Журнал «Крылья Родины» 5-6.2024
Авторы статьи:
Д.В. Шевелев, генеральный конструктор, академик Академии наук авиации и воздухоплавания
П.А. Маркевич, главный конструктор по направлению
Одной из ключевых задач в процессе разработки нового самолета или вертолета является снижение его собственной массы для улучшения летно-технических характеристик. Кроме того, при формировании технического облика летательного аппарата головной разработчик большое внимание уделяет технологичности его изготовления и сборки, а также удобству и минимизации наземного обслуживания в эксплуатации. Эти тезисы относятся ко всем составным частям воздушного судна, и в значительной степени – к гидравлической системе. На сегодняшний день гидравлика находится вне конкуренции с альтернативными видами силовых бортовых приводов (электромеханика, электрогидростатика) по комплексу параметров «надежность – стоимость – вес – ремонтопригодность в эксплуатации».
Весьма вероятно, что в среднесрочной перспективе альтернативные решения в виде электромеханических и электрогидростатических приводов для систем управления потеснят традиционную гидравлику с Олимпа – специалисты ОКБ «Аэрокосмические системы» ведут научно-исследовательские работы в данных направлениях.
Но пока статус-кво именно таков, а распределенные гидравлические системы, имеющие в своем составе протяженные трубопроводные магистрали, заложенные на этапе разработки в конструкцию современных самолетов и вертолетов, имеют в активе еще несколько десятилетий пребывания в производстве и эксплуатации. А это значит, что сегодня, проектируя такие машины, как МС-21, SJ-100, Ил-100, Ил-212, вертолеты Миля и Камова тяжелого и среднего класса, необходимо применить в них самые совершенные технологически доступные решения в плане надежности, технологичности, веса и ресурса, чтобы на этом надежном фундаменте, накопив достаточно эксплуатационной статистики, переходить к внедрению решений следующего поколения.
С помощью каких же именно конструктивных и технологических решений достигаются вышеозначенные цели в современных гидравлических системах?
Первое требование – снижение веса – обеспечивается за счет внедрения тонкостенных холоднокатаных бесшовных труб и обжимных соединительных фитингов. Это в чистом виде «праздник» технической синергии: с одной стороны, для использования обжимной технологии нужна более жесткая труба (ее жесткость должна быть выше жесткости фитинга, чтобы после снятия усилия на пуансоне обжимного инструмента труба «распирала» фитинг изнутри, обеспечивая герметичность соединения). И эта требуемая жесткость обеспечивается за счет специального сплава, из которого изготовлена труба, режимов ее прокатки, отжига и отпуска, а также толщины стенки трубы – стенка должна быть тоньше, чем у традиционных серийных стандартных авиационных труб! С другой стороны, за счет тонкой стенки трубы снижается погонный вес трубопроводной системы в целом. Сюда же необходимо добавить снижение веса места сочленения трубопроводов: вместо традиционных резьбовых соединений типа «ниппель-гайка», применены обжимные фитинги, которые в среднем на 60% легче.
И далее – техническая синергия продолжается!
Второе требование – производственная и эксплуатационная технологичность – также обеспечивается за счет обжимной технологии! Её применение примерно на 60% снижает трудоемкость изготовления и монтажа трубопроводных систем при постройке воздушного судна, а в эксплуатации – можно сказать, что и «до нуля», поскольку обжимные соединения сохраняют герметичность на протяжении всего срока службы воздушного судна, не требуют подтяжки и переконтровки в процессе эксплуатации.
И на этом «праздник» синергии не заканчивается: обжимная технология как нельзя лучше подходит для ремонта поврежденных участков трубопроводов в «полевых условиях», т.е. в условиях АТБ авиакомпании. Достаточно с помощью специализированного инструмента, по желанию заказчика включаемого вместе с обжимным инструментом в комплект технологического оборудования, вырезать поврежденный участок, а на его место с помощью двух обжимных фитингов смонтировать отрезок трубы необходимого диаметра. По такому же принципу – с помощью радиального обжима – можно монтировать концевую арматуру на трубопровод. При этом концевая арматура имеет стандартное внешнее резьбовое соединение для подключения к агрегатам гидросистемы, которые в процессе эксплуатации требуется отстыковывать для обслуживания, ремонта или замены – здесь, с точки зрения авиационного техника, всё ровно так же, как если бы это была традиционная развальцованная труба с гайкой. Но только технологичнее, ремонтопригоднее и быстрее.
Если в нескольких словах обобщить основные преимущества обжимной технологии по сравнению с традиционной, то это будет выглядеть примерно так:
• снижение массы тонкостенной трубы на 25-33%;
• уменьшение веса соединительной арматуры до 60%;
• простота контроля качества соединений благодаря применению калибров;
• высокая скорость монтажа;
• возможность оперативного ремонта;
• возможность выполнения более компактного (более планарного) монтажа без необходимости использования гаечных ключей;
• отсутствие необходимости в контровке и пломбировке.
