана специально для легких монопланов — самолетов малой авиации с одной несущей поверхностью. Выбор пал на эти машины неслучайно — для выполнения фигур высшего пилотажа им не требуется много высоты и места. Поэтому гонки часто проводят в самом центре шумного города без малейшего риска для его жителей. Главным условием проведения авиагонок является историческая ценность местности и наличие широкой водной поверхности — пилоты летают непосредственно над ней. Этапы серии в разное время проходили в Лондоне, Барселоне, Будапеште, Роттердаме, Сан-Диего, Детройте, Сан-Франциско, Абу-Даби. В 2006‑м гонки чуть было не состоялись над Невой на стрелке Васильевского острова в СанктПетербурге, однако в последний момент мероприятие отменили. С появлением Red Bull Air Race возникла и новая спортивная дисциплина — авиаслалом. Это динамичный вид пилотирования, целью которого является прохождение сложной воздушной трассы с препятствиями за минимальное время. август 2013 | композиты 21 век

спорт | Пилотаж Пилоты выполняют заданную летную программу по одному, совершая крутые повороты и проходя через пары надувных пилонов, установленных на плавучих платформах. Несколько пилонов ставятся в ряд для прохождения «змейки». Остальные располагаются попарно или по четыре, образуя так называемые воздушные ворота. При этом ширина узких ворот составляет 10 м, широких — 13 м, а высота — около 20 м. И это все при учете, что размах крыла самолета около 8 м. Пилоны бывают двух типов: синие (их нужно пройти в горизонтальном положении) и красные (их проходят в позиции «лезвие ножа», то есть вертикально). А если три красных пилона установлены один за другим, то их нужно обработать змейкой. Победителем становится тот пилот, который не совершил ошибок и показал лучшее полетное время. Штрафные секунды начисляются за множество нарушений: за неправильное прохождение

композиты 21 век | август 2013

ворот, за отклонение по крену или высоте при прохождении ворот, за касание пилона. Пилот может быть даже дисквалифицирован за опасный пилотаж — это и проход на очень малой высоте, и вхождение в зону зрителей, и значительные отклонения от траектории трассы, и превышение максимальной перегрузки в 12g, и превышение скорости прохода входных ворот (370 км/ч). Нечего и говорить — такое пилотирование очень динамично. Пилот проходит трассу на малой высоте со скоростью, превышающей 370 км/ч, с перегрузками до 12 g, да еще и выполняет серию трюков без права на ошибку. Для наибольшей безопасности организаторы авиагонки постоянно накладывают ограничения на модернизацию самолетов. Однако конструкторы предлагают все новые и новые решения, вот почему многие специалисты констатируют, что гонки Red Bull Air Race, как и автомобильные заезды «Формулы‑1»,

являются катализатором технического прогресса. А начиналось все в 2003 году, когда компания Red Bull обратилась к венгерской звезде малой авиации Петеру Бешены, чтобы он помог разработать правила и программу соревнований. Тогда же в австрийском городе Цельтвеге и прошла первая гонка. Полеты имели ошеломительный успех! Затем гонку обкатывали в Венгрии, США и Великобритании. До 2007 года в ней принимали участие 11 суперлетчиков. Но чтобы разнообразить программу и открыть новые имена, организаторы увеличили число участников до 15, введя этап wild card, дающий молодым целеустремленным пилотам возможность посоревноваться с основным составом Red Bull Air Race. Россиянам и здесь есть, чем гордиться: абсолютный чемпион страны, Европы и мира по высшему пилотажу Сергей Рахманин принимает участие в гонке с 2007 года.

АДС | оружие

август 2013 | композиты 21 век

технологии | ПКМ

Композиты в каркасных конструкциях Уже более 50 лет в конструкции фюзеляжей своих вертолетов ОКБ имени Н.И. Камова применяет полимерные композиционные материалы (ПКМ). Авторы: Александр Вагин, Владимир Головин Фото: авторов

сторически сложилось, что ОКБ занималось в основном вертолетами корабельного базирования и сельскохозяйственного назначения, где наряду с требованиями по прочности и жесткости к применяемым материалам предъявляются повышенные требования по коррозионной стойкости. Полимерные композиционные материалы как раз обладают высокими удельными статическими и динамическими характеристиками, сочетающимися с высокой коррозионной стойкостью. Опыт замены каркасной конструкции фюзеляжа панельной показал, что такой переход позволяет: • снизить трудоемкость изготовления сотовых панелей из ПКМ взамен традиционных металлических примерно на 28%; • снизить трудоемкость изготовления и сборки агрегата из сотовых панелей по сравнению с трудоемкостью изготовления и сборки каркасного агрегата аналогичного назначения на 43—50%; • снизить массу трехслойных панелей с сотовым заполнителем при замене алюминиевых сплавов на органопластик на 15—23%; • сократить количество необходимого технологического оборудования в 3 раза; • повысить удельную прочность,

композиты 21 век | август 2013

Ка-25 – первый советский противолодочный вертолет

жесткость и устойчивость конструкции при работе в условиях сложного (в том числе динамического) нагружения; • снизить время разработки конструкторской документации.

Этапы развития

Процесс внедрения ПКМ в конструкцию фюзеляжей условно можно разделить на три этапа. Первый этап — создание отдельных деталей несилового назначения из стеклопластика путем механической замены металла (в основном обшивок) на полимерные композиционные материалы (в основном стеклопластик) в рамках традиционной конструкции «металлического» типа. По времени этот этап охватывает период с конца

50‑х до начала 70‑х годов (Ка‑25, Ка‑26). Второй этап — разработка и внедрение агрегатов силового назначения, в том числе трехслойных панелей с сотовым заполнителем и обшивками из полимерных композиционных материалов. По времени этот этап охватывает период с начала 70‑х до середины 80‑х годов (Ка‑27, Ка‑126, Ка‑50). Третий этап — создание интегральных цельнокомпозитных структур и крупногабаритных конструкций агрегатов фюзеляжа на базе многофункциональных материалов. По времени этот этап охватывает период с середины 80‑х годов по настоящее время (Ка‑62). Динамику применения ПКМ

ПКМ | технологии в конструкции планера камовских вертолетов можно увидеть (Рис. 1). Последним аппаратом ОКБ, который имел классический цельнометаллический фюзеляж, был винтокрыл Ка‑22. Уже на вертолете Ка‑25, созданном в конце 50‑х годов, из ПКМ был выполнен обтекатель РЛС и создан экспериментальный отсек стабилизатора, в котором кессонная часть была выполнена из трехслойных панелей с обшивками из стеклопластика и хлопчатобумажными сотами в качестве заполнителя. Одновременно на этом вертолете был получен опыт эксплуатации трехслойных панелей с сотовым заполнителем в виде конструкций грузового пола, что в дальнейшем позволило перейти к их широкому применению в конструкции наших фюзеляжей. Первым вертолетом, где в достаточно заметном количестве были применены полимерные композиционные материалы, стал вертолет Ка‑26, созданный в начале 60‑х годов. В основном, это были стеклопластики на связующем холодного отверждения (в конструкциях типа зализов, капотов и обтекателей) и готовые пластики типа стеклотекстолитов (обшивки панели пола грузопассажирской кабины). Для этого вертолета специалисты предприятия впервые попытались создать хвостовую балку методом намотки, но конструкция оказалась неудачной. Полимерные композиционные материалы в конструкции фюзеляжа составили в то время около 5—6% от общего веса фюзеляжа. В дальнейшем, с появлением новых ПКМ высокой прочности и жесткости на связующих горячего отверждения, возможности применения таких материалов в конструкции фюзеляжей вертолетов расширились. Так, на вертолете Ка‑27, построенном в середине 70‑х годов, уже применены полимерные композиционные материалы в конструкции рулей направления, стабилизатора, килей, предкрылков, в крышках люков, обтекателях

