CC BY
79
УДК 666.117
Е.Г. Сентюрин, В.А. Богатое
АВИАЦИОННЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СТЕКЛА. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВА
Авиационные органические стекла являются важнейшими конструкционными неметаллическими материалами. Наряду с металлическими материалами внешнего контура самолета они призваны обеспечить необходимые прочностные характеристики изделия, обладая при этом высокими оптическими свойствами. В остеклении современных самолетов органические стекла являются основным материалом, занимая от 80 до 100% всей площади остекления.
Проблема создания органических стекол для остекления самолетов серьезно обострилась в 50-х годах прошлого века, когда повышение скоростей и высоты полетов летательных аппаратов потребовало создания герметичных кабин, в остеклении которых из органических стекол возникают большие напряжения от избыточного давления внутри кабины, перепада температур и аэродинамических нагрузок. Традиционные силикатные стекла не могли применяться для этих изделий из-за хрупкости и большой массы.
С этого времени над созданием органических стекол, технологий их переработки, конструкций на их основе, сопутствующих конструкционных и технологических материалов, промышленных участков и цехов работали большие коллективы специалистов научно-исследовательских институтов, ОКБ, заводов авиационной и химической отраслей промышленности, РАН. Стало традицией коллективное обсуждение в стенах ВИАМ поставленных задач, корректировка и принятие решений по дальнейшему развитию работ.
Признанным лидером в организации и осуществлении этих работ был Матвей Матвеевич Гудимов.
Одним из первых важнейших результатов этой работы стало создание отечественного теплостойкого полиметилметакрилатного (ПММА) стекла марки СО-120 (ранее СТ-1). Для достижения гарантированных физико-механических характеристик этого стекла, долговечности и высокой светопрозрачности, в химической промышленности была реализована уникальная технология получения исходного мономера с чистотой до 99% основного вещества и технология его полимеризации.
В ВИАМ была создана технология переработки стекла - формования деталей остекления. Были также созданы материалы для успешной работы органического стекла в составе конструкции остекления - клеи, герметики, крепежные ленты, резины, технологические материалы.
Существенным вкладом в повышение надежности и ресурса органических стекол явилось создание в ВИАМ технологии их ориентации. Ориентированные стекла получают путем плоскостного растяжения органического стекла на специальных установках при температурах выше температуры размягчения.
Ориентированное стекло марки АО-120 на основе переработки стекла СО-120 до настоящего времени является основным материалом для всех отечественных самолетов.
Ориентация значительно повышает характеристики пластичности органического стекла - в 2 раза возрастает ударная вязкость, стекло становится малочувствительным к локальным повреждениям - царапинам, трещинам и пробоям.
Уникальным достижением отечественной науки и промышленности было создание высокотеплостойкого органического стекла марки Э-2, не имеющего аналогов в мире, способного работать в конструкциях самолетов при температурах более 200оС. Это стекло позволило создать легкое, надежное, безопасное остекление и продолжает эксплуатироваться на самых скоростных отечественных самолетах.
На примере работ по созданию остекления авиационной техники видна характерная для ВИАМ система работы на всем пути создания материала, начиная с исходных продуктов,
получения основного материала, технологии его переработки, совершенствования материала и конструкции на его основе по результатам опытных испытаний и эксплуатации.
Был отработан и узаконен на практике руководством авиационной промышленности порядок разработки, проектирования, изготовления и эксплуатации деталей остекления из органического стекла, выполнение которого обеспечивало создание, изготовление и безаварийную эксплуатацию остекления самолетов любого типа (табл. 1).
Таблица 1
Разработка оргстекол, проектирование, изготовление, эксплуатация деталей остекления
Наименование этапов Предприятия-исполнители
Разработка технических требований на оргстекло ФГУП «ВИАМ»; ОКБ; ФГУП «ЦАГИ»
Поисковые работы, выбор оптимального состава и технологии модификации оргстекла Институты Химпрома; РАН; ФГУП «ВИАМ»
Наработка опытных партий стекол. Выпуск опытных ТУ ФГУП «НИИ Полимеров»; опытное производство ФГУП «ВИАМ»
Проведение испытаний опытных стекол. Разработка паспорта с характеристиками физико-механических и оптических свойств, прогнозирование ресурса ФГУП «ВИАМ»; ФГУП «НИИ Полимеров»
Разработка опытной технологии переработки оргстекла (ТР) - ориентация, формование, отжиг. Рекомендация материалов для изготовления деталей - герметиков, клеев, крепежных лент, резин и др. ФГУП «ВИАМ»
Опробование материалов и технологии в ОКБ. Изготовление опытной детали. Стендовые испытания. Принятие решения об установке на самолет ОКБ; ФГУП «ВИАМ»; ФГУП «ЦАГИ»
Проведение летных испытаний ФГУП «ЛИИ»; ОКБ
Разработка инструкций на серийное изготовление и контроль качества деталей остекления ФГУП «ВИАМ»; ОКБ; НИАТ
Выпуск стекол для партий самолетов Предприятия Химпрома
Внедрение оргстекла и технологии изготовления деталей на серийном предприятии авиационной промышленности ФГУП «ВИАМ»; ОКБ; НИАТ
Установление ресурса деталей остекления по календарному сроку и по часам налета ФГУП «ВИАМ»; ОКБ; ФГУП «ЦАГИ»
Обследование деталей в процессе эксплуатации; продление сроков службы ОКБ; ФГУП «ВИАМ»; 13 ЦНИИ МО РФ
Выработка дополнительных требований к стеклам по результатам эксплуатации. Доработка и совершенствование материалов и технологии изготовления остекления ФГУП «ВИАМ»; ОКБ; ФГУП «НИИ Полимеров»
Основные требования к авиационным материалам остекления на основе органических стекол для эксплуатирующейся и перспективной авиационной техники обобщены в табл. 2.
