Спецпроект "Свидетеля"
Создан, чтобы летать
Как создавался первый в России цельнокомпозитный самолёт-демонстратор ТВС-2ДТС? Чем он уникален? И какое будущее его ждёт?
Корреспондент «Свидетеля» побывала в подразделениях, цехах и ангарах Сибирского научно-исследовательского института авиации им. С. А. Чаплыгина в Новосибирске и увидела всё собственными глазами.
Институт является режимным объектом и попасть на него «с улицы» невозможно. Однако, когда все допуски и разрешения получены, вам искренне говорят «Добро пожаловать!». И даже фраза: «Это снимать нельзя» - чаще оборачивалась шуткой, нежели реальным запретом.
Справка
Институт организован в 1941 году в качестве филиала Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) имени проф. Н. Е. Жуковского, в задачи которого входило проведение научно-исследовательских работ в области теоретических и экспериментальных исследований по аэродинамике и прочности самолётов совместно с ОКБ и предприятиями авиационной промышленности.
В 1946 году был преобразован в Государственный Союзный Сибирский научно-исследовательский институт авиации (СибНИА). Среди основных задач на первое место выдвигалось создание комплекса лабораторий по аэродинамическим, прочностным исследованиям самолётов и приборного оборудования, летным исследованиям.
За прошедшие годы в лабораториях СибНИА исследованы характеристики более тысячи моделей различных летательных аппаратов, наземных транспортных средств, подводных лодок и архитектурных сооружений, определена долговечность более 200 типов самолётов и вертолётов. Многие исследования носили уникальный характер. Так, в СибНИА были проведены усталостные тепло-прочностные испытания натурного сверхзвукового самолёта Ту-144 и агрегатов воздушно-космического самолёта «Буран».
ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина» является одной из основных системообразующих научно-исследовательских организаций, занимает лидирующие позиции на российском рынке научной и инновационной продукции в области авиастроения.
В 1946 году был преобразован в Государственный Союзный Сибирский научно-исследовательский институт авиации (СибНИА). Среди основных задач на первое место выдвигалось создание комплекса лабораторий по аэродинамическим, прочностным исследованиям самолётов и приборного оборудования, летным исследованиям.
За прошедшие годы в лабораториях СибНИА исследованы характеристики более тысячи моделей различных летательных аппаратов, наземных транспортных средств, подводных лодок и архитектурных сооружений, определена долговечность более 200 типов самолётов и вертолётов. Многие исследования носили уникальный характер. Так, в СибНИА были проведены усталостные тепло-прочностные испытания натурного сверхзвукового самолёта Ту-144 и агрегатов воздушно-космического самолёта «Буран».
ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина» является одной из основных системообразующих научно-исследовательских организаций, занимает лидирующие позиции на российском рынке научной и инновационной продукции в области авиастроения.
Внук Ан-2
Первым о новом самолёте с рабочим названием ТВС-2ДТС рассказал директор СибНИА Владимир Барсук, который летал на нём на Международный авиационно-космический салон в Москве в июле этого года.
Директор СибНИА Владимир Барсук
- Новый самолёт - это только вершина айсберга, ему предшествовали несколько лет «закладки фундамента». Перед нами стояла задача исследовать состояние малой авиации в России, изучить конструкторские и технологические решения, которые применяются в мире при производстве лёгких самолётов, найти и освоить наиболее перспективные и важные из них, провести испытания и спроектировать самолёт-демонстратор, чтобы показать уровень развития новых технологий.
В итоге к 10 августа 2016 года мы подошли с огромной базой знаний, которая позволила нам за 11 месяцев построить новый самолёт.
ТВС-2ДТС оснащён новым двигателем, сделан из нового материала — карбона, имеет совершенную аэродинамическую форму. При этом срок изготовления образца занял меньше года, что очень важно для промышленности.
В итоге к 10 августа 2016 года мы подошли с огромной базой знаний, которая позволила нам за 11 месяцев построить новый самолёт.
ТВС-2ДТС оснащён новым двигателем, сделан из нового материала — карбона, имеет совершенную аэродинамическую форму. При этом срок изготовления образца занял меньше года, что очень важно для промышленности.
Старый Ан-2 везёт 1500 кг груза со скоростью 180 км/ч на дальность порядка 700 км — это технологии 1947 года. Новый самолёт поднимает 3 тонны, развивает скорость в 300 км/ч и летит с грузом на расстояние до 1500 км. То есть его производительность в два раза выше, а расход топлива (керосина) на 40% меньше. Этот самолёт будет везти много и лететь далеко.