Ка-62

60 50 40

Ка-50

30 Ка-126

20 10 0

Ка-27 Ка-25

Ка-26

1958 1962 1972 1980 1984 1994

Рис. 1. Содержание ПКМ в конструкции фюзе‑ ляжей вертолетов фирмы «Камов» (% к массе фюзеляжа) антенн. В нагруженных частях фюзеляжа широко используются клееные конструкции в виде трехслойных панелей с сотовым заполнителем, но обшивки этих панелей в основном выполнены из алюминиевых сплавов. Трехслойные панели с обшивками из ПКМ и монолитные панели из стеклопластика были применены в конструкции интерьера вертолета Ка‑32. Внедрение новых материалов предопределило решительный переход от традиционной металлической стрингерной (кар-

На вертолете Ка‑27 впервые в конструкциях были применены органопластики типа «органит‑7 т»

касной) конструкции к слоистой с обшивками из ПКМ и сотовым заполнителем. На вертолетах Ка‑27, Ка‑29, Ка‑32 впервые в конструкциях были применены органопластики типа «органит‑7 т» (зарубежный аналог — «кевлар»), по удельной жесткости не уступающие алюминиевым сплавам, а по прочности превосходящие их в 3—4 раза. Низкая скорость распространения трещин (в том числе усталостных), высокая вязкость разрушения, ударо- и вибропрочность органопластиков позволили нам применить их в конструкциях таких агрегатов, как рули направления, хвостовая часть стабилизатора. Были изготовлены опытные агрегаты и проведены все виды испытаний (в том числе летные), в результате которых был достигнут положительный результат: при увеличении разрушающей нагрузки на 9% получено снижение массы отдельных элементов руля направления на 30%, а массы всего руля — на 15%. Однако вследствие того, что в то время промышленный выпуск органопластика еще не был налажен в требуемом объеме, в серийное производство был запущен вариант конструкции оперения из стеклопластика.

август 2013 | композиты 21 век

технологии | ПКМ

Черная акула

Следующим шагом, значительно расширившим область применения ПКМ в конструкции фюзеляжей наших вертолетов, стал вертолет Ка‑50, в конструкции которого эти материалы составили уже около 36% от массы фюзеляжа. С самого начала проектирования этого вертолета учитывалась возможность широкого применения в конструкции его фюзеляжа ПКМ. Поэтому теоретические обводы фюзеляжа и компоновочные решения по возможности постарались выбрать так, чтобы панели получились плоскими или одинарной кривизны. Такая задача была выполнена, и в настоящий момент из всех трехслойных панелей, имеющихся в конструкции фюзеляжа, 90% — плоские или одинарной кривизны. Это значительно повышает технологичность вследствие упрощения изготовления оснастки, меньшего коробления панелей при изготовлении, существенного упрощения раскроя препрегов. При сравнительно небольших габаритах вертолета свыше 70 м2 поверхности его фюзеляжа занимают более 100 трехслойных панелей с сотовым заполнителем. 40% этих панелей можно отнести к силовым конструкциям (например, панели кабины экипажа, консолей стабилизатора, крыльев, верти-

композиты 21 век | август 2013

кального оперения, хвостовой балки, центрального кессона, контейнеров топливных баков, см. Рис. 2, 3, 4, 5). Максимальный размер панелей фюзеляжа составил 2х1,5 м. Кроме конструкций типа трехслойных панелей, из полимерных композиционных материалов выполнены окантовки дверей и люков кабины экипажа, носовой кок, различные зализы, кожухи и другие элементы конструкции фюзеляжа. В конструкции фюзеляжа этого вертолета были использованы следующие материалы: обводообразующие элементы, стенки, шпангоуты в основном пред-

Фюзеляж Ка‑50 на 36% состоит из композиционных материалов

Применение композитов в отдельных агрегатах типа оперения и хвостовой балки Ка‑62 доходит до 90%

ставляют собой трехслойные панели с обшивками из материалов типа «органит» или композиций «органит-уголь», «органит-стекло» и с сотовым заполнителем типа ПСП‑1, которые собираются на металлическом каркасе традиционным способом — клепкой. Работа по внедрению ПКМ в конструкцию фюзеляжа вертолета Ка‑50 проводилась совместно с другими институтами отрасли по целевой комплексной программе и включала в себя не только создание материалов, но и поиск конструктивнотехнологических решений. Реализация таких конструкторских и технологических решений позволила не только снизить массу агрегатов, но и в несколько раз уменьшить количество деталей, что привело к резкому снижению трудозатрат при изготовлении деталей и сборке агрегатов. Сам же характер сборочных работ (способы сборки и применяемый инструмент) существенно не изменился, что также способствовало быстрому внедрению в производство. В процессе создания этого вертолета был решен ряд задач, связанных с заменой традиционной металлической конструкции на конструкцию из ПКМ: снятие статического электричества, увеличение работоспособности антенных устройств, герметичности тон-

ПКМ | технологии ких пластиковых обшивок и др. Создание вертолета с широким применением ПКМ (главным образом за счет внедрения новых легких органопластиков) позволило: • снизить массу отдельных элементов конструкций на 20— 30%; • снизить массу фюзеляжа примерно на 100 кг; • повысить отказоустойчивость и живучесть вертолета; • увеличить ресурс отдельных агрегатов планера в 2—2,5 раза; • снизить трудоемкость и энергетические затраты при изготовлении сложных элементов конструкции за счет уменьшения количества деталей, сокращения цикла клепально-сборочных работ в 1,5—3 раза; • сократить продолжительность цикла изготовления агрегатов в 1,5—3 раза; • снизить трудоемкость плазовых работ в 2 раза.

