Специалисты Московского авиационного института применили технологию изготовления тары для пищевых продуктов в производстве специального авиационного материала — сборного ячеистого заполнителя. Разработка может прийти на смену традиционным сотовым заполнителям, которые сейчас широко используются в авиационной промышленности.
Скорость производства
В Московском авиационном институте запатентовали новый заполнитель для крыла беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Разработка проста в изготовлении и имеет высокие характеристики прочности. Материал представляет собой ячеистые панели, соединённые послойно. Слои взаимно усиливают друг друга. Грани ячеек также придают системе жёсткость. Кроме самого заполнителя учёные защитили патентами технологию его изготовления и сборку крыла БПЛА из нового материала. Данная разработка может применяться в качестве связующего звена при изготовлении трёхслойных обшивок крыла беспилотников.
Кроме самого заполнителя учёные защитили патентами технологию его изготовления и сборку крыла БПЛА из нового материала. Данная разработка может применяться в качестве связующего звена при изготовлении трёхслойных обшивок крыла беспилотников.
— Скорость изготовления заполнителя — одно из главных достоинств технологии. Она может осуществляться посредством штамповки или формовки. Такие методы применяются для сверхбыстрого массового поточного производства различных изделий. Например, в лаборатории изготовление одной панели по данной технологии заняло всего две минуты, — рассказал «Известиям» соавтор разработки, научный сотрудник института № 1 «Авиационная техника» МАИ Андрей Колпаков.
Сегодня трехслойные обшивки широко используют в авиастроении. Они состоят из двух внешних слоев, между которыми размещается лёгкий заполнитель. В качестве последнего часто используют материалы сотовой, пористой или гофрированной структуры.
— Внешние слои традиционно выполняют главную нагрузку при создании подъёмной силы крыла. Заполнителям отводится роль соединительного элемента, который обеспечивает устойчивость системы. Поэтому обычно они имеют невысокую прочность, — объяснил Андрей Колпаков. — В нашем случае ячеистые панели сами хорошо держат форму и могут взять на себя роль основного несущего элемента. При этом возможно снизить массу обшивки.
Авиаконструктор отметил, что количество и форма ячеек, а также толщина панелей может быть разной в зависимости от заданных тактико-технических характеристик летательного аппарата. Для выбора параметров заполнителя ученые используют собственный автоматизированный программный комплекс. Он позволяет рассчитать ячеистую структуру, наложенную на сложную геометрическую форму с учётом двойной кривизны и переменной толщины конструкции.
Без ущерба прочности
По словам разработчиков, это позволяет применить для заполнителя материалы с более низкими характеристиками прочности, которые прежде считались нетипичными для авиации. Например, различные виды пластиков или пластмасс.
— В качестве опыта мы изготовили ячеистые панели методом вакуумного выдавливания из листового пластика. Его используют для производства пищевой тары. На удивление изделие из бросового «неавиационного» материала оказалось более прочным и надежным по сравнению с сотовой конструкцией, — заметил Андрей Колпаков.
По мнению учёного, ячеистая структура позволяет снизить расход ресурсов. Это уменьшит вес летательного аппарата и сократит издержки на производство и при его эксплуатации.
Другое преимущество нового заполнителя — возможность без ущерба для прочности вносить локальные изменения в конструкцию крыла. Например, с целью прокладки проводки, трубопроводов и установки необходимого оборудования.
Также ячеистая структура купирует локальные повреждения, не давая им прогрессировать и разрушить оперение летательного аппарата.
— Известная проблема в авиастроении — это образование конденсата внутри крыла. Это приводит к сокращению срока службы летательного аппарата. В нашей разработке внутри имеются сообщающиеся полости. В результате конденсат удаляется естественным образом, — поделился Андрей Колпаков.
Не только беспилотники
В перспективе разработка московских авиаконструкторов может использоваться и в других отраслях промышленности, считают специалисты из МАИ.
В частности, ячеистый заполнитель может применяться для облегчения конструкций облицовки зданий и межкомнатных перекрытий. Также учёные проработали вариант использования технологии при изготовлении крыши кузова автомобиля. Это даст возможность облегчить верхнюю часть машин и повысит их устойчивость на дорогах.
— Развитие отечественных технологий, которые увеличивают скорость сборки и удешевляют изделия, в сложившихся условиях — приоритетное направление развития для любой российской компании, — прокомментировал изобретение генеральный директор компании «КБ Русь», которая занимается разработкой БПЛА коптерного типа, Олег Фоменко.
По мнению эксперта, технология МАИ имеет перспективы, но важно отработать технологию применительно к конкретным летательным аппаратам.
— Для крыла небольших БПЛА чаще используют вспененные заполнители на основе полимеров или классические сотовые конструкции. Для крупных — силовой набор, из нервюр и лонжеронов (продольные и поперечные элементы в конструкции крыла. — «Известия»), — объяснил руководитель лаборатории «Цифровые технологии производства изделий из полимерных и композиционных материалов» Иркутского национального исследовательского технического университета Юрий Иванов.
Он добавил, что ячеистые заполнители могут занять свою нишу при изготовлении простых и дешевых аппаратов дальнего действия. Особенно тех, которым не требуется возвращаться назад.
— На современных производствах БПЛА применяют средства автоматизированного раскроя полуфабрикатов. При этом зачастую формовка изделий производится вручную. Применение ячеистых заполнителей существенно сократит время изготовления изделий. Также они обладают повышенной жёсткостью и прочностью, что значительно повысит ресурс изделий. Это позволит увеличить полезную нагрузку аппаратов, — считает ведущий инженер центра компетенций национальной технологической инициативы «Цифровое материаловедение» на базе Московского государственного технического университета Вадим Истомин.
Специалист пояснил, что одной из преград для повсеместного использования новой технологии может стать необходимость в существенном обновлении парка оборудования на заводах.
Учёные МАИ отмечают, что готовы опробовать технологию. Для этого необходимо, чтобы потенциальный заказчик определился с оптимальной конфигурацией беспилотного воздушного судна и выдал тактико-технические характеристики. На основе этой информации конструкторы сделают прототип проведения испытаний и исследований. В результате можно будет рассчитать экономическую эффективность разработки.