Из чего сделан самолёт?
С вопросами о том, что такое композит и чем он замечателен, я обратилась к начальнику опытно-конструкторского бюро Вячеславу Писареву.
Вячеслав Писарев
Начальник опытно-конструкторского бюро
- Углепластик, или композит, представляет из себя ткань, которая склеивается в несколько слоёв под определёнными углами. В результате получается плотный материал, имеющий в зависимости от требований различную толщину.
Углепластик – материал новый, и именно поэтому с ним возникали определённые трудности, например, с его послойной выкладкой или с короблением после застывания. Нам даже пришлось проводить специальные исследования на тему правильной раскладки слоёв «ткани», чтобы избежать проблем.
Углепластик легче и прочнее алюминия, но при обработке ведёт себя как абразив, то есть сверло, которое в стали может сделать двести отверстий, приходит в негодность после 20 отверстий в углепластике — так что нам потребовался специнструмент.
Материал импортный, но технологии изготовления деталей из углепластика приходилось разрабатывать самостоятельно — такими секретами с нами никто не делился.
Углепластик – материал новый, и именно поэтому с ним возникали определённые трудности, например, с его послойной выкладкой или с короблением после застывания. Нам даже пришлось проводить специальные исследования на тему правильной раскладки слоёв «ткани», чтобы избежать проблем.
Углепластик легче и прочнее алюминия, но при обработке ведёт себя как абразив, то есть сверло, которое в стали может сделать двести отверстий, приходит в негодность после 20 отверстий в углепластике — так что нам потребовался специнструмент.
Материал импортный, но технологии изготовления деталей из углепластика приходилось разрабатывать самостоятельно — такими секретами с нами никто не делился.
Так выглядит ткань, из которой делают композитные самолёты.
Оказывается, композитные самолёты делают, почти как пирожки. В процессе производства углепластик достают из холодильника, режут, выкладывают послойно, а затем выпекают в печи.
Одна из печей для изготовления деталей самолёта.
- Метод вакуумной инфузии применяется так: на оснастку укладывают предварительно раскроенную «ткань», помещают её в полиэтиленовый мешок, пропитывают смолой, а затем откачивают воздух. Таким образом материал полимеризуется и получается готовая деталь, например, панель фюзеляжа.
Силовые элементы, которые будут испытывать повышенные нагрузки в воздухе, например, панели крыла, изготавливаются по-другому - методом термостабилизации препрега. Уже пропитанный смолой полуфабрикат из ткани достаётся из холодильника и раскраивается на лоскуты. Затем они в определённом порядке укладываются на оснастку и заворачиваются в вакуумный мешок. Оттуда откачивается воздух, и мешок помещают в автоклав, где под действием давления и температуры материал полимеризуется, становится прочным и лёгким.
Силовые элементы, которые будут испытывать повышенные нагрузки в воздухе, например, панели крыла, изготавливаются по-другому - методом термостабилизации препрега. Уже пропитанный смолой полуфабрикат из ткани достаётся из холодильника и раскраивается на лоскуты. Затем они в определённом порядке укладываются на оснастку и заворачиваются в вакуумный мешок. Оттуда откачивается воздух, и мешок помещают в автоклав, где под действием давления и температуры материал полимеризуется, становится прочным и лёгким.
Константин Масленников
Ведущий конструктор опытно-конструкторского бюро
Нет предела совершенству
Необходимый этап создания любого летательного аппарата — аэродинамический. Рассказывает заместитель директора по научной работе Владимир Чемезов.
Владимир Чемезов
Заместитель директора по научной работе
- Отработка аэродинамической компоновки самолёта начинается с расчётных исследований. Затем идёт согласование математической модели, проектирование и изготовление физической модели самолёта (в данном случае — в масштабе 1:8,5) и её испытание в аэродинамической трубе.
После этого вырабатываются рекомендации по улучшению аэродинамической компоновки и создаётся, как мы её называем, исполнительная модель. Именно она, воплощённая в опытный образец самолёта, сейчас и летает. После первых испытательных полётов — снова выдаются рекомендации по дальнейшему его улучшению.
