A cooperação internacional na aviação civil é hoje a norma. Empresas produtoras de revestimentos comerciais não se propõem a tarefa de criar uma máquina apenas a partir de peças e materiais domésticos. Em primeiro plano estão a competitividade e a eficiência econômica. Na cooperação internacional, o projeto de uma promissora aeronave russa chamada MS-21 de médio alcance está sendo implementado.
No entanto, a situação política mudou. Na imprensa, houve relatos de que, devido à proibição americana do fornecimento de materiais para a produção da asa composta, o programa MS-21 poderia enfrentar problemas e o adiamento da data de início da produção em massa do avião.
Médio curso para decolar!
Popular Mechanics decidiu resolver esta situação e obter informações em primeira mão. Mas primeiro, lembre brevemente o que está em jogo. Materiais compósitos poliméricos são usados na aviação doméstica e estrangeira há décadas. No entanto, grandes estruturas de energia feitas de compósitos, principalmente da CFRP, fizeram sua estréia em um grande aviação comercial, juntamente com o primeiro vôo do Boeing 787 Dreamliner em 2009. Tanto a seção da fuselagem quanto a asa foram feitas de fibra de carbono. Quatro anos depois, a ideia da Airbus, principal concorrente da Boeing, foi para o ar. Era o A350 XWB, onde os elementos da fuselagem e a asa eram compostos. Ambos os aviões são aviões de longa distância de grande porte.
Aeronaves de médio alcance da família Boeing 737 e A320 foram criadas antes do advento dos compósitos com as propriedades desejadas. O primeiro desta classe de aeronaves civis com uma asa composta foi o russo MS-21, cujos testes de voo começaram em 2017.
Considerando as fortes posições do B737 e do A320 no segmento de médio curso do mercado, os desenvolvedores do MS-21 confiaram em alcançar a excelência técnica em duas características principais: conforto do passageiro e eficiência econômica. Ambos exigiram uma perfeição de design aerodinâmico significativamente maior. Em particular, apenas devido à aerodinâmica, foi possível compensar o aumento da largura da fuselagem, o que é necessário para aumentar o conforto. Os especialistas sabem que a base da perfeição aerodinâmica são as características da asa. “Para alcançar as características aerodinâmicas ideais para o MS-21, foi desenvolvida uma grande asa alongada com um perfil complexo”, diz Anatoly Gaydansky, diretor geral da AeroComposite JSC. - É praticamente impossível fazê-lo a partir do metal - apenas a partir de fibra de carbono com sua rigidez única.
Anatoly Gaydansky: "Nossa principal conquista é a capacidade de desenvolver, testar e produzir em massa estruturas compostas de energia, levando em conta as características de certos materiais de diferentes fabricantes".
Competências russas
AeroComposite foi estabelecida pela United Aircraft Building Corporation como um centro de competência no campo de desenvolvimentos inovadores e a introdução de estruturas compostas em aeronaves civis. A empresa inclui um escritório de design e tecnologia, um laboratório experimental e de testes, bem como duas fábricas de ciclo completo para a produção de estruturas compostas em Ulyanovsk e Kazan. Foi dentro das paredes da AeroComposite que a asa “composta” para o MS-21 foi desenvolvida. Deve ser explicado que, na realidade, consiste não só do compósito. As nervuras são feitas de alumínio, nos pontos de alta concentração de cargas aplicadas é usado o titânio. As principais estruturas de energia são feitas de materiais compósitos: painéis de asa (partes monolíticas de 18 m de comprimento) e duas longarinas.
Alta tecnologia
A aerodinâmica ótima pode ser alcançada com uma asa de alto alongamento, mas neste caso não há alternativa ao carbono. No MS-21, as principais estruturas de resistencia são feitas de materiais compósitos: painéis de asa (partes monolíticas com 18 m de comprimento), dois membros laterais, painéis da seção central e todos os planos aerodinâmicos móveis (lemes mais mecanização).
