Обеспечить работу ВИАМ в экстремальных условиях

 

В Венесуэле у вертолета постоянно до самой земли обвисают лопасти. В трех других странах лайнеры идут на вынужденную посадку из-за засорения топливных фильтров. Причина — не человеческий фактор и не технический, а непредусмотренное воздействие внешней среды.

 

Как избегать таких инцидентов, ведущие учёные Сибирского отделения РАН обсуждали на встрече с представителями Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ) — начальником Геленджикского центра климатических испытаний Сергеем Викторовичем Паниным и его заместителем, доктором технических наук Олегом Владимировичем Старцевым. У экспериментального комплекса на берегу Чёрного моря интересная и непростая судьба. Головная организация, ВИАМ — детище советской индустриализации. Институт открылся в 1932 году, когда авиапром начал, выражаясь современным языком, переходить на импортозамещение. Сразу же возникла потребность определять стойкость тех отечественных материалов, применявшихся в отрасли. «Наш центр носит имя Георгия Акимова — человека, который впервые сделал коррозию предметом научного исследования», — напомнил Сергей Панин. По инициативе Акимова была создана сеть коррозионных станций, куда входила и  ВИАМовская — в Батуми, на берегу Черного моря, с самым теплым и влажным климатом на всем побережье. На правах филиала она работала до 1991 года, а после самоопределения Грузии переехала в Геленджик.

 

 

В СССР было 14 типов климата, в России осталось 9: теперь нет, к примеру, жаркой береговой пустыни, как в Туркменистане, или влажных тропиков. Станций климатических испытаний у ВИАМ всего две, в Геленджике и Москве, тогда как в США их около 150. Поэтому участников встречи в новосибирском Академгородке обрадовала перспектива открытия в Тикси, на берегу Моря Лаптевых, арктического полигона на базе Института физико-технических проблем Севера Якутского научного центра СО РАН. «Для нас чем страшней климат, тем лучше», — сказал Сергей Панин. К примеру, коррозионная активность атмосферы наиболее высока в Венесуэле, Вьетнаме, Индии и на Кубе. «После полутора лет эксплуатации сталь там крошится, как пенопласт», — поделился Олег Старцев. Именно эти страны являются крупнейшими импортёрами российского вооружения, в том числе и авиатехники. Условия влажных тропиков ВИАМ планирует воссоздать в новом павильоне, но окончательного решения проблемы это не даст. «Между результатами испытаний на коррозию и старение в натурных и лабораторных условиях всегда есть разница», — констатировал О. Старцев.

 

К тому же реальная эксплуатация техники добавляет биологический фактор. В Китае, Иране и дважды в России самолеты шли на вынужденную посадку из-за того, что бактерии забивали топливные фильтры. Некоторые из этих организмов анаэробны, то есть могут обходиться без кислорода, к ним прибавляются плесневые грибы. ВИАМ уже открыл совместную с Московским университетом лабораторию по изучению биоповреждений, но не намерен на этом останавливаться. Стратегия института предполагает создание национальных испытательных центров, развитие методов (включая моделирование и прогнозирование износа) и вывод экспериментов в космос.

 

Как военные стараются проводить учения в условиях, «максимально приближенных к боевым», так и испытания авиационных материалов требуют предельной близости к условиям реальности. На лопатку турбины или вертолетную лопасть воздействуют не только природные факторы: состав, температура и влажность атмосферы, попадание воды и снега, эрозия, ультрафиолет и прочее. Детали, узлы и конструкции испытывают комплексные механические нагрузки (например, излом и вибрация одновременно) и влияние самого непреодолимого фактора — времени. Олег Старцев напомнил: «Элементы конструкции самолета или вертолета эксплуатируются 30-40 лет. Снижение исходных показателей материала при этом должно составлять не более 15 процентов. Нужна особая изощрённость, чтобы получать корректные данные о столь медленной деградации».

 

Проблема осложняется тем, что, со слов О.Старцева, «арифметическое суммирование факторов не работает, проявляются синергетические эффекты». Поэтому испытания непредставимы без математического моделирования, а их натурная часть проводится очень обстоятельно. Так, для пермского ОАО «Авиадвигатель» материал, из которого будет производиться мотогондола, подвергался 14 типам воздействий на 690 образцах. Покрытие кузовных сталей «АвтоВАЗа» проверялось не только на стендах, но и в дорожных условиях: специально отобранные автомобили находятся в распоряжении геленджикского центра и эксплуатируются на побережье Черного моря.