Шаг назад

Параллельно с постройкой вертолета Ка‑50 строился Ка‑126, который создавался как однодвигательная (с газотурбинным двигателем) модификация Ка‑26. С точки зрения применения в конструкции фюзеляжа этого вертолета полимерных композиционных материалов, мы сделали шаг назад по сравнению с Ка‑50. Но это произошло не вследствие разочарования в этих материалах или недостаточного опыта их применения, а лишь из-за желания сохранить возможно большую преемственность новой конструкции и Ка‑26. Тем не менее из полимерных композиционных материалов для Ка‑126 выполнили хвостовые балки, вертикальное и горизонтальное оперение, боковые панели, грузовой пол транспортной кабины, ряд панелей центрального кессона. Также из ПКМ изготовили различные обтекатели, зализы и крышки люков, что в общей сложности в конструкции фюзеляжа составило около 20%. Всего на вертолете насчитывается 41 панель трехслойной конструкции и только 6 из них выполнены

из алюминиевых сплавов. Ярким примером преимущества ПКМ перед традиционной металлической конструкцией может служить хвостовая балка Ка‑126, ведь у нее есть прослуживший более 25 лет аналог — хвостовая балка вертолета-предшественника Ка‑26. Анализ характеристик обеих конструкций показывает, что по сравнению с хвостовой балкой вертолета Ка‑26 в хвостовой балке Ка‑126 количество деталей сокращено со 109 до 38, количество единиц крепежа с 1570 до 100, а количество применяемых материалов с 27 до 8. В это же время продолжалась отработка создания различных типов конструкций элементов фюзеляжа из ПКМ, отработка способов соединения между собой агрегатов из ПКМ, а также поиск (продолжающийся и сейчас) наиболее оптимального решения проблем, возникающих в области радио- и электрооборудования в связи с заменой традиционной металлической конструкции фюзеляжа конструкцией из ПКМ. Итак, приступая к проектированию вертолета Ка‑62, у камовцев уже имелся достаточный опыт проектирования, постройки и эксплуатации вертолета с фюзеляжем из ПКМ. Это позволило создать фюзеляж, уже более 60% конструкции которого создано из этих материалов. В сознании разработчиков прочно укрепилась мысль о том, что для получения существенных преимуществ при внедрении в конструкцию фюзеляжа полимерных композиционных материалов необходимо переходить к созданию крупногабаритных конструкций из композицион-

В конструкции фюзеляжа Ка-62 широко применяется технология выкладки препрегов

ных материалов с одновременным расширением их применения. Это приведет к увеличению весовой отдачи, снижению трудоемкости изготовления и сборки агрегатов, широкому внедрению систем автоматизированного проектирования на всех этапах — от чертежа до готовой продукции. При этом проектирование конструкций должно вестись на новых принципах, исключающих механическое копирование идеологии металлических конструкций. С учетом этих соображений разрабатывалась конструкция фюзеляжа вертолета Ка‑62. В этой модели вертолета внедрен широкий спектр типов конструкций из ПКМ: от уже привычных трехслойных панелей с сотовым заполнителем типа ПСП‑1 и обшивками из материалов типа «органит-уголь» до многослойных силовых элементов: балок, шпангоутов и других аналогичных элементов конструкции фюзеляжа. Применение ПКМ в отдельных агрегатах типа оперения и хвостовой балки доходит до 90% и более от общей массы агрегата. В конструкции фюзеляжа этого вертолета уже широко применяется технология выкладки препрегов, а также намотки таких элементов, как лонжероны консолей стабилизатора и вертикального оперения, хвостовая балка,..

Вывод

Для получения наибольшего эффекта от внедрения в конструкцию ПКМ проектирование вертолета, начиная с первой его компоновки, должно вестись с учетом особенностей этих материалов. Необходимо учитывать, например, что наибольшего снижения массы от использования ПКМ в конструкции фюзеляжа вертолета можно добиться, применяя эти материалы лишь в крупногабаритных конструкциях с минимальным количеством стыков. Нельзя забывать, что лучше всего полимерные композиционные материалы работают на растяжение и значительно хуже — на сжатие. август 2013 | композиты 21 век

космос | Телескоп

Наблюдательный пункт за Вселенной Текст: Григорий Студнев Фото: NASA

Многие важнейшие астрономические открытия последних двух десятилетий были сделаны благодаря космическому телескопу «Хаббл». Ему на смену грядет телескоп имени Джеймса Вебба, который будет втрое больше своего предшественника, и от него ждут еще большего вклада в развитие фундаментальной науки.

композиты 21 век | август 2013

Телескоп | космос

режде чем начать разговор о новом космическом телескопе и достоинствах аппарата, надо разобраться, зачем он вообще нужен и какой от него прок простому человеку. Если с выводом на орбиту спутников все более или менее понятно — навигация, метеорология, оборона, связь, в конце концов, спутниковое телевидение и прочие блага современной цивилизации. То для чего нужно тратить колоссальные средства на изучение дальнего космоса, если никакой практической пользы от этого не видно, для многих людей остается загадкой. Человечество и свою планету еще толком не изучило, а уже зачем-то наблюдает за соседними галактиками. Причем это не чудачество отдельно взятого ученого, как это часто бывало в прошлом. Все исследования щедро оплачиваются государством из кармана налогоплательщиков. Условно говоря, «в Африке дети голодают», а ученые зачем-то фотографируют Столпы Творения. Самый очевидный ответ на этот вопрос заключается в том, что технологии, которые разрабатываются для освоения космоса, впоследствии применяются в повседневной жизни. Здесь у космических исследований конкурентов нет. Сегодня астрономы — главные двигатели технического прогресса, и сравниться с ними могут разве что военные. Но, по понятным причинам, военные технологии переходят в гражданскую плоскость с большим запозданием. Поэтому на современную астрономию средств не жалеют.

На это можно возразить, что астрономы используют передовые технологии в своих целях, но сами исследования того же «Хаббла» практического результата не принесли. Что называется, их «нельзя потрогать». Ученые в ответ на это приводят электрическую лампочку, которая появилась в результате изучения электричества. Никто не понимал, что такое электричество, а в результате через сто лет появилась лампочка. И она возникла не из-за того, что ученые ее пытались

Диаметр зеркала «Хаббла» и JWST на примере человека среднего роста

Составное зеркало «JWST»

Зеркало «Хаббла»

август 2013 | композиты 21 век

космос | Телескоп

что имя нам его несет? В 2002 году Космическому телескопу нового поколения (NGST) было решено присвоить имя второго руководителя NASA Джеймса Эдвина Вебба, который считается лучшим руководителем за всю историю космического агентства США. Вебба считают отцом лунной программы, поскольку при нем были выполнены основные работы: от постановки задачи высадки на Луну и до успешных летных испытаний ракеты-носителя Saturn 5 и основных элементов лунного экспедиционного комплекса. Джеймс Вебб ушел с поста руководителя NASA в день своего 62‑летия, 7 октября 1968 года — за четыре дня до начала первого пилотируемого полета корабля Apollo, за два с половиной месяца до первого пилотируемого полета к Луне и за девять месяцев до первой экспедиции на Луну. При нем американские космические аппараты впервые исследовали Венеру и Марс, стартовали первые космические обсерватории OSO и OAO. Так что присвоение имени Вебба большому космическому телескопу можно считать вполне оправданным.

сделать, а потому что они изучали электричество. Сейчас при помощи космических телескопов изучаются процессы, которые происходят во Вселенной, и какое практическое применение найдут новые знания — лишь вопрос времени.