В формате журнальной статьи, к сожалению, невозможно описать все подробности и перипетии процесса освоения новой технологии, новых материалов, новых подходов к проектированию, осветить все технологические вопросы и организационные задачи, которые специалисты ОКБ «Аэрокосмические системы» с их коллегами по кооперации из Корпорации «ПРОМТЕХ» и ГК «Росатом» решали совместно для достижения наилучшего результата.
Но результат – налицо! И его можно также сформулировать в нескольких ключевых тезисах:
• освоено серийное производство тонкостенных упрочненных труб для обжима из коррозионностойкой стали, алюминиевых и титановых сплавов;
• организовано серийное производство широкой номенклатуры обжимной арматуры, обеспечивающей потребности производства гидравлических, пневматических и топливных систем современных и перспективных гражданских и военных самолетов и вертолетов;
• разработан и поставляется по требованию заказчика специализированный инструмент для монтажа обжимной арматуры;создана уникальная стендово-лабораторная база для проведения ресурсных испытаний трубопроводов и гидравлических агрегатов, при изготовлении которых используется обжимная арматура, обеспечивающая в т.ч. проведение испытаний на циклические импульсные нагрузки.
В настоящее время на предприятии реализуется программа формирования и совершенствования научно-технического задела (НТЗ) по направлению обжимных соединений для гидравлических, топливных и пневматических систем:
- совершенствование технологии радиального обжима с целью повышения качества и ресурсных показателей трубопроводных систем, собранных с применением обжимных фитингов;
- расширение номенклатуры освоенных в серийном производстве фитингов и концевой арматуры для удовлетворения любых потребностей заказчиков при разработке указанных систем;
- интеграция цифровых моделей фитингов, концевой арматуры, рукавов высокого давления, содержащих всю информацию об их характеристиках, в специализированную инженерную систему автоматизированного проектирования (САПР) «МАКС», позволяющую инженеру-конструктору в автоматическом режиме подбирать компоненты трубопроводных систем на всех этапах проектирования: от разработки схем принципиальных до цифрового двойника и далее – до постановки на производство. На производстве плодами автоматизации трубопроводного производства пользуются уже инженеры-технологи, которые в автоматизированном режиме на базе цифровых моделей трубопроводов из САПР «МАКС» с помощью программного функционального модуля «МАКС-Технолог» формируют технологические процессы и маршрутные карты в соответствии со стандартами предприятия с учетом требований национальных и отраслевых стандартов. Проверка соответствия конструкторской и технологической документации требованиям стандартов, а также интеллектуальная система поддержки принятия решений защищает инженера от использования в проекте ошибочных и/или неоптимальных технических решений, упрощает технический контроль и нормоконтроль документации, сокращает сроки разработки гидропневматических и топливных систем самолетов и вертолетов и в целом минимизирует технические риски предприятия при выполнении ответственных работ в рамках заказов;
- создание НТЗ по перспективным направлениям развития гидрогазовых систем (повышение давления в магистралях, внедрение быстроразъемных соединений, работа трубопроводов в составе криогенных систем);
- материаловедческие исследования, включающие в себя работы по новым сплавам для трубопроводов и фитингов, по материалам уплотнений и конструкции уплотнительных систем, использование аддитивных технологий;
- диверсификация разработок и технологий: из гражданской авиации в военную, из военной – в гражданскую, из авиации и космоса – в другие отраслевые направления, а именно в судостроение, в шельфовую добычу углеводородов, в железнодорожную технику для высокоскоростных магистралей, в атомную отрасль, в робототехнику.
Когда работы в данном направлении только начинались, основная задача перед ОКБ «Аэрокосмические системы» фокусировалась на импортозамещении. Но, выражаясь языком наших заклятых западных «партнеров», для того, чтобы в нашем стремительно меняющемся мире «хотя бы оставаться на месте, надо всё время бежать, а чтобы фактически двигаться вперед, надо бежать в два раза быстрее».
В итоге в результате борьбы с западными «партнерами» из-за разницы наших с ними темпераментов и скоростей мы не только заместили их продукцию, но и по ряду позиций вышли вперед, реализовав тем самым наше технологическое лидерство.
Очень надеемся, что наш вклад в создание современных и перспективных самолетов и вертолетов позволит нашим головным разработчикам также с солидным гандикапом обогнать их глобальных конкурентов.
Нет сомнений, что с такими заделами, с таким коллективом и такими предприятиями-кооперантами можно с открытым забралом и спокойным сердцем выходить на битву с любыми новыми технологическими вызовами – будь то перспективный сверхзвуковой пассажирский лайнер, будь то сверхтяжелый военно-транспортный самолет, будь то тяжелый транспортный БПЛА. И с учетом текущей военнополитической обстановки с уверенностью можем сказать: мы готовы к труду и обороне.