 

С сибирскими учёными ВИАМ сотрудничает давно и плодотворно: недаром председатель СО РАН академик Александр Леонидович Асеев назвал этот институт «нашим стратегическим партнером». Совместно с  якутским ИФТПС, к примеру, исследовались свойства базальтопластиковой арматуры в щелочной среде под статическими нагрузками. Директор Конструкторско-технологического института вычислительной техники СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Кузьмич Голушко рассказал, как пять лет назад совместная работа началась с его доклада на техническом совете ВИАМ, и как были преодолены «трудности перевода»: «Примерно год понадобился на то, чтобы математики заговорили на одном языке с экспериментаторами». Аналогичное предложение — приехать с лекциями в Геленджик — прозвучало и в адрес замдиректора Института гидродинамики СО РАН им. М.А. Лаврентьева кандидата физико-математических наук Эдуарда Рейновича Прууэла.

 

 

Разумеется, возможность коллаборации далеко не исчерпаны. Наработки СО РАН в области моделирования используются ещё не в полной мере. Заместитель директора Института вычислительной математики и математической геофизизики СО РАН кандидат технических наук Юрий Михайлович Зыбарев напомнил о суперкомпьютерных мощностях, на которых можно решать задачи высочайшей сложности, а директор Института химии твердого тела и механохимии СО РАН академик Николай Захарович Ляхов — о единственной за Уралом электрохимической лаборатории: «Мы можем изучать природу коррозии, а вы — давать рекомендации, как ее избежать».

 

Кроме дальнейшего объединения ресурсов, руководство сибирских институтов и ВИАМ предусматривает расширение и усложнение общих задач. «Знать свойства материала сегодня недостаточно, — считает директор томского Института физики прочности и материаловедения член-корреспондент РАН Сергей Григорьевич Псахье. — Практиков сразу интересует динамическое поведение целой конструкции». В ответ Олег Старцев показал слайд с новой установкой, позволяющей испытывать массивные объекты, и пояснил, что следующим шагом должно стать изучение стойкости соединений, как наиболее уязвимых частей любой конструкции. В идеале же учёные видят построение систем многофакторного анализа, позволяющих создавать комплексные системы защиты не только единиц техники, но и критически важных объектов.

 

Прямо в ходе дискуссии рождались новые идеи. Например, не только испытания материалов на стойкость, но и её мониторинг на работающих аппаратах. «Это направление развивается на Западе, — сообщил О. Старцев, — но данных в открытой печати практически нет. Видимо, это очень хорошее ноу-хау». Его сибирские коллеги сразу же стали делиться своими ноу-хау по всей цепочке микро- и наноэлектроники: от новых материалов до готовых устройств и приборов. Задача создания сенсоров, например, коррозии или датчиков влажности, была признана вполне осуществимой. 

 

Говорили и о наболевшем. Заместитель директора Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича доктор технических наук Анатолий Митрофанович Оришич употребил оборот «опоздать на самолет». Он имел в виду не отставшего от рейса пассажира, а нечто иное. «Решение о применении того или иного материала является исключительной прерогативой главного конструктора, — пояснил Олег Старцев, — и зачастую бывает субъективным». И консервативным. «Техническая документация готовится около 10 лет, — констатировал А. Оришич, — и ни один конструктор по доброй воле не внесет в нее изменения». В результате новые модели отстают от новых материалов, и, к примеру, «Сухой-Суперджет» или RRJ того же КБ сделаны из того, что заложили в конструкцию еще в прошлом веке. В ИТПМ разработали и довели до производства лазерную резку — но на авиазаводах продолжают резать алюминий струёй воды с абразивом, что, мягко выражаясь, неэкономно.

 

Решением части проблем могло бы стать учреждение межведомственной комиссии — независимого органа по сертификации и продвижению новых материалов в авиации и других отраслях. А для начала участники встречи в Академгородке решили создать рабочую группу СО РАН-ВИАМ, чтобы эффективно решать научные и ненаучные проблемы. «Не секрет, что ВИАМ скоро станет национальным центром материаловедения, — поделился Олег Старцев, — и совместная группа может сыграть связующую роль во множестве ситуаций». Учитывая вовлеченность ВИАМ в решение важнейших проблем развития авиапрома, перед работниками этой организации и институтами СО РАН открываются многообещающие перспективы…

 

Как часто говорят, важен первый шаг. Фраза затёртая, но верная.

 

Андрей Соболевский

 

Фото: автора