Мне бы в небо: российская наука помогает авиации

Россия — один из крупнейших производителей авиатехники и уступает только США. Однако, с уходом зарубежных поставщиков деталей для самолётов, наши показатели начали немного падать, с другой стороны, любой кризис рождает и новые возможности. Поэтому, помимо авиастроителей за улучшение наших самолетов взялись и учёные.

На сегодняшний день в России способны выпускать порядка 100 самолётов в год, а до 2026 года и вовсе планируют произвести около 600 моделей. Государство активно финансирует и развивает авиапромышленность нашей страны, да и частные компании принимают активное участие и стремятся покупать новейшие разработки. Из-за санкций надеяться на западных поставщиков не приходится, поэтому все самолёты, двигатели, и различная электроника будут отечественными.

Да и не так уж сильно мы зависели от импорта: у нас хватает своих самолётов чтобы заменить популярные Boeing 737 и Airbus A320. Например, есть МС-21−310, также известный как «чёрное крыло». Такое название модель получила благодаря его крыльям с чёрным углепластиком. Самолёт способен вместить около 200 пассажиров, да и летает дальше чем те же Boeing — МС-21−310 способен преодолеть до 5100 километров.

Также есть ТУ-214, который практически не отличается от популярных зарубежных моделей. С полной загрузкой лайнер летает до 4 тысяч километров, а вмещает в себя аж 210 пассажиров. Именно этот самолёт авиакомпании собираются использовать как основную модель: все комплектующие производятся в России, не надо ждать каких-то доработок и поставок зарубежных деталей. Выпустили, купили, летаем.

Правда большая часть отечественных самолётов, как тот же МС-21, будут введены в эксплуатацию только в 2025—2026 году. Производители стараются сделать всё на совесть и исправляют все недочёты: как никак, от этого зависит жизни людей.

Помимо инженеров, которые стремятся усовершенствовать каждую модель, есть ещё и учёные, которые тоже заинтересованы в развитие авиастроения. К примеру, они создали новый вид шумопоглощающих конструкций, которые отвечают самым жестким стандартам Международной организации гражданской авиации (ИКАО).

Больше никакого шума от самолётов

Как известно, двигатель — главный источник шума от самолёта. Наши уши способны услышать звук до 120 дБ, и если его превысить, человек начнёт испытывать боль, а при 140 дБ дело может дойти и до контузии. Звук взлетающего самолёта как раз и составляет 140 дБ. Для того, чтобы обезопасить человеческое здоровье, нужно использовать звукопоглощающую конструкцию (ЗПК) с внутренним заполнением. Учёные из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) смогли разработать более совершенную версию шумодава для самолётов.

Для создания недорогих акустически эффективных ЗПК, работающих в широком диапазоне частот, мы разработали концепцию однослойной ЗПК с разновысотным сотовым заполнителем. Ячейки в нем расположены по спиральной схеме и обладают различным объемом и высотой, что позволяет увеличивать потери звуковой энергии сразу на нескольких частотах. Для проверки акустической эффективности нового заполнителя мы провели расчетно-экспериментальные исследования при уровне звукового давления 130 дБ, соответствующего уровню шума авиационного двигателя.

Учёные смогли смоделировать ячейки для ЗПК и при помощи 3D-принтера распечатали свою разработку. Затем они успешно провели ряд экспериментов и выяснили, что их новинка работает лучше существующих аналогов. Диапазон рабочих частот выше на 50%, а шумопоглощение эффективнее на 10%.

С этой разработкой наши самолёты смогут спокойно летать и не бояться, что кого-нибудь разбудят. Итак, наша авиация станет тише, но помимо этого надо бы сделать её прочнее. Этим занялись учёные из Сибирского федерального университета (СФУ) и Казанского федерального университета (КФУ).

Не сломается и не сгорит

Учёные СФУ разрабатывают специальную проволоку, при помощи которой швы в обшивках будут намного прочнее. Такое ноу-хау пригодится не только для самолётов, но и даже для ракет.

Обычно при создании швов используют проволоку на основе алюминия, магния и скандия. Последнее как раз отвечает за прочность такого сплава. Для её создания используют гидравлический пресс, и при таком воздействии около 20% скандия уходит в утиль.

Сотрудники СФУ же решили изменить технологию изготовления швов. По их мнению, лучше использовать комбинирование пресса с литьём, и в дальнейшем прокатывать валом. Такое решение поможет сохранить скандий, что придаст более будущему шву повышенную прочность.

Учёные КФУ решили улучшить производство деталей для самолётов из композитов. Тот же МС-21, его крылья имеют как раз составную основу. У такого материала есть существенный минус: он очень горюч и выдерживает до 400 градусов Цельсия, а для самолётов это может стать критичным.

Всё потому что их изготавливают из эпоксидной смолы и армирующих волокон, например углеродных. Для того, чтобы они были прочные и могли выдерживать температуру выше 500 градусов, и при этом оставаться такими же лёгкими, казанские учёные предложили использовать вместо смолы алюмохромфосфатные соединения.

После испытаний нового соединения установили, что такой углепластик прочнее и эластичнее и способен выдержать воздействие открытого пламени. А это значит, что даже при температуре 500 градусов он будет сохранять свои свойства и не возгорится.

Более того, такой материал не загрязняет окружающую среду при утилизации: разложится на глину и фосфат, никаких тяжёлых веществ для разложения в нём нет.

Немного, но полезно

Помимо того, что учёные пытаются укрепить отечественные самолёты, они занимаются и оптимизаций производства различных деталей для двигателей, внутренней электроники, и много другого. На самом-то деле, это большой вклад в развитие авиастроения, без их участия мы бы не смогли увидеть современные самолёты, и кто знает, быть может, до сих пор бы летали на деревянных кукурузниках.