На службе технического прогресса

Итак, мы выяснили, что космический телескоп, а точнее орбитальная инфракрасная обсерватория, имени Джеймса Вебба (JWST — James Webb Space Telescope) призвана ответить на важнейшие вопросы фундамен-

композиты 21 век | август 2013

тальной науки. А главная ее задача состоит в том, что она закладывает основы технологий будущего. О масштабности проекта говорит уже один тот факт, что над ним совместно работают 17 государств, координирует все усилия NASA. Первоначально проект окрестили космическим телескопом нового поколения (Next-generation space telescope), что красноречиво свидетельствует о принципиальном прорыве в его конструкции. В таких случаях неизбежны сравнения с предшественниками, а в данном случае это телескоп «Хаббл», поскольку именно его и заменит JWST. Наиболее важными частями телескопа являются зеркало и оптическая система. В больших астрономических телескопах зеркало выполняет ту же функцию, что и линза в подзорной трубе, т. е. собирает и фокусирует свет. Диаметр цельного зеркала «Хаббла» составляет 2,4 метра, а JWST будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре и солнечным щитом размером с теннисный корт. Решение создать составное зеркало обусловлено тем, что цельный экран такой величины невозможно разместить в ракете-носителе Ariane 5, на которой планируется вывести телескоп в космос в 2018 году. Размер каждого из 18 шестигранных сегментов зеркала составляет 1,32 метра от грани до грани, а масса сегмента — 20 кг. Благодаря размерам зеркала JWST будет несравненно мощнее «Хаббла» и позволит регистрировать излучение, исходящее из самых отдаленных областей Вселенной. От теплового излучения Солнца и Земли JWST будет защищать гигантский защитный экран из пяти слоев полимерных материалов. Благодаря такой конструкции телескоп будет работать при сверхнизких температурах, а значит, не будет сам излучать

Телескоп | космос

Композитная объединительная плата, удерживающая зеркала вместе, имеет очень низкий коэффициент теплового расширения, поэтому изменения положения оптики составят не более 40—50 нанометров

август 2013 | композиты 21 век

космос | Телескоп

На создание главной части телескопа – зеркала ушло семь лет работы

в инфракрасном диапазоне и, тем самым, не будет создавать помех для измерений.

Наноточность как залог успеха

Все это стало возможным благодаря прорыву в области шлифования бериллиевых зеркал, проектирования конструкций из углеродных композитов, солнцезащитных покрытий и «тепловых выключателей». Солнцезащитный экран размером с теннисный корт построит компания Northrop Grumman. Ей же поручено создание платформы космического аппарата, которая объединит все модули телескопа, включая модуль научных инструментов. Шестиметровая объединительная плата основного зеркала будет выполнена их графитового композита — ее изготовит Alliant Techsystems. Для создания главной части телескопа — зеркала — точнее, его сегментов — потребовались усилия специалистов компаний Ball Aerospace, Brush Wellman, Axsys Technologies и Tinsley Laboratories и семь лет работы. Каждое зеркало выполнено с допусками в одну тысячную ширины человеческого волоса. После того как положение зеркал будет разблокировано, приводы должны выровнять их положение по линии «фронта волны» с допуском в 20 нанометров (1/5000 толщины волоса).

композиты 21 век | август 2013

Но ошеломляющая точность выравнивания ансамбля из 18 зеркал не является главным вызовом для фокусировки. Этой чести удостоилась композитная объединительная плата, что удерживает зеркала вместе, с очень низким коэффициентом теплового расширения, поэтому изменения положения составят не более 40—50 нанометров.

Приоткрывая тайны Вселенной

Какие же цели ставят перед собой ученые, создавая JWST? Чтобы понять их масштабность, надо вновь вернуться к «Хабблу», благодаря которому человечество узнало невероятно много нового. Давайте посмотрим на основные характеристики обеих орбитальных обсерваторий. Площадь собирающей поверхности «Хаббла» составляет приблизительно 4,5 м², а у JWST она составит около 25 м². А чем больше собирающая поверхность прибора, тем более слабый объект он позволяет наблюдать. Фокусное расстояние возрастет с 57,6 метров до 131,4 метров. «Сейчас мы способны заглядывать на расстояния примерно в 10—11 млрд. световых лет, и это уже достаточно близко к началу Вселенной. При помощи современных телескопов мы видим состояние Вселенной, какой она была примерно через 800 млн. лет

Телескоп | космос после Большого взрыва. При помощи нового телескопа мы сможем увидеть ее состояние через 200 млн. лет после Большого взрыва, что значительно ближе к моменту ее зарождения. То есть, с точки зрения физического расстояния, мы заглянем немногим дальше, зато мы существенно продвинемся назад во времени к Большому взрыву как таковому», — пояснил лауреат Нобелевской премии по физике 2006 года, доктор, профессор Джон Мазер во время публичной онлайн лекции для русскоязычной публики, которая была посвящена JWST. Кроме того, снимки, сделанные «Хабблом», позволили установить, что в результате действия гравитационных полей видимых галактик можно увидеть значительно более далекие галактики. «То есть сама Природа предусмотрела для нас такую вот дополнительную увеличительную линзу в дальнем космосе, в которой фокусируется свет, исходящий от совсем уже далеких галактик. Если нам удастся отыскать и другие подобные аномальные места, то через них, как через лупу, мы сможем заглядывать гораздо глубже в дали Вселенной, чем если бы мы их не открыли», — пояснил Джон Мазер. С помощью JWST ученые надеются получить ответ на вопрос о процессах формирования первых звезд и галактик, а также проверить гипотезу о том, что первые звезды могли состоять из темной материи. Понимание же того, что вообще собой представляют темная материя и темная энергия — это один из важнейших предметов исследования в современной астрономии в принципе. Скорее всего, JWST не позволит получить свидетельство существования жизни на какой-нибудь другой планете, но станет шагом на пути к созданию телескопа будущего (причем не столь отдаленного, уверяют ученые), который достигнет этой цели. Но это глобальные цели, которых надеются достичь ученые. Первичными же задачами JWST станут обнаружение света первых звезд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звезд, планетных систем и происхождения жизни. Также «Вебб» сможет рассказать о том, когда и где началась реионизация Вселенной и что ее вызвало. Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 астрономических единиц от своих звезд, и удаленные от Земли на расстояние до 15 световых лет. В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря JWST ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии — возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет. Телескоп будет обращаться с небольшим радиусом вокруг так называемой второй точки Лагранжа (L2) на удалении около 1,8 млн. километров от Земли. В космос его выведет европейская ракета-носитель Ariane 5. По последним данным, это планируется сделать в 2018 году, хотя сроки запуска уже несколько раз переносились.

LADEE 2013 160‑дневная роботизированная экспедиция на орбиту Луны для сбора информации MAVEN 2013 Межпланетный зонд для исследования атмосферы Марса. MMS 2014 Миссия для изучения земной магнитосферы. New Horizons 2015 Автоматическая межпланетная станция, запущенная в 2006 для изучения Плутона и его естественного спутника Харона. Завершит свой полет к ледяной планете в июле 2015 года. Juno 2016 Юнона — автоматическая межпланетная станция, запущенная в 2011 для исследования структуры Юпитера. InSight 2016 Миссия в рамках программы Discovery по доставке на Марс исследовательского посадочного модуля сбора образцов почвы. TESS 2017 Телескоп, чья главная задача — обнаружение планет земного типа. Solar probe plus 2018 Аппарат приблизится к поверхности Солнца на расстояние до десяти солнечных радиусов. James Webb Telescope 2018 Орбитальная инфракрасная обсерватория считается, что она обнаружит свет первых звезд и галактик. OSIRIS-Rex 2018 Межпланетная станция для доставки образцов грунта с астероида «1999 RQ36». Вернется на землю в 2023 году. Mars Rover 2020 Марсоход приземлится на планету, соберет образца и доставит их обратно на Землю, для дальнейших исследований. Высадка человека на астероид 2025 На основании данных полученных от OSIRIS-Rex, НАСА надеется подготовить миссию с высадкой человека на «1999 RQ36». Высадка человека на Марс 2030 Через 10 лет после посадки марсоходов, машины должны сменить люди. Как заверил президент Обама, в 30‑х годах нашего века человек прогуляется по Красной планете.

