Аптечка для крыла
В МАИ придумали, как залатать композитную обшивку самолета прямо на аэродроме
Московский авиационный институт запатентовал технологию ремонта композитной обшивки самолетов в полевых условиях. Разработка позволяет устранять повреждения корпуса планера прямо на месте — без демонтажа агрегатов и отправки их в авиамастерские.
Фото: iStock
Фото: iStock
Весь необходимый комплект оборудования и материалов помещается в мобильный комплекс аэродромно-технического обеспечения, который легко перемещается по аэродрому силами одного человека.
Композиты — углепластики и стеклопластики — давно стали основой современного авиастроения: из них делают крылья, кили, стабилизаторы. Они прочны и легки, но в эксплуатации все равно повреждаются — от усталостных трещин и вибраций до столкновений с птицами, гравия, обледенения и боевых поражений. Сегодня в полевых условиях удается оперативно чинить лишь повреждения диаметром до 150 мм. Все, что крупнее, требует демонтажа, логистики и простоя техники.
Новая технология, по словам разработчиков, снимает это ограничение. Она рассчитана на большие площадные повреждения и не требует нагрева — заплату изготавливают методом термокомпрессионного отверждения, используя силиконовую оправку и углепластиковый токопроводящий жгут. Особое внимание уделено трехслойным сотовым панелям — самому распространенному типу авиационной обшивки.
О том, как устроен метод, чем он отличается от существующих подходов и где еще может применяться, «Ъ-Наука» поговорил с авторами разработки — Вячеславом Резниченко и Виктором Виленцем.
— Если говорить совсем просто — чем ваша заплатка принципиально отличается от того, что используется в авиации сегодня? Что именно вы сделали иначе?
Вячеслав Резниченко, академик РАЕН и РЭА, академик Европейской академии естественных наук, профессор Академии военных наук, кандидат технических наук, доцент кафедры 104 «Технологическое проектирование и управление качеством» МАИ:
— Отличается не заплата, а способ ремонта больших площадных повреждений (более 150 мм) в полевых условиях, в частности, и заплата делается в полевых условиях термосиликоновым способом, набор заплат входит в состав чемоданчика и может предварительно изготавливаться в стационарных условиях на авиаремонтном заводе, но при израсходовании набора заплаток ждать поставки от авиаремонтного завода в полевых условиях на аэродроме некогда и приходится самим делать эти заплаты прямо на аэродроме в полевых условиях.
Виктор Виленц, ведущий инженер лаборатории №3 ПИШ МАИ:
— И у нас, и за рубежом заплаты изготавливаются из слоев ткани того же типа (углеткань или стеклоткань), из которого изготовлен ремонтируемый агрегат, при этом слои ткани пропитываются клеем холодного (до 60°C) отверждения или горячего (до 180°С) отверждения под действием вакуума, то есть в специальном вакуумном мешке из полиамидной пленки, и давление склеивания не превышает 1 кгс/см2.
— Почему именно 150 мм стали той красной линией, которую вы смогли перешагнуть? Что раньше мешало ремонтировать большие повреждения прямо на аэродроме?
Резниченко: Все, что ремонтируют Boeing, Airbus, РОСНИИЭРАТ, кафедра ремонта Академии им. Н. Е. Жуковского, это только повреждения до 150 мм, потому что при увеличении размера повреждения обшивка в зоне заплатки теряет устойчивость, в технологии изготовления подкрепляющих колец в полевых условиях не было.
Виленц: Указанный размер (150 мм) не является ограничением при ремонте, размер ремонтируемой зоны зависит от величины повреждения и размера наличного нагревателя. Руководствами по ремонту, регламентирующими в РФ и за рубежом вопросы ремонта, рекомендуется демонтировать агрегаты для их восстановления ввиду того, что непосредственно на самолете может быть неудобно проводить ремонт (ограничен доступ к поверхностям, сложно применять оснастку, может мешать погода, так как ремонт может продолжаться несколько дней). Однако в нашей практике были случаи полной замены сотового заполнителя в сотовой панели непосредственно на самолете Ил-76 (все дело в практике). Выполнять ремонт в условиях помещения, во-первых, удобнее, во-вторых, работа выполняется с лучшим качеством.
— Расскажите про «чемодан на колесах». Что там внутри, сколько он весит и сколько времени нужно бригаде, чтобы развернуть мастерскую и приступить к работе?
