Чудо-крылья российского "убийцы боингов" проверят на прочность

В ангаре Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) в подмосковном Жуковском на специальных опорах стоит фюзеляж МС-21, отдельно — крыло и другие элементы самолёта.

Специалисты ЦАГИ начали объединять их в единую конструкцию, которую оснастят датчиками и специальным оборудованием. C их помощью конструкторы будут имитировать разные нагрузки и анализировать "отклик" на них одной из наиболее перспективных отечественных авиаразработок.

Вы не поверите, но, по словам конструкторов, крыло самолёта будет подвергаться таким колебаниям, что его кончик будет подниматься на высоту в три метра.

Испытания будут проводиться в несколько этапов. На первом из них планер будет испытывать статические нагрузки вплоть до максимальных эксплуатационных, идентичных тем, которым МС-21 подвергнется во время реального полёта. Этот этап как раз и позволит снять ограничение на проведение лётных испытаний. 

— Собственно говоря, именно здесь и будет дана путёвка в жизнь, одобрение первого полёта нашего нового лайнера, — говорит гендиректор ЦАГИ Сергей Чернышев.

Оснащение всей аппаратурой занимает от нескольких недель. Вместе с пробными испытаниями это длительный и трудоёмкий процесс.

— На фюзеляже будет установлено больше 1000 датчиков, и каждый живёт своей жизнью, поставляет информацию, которая в режиме реального времени анализируется учёными, специалистами и конструкторами. Наша главная задача — не просто приложить усилия, а определить возможные слабые места, которые потребуют усиления. Эта методика отрабатывалась в ЦАГИ длительное время и доказала свою эффективность. Вся программа реализуется в течение четырёх-пяти месяцев в зависимости от того, как всё пойдёт. Это только начальный этап. Для обеспечения первого вылета самолёта.

Дальше обширные испытания будут продолжены. Но они станут более детальными, с увеличенными нагрузками. Самолёт, отправляясь в первый тестовый полёт, будет ограничен в действиях.

— Никаких манёвров. Простой взлёт, круг, посадка. Со временем и с получением более детальной доказательной базы по прочности этого летательного аппарата ЦАГИ расширяет условия полёта. Всё это делается в тесном контакте и с лётчиками, и с корпорацией "Иркут", разработчиком. Вот такая технология постановки на крыло нового лайнера, — рассказывает Сергей Чернышев.

Новые технологии

МС-21 не зря называют новой ступенью в развитии отечественной авиации. В самолёте впервые для машин ближне- и среднемагистрального классов используется крыло, выполненное из полимерных композитных материалов (ПКМ). Нигде в мире нет опыта по созданию таких протяжённых объектов с помощью подобной технологии.

— Мы на передней линии научно-технического прогресса, — не без гордости заявляет гендиректор ЦАГИ Сергей Чернышев. — Чтобы быть уверенными, что всё нормально, работы по исследованию таких конструкций, начиная с элементарных образцов материалов, панелей и вплоть до прототипов крыла, мы начали около пяти лет назад, широким фронтом. Испытали четыре прототипа. В то время они были изготовлены в Австрии. Но технические решения и методы проектирования использовались наши, отечественные, которые корпорация "Иркут" применила для крыла по российской технологии. Учитывая длительность эксплуатации, авиастроители должны обеспечить как минимум 20 лет бесперебойной и надёжной работы планера, а дальше уже по состоянию продлевать жизнь самолёта — это десятки лет безаварийной работы. Конечно, необходимо очень много знать о том, как себя ведут эти конструкции в условиях повышенной влажности, солевого воздействия, больших перепадов температур — и всё это при воздействии нагрузок.

Испытания планер должен выдержать

Опрошенные Лайфом эксперты уверены, что планер и его композитные элементы выдержат испытания. При этом главный редактор отраслевого портала Avia.ru Роман Гусаров в беседе с Лайфом высказал мнение, что ключевым вопросом в статическом испытании планера остаётся вопрос в стабильности производства нового крыла:

— Вопрос не в самих материалах, они прошли испытания. Вопрос в стабильности технологий производства. Поскольку методика для изготовления больших длинномерных панелей ранее не использовалась, то вопрос в качестве и в его стабильности. Мы (Россия) пионеры в этой части. На нас посматривает весь мир. Сама технология сэкономит огромные деньги, она более дешёвая. Кессон крыла МС-21 уже испытывался. Вопрос теперь в том, что прочностные испытания крыло пройдёт, а вот пройдёт ли ресурсные? Для этого нужно время. Какой ресурс будет у крыла? Не будет ли оно расслаиваться со временем? Вот тут, наверное, вопрос. Он открыт. Прочностные? Да. Чтобы пустить это в серию, надо провести первый этап — проверить на прочность. А потом уже гонять на ресурс. Годами. Проверять.