август 2013 | композиты 21 век

Технологии | Пенопласт

композиты 21 век | август 2013

Пенопласт | Технологии

август 2013 | композиты 21 век

бизнес | Персона номера

Александр Степченко, директор «Союза КТИ»: «От слов перешли к делу» Беседу вел: Павел Жданкин Фото: редакции

последнее время директора «Союза КТИ» Александра Степченко трудно застать на рабочем месте. Виной всему постоянные совещания в различных ведомствах. Поскольку развитие отрасли композитов стало государственной задачей. Как этого удалось достичь, и кто «приложил к этому руку» журналу «Композиты 21 Век» рассказал Александр Федорович. Александр Федорович, полтора года назад вы мне говорили, что в композитной отрасли начался процесс консолидации, поскольку вместе кризисные ситуации переживать проще. Если оглянуться назад, путь был выбран правильно? Композитная отрасль в момент нашего последнего разговора находилась в стадии выхода из кризиса 2008 года. Тогда были определенные надежды, что все будет налаживаться достаточно быстро, но оказалось не все так просто, было тяжело. В чем была причина? Если так можно сказать, то главный виновник — упавший спрос на нашу продукцию. До 2008 года наблюдался живой интерес к композиционной тематике. А в 2010—2011 многим стало просто не до нас. Своих проблем, наверное, хватало с избытком. В таком случае спрошу иначе. Какие факторы все-таки тормозят спрос на композитные изделия? Думаю, что во многом это была системная ошибка государства, и определенные последствия не совсем правильного Федерального закона о госзакупках (94‑ФЗ). Напомню, что он ставит

композиты 21 век | август 2013

Персона номера | бизнес во главу угла самую низкую цену. Говорится, конечно, о критерии цена-качество. Однако многие производители и выгодоприобретатели тендеров начали простонапросто демпинговать. И такая система привела к тому, что многие подрядчики оставались один на один со своими проблемами, когда ему надо самостоятельно закрывать многочисленные дыры. У многих возникал и продолжает возникать простой и понятный вопрос: как выжить и довести до конца строительство объекта. Как правило, решение находилось одно — снижение себестоимости строительства. Если говорить о композитах, то те преимущества, которыми мы по праву гордимся, а это, прежде всего, физико-механические свойства наших материалов. Мне много раз в личных беседах подрядчики говорили, глядя прямо в глаза, что жизненный цикл изделий их мало интересует, а стоимость эксплуатации композитных изделий ничуть не трогает, поскольку нагоняй от проверяющих структур они будут получать именно за превышение сметной стоимости проекта. Как мне кажется, ситуация начала постепенно меняться, государство обратило свое внимание на композитную отрасль. Могу с уверенностью сказать, что от слов перешли к делу. Я не первый год живу и отчетливо понимаю, когда работа ведется исключительно для галочки. Приятно отметить, что лед тронулся, я могу даже назвать конкретную дату — 30 августа 2012 года, тогда Минпромторг России (Министерство промышленности и торговли РФ) организовал совещание представителей отраслевых министерств, на котором был заслушан вопрос о состоянии композитной тематики в отраслях. Свои доклады представили и Минрегион (Министерство регионального развития РФ), и Минтранс (Министерство транспорта РФ), и Минэнерго (Министерство энергетики РФ). Для того совещания «Союз КТИ» подготовил и направил справку в Федеральное дорожное агентство («Росавтодор») о применимости в дорожном

На запуске завода «НТТ»

строительстве композитных изделий. Наши предложения были включены в доклад заместителя руководителя агентства Николая Быстрова. Но 24 октября президент РФ Владимир Путин обрушился с критикой на всю нашу промышленность, тогда, в частности, речь зашла и про композиты. Было сказано, что этому вопросу практически не уделяется никакого внимания. Напомню, что в советское время мы были в тройке стран по уровню развития данного направления наравне с США и Японией. После этого в декабре Минпромторг разработал государственную программу РФ «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности», где 14‑й подпрограммой значилась программа развития композитной отрасли, материалов и изделий из них. После этого действительно началось планомерное и вдумчивое обсуждение проблемы практически во всех ведомствах. Союз с самого начала присоединился к дискуссии и предоставил свои предложения, и с этого момента активно продвигаем свои разработки и продукцию. Могу сказать, что пошли и подвижки корпоративного плана.

Департаменту химико-технологического комплекса и биоинженерных технологий Минпромторга поручили курировать композитное направление. При министре Денисе Мантурове был создан Межотраслевой экспертный совет, в который вошел председатель правления «Союза КТИ» Михаил Медведев, он участвует и в работе Общественного совета «Росавтодора». При департаменте химико-технологического комплекса и биоинженерных технологий Минпромторга создан научно-координационный совет, в задачи которого входит рассмотрение и отсеивание поступающих предложений, связанных с композитной тематикой. В его состав включили меня и Сергея Васюткина, генерального директора «Композит Групп». Повышенный интерес на государственном уровне помог продвижению продукции? Могу сказать, что ускорилось принятие решений и сократилось время согласований. Уже откликнулся «Росавтодор». На Новорижском шоссе нам выделили довольно крупный участок для установки водоотводных композитных лотков производства

август 2013 | композиты 21 век

бизнес | Персона номера

участника нашего Союза — компании «Композит Групп». Без проблем, наверняка, не обошлось. Лотки мы разработали больше года назад. Могу сказать, что нашу продукцию сравнивали по цене с железобетонными аналогами. Вопрос уперся не столько в саму цену, сколько в ее единицу. Мы долго доказывали, что цена — это ничто по сравнению с окончательной стоимостью самого объекта. Надо смотреть на все в комплексе: на энергоэффективность нашего производства, на хранение, на транспортировку и на простоту монтажа. Какова протяженность участка, выделенного «Росавтодором»? Нам предоставили 75 метров спусков, 600 метров прямых лотков и еще 80 метров кюветных лотков. Буквально за несколько минут до нашего разговора мне позвонили из «ДСК «Автобан» и настоятельно предложили принять участие в проекте для Краснодара, там тоже 350 метров и 31 спуск. Можно сказать, что прошло опытное внедрение. И чем больше

композиты 21 век | август 2013

будет метров произведено, тем будет меньше цена? Совершенно верно. Наша главная задача сейчас — выйти именно на массовое производство. Тогда у нас будет совершенно приемлемая цена. Как только производственные мощности будут полностью загружены, и предприятия будут работать в три смены, цена изделий сразу упадет, достаточно посмотреть на то, что произошло с арматурой и трубами. Пока наибольший интерес проявляют только дорожники? Отнюдь, на данный момент мы активно работаем и с ГУП «Мосводосток». Они заинтересовались колодцами из композиционных материалов. Московская снежная зима и дождливое лето показали, что состояние ливневой канализации в столице не самое лучшее. Возникла необходимость в ремонте, причем значительном. В каждом округе Москвы ремонтируется, по меньшей мере, один колодец в день, так что ремонтируется порядка 300 колодцев в месяц, и это без учета «Новой Москвы». Действительно, проблема обветшания сетей ЖКХ (включая колодцы) очевидна.