Em 26 de setembro de 2018, o Departamento de Indústria e Comércio dos EUA colocou a AeroComposite JSC na lista de sanções, após o que cessou o fornecimento de algumas matérias-primas. Um dos principais componentes do composto é a fibra de carbono. Os parâmetros do produto final dependem em grande parte da sua qualidade. Durante o período de projeto do MS-21, uma fibra de carbono adequada foi produzida nos EUA. Para peças da aeronave, ela foi refinada de acordo com os requisitos russos. “Naquela época, esses materiais não eram produzidos na Rússia”, diz Anatoly Gaydansky. - Começamos a trabalhar com a empresa americana Cytec, que foi posteriormente adquirida pela empresa belga Solvay, que tem produção nos Estados Unidos. Agora, devido a sanções, esta cooperação foi suspensa. ”
No entanto, na Rússia todos esses anos nós não estávamos ociosos. Levando em conta as grandes perspectivas de compósitos baseados em fibra de carbono, eles estavam sendo desenvolvidos em empresas públicas e privadas. No cluster industrial da Alabuga, a Rosatom Corporation construiu a mais nova fábrica de fibra de carbono. Como os primeiros testes mostraram, nos parâmetros chave já está próximo dos melhores materiais estrangeiros.
“Nós interagimos com fabricantes russos, confiando na experiência de ter trabalhado com os americanos”, diz Anatoly Gaydansky. "Em um momento, nós formulamos os requisitos para a fibra de carbono que precisamos e, por nosso pedido, eles estavam refinando seus produtos para os parâmetros necessários". O chefe da AeroComposite enfatiza: “Nossa principal conquista é a capacidade de desenvolver, testar e produzir em massa estruturas compostas de resistência, levando em conta as características de certos materiais de diferentes fabricantes”. Como resultado, ao usar materiais russos no programa MS-21, não é necessário alterar a aerodinâmica da asa e piorar o desempenho econômico da máquina.
Rosatom veio resgatar
Para a produção de uma asa composta, são necessárias fitas de carbono e um aglutinante. Anatoly Gaydansky diz que existem fornecedores russos para ambos os componentes. A fábrica da Rosatom em Alabuga produz fibra de carbono que a AeroComposite pode usar.
O material de partida para a produção de fibra de carbono - acrilonitrila - é produzido na produção química a partir de matérias-primas de carbono. Esta substância líquida é colocada em um reator, onde é polimerizada sob a influência de altas temperaturas, e então é plantada em meio líquido através de fieiras, secas e deformadas: as moléculas do polímero se alinham para obter um fio com a maior resistência. Esta é uma tecnologia complexa e a qualidade do produto futuro depende do seu nível. O fio leve, chamado de precursor PAN, é então queimado em um forno, transformando-se em fibra de carbono.
O nascimento das asas
Atualmente, três aeronaves de vôo MS-21 para testes estáticos de terra foram produzidas. A asa protótipo ainda carrega componentes estrangeiros, mas na produção em massa será feita inteiramente de materiais russos.
Hoje, a fábrica da Rosatom recebe um precursor do PAN de fornecedores terceirizados. No entanto, já em 2020, a segunda fase da empresa Alabuga, que produzirá o precursor PAN da mais alta qualidade, será colocada em operação. Quanto ao ligante, então, de acordo com Gaidansky, o material doméstico já excede o material estranho em vários parâmetros-chave. O chefe da AeroComposite enfatiza: “Um grupo de empresas foi formado na Rússia que nos fornecerá materiais compostos nos interesses do programa MS-21.”
Naturalmente, o uso de novos materiais exigirá testes adicionais. Ele será realizado em paralelo com os testes da aeronave MS-21, e seus resultados serão emitidos na forma de um adendo ao certificado de tipo de aeronave.
Obninsk não tem medo de sanções
“Nos últimos anos, participamos de vários programas de metas federais sobre substituição de importações, portanto, as sanções não violaram nossos planos”, disse Anatoly Khmelnitsky, vice-diretor geral de produção do ORPT Tekhnologiya. A. G. Romashina. No MS-21, nós somos responsáveis pelo rejeito composto, fazemos a quilha e estabilizador. Durante os testes, nossos projetos suportaram um excesso estimado de carga de 150%. Com uma margem e meio de segurança, uma perda de 5% a 7% na transição para materiais domésticos não é importante para nós.
Nenhuma alteração no design precisará ser feita. Sim, para testes de certificação adicionais terá que gastar algum tempo, mas isso não é crítico. Por muitos anos, o nosso país ganhou experiência na produção de materiais compósitos e na fabricação de estruturas complexas para aeronaves domésticas em sua base. Estávamos muito à frente ou pelo menos trabalhando no nível de nossos colegas ocidentais com materiais de carbono. Temos tecnologia comprovada pelo tempo.A Construção de instalações de produção está em pleno andamento. Nós acreditamos em nós mesmos e trabalhamos! ”
popmech
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