После этого вырабатываются рекомендации по улучшению аэродинамической компоновки и создаётся, как мы её называем, исполнительная модель. Именно она, воплощённая в опытный образец самолёта, сейчас и летает. После первых испытательных полётов — снова выдаются рекомендации по дальнейшему его улучшению.
Аэродинамическая труба — огромное сооружение, стоять рядом с которой немного жутко. Кажется, что вот-вот заработает мощная турбина и поток воздуха снесёт тебя с места в считанные секунды.
- В аэродинамической трубе установлен вентилятор, снизу идёт обратный воздушный канал. Здесь, в открытой рабочей части трубы, устанавливается модель самолёта, оснащенная датчиками, которые определяют нагрузки на элементы конструкции.
Мы проводим 18 видов экспериментов и можем моделировать практически всё, даже «штопор». Через эту трубу прошли почти все самолёты, про которые вы только слышали.
Мы проводим 18 видов экспериментов и можем моделировать практически всё, даже «штопор». Через эту трубу прошли почти все самолёты, про которые вы только слышали.
Валерий Зайцев
Начальник отделения аэродинамики и динамики полёта
Андрей Каргапольцев
Руководитель отделения статической и усталостной прочности
Прежде чем самолёт взлетит, с ним работают прочнисты — специалисты отделения статической и усталостной прочности. Его руководитель Андрей Каргапольцев уточняет, что их задача — сымитировать на стенде максимальные эксплуатационные нагрузки.
В СибНИА есть три зала, предназначенных для статических и ресурсных испытаний натурных авиационных конструкций.
Например, в этом зале проводятся испытания самолёта Сухой Суперджет 100. Стенд состоит из большого количества самых разных систем – механической, гидравлической, пневматической и так далее. Во время нагружения самолёт на стенде «оживает» – он скрипит, изгибается в точном соответствии с тем, как ведёт себя конструкция во время реального полёта.
Мне бы в небо!
Самолёт ТВС-2ДТС не просто демонстрирует возможности новосибирских учёных, инженеров, конструкторов и проектировщиков — он создан, чтобы летать и делать жизнь людей комфортнее и проще.
Но для этого его производство нужно поставить на поток. Экономическую сторону вопроса осветил директор СибНИА Владимир Барсук.
- Кто берётся за серийное производство?
- Эти вопросы мы обсуждали с холдингом «Вертолёты России», администрацией Бердска, инвесторами из Барнаула, заводом в Улан-Удэ. Интерес проявляют предприятия из Новосибирской области, Дальневосточного округа. Сейчас мы имеем порядка пяти-семи возможных участников процесса.
- Вы просчитывали экономические показатели подобного производства?
- Изначально наш проект был ориентирован на средний и малый бизнес. Завод состоит из зданий и сооружений, как правило, быстровозводимых, и требует порядка 500 миллионов рублей затрат. 150 миллионов — на оборудование, плюс порядка 100 - на оснастку, итого 750 миллионов рублей будет стоить весь завод.
70-80 человек, работающих на предприятии, способны выпускать 25-30 самолётов в год.
- Какова стоимость самого самолёта?
- От 2,5 до 3 миллионов долларов. С одной стороны, это не дёшево, с другой — это очень высокоресурсный аппарат. На МАКС мы летели без посадок и дозаправок. Перелёт до Москвы занял 11,5 часов, обратно — 10, и самолёт показал высокую топливную эффективность, а также хорошие характеристики дальности. По топливной эффективности он как минимум на 35% превосходит двухдвигательные самолёты и на 20-25% - все одномоторные самолёты этого класса.
Его основная задача — взять, например, продукты или другой груз, отвезти их в какую-нибудь деревню с необорудованным аэродромом, выгрузиться, вернуться в Новосибирск или Омск, взять следующий груз и полететь в Москву. Этот самолёт должен летать около 15-20 часов в день, 2500-3000 часов в год. При таком налёте его стоимость становится невысокой.
- Кто конечный потребитель?
- Думаю, авиакомпании, которые сумеют правильно оценить его потенциал. Мы работали не под конкретный заказ и не под рынок, потому что создавать самолёт, который востребован сейчас — значит отставать. Наша задача как научно-исследовательского института — создать нечто новое, что может радикально поменять рынок.
Играет свою роль и другой фактор: до сих пор никто не верил в наличие этого самолёта. За проектом пристально следят, и в прессе было много разговоров о том, что мы не можем ничего, кроме как произвести реинкарнацию Ан-2. Говорили: скоро МАКС, они не успеют. А мы выполнили первый полёт. Начали писать: он ещё не испытан, никто никуда не прилетит. Но мы появляемся на МАКСе. Пишут: значит, летели с посадками. Диспетчеры это отрицают: никаких промежуточных посадок не было.