Монтаж композитного лотка на трассе Новорижского шоссе

В Москве износ на уровне 60%, а по России доходит и до 90%. На сегодняшний день ремонт осуществляется преимущественно бетонными доборными кольцами. И то, и другое не очень-то и удобно монтировать, поскольку есть нормативное время на ремонт. Конкретно сказать не могу, нет под рукой точных цифр, но явно не больше суток. Это обусловлено тем, что перекрытие улицы, которое сопровождает ремонт колодца, вызовет неудобство для населения. Если говорить о санации с помощью бетона, то это обязательно грузоподъемная техника, поскольку любое изделие весит за 200 кг. Я могу сказать, что наши стеклопластиковые трубы больших диаметров для ремонта колодцев подходят идеально. Мы эту проблему обсуждали совместно с представителями профильного института «Мосводостока», принято решение совместно подготовить альбом технических решений на эти колодцы (ремонт, санация и установка новых). Подчеркну, что им все понравилось. Мы выигрываем за счет легкости сборки и монтажа конструкций. Были подготовлены опытные образцы колодцев, которые

Персона номера | бизнес представители «Мосводостока» (безусловно, с некоторыми замечаниями) приняли. Заключен договор на дальнейшую разработку и поставку этих элементов колодца для ремонта. Я уверен, что эксплуатационно мы покажем себя хорошо. Для Союза это первый опыт по монтажу колодцев? В Москве — да, а по России — нет. Завод «Новые Трубные Технологии» («НТТ») поставил немало колодцев на санно-бобслейную трассу в Сочи, а также в Калужскую область. Это совершенно экзотические колодцы как по размерам, так и по геометрии. Если обобщить все сказанное, то власти поняли, что отступать больше некуда и все-таки надо применять новые материалы и изделия из них? Можно сказать, что процесс пошел, заинтересованные организации поняли, что от понятия

«жизненный цикл» уже не уйти. И все совещания, которые сейчас идут в министерствах, это подтверждают. Тем более со следующего года вводится новая система госзакупок. Здесь, как мне кажется, Союз КТИ сыграл определенную роль в пробивании стены недопонимания. Цели Союза изменились с момента его создания? Прежде всего, хочу сказать, что мы выполнили координирующую роль. Мы собрались, не остались поодиночке. Допустим, я сейчас все предложения по внедрению материалов и изделий подаю от имени именно Союза, и тем самым лоббирую интересы всей отрасли. Говоря о лотках, я подразумеваю, что их делает не одна организация. О трубах, кстати, то же самое. Как обстоят дела с нормативной документацией? Раньше ее явно не хватало.

За время существования Союза, мы разработали четыре Национальных стандарта — ТУ на изготовление и 12 ГОСТОВ на методики испытаний. Сейчас мы вплотную подошли к разработке стандартов второго уровня (СНИПЫ и Своды правил). Какова дальнейшая стратегия развития Союза? На что будет сделан основной акцент? Профиль работы участников Союза уже сформировался, и понятно, кто и что будет делать. Когда мы объединились, одной из главных задач стала борьба с недобросовестными производителями. Эта проблема есть и, очевидно, не исчезнет в дальнейшем. Сейчас остро встал вопрос по арматуре — очень много «гаражников». В целом могу сказать, что наблюдается некоторое воодушевление, многие ждут и готовятся к рывку, который должен произойти в скором времени.

август 2013 | композиты 21 век

техника | Гаджеты

Гаджеты месяца Текст: Дарья Гефенидер Фото: Компаний-производителей

История возвращается Международное сообщество поклонников ломографии реализует проект, цель которого — выпуск объектива Петцваля, рассчитанного на использование совместно с современными зеркальными камерами Canon и Nikon. Указанный объективсоздал в 1840 году известный физик и математик Йозеф Петцваль, в то время работавший в венском университете. Он имеет очень характерный рисунок с высокой резкостью в центре кадра, быстро спадающей к краям, хорошей коррекцией большинства искажений, выраженной кривизной поля изображения и виньетированием. Важным достоинством объектива является высокая светосила, во многом обусловившая его популярность в жанре портрета. Производство объективов освоила компания Voigtländer, основанная в Вене в 1756 году Иоганном Фридрихом Фойхтлендером. Современную версию объектива Петцваля с фокусным расстоянием 85 мм и максимальной диафрагмой F/2,2 по заказу Lomography будет выпускать российское предприятие — открытое акционерное общество «Красногорский завод им. С А. Зверева». Этот производитель известен потребителям по фотокамерам марки «Зенит», объективам «Гелиос», «Мир» и «Зенитар».

Искалка Путешествия на другие планеты связаны со многими опасностями. От крушения космического корабля буквально никто не застрахован. Чтобы начать жизнь марсианского Робинзона, нужно хорошенько обшарить останки корабля, что будет гораздо проще сделать с новым гаджетом-искалкой. Предварительно разместив на жизненно важных запчастях наклейки и каталогизировав названия в устройстве, при крушении остается только набрать нужное имя на дисплее и начать сканировать местность. Полупрозрачное устройство обведет местонахождения искомого веселым зеленым кружочком и сообщит, сколько метров до него копать.

композиты 21 век | август 2013

Гаджеты | ТЕХника

Браслеткомуникатор — Хьюстон, у нас проблема! Гораздо удобнее общаться, когда телефон под рукой. Или на руке. В лучших традициях научной фантастики, этот прибор крепится на запястье. В свободное от связи между мирами время, он проецирует часы прямо на руку. Еще может спроецировать на стол круглый диалер, как у старых телефонов, специально для ностальгирующих космических скитальцев. Концептуальные телефоны пользуются большой популярностью не только у инопланетных разведчиков, но и у современных землян. Чем страннее вид девайса, тем, конечно же, круче. Главное помнить, что в звездных войнах побеждает не тот, у кого телефон новее, а тот, у кого бластер.

Очищающие воздух шары Эти забавные на вид шарики — то, что нужно для инопланетной высадки, ведь атмосфера на другой планете может быть непригодной для дыхания. Памятуя пример пришельцев из Уэллсовской «Войны Миров», тех самых, что отравились сладким земным воздухом, ученые земляне разработали прибор, способный очистить воздух в небольшом помещении. Для избавления воздуха от нежелательных органических и неорганических веществ, используется форма ионизации и фотокаталитическая отчистка. Прибор состоит из трех частей: адсорбента, диоксида кремния и, собственно, композитного фотокатализатора. При этом каждая гранула представляет собой трехслойную частицу: внутренний слой из активированного угля, средний слой из диоксида кремния, а наружный слой из диоксида титана с добавками золота, серебра, платины или палладия. Ко всему прочему, это устройство многоразовое и беспроводное.

