Учёные Московского авиационного института (МАИ) опробовали технологию изготовления деталей из сверхтонких композиционных материалов. Элементы каркаса крыла, фюзеляжа и оперения самолёта становятся на 20–25% легче.

По словам представителей МАИ, технология сверхтонких композитов уже применяется в медицине и электронике, но для авиационных деталей её адаптировали впервые. Толщина одного слоя такого материала — всего 0,05 мм, однако по прочности он не уступает стандартному композиту, слой которого в 2,6 раза толще. Наибольший эффект достигается там, где важен каждый грамм, — в лёгких летательных аппаратах средней и малой нагруженности.

В чём техническая суть

Композит собирают из отдельных монослоёв волокна, пропитанных связующим. Чтобы материал был прочным и жёстким в разных направлениях, слои укладывают под разными углами. Стандартная толщина слоя — 0,13 мм, и таких слоёв нужно не менее семи. Если по расчётам требуется композит толщиной 0,20 мм, приходится использовать два стандартных слоя, что даёт 0,06 мм лишнего материала и увеличивает вес детали. Сверхтонкий композит позволяет набирать нужную толщину без перерасхода.

Как проверяли

Начальник лаборатории МАИ Николай Турбин рассказал, что работа шла поэтапно: на основе данных производителя разработали компьютерные модели материала, изготовили и испытали образцы, сравнив их со стандартными. С помощью томографа и микроскопа проверяли количество внутренних дефектов, влияющих на прочность, например микроскопических пустот. Материал также исследовали под нагрузкой. По итогам работы модели откалибровали и сформировали рекомендации для производства.

В проекте участвовали специалисты лаборатории «Моделирование композиционных конструкций» Института передовой инженерной школы и лаборатории «Прочность» Центра композитных конструкций МАИ.

Где может применяться

Разработка ориентирована прежде всего на лёгкие летательные аппараты средней и малой нагруженности — именно там снижение массы даёт максимальный эффект. Речь идёт об элементах каркаса крыла, фюзеляжа и оперения. В перспективе технология может найти применение и в более крупных проектах, где уже используются композиты: например, в конструкции МС-21 доля полимерных композиционных материалов достигает 30–40%, а крыло выполнено из отечественных углепластиков. Однако для высоконагруженных элементов требуются дополнительные испытания и сертификация.