Резниченко: Сам чемоданчик представляет собой обычное устройство типа дорожного чемодана, используемого при путешествиях на самолетах, ж/д и пр., сам он весит не более 1–1,5 кг, а полный вес его меняется в зависимости от комплектации и вида повреждения, обычно в пределах 10–15 кг. В его состав входит набор подкрепляющих композитных колец диаметром от 200 до 500 мм, набор композитных заплаток, набор силиконовых колец для изготовления подкрепляющих колец в полевых условиях, набор термоодеял для изготовления заплаток в полевых условиях термосиликоновым способом, набор специальных клещей для постановки вытяжных заклепок с односторонним подходом, дрель и набор сверл для сверления отверстий под заклепки, емкости с компонентами смол и отвердителей для приготовления связующего, емкости с ацетоном и бензином, набор резиновых и хлопчатобумажных перчаток, марлевых тампонов и др.
Виленц: Мы рекомендуем использовать обычный чемодан, без колес, как это принято во всех развитых странах. Внутри чемодана достаточно сложная электронная начинка и пневмосистема, в которую вмонтированы малогабаритные вакуумные насосы (так называемые трубки Вентури), как и у всех эксплуатантов за рубежом.
В электронные «мозги» прибора загружены несколько десятков стандартных программ для разных клеев (в нашем чемодане, например, 42 программы и есть возможность добавки при необходимости). Импортные чемоданы весят около 12 кг, их носят в руках или возят на специальных тележках (колес у них нет). В МАИ проходит опытную эксплуатацию чемодан, по наличию опций не имеющий аналогов в мире: он позволяет обеспечивать не только вакуумное, но и избыточное давление, что очень важно для обеспечения высокого качества ремонта, и, кроме того, расстояние от этого прибора до зоны ремонта может достигать нескольких десятков метров, что значительно удобнее, чем на зарубежных аппаратах, где это расстояние ограничено десятью футами. Чемодан в МАИ весит 17 кг, но ведутся работы по снижению его веса, приблизительно на 5 кг.
Для обслуживания указанных приборов необходим один человек (бригада не требуется). Время на развертывание этих приборов не требуется — подключение к электросети и пневмосети, настройка электроники — несколько минут. Соответственно, никакой мастерской тоже нет.
— В вашей технологии нагрев происходит за счет углепластикового жгута внутри силиконовой оправки. Почему выбор пал именно на этот способ, а не на тепловую пушку или инфракрасную лампу? В чем здесь принципиальное преимущество?
Резниченко: Поскольку для обеспечения высоких ф/м характеристик используются в наших конструкциях самолетов и вертолетов связующие горячего отверждения, которые требуют высоких температур до 150–160 градусов Цельсия и большого давления от 3–5 атм., то никакие тепловые пушки и инфракрасные лампы не обеспечат высокой температуры и его равномерного распределения по изготовлению композитных колец и заплаток больших размеров, тем более как создать этими способами такое высокое давление. Даже вакуумный способ с помощью вакуумных мешков и специального вакуум-насоса не дает давления более одной атмосферы.
— Самая сложная часть вашей работы — восстановление сотовых панелей. Что в этой конструкции самое коварное и как именно вы с этим справляетесь?
Резниченко: При способе ремонта повреждений сотовых конструкций путем вставки сотовых блочков, который применяется в обычных видах ремонта, здесь не подходит, так как при больших площадных повреждениях ремонтный вариант не обеспечивает заданную прочность, поэтому вставка специальных подкрепляющих композитных колец с расположенной внутри них сотовой вставкой решает эту проблему.
— Восстановление обшивки — это одно, а вот как быть с аэродинамикой? После такой заплатки на заклепках можно лететь на крейсерской скорости или нужны ограничения?
Резниченко: Заплатка устанавливается заподлицо и не выступает за аэродинамический контур, а прочность титановых заклепок очень высокая, выше чем дюралюминиевых, никаких ограничений здесь не нужно.
— Представьте: аэродром в Арктической зоне, температура –30°C. Ваше оборудование и клеевые составы там вообще работают? Или есть ограничения по условиям применения?
Резниченко: Сейчас сделан вертолет МИ-171АШ для арктических широт, для него проводились испытания при –60 градусов Цельсия, кстати, эти материалы и клеи работают в космосе на наших спутниках, «Буране» и пр.
— Если смотреть на 5–10 лет вперед, ваш метод будет использоваться только в авиации или вы видите его в судостроении, ветроэнергетике, космосе? И какой следующий вызов вы хотите решить в МАИ?
Резниченко: Этот метод подходит и для ремонта поврежденных конструкций в судостроении, автомобилестроении, ветроэнергетике, а в космосе мы уже рекомендуем специальный ремонт надувных композитных конструкций для крепления солнечных батарей, но это отдельная тема.