Холодильник с биогелем Всем нам доподлинно известно, что пришельцы хранят похищенных подопытных в ваннах с зеленым гелем. Популярная шведская фирма разработала холодильник, полностью отвечающий этим правилам. Принцип работы The Bio Robot Fridge основан на люминесценции, охлаждающей биополимерный гель, в котором содержатся продукты. Входящее UV-излучение преобразуется в нем в видимый свет, который обеспечивает охлаждение за счет разницы в длине волн. Продукты в холодильнике надежно фиксируются, обволакивающим их гелем. За счет такой конструкции заполняется почти 90% места внутри, что делает этот экстравагантный предмет интерьера крайне удобным. Так как космический холодильник не требует больших энергозатрат, он идеален для долгих межгалактических перелетов. август 2013 | композиты 21 век

наука | Технологии

Достижения Национального Института Авиационных Технологий в области композиционных материалов Текст: Сергей Чинилов, Андрей Васечкин, Павел Шершак, Марина Андрюнина Фото: НИАТ

ткрытое акционерное общество Национальный институт авиационных технологий (НИАТ) — это один из лидирующих научных институтов России, который вносит огромный вклад в развитие технологий авиационной индустрии.

композиты 21 век | август 2013

ОАО НИАТ осуществляет разработки технологий изготовления оснастки и изделий из композиционных материалов для различных областей промышленности. В последнее время одним из новых направлений компании являются исследования в области наноструктурированных материалов.

ОАО НИАТ обладает необходимой лицензионно-сертификационной базой (включая ИСО 9001:2008), аттестатами и свидетельствами для разработки и производства техники для наукоемких отраслей промышленности. В компетенцию предприятия входит решение следующих задач: • организация полного цикла разработки элементов конструкций из полимерных композиционных материалов: от проектирования до поставки; • разработка концепций проектирования конструкций из полимерных композиционных материалов; • расчет и проектирование технологичных конструкций из полимерных композиционных материалов по техническим требованиям от опытноконструкторских бюро; • разработка технологических процессов и технологического оборудования; • изготовление конструкций из полимерных композиционных материалов;

Технологии | наука • исследование и оценка качества конструкций из полимерных композиционных материалов; • разработка нормативной документации в области композитного производства; • создание специализированных линий по массовому производству элементов конструкций из полимерных композиционных материалов; • полный спектр испытаний и исследований материалов из полимерных композиционных материалов; • организация производств изделий из полимерных композиционных материалов; • проектирование и изготовление оснастки, приспособлений и оборудования; • разработка наноструктур и композиционных материалов. Основной деятельностью предприятия является разработка технологических процессов, используемых при изготовлении полуфабрикатов, оснасток и конструкций из полимерных композиционных материалов. Разработаны и отработаны следующие технологические процессы: • изготовление препрегов на основе расплавных связующих; • изготовление тоу-прегов; • изготовление преформ: — ткачеством; — плетением; — вязанием; • механизированная выкладка; • автоматизированная выкладка; • намотка;

• автоклавное формование; • прессовое формование; • формование в эластичной оснастке; • вакуумная инфузия; • RTM (пропитка под давлением); • RFI (пропитка под вакуумом); • ТМФ — трансферномембранное формование (альтернатива автоклавному формованию). Результатом отработки технологии изготовления конструктивных элементов и опытных образцов изделий является полный комплект нормативно-технической документации на изделие для передачи заказчику, кроме того, при необходимости, проводится полная подготовка для передачи в серийное и массовое производство.

Зачастую именно выбранная технология диктует условия и требования к создаваемому изделию. В ОАО НИАТ существует отдел проектирования конструкций из полимерных композиционных материалов. Некоторые из проектов представлены ниже. 1. Силовые элементы конструкций планера самолета, такие как: гермошпангоут, элементы кессона крыла и оперения. Другой стороной, ограничивающей конструктора, является прочность, поэтому проектирование конструкции должно сопровождаться численным анализом как в области расчетов, так и в области моделирования изделий при эксплуатации. Специальное подразделение ОАО НИАТ ведет исследования по математическому моделированию

август 2013 | композиты 21 век

наука | Технологии прочности, жесткости и устойчивости конструкций, прогнозированию температурных поводок, разработке методик расчета и анализа в области прочности конструкций из полимерных композиционных материалов. Еще одним перспективным направлением развития промышленности являются разработки в области нанотехнологий, ОАО НИАТ идет в ногу со временем и ведутся следующие работы: • проведение исследований в области нанотехнологий и материаловедения; • разработка и создание научно-технической документации; • разработка материаловедческой базы; • разработка технологических процессов изготовления деталей из нанокомпозитов. Результатами этих работ являются решенные задачи в области виброакустической защиты с использованием наноструктурированного углерода. Исследования невозможны без проведения испытаний. Научно-исследовательская и испытательная лаборатория ОАО НИАТ, аккредитованная АР МАК и Российским Морским Регистром Судоходства, осуществляет комплекс мероприятий и исследований, способствующих разработке конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Лаборатория проводит физико-механические испытания полимерных композиционных материалов и, в частности,

композиты 21 век | август 2013

полный спектр испытаний трехслойных сотовых панелей пола и интерьера летательных аппаратов (в том числе такие специфические испытания, как равномерный отрыв обшивки от сотового заполнителя на барабане и продавливание обшивки панели пола «женским каблуком»). Одной из важнейших функций лаборатории являются реокинетические исследования связующих и препрегов. Исследования осуществляются при помощи организованного в лаборатории термоаналитического центра. Такой центр позволяет разрабатывать и корректировать технологические режимы переработки полимерных композиционных материлов, а также решать целый ряд задач в области исследований материалов, например: — фиксировать структурные и фазовые переходы, при которых происходит изменение теплоемкости материала;

— моделировать температурно-временные режимы переработки материалов и впоследствии оптимизировать их; — определять вязко-упругие свойства материала в процессе деформации и изменения механических характеристик материалов во времени при заданных параметрах температуры, нагрузки и частоты приложения нагрузки. Также в лаборатории организован неразрушающий контроль изделий из полимерных композиционных материалов. Сертифицированный в области неразрушающего контроля персонал лаборатории осуществляет контроль с помощью современного лазерно-ультразвукового метода. Специалистами ОАО НИАТ выпущена отраслевая нормативно-техническая документация по технологии лазерно-ультразвукового контроля изделий из полимерных композиционных материалов и проводятся дальнейшие исследования в области диагностики материалов неразрушающими методами контроля. При работе над текущими задачами выявляются перспективные направления развития технологий. Основной целью предприятия является создание национального научнотехнического задела в области перспективных технологий. Для обеспечения этой цели ведется огромное количество работ, наиболее яркими из них являются: • Разработка новейших технологий изготовления крупногабаритных обшивочных

Технологии | наука

конструкций и трехслойных сотовых конструкций из полимерных композиционных материалов безавтоклавным методом. • Исследование и разработка способов соединений деталей конструкций из полимерных композиционных материалов, изготавливаемых методами RTM и вакуумной инфузии. • Исследование обрабатываемости полимерных композиционных и металлокомпозиционных элементов конструкции авиационной техники технологиями механической, гидроабразивной и лазерной резки и разработка нормативно-методической документации по их обработке. • Разработка технологических рекомендаций по проведению ремонта поврежденных деталей из полимерных композиционных материалов, в том числе в условиях эксплуатации; разработка программы экспериментальных работ,

регламентирующей типы, размеры дефектов, количество и конфигурацию образцов и виды испытаний. Кроме того, ОАО НИАТ успешно выполнил свою часть исследовательских работ в международном проекте MAAXIMUS (Европейская программа FP7). Более подробная информация о проекте представлена на сайте www.maaximus.eu. Среди результатов проведенных работ по авиационному