По его мнению, именно на новом крыле у МС-21 идёт основной выигрыш в стоимости в сравнении с "одноклассниками". Boeing стоит от $90 млн, а Airbus от $97 млн — против предполагаемой цены российского самолёта $72—85 млн. В России делают крыло большого удлинения, с хорошими аэродинамическими характеристиками, и в этом тоже выигрыш.

— Что касается результатов испытаний, то предсказать их со стопроцентной гарантией, конечно, невозможно, — говорит Лайфу исполнительный директор отраслевого агентства "Авиапорт" Олег Пантелеев. — Но есть несколько тезисов, которые позволяют рассчитывать на хороший результат. Во-первых, нынешним испытаниям предшествуют длительные работы по проведению прочностных расчётов. Во-вторых, прежде чем проводить испытания планера, компания "Аэрокомпозит" — разработчик и производитель крыла — выполнила тысячи испытаний отдельных образцов, потом были испытания прототипов кессона крыла — главного агрегата, воспринимающего нагрузки. Затем испытывалось в разных условиях, в том числе и с нанесением нормированных повреждений, полукрыло отдельно от планера. Результаты всех этих работ показали высокую сходимость расчётных результатов с экспериментальными данными, а также соответствие испытанных образцов требованиям, заложенным в их конструкцию.

По словам эксперта, безусловно, история авиационной отрасли знает примеры, как наземные прочностные испытания выявляли проблемы, когда конструкции разрушались при нагрузке меньше заданной, что свидетельствовало о недостаточной прочности. Равно как и были прецеденты, когда при расчётных нагрузках конструкция не ломалась, держалась до 150—200% от заданных нагрузок. Это тоже не слишком хорошо, так как свидетельствует об излишнем запасе прочности и, соответственно, излишнем весе конструкции.

Что касается стоимости испытаний, то эксперты затруднились её оценить.

— Прежде всего отмечу, что стоимость проведения испытаний никогда не выделяется из общей величины затрат, связанных с созданием новых воздушных судов, я не встречал подобных оценок ни по одному из самолётов. В то же время очевидно, что нужно изготовить планер воздушного судна, практически полностью идентичный самому изделию, за исключением тех агрегатов и деталей, которые не воспринимают возникающие в полёте и на земле нагрузки. Этот планер подлежит разрушению в ходе испытаний. Кроме того, под каждый самолёт дорабатывается и стендовая база, на которой проводятся испытания. Добавляем сюда издержки на сборку на месте, транспортировку, затраты самого ЦАГИ на обеспечение работ и т.д., — пояснил Олег Пантелеев.

Работы, которые начались в ЦАГИ, являются важным этапом в создании любого воздушного судна. В институте имеется возможность моделирования нагрузок, позволяющих исследовать прочность летательных аппаратов различных типов. Так, в статическом зале института были испытаны Ту-204, Ту-334, Ил-114, Ми-26, SSJ100, "Буран" и многие другие.

Для справки

"Иркут МС-21" ("Магистральный самолёт XXI века") — отечественный проект ближне-среднемагистрального пассажирского самолёта. Торжественная церемония выкатки нового самолёта МС-21 состоялась в Иркутске 8 июня 2016 года. Начало серийного производства запланировано на 2017 год.

Программа семейства ближне-среднемагистральных самолётов МС-21 разрабатывается совместно с ОКБ Яковлева и корпорацией "Иркут".

Корпорация "Иркут" подписала твёрдые контракты на поставку 175 самолётов МС-21. Портфель "мягких" заказов превышает 100 самолётов. Первый полёт ожидается в 2016 году. Сейчас строятся четыре опытных образца. Стоимость программы разработки самолёта оценивается в $4,5 млрд. 

Семейство самолётов МС-21 включает две модели, спроектированные с высокой степенью унификации. МС-21-200 рассчитан на перевозку от 132 до 165 пассажиров, МС-21-300 рассчитан на перевозку от 163 до 211 пассажиров.

Предполагается, что основную конкуренцию самолёту "Иркут МС-21" составит китайский СOMAC, вместе с тем МС-21 претендует на ту же коммерческую нишу, что и Boeing 737 MAX с Airbus 320 neo.