На крыле авиационного импортозамещения

В России реализуется программа SJ‑100 по замене импортных компонентов самолёта «Суперджет» на отечественные аналоги. Сегодня над этой задачей работает целый ряд предприятий «Ростеха». Импортозамещение идёт по всем фронтам: это и новые материалы, и бортовая электроника, и ключевые агрегаты, включая двигатели. Разработку и испытания новых отечественных систем для SJ‑100 успешно сопровождает Московский авиационный институт.

При демонстрации соответствия воздушного судна жёстким требованиям норм лётной годности особняком стоят события, которые практически невозможно исследовать без методов математического моделирования с использованием суперкомпьютерных технологий. К таким событиям относится разрушение пневматиков колес шасси.

Пневматик колеса реактивного самолёта требует особого внимания. Заряженный азотом под давлением более 15 атм, он может натворить бед при своем разрушении. Поэтому в ходе сертификации гражданских воздушных судов проверка устойчивости конструкции планера и систем в зоне возможного воздействия поражающих факторов взрыва пневматика колеса является обязательной частью работ.

По техническому заданию ПАО «Яковлев» (входит в ПАО «ОАК» госкорпорации «Ростех») коллектив лаборатории № 2 «Композиционные материалы и прочность конструкции» НИО-101 МАИ провёл исследования воздействия поражающих факторов при разлёте импортозамещенного пневматика колёс самолёта SJ-100. Ранее такая работа уже была проделана для шин иностранного производства.

Выполнять такое исследование лучше всего с использованием современных суперкомпьютерных технологий с подтверждением достоверности на модельных экспериментах, что и было сделано специалистами лаборатории. Результаты переданы заказчику исследования, который будет использовать их в дальнейших работах по сертификации.

В интересах АО «УАП «Гидравлика» холдинга «Технодинамика» госкорпорации «Ростех» МАИ разработал готовые к серийному производству агрегаты и узлы гидравлической системы. Наряду с передачей заказчику готовой рабочей конструкторской документации для производства МАИ сопровождает изготовление опытных образцов, квалификационные и сертификационные испытания агрегатов.

— Часть гидравлической системы, которую мы разрабатываем, полностью импортозамещена,— говорит руководитель проектов Центра компетенций «Энергетические системы» МАИ Руслан Миханичев.— Мы разработали такие агрегаты, как обратные клапаны, быстроразъёмные соединения, гидравлический дозатор, экологические бачки, ручной насос дозаправки, клапан зарядки азотом, термический предохранитель. Провели прочностные и гидродинамические расчёты, выпустили конструкторскую документацию и сопровождающие документы.

На данный момент ведутся испытания по подтверждению характеристик агрегатов, в том числе непосредственно квалификационные. Производится монтаж агрегатов на самолёт, выполняются цеховые испытания.

Ещё один пример сотрудничества с промышленностью — разработанная Центром компетенций «Энергетические системы» МАИ в интересах ПАО «МИЭА» система контроля перекоса механизации крыла, закрылков и предкрылков. Внедрение таких систем в конструкцию гражданских воздушных судов является следствием ужесточения требований норм лётной годности к отказобезопасности.

— Заслуга Центра компетенций «Энергетические системы» МАИ и наших партнёров состоит в том, что мы смогли внедрить ряд уникальных технических решений, которые по некоторым параметрам эффективнее тех, что сейчас применяются за рубежом,— подчеркивает директор Центра компетенций Сергей Грачёв.

Технические решения унифицированы для закрылков и предкрылков.

— Основным преимуществом данных решений является отсутствие в системе механических связей, ухудшающих эксплуатационные характеристики воздушного судна. Также минимизируются неблагоприятные воздействия внешних факторов, таких как грязь или обледенение,— отмечает руководитель проектов Центра компетенций Алексей Трофимов. Уже проведены испытания системы на базе собственного стендового комплекса. Следующий этап — сопровождение испытаний в составе комплексной системы управления на стендах заказчика, а также лётных испытаний.

Участие в разработке современных математических инструментов для проектирования компонентов и систем, в частности в рамках программы SJ-100, принимает и лаборатория № 1 «Математическое моделирование» НИО-101 МАИ. Специалисты создают программное обеспечение, которое позволяет выполнять декомпрессионный анализ для любого самолёта.

— В таком софте можно схематично блоками построить набор отсеков самолёта, задать объём этих отсеков,— рассказывает начальник лаборатории Андрей Катаев.— Также можно задать отверстия, которые возникают в случае повреждения обшивки, посчитать, как будет происходить компрессия самолёта при разрушении части обшивки. В нашей программе можно рассчитать, как воздух будет покидать самолёт в случае появления отверстий, как будет меняться давление по разным отсекам. Это нужно, чтобы понять, как минимизировать ущерб для самолёта и пассажиров.

Программа для декомпрессионного анализа готова и проходит финальное тестирование. На данном этапе необходимо провести верификацию системы, проверить корректность расчёта, после чего внедрить её на предприятия.

По техническому заданию ПАО «Яковлев» в рамках программы создания самолёта SJ‑100 учёные и эксперты МАИ разрабатывают технологии встроенного контроля и ремонта. Одна из задач — разработка требований к компоновке системы для регистрации эксплуатационных событий, таких как ударные повреждения, и определение так называемой накопленной повреждённости.

— Представьте, что для планера самолёта была произведена оценка ресурса по самому повреждающему типу полёта,— рассказывает ведущий инженер лаборатории № 2 «Композиционные материалы и прочность конструкции» НИО‑101 МАИ Николай Турбин.— Грубо говоря, рассчитывали, сколько сложных полётов он должен совершить, и соответствует ли это проектному ресурсу. Но по факту не все самолёты летают в одинаково тяжёлых условиях, какие-то по различным причинам вообще мало летают. У каждого самолёта свой отработанный ресурс, измеренный, например, в полётах и лётных часах, но соотносится он с назначенным ресурсом.

Расчёт накопленной повреждённости по действительным условиям эксплуатации самолёта позволит определить индивидуальный отработанный ресурс и оценить состояние остаточной прочности элементов конструкции. Это сэкономит деньги разработчику и эксплуатанту.

Еще одно из больших достижений — разработка методики расчёта усталостной прочности агрегатов планера из полимерных композиционных материалов (ПКМ). — Более совершенная расчётная оценка ответственных элементов конструкции планера из композиционных материалов — это необходимость для самолётов с основными силовыми элементами из ПКМ. Оценка происходит на основе типовых исходных данных для расчёта долговечности, но их требуется значительно больше, чем в случае расчёта металлических конструкций,— поясняет Николай Турбин.— Цель расчётной оценки ресурса неизменна — безопасность длительной эксплуатации самолёта, но содержание этапов расчёта требует значительного пересмотра относительно конструкций из традиционных материалов.

Разработки и решения Московского авиационного института, создаваемые в тесном контакте с промышленностью, позволяют сократить сроки освоения критических технологий, обеспечивающих серийное производство систем и агрегатов по программе SJ‑100. С помощью расчётов и методик, созданных специалистами МАИ, современная импортозамещения авиатехника будет соответствовать всем стандартам надёжности и безопасности эксплуатации в индустрии.