направлению выделим создание интерцептора, окантовок иллюминатора, сотовых обтекателей, полов для воздушных судов, а также лопаток и воздухозаборника для авиационных двигателей. Новым направлением ОАО НИАТ являются работы в области разработки технологии создания конструкций из гибридных полимерных композиционных материалов на основе различных перспективных армирующих

август 2013 | композиты 21 век

наука | Технологии систем для судостроительной отрасли. Также ведется разработка технологии создания элементов трубопроводных систем с применением перспективных полимерных композиционных материалов для изделий гражданской морской техники. НИАТ ведет работы по созданию перспективных композитных материалов для средств виброакустической защиты для патрубков и амортизаторов подводных лодок, с использованием наноструктурированного углерода. Следует отметить, что нашлось применение авиационному опыту в строительной сфере: ведется разработка методических рекомендаций по опытному применению композиционной арматуры для усиления железобетонных конструкций мостов. Интерес ОАО НИАТ в гоночном мире давно выражается в поддержке команд «Формула Z» и «Формула Студент МАМИ», но недавней мировой новостью стало объявление команды Формулы‑1 «Заубер» о заключении партнерского соглашения с рядом российских компаний. Партнерами «Заубера» стали два инвестиционных фонда, а также ОАО НИАТ. В рамках нового со-

глашения российский гонщик Сергей Сироткин, будет включен в программу поддержки молодых пилотов «Заубера». Предполагается, что в будущем Сироткин будет переведен в основной состав команды. В заключение хотелось бы заметить, что сегодня ОАО НИАТ — это динамично развивающееся предприятие с эффективным коллективом, представляющим собой тесное взаимодействие опытных деятелей науки, талантливых аспирантов и молодых специалистов. ОАО НИАТ готово к решению современных комплексных задач в авиационной, космической, судостроительной, автомобильной, строительной областях.

Контактная информация: Генеральный директор ОАО НИАТ Член-корреспондент РАН, профессор Сироткин Олег Сергеевич Заместитель генерального директора Карпейкин Игорь Сергеевич Почтовый индекс: 127051 Адрес: Россия, Москва, улица Петровка, дом 24 Телефон: +7 499 794 2275 Факс: +7 499 317 4666 E‑mail: niat3.10@gin.ru

композиты 21 век | август 2013

Наши партнеры

Союз производителей труб и изделий из композиционных материалов (Союз КТИ) Россия, 109388, г. Москва, ул. Полбина, д.3 Тел.: (495) 785-40-09 www.souzkti.ru -----------------------------------------------ОАО «Авангард» 215500, Смоленская обл., г. Сафоново, ул. Октябрьская, дом 78. Тел.: (48142) 3-42-32, 3-42-45 E-mail: info@avangard-plastik.ru www.avangard-plastik.ru -----------------------------------------------ООО «Композит Групп» 143900,МО г. Балашиха, ш. Энтузиастов, д.44а Тел.\факс: +7 (495) 5216879 www.composite-group.ru komposite-grupp@yandex.ru -----------------------------------------------ООО «Машспецстрой» 614056, Пермский край, а\я 2749, ул. Целинная, 2а тел.\факс: (342)267-28-08, 267-25-55, 267-30-11 e-mail: info@mssgroup.ru www.mssgroup.ru -----------------------------------------------КБ Союзный 127055, г. Москва, Тихвинский пер., д. 11, стр. 2 Тел.: +7 (495) 788-66-99 mail@soyuzny.ru www.soyuzny.ru -----------------------------------------------ООО «ТД «КТИ» 109388, г. Москва, ул. Полбина, д. 3 Тел.: +7 (495) 785-40-08 www.tdkti.ru -----------------------------------------------ООО «Радуга Синтез» 109377, г. Москва, Рязанский проспект, д. 32, корпус 3, офис 210 Тел./факс: + 7 (495) 967-65-21 e-mail: market@raduga-sintez.ru www.raduga-sintez.ru

ООО «Интрэй» 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 9, стр. 1 Тел./факс: +7 (495) 380-25-02, 380-23-00 e-mail: info@intrey.ru www.intrey.ru -----------------------------------------------ООО «САМПОЛ» 443051, г. Самара, ул. Олимпийская, д. 73 Тел.: +7 (846) 958-35-12 e-mail: sampol@mail.ru www.sampol.ru -----------------------------------------------Отель «Советский» и ресторан «Яръ» 125040, г. Москва, Ленинградский проспект, д. 32/2 Тел.: +7 (495) 960-20-04, +7 (495) 960-20-01 www.sovietsky.ru -----------------------------------------------ООО «ЭлитСтеклоПласт» 105005, г. Москва, ул. Бакунинская, д. 17/28 Тел.: +7 (495) 782-24-64 e-mail: info@elitstekloplast.ru www.elitstekloplast.ru -----------------------------------------------Proxima consulting г. Москва, 2-й Ирининский пер., д. 3/5, стр. 1 Тел.: +7 (495) 974-64-50 www.proximaconsult.ru ООО «ПОЛИПАРК» г. Москва, Очаковское шоссе, д. 36 2 этаж, оф. 202 Тел.: +7 (495) 961-57-86 msk@polypark.ru http://www.polypark.ru -----------------------------------------------Mikrosam Krusevski pat b.b. 7500 Prilep, R. Macedonia Тел: +389 (0)48 400 100 Факс: +389 (0)48 411 886 www.mikrosam.com

ООО «Суперпласт» Москва, Вольная улица, 37 тел: (495)223-2767 splast@list.ru www.superplast.ru -----------------------------------------------ООО «МАСТЕР МОДЕЛЬ» 140153, Московская область, Раменский район, с. Быково, ул. Театральная, д. 10, бизнес-центр «Орбита», офис А305. Тел.: +7 (495) 771-25-50 pr@mastermodel.ru www.mastermodel.ru -----------------------------------------------ПK «Стеклокомпозит» г. Москва, ул. Суворовская, 10а, офис 8 Тел.: +7 495 660 36 80 office@s-kompozit.ru www.s-kompozit.ru -----------------------------------------------OOO «Эвоник Химия» 109028, Москва, Земляной Вал. 50 а/8, стр. 2 + 7 495 721-2862, + 7 495 721 2852 www.corporate.evonik.ru -----------------------------------------------OOO Вайскер 121151, Россия, Ул. Раевского, 4 Москва, Тел: +7 495 223 0840 Факс: +7 495 223 0841 galina.tarasova@weissker.com www.weissker.com -----------------------------------------------ЗАО «ХИМЭКС Лимитед» 195030, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Коммуны, 67-Б (812) 347-78-47 epoxy@chimex.sp.ru www.chimexltd.com -----------------------------------------------Композиты СНГ Тел.: +380672306323, +380661572855 mkulakov@musthavents.com www.composites-cis.com

Журнал «КОМПОЗИТЫ 21 ВЕК» Оформить подписку вы сможете в режиме On-Line на сайте www.composite21vek.ru 6 мес. – 1200 руб. / 12мес. – 2400 руб. Отдел подписки: Россия, 109388, г. Москва, ул. Полбина, д.3 Тел.: (495) 785-40-09