Адитивні технології: на порозі широкого застосування

Досвід проектування цивільного авіаційного двигуна PD-14 показав, що без передових технологій та матеріалів неможливо створити сучасний конкурентоспроможний двигун. Одним з ключових факторів тут є методи оптимізації топології компонентів і конструкції, а також адитивні технології, що допомагають виготовляти конструктивні елементи з необхідними характеристиками. Використання таких підходів забезпечує ефективність не лише цивільних товарів, а й військових. Mil.Press сьогодні з'ясував, як російська промисловість, що виробляє двигуни, інтегрує інновації.

Перевірені результати

За даними United Engine Corporation (член Rostec), асиміляція адитивних технологій (AT) триває у всіх філіях. Корпорація планує застосувати AT при проектуванні та інтеграції вдосконалених російських газотурбінних двигунів, які мають бути сертифіковані після 2019 року. Питання в першу чергу про перспективний вертолітний двигун і потужний двигун PD-35.

Ці та інші вдосконалені двигуни матимуть так звані "біонічно розроблені" деталі, тобто передані оптимізовані за топологією. Цей підхід передбачає проектування компонентів та конструкцій на основі функціональних навантажень, на які вони покладаються. Це допомагає відкласти всі непотрібні речі і залишити лише обсяги, необхідні для забезпечення функціональності.

Нарешті приходять складні нетрадиційні структури, форми яких часто не можуть бути створені традиційними технологіями. І АТ тут дуже допомагає.

"У багатьох випадках оптимізації топології аддитивні технології є єдиним рішенням для виробництва складнопрофільних деталей", - пояснив Денис Федосєєв, заступник головного інженера ОДК-Сатурн, експериментальної установки AT.

Щоб отримати складні конструкції, традиційні методи виробництва, такі як лиття або верстатобудування, потребують довготривалих і дорогих технологічних препаратів, додав експерт. AT допомагає або виключити, або звести до мінімуму ці етапи виробництва.

Це підтверджується досвідом і спеціалізованих інститутів. За допомогою AT, Всеросійський науково-дослідний інститут авіаційних матеріалів (VIAM) протягом 5 днів синтезував камеру згоряння, традиційне виготовлення якої займає близько 4 місяців. Камера успішно пройшла випробування та довела ефективні результати.

Від 2% до 20%

"Очевидно, майбутнє за аддитивними технологіями. Зараз ми готові застосовувати компоненти, виготовлені таким способом, у газотурбінних двигунах", - сказав Олександр Ватагін, виконавчий директор ОДК-Клімов.

Найближчим до цієї мети є ОДК-Сатурн. У 2017 році компанія розробила та інтегрувала єдиний цикл проектування компонентів для виробництва добавок, що допомогло скоротити терміни розробки та інтеграції в конструкторські документи нових елементів та агрегатів.

Застосувавши уніфікований цикл проектування, інженери досягли зниження ваги компонентів на 30-50%, досягли необхідного рівня статичних/динамічних характеристик міцності та зменшили вдвічі кількість опорних конструкцій щодо оригінальних деталей, що призвело до значна економія матеріалів.

Завдяки AT компанія в основному виробляє невеликі за розмірами складнопрофільні компоненти. Це, зокрема, елементи камер згоряння, кронштейни, компоненти ротаторів лопатей, елементи механіки, байпаси та дефлектори газотурбінних двигунів.

"Такий підхід забезпечує функціональну досконалість компонента. У 2016 році" Сатурн "використовував AT для виробництва понад 600 елементів турбін з нержавіючої сталі, кобальту і титанових сплавів. Дещо 2% сучасних двигунів припадає на компоненти, виготовлені за допомогою адитивних технологій. Ми збираємось збільшити цей параметр до 20% ", - поділився Дмитро Карелін, заступник головного дизайнера UEC.

Масове виробництво в полі зору

"Виходячи зі своїх знань та потреб, компанії складають списки компонентів та проводять експерименти, а масове виробництво буде розміщено в Центрі аддитивних технологій Ростеха", - сказав Дмитро Карелін.

Ставка на великих масштабах

"Технологія вже впроваджена в Росії. Масове виробництво теж є, але в невеликих масштабах. Питання більш широкого застосування АТ залишається невирішеним", вважає високопоставлений чиновник спеціалізованого інституту авіаційних досліджень.

"Це системне питання. Однак ми бачимо, що країна продовжує інвестувати в ці технології, і кількість почала перетворюватися на якість", - додав експерт.

Глобальне відставання та локальні кроки

Незважаючи на досягнуті результати, Росія все ще залишається за кривою глобальних процесів. За словами генерального директора VIAM Євгена Каблова, міжнародний ринок адитивних технологій становить близько 5 млрд. Доларів США, і за прогнозами, до 2021 р. Ця вартість зросте до 21 млрд. Доларів. В даний час понад 50% ринку займають США, Великобританія та Німеччина, їх активно переслідує Південно-Східна Азія на чолі з Китаєм. Частка Росії становить лише 2%.

Справа технологічного лідерства не менш актуальна. Без нових матеріалів неможливе сучасне виробництво двигунів. Отже, завдання, дане російській науці та промисловості щодо створення вдосконаленого двигуна PD-35, багато в чому вимагає рішення на рівні матеріалознавства.

Основні зусилля зосереджені на полімерних композитах для лопаток турбін, металевих композитах, таких як інтерметалевий титан, який може замінити сталь і майже вдвічі легший, ніж у сучасних двигунах. Це високонепроникні матеріали з робочою температурою близько 1500 ° C без охолодження.

"Зараз світ змагається, хто досягне ідеальних параметрів у двигунах. Конкурентоспроможність залежить від ваги, продуктивності та ефективності дизайну. AT допомагає вирішити одразу питання матеріалів, технології та дизайну. І все це має бути рішуче інтегровано на стадії розробки", пояснив Євген Каблов.

Локалізація, персонал, документи

Локалізація технологій залишається найважливішим питанням. За словами Євгена Каблова, зараз