Таковы рассуждения дилетантов. Этот самолёт имеет совсем другие характеристики, нежели Ан-2, он другого поколения, но ему ещё придётся доказывать свои способности.
- Кто берётся за серийное производство?
- Эти вопросы мы обсуждали с холдингом «Вертолёты России», администрацией Бердска, инвесторами из Барнаула, заводом в Улан-Удэ. Интерес проявляют предприятия из Новосибирской области, Дальневосточного округа. Сейчас мы имеем порядка пяти-семи возможных участников процесса.
- Вы просчитывали экономические показатели подобного производства?
- Изначально наш проект был ориентирован на средний и малый бизнес. Завод состоит из зданий и сооружений, как правило, быстровозводимых, и требует порядка 500 миллионов рублей затрат. 150 миллионов — на оборудование, плюс порядка 100 - на оснастку, итого 750 миллионов рублей будет стоить весь завод.
70-80 человек, работающих на предприятии, способны выпускать 25-30 самолётов в год.
- Какова стоимость самого самолёта?
- От 2,5 до 3 миллионов долларов. С одной стороны, это не дёшево, с другой — это очень высокоресурсный аппарат. На МАКС мы летели без посадок и дозаправок. Перелёт до Москвы занял 11,5 часов, обратно — 10, и самолёт показал высокую топливную эффективность, а также хорошие характеристики дальности. По топливной эффективности он как минимум на 35% превосходит двухдвигательные самолёты и на 20-25% - все одномоторные самолёты этого класса.
Его основная задача — взять, например, продукты или другой груз, отвезти их в какую-нибудь деревню с необорудованным аэродромом, выгрузиться, вернуться в Новосибирск или Омск, взять следующий груз и полететь в Москву. Этот самолёт должен летать около 15-20 часов в день, 2500-3000 часов в год. При таком налёте его стоимость становится невысокой.
- Кто конечный потребитель?
- Думаю, авиакомпании, которые сумеют правильно оценить его потенциал. Мы работали не под конкретный заказ и не под рынок, потому что создавать самолёт, который востребован сейчас — значит отставать. Наша задача как научно-исследовательского института — создать нечто новое, что может радикально поменять рынок.
Играет свою роль и другой фактор: до сих пор никто не верил в наличие этого самолёта. За проектом пристально следят, и в прессе было много разговоров о том, что мы не можем ничего, кроме как произвести реинкарнацию Ан-2. Говорили: скоро МАКС, они не успеют. А мы выполнили первый полёт. Начали писать: он ещё не испытан, никто никуда не прилетит. Но мы появляемся на МАКСе. Пишут: значит, летели с посадками. Диспетчеры это отрицают: никаких промежуточных посадок не было.
Таковы рассуждения дилетантов. Этот самолёт имеет совсем другие характеристики, нежели Ан-2, он другого поколения, но ему ещё придётся доказывать свои способности.
Некоторые из основных достижений СибНИА
1
Разработка в содружестве с ОКБ Антонова аэродинамической компоновки самолета Ан-2.
2
Обоснование концепции дальнего сверхзвукового самолета под руководством Р. Л. Бартини.
3
Исследования по формированию аэродинамической компоновки всех типов экранопланов, созданных в СССР.
4
Исследования по созданию аэродинамической компоновки боевых самолетов семейства Су-27, Су-26.
5
Обеспечение прочности и долговечности большинства серийных гражданских самолетов, созданных в СССР: Ан-8, Ан-10, Ил-18, Ил-62М, Ту-104, Ту-124, Ту-134, Ту-144, Ту-154, Ту-204, военных самолетов ОКБ Сухого, Микояна, Туполева, Ильюшина, Мясищева, Яковлева.
6
Определение ресурса самолета SSJ-100 в результате работы на уникальном стенде.
7
Исследования и разработка рекомендаций по надежности и прочности посадочных устройств всех самолетов, созданных в СССР и России.
8
Разработка оригинальных методик исследований прочности и долговечности космических объектов без использования высокотемпературных вакуумных камер.
9
Разработка методики виброакустических испытаний объектов авиакосмической техники на основе эффекта бегущей акустической волны.
