В современной военной авиации, помимо различных металлов, активно используются и композиционные материалы. Их использование обусловлено целым рядом преимуществ, которые, к примеру, позволяют снизить массу летательного аппарата.
Преимущества композиционных (композитных) материалов
Развитие авиастроения обусловило применение новых технических решений, в первую очередь направленных на снижение массы конструкции летательного аппарата, что позволяет сделать воздушную машину более маневренной. Вес композитных деталей обычно не превышает 20% от веса аналогичных деталей, изготовленных из алюминия. При этом композиционные детали прочнее, устойчивее к давлению, а также не подвержены ржавчине. Углеволоконные и арамидные композиты не содержат ядовитых газов, что повышает экологичность их использования.
Чаще всего в современных боевых самолетах композитные материалы используют в крыльях, так как именно их размеры и конфигурация играют важнейшую роль для летных характеристик воздушной машины. Меньший вес и удлинение крыла позволяют снизить расход топлива, что, в свою очередь, делает самолет (БПЛА) более экономичным.
Специалисты «Ростеха» называют два способа производства композитных материалов для нужд авиации. Во-первых, это автоклавный способ: основа – алюминиевые соты, сверху и снизу – слои углепластика. Укладка слоев осуществляется с помощью лазерного проектора, после чего получившееся изделие на 8 часов отправляют в автоклав, где оно становится легкой и высокопрочной авиационной деталью.
Во-вторых, при создании композитных деталей может использоваться инфузионная технология, не требующая применения автоклавов. За один технический передел благодаря инфузионной технологии создаются целые сложные конструкции. Главное преимущество данного метода – его экономичность.
Эксперты в качестве важнейшей характеристики композитных материалов выделяют и их прочность. Так, бывший командующий фронтовой авиацией генерал-полковник Николай Антошкин в одном из своих интервью утверждал, что композиты выдержат попадание крупнокалиберных пуль, снарядов, ракетных осколков и эта характеристика обеспечит будущее композитов в боевой авиации.
Как композиционные материалы применяются в современных истребителях
Американская авиационная промышленность первой обратилась к использованию композиционных материалов. В многоцелевом истребителе F-22 Raptor доля полимеров составляет не менее 40% (впрочем, называются и другие цифры, вплоть до 60%). Прежде всего, это термопластичные углепластики и радиопоглощающие материалы (РПМ).
РПМ используются в оформлении кромки крыла самолета. Термопластичные углепластики, включая Avimid K-III, отличаются особой прочностью, термостойкостью и способностью к ремонту. Их применение позволило повысить живучесть конструкции планера относительно осколочно-фугасных зажигательных снарядов авиационных пушек.
В России еще в 2001 г. стартовала программа по разработке истребителя пятого поколения – перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации (ПАК ФА) Су-57 (заводской индекс – Т-50). Главной задачей стала работа над повышением устойчивости и управляемости самолета, в том числе машины при углах атаки более 90°.
По словам главного конструктора А.Н.Давиденко, композиционные материалы составляют 25% веса самолета и 70% площади его поверхности. Радиопрозрачность композитов позволяет решить еще одну очень важную задачу – снизить заметность самолета для противника. Электромагнитный сигнал поглощается углеродным покрытием, что создает препятствие для распознавания самолета вражеским радаром.
Применение композитов позволяет добиться и более выгодной с точки зрения малозаметности геометрической формы воздушной машины. Придать такую форму самолету, используя лишь металлические детали, гораздо сложнее. Технология «черное крыло» позволяет значительно снизить радиозаметность самолетов: эффективная площадь отражающей поверхности у перспективного российского истребителя составляет всего 0,5 квадратных метра.
Композиционные материалы активно используются и в новейшем российском беспилотном летательном аппарате С-70 «Охотник». Как утверждают эксперты, по стоимости изготовления он приближается к современным пилотируемым самолетам, в том числе из-за использования новейших композитов и радиопоглощающих материалов.
Стратегическое значение композитов для российской военной авиации не подлежит сомнению. Сейчас целый ряд научно-производственных объединений продолжает исследовательскую работу по созданию новых, все более прочных и устойчивых к самым разным воздействиям композиционных материалов. Например, производством композитных деталей для Су-57, как стало известно в конце 2019 года, займется предприятие «Технология» в Обнинске, входящее в структуру «Ростеха».
Вопрос лишь в том, сможет ли российская промышленность обеспечить растущие потребности авиастроения в композитах, учитывая и их недешевую стоимость, и сложности высокотехнологичного производства.