Произошедшие в стране политико-экономические изменения очень серьезно отразились на производстве авиационных стекол. Из-за отсутствия полномасштабных заказов снизилось качество основных органических стекол СО-120 и АО-120, полностью приостановлено производство теплостойкого стекла Э-2.
Вопросы поддержания производства авиационных органических стекол и его научного обеспечения по инициативе ВИАМ, начиная с 1999 года, неоднократно привлекали внимание вышестоящих организаций - Совета безопасности РФ, Министерства обороны РФ и Росавиакосмоса.
Таблица 2
Требования к авиационным материалам остекления на основе оргстекол
Объекты Все эксплуатирующиеся и перспективные самолеты ГА, транспортные, вертолеты МиГ-21, Су-24, Су-25, Су-27 и др. МиГ-23, МиГ-29, Су-27М, Т-50 Ту-160, перспективный самолет МиГ-25, МиГ-31, перспективный самолет
Параметры: скорость ЛА (число Маха); рабочая температура (перепад по толщине); рабочее время при Ттах < 1 Ма +60°С В течение календарного срока эксплуатации < 2,1 Ма -60....+100°С 3-15 мин <2,35 Ма -60....+(135-150)°С 3-15 мин < 2,1 Ма -60....+130°С < 180 мин < 2,8 Ма -60....+(210-250)°С 3-15 мин
Ресурс, условия стоянки 20 лет; открытая стоянка 10-15 лет; закрытая стоянка 10-15 лет; закрытая стоянка 10-15 лет; открытая стоянка 10-16 лет; закрытая стоянка
Применяемые материалы СО-95А, СО-120А, АО-120 АО-120 АО-120 Э-2 Э-2, СО-200
Возможные недостатки материалов Оптическая нетермостойкость (искажения после формовании и ориентации) Долговечность при открытой экспозиции менее 5 лет. Производство Э-2 и СО-200 прекращено
Новые требования Повышение «серебростойкости» при термоударах и действии растворителей (при нарушении правил эксплуатации - ремонт ЛКП, борьба с обледенением и т. п.) Многофункциональность. Долговечность до 30 лет. Открытая стоянка Многофункциональность. Долговечность до 30 лет Многофункциональность. Долговечность до 30 лет. Открытая стоянка
Направления совершенствования остекления Создание новых технологий полимеризации, ориентации и формования. Разработка технологии шлифовки и полировки оргстекол после ориентации и формования. Повышение поверхностной твердости, уменьшение выделения летучих продуктов в вакууме. Выпуск отечественных частично сшитых акрилатных стекол. Применение стекол с повышенной степенью ориентации. Применение зарубежных материалов. Разработка покрытий, слоистых и специальных стекол Восстановление производства стекла Э-2. Разработка и производство нового стекла с Тс= +(140-150)°С Восстановление производства стекол Э-2 и СО-200. Разработка нового теплостойкого стекла
В результате удалось предотвратить наметившийся процесс прекращения производства основных марок авиационных органических стекол. Авиационные стекла марок СО-95А, СО-120 и АО-120 продолжают выпускаться ОАО «Дзержинское оргстекло».
Создана новая производственная связка - Опытный завод ФГУП «НИИ Полимеров» и ООО «Рошибус», обеспечивающая авиационные предприятия при научно -техническом сопровождении ФГУП «ВИАМ» наиболее качественным ориентированным органическим стеклом АО-120.
Несмотря на возникшие в последние годы трудности, в институте продолжаются работы по совершенствованию и созданию новых стекол - ведь будущей авиации нужны экологически безопасные в производстве стекла для замены стекла Э-2, нужны стекла для самолетов-невидимок, многие стекла со специальными свойствами.
Все эти работы получают серьезную поддержку у наших постоянных партнеров -МГУ им. М.В. Ломоносова, ФГУП «НИИ Полимеров им. академика В.А. Каргина».
По предложению ведущих ученых в области науки о полимерах начаты работы, связанные с созданием и промышленной реализацией принципиально новых, не имеющих в мире аналогов оргстекол по технологии полимер-мономерных систем. В случае практической реализации новой технологии должна быть кардинально пересмотрена не только научная концепция создания новых полимерных стекол, но и вся сложившаяся на химических и авиационных предприятиях России технологическая схема производства деталей остекления.
ФГУП «ВИАМ» примет непосредственное участие в проведении предлагаемых РАН фундаментальных исследованиях по получению новых полимерных стекол.
УДК 666.117
Т.С. Тригуб, И.В. Мекалина, М.К. Айзатулина НОВОЕ АВИАЦИОННОЕ СТЕКЛО МАРКИ ВОС-1
Проблема создания органических стекол для остекления летательных аппаратов нового поколения возникла в связи с прекращением производства наиболее теплостойких отечественных фторакрилатных оргстекол с рабочими температурами до 200-250°С. Восстановление производства фторакрилатных оргстекол марок Э-2 и СО-200 требует чрезвычайно больших материальных затрат, несоизмеримых с заказами авиационной промышленности на эти материалы. Широко применяемые серийные полиметилметакрилатные (ПММА) оргстекла марок СО-120 и АО-120 не способны удовлетворить возросшие требования по рабочим температурам. В табл. 1 приведены основные показатели полиакрилатных органических стекол, выпускаемых в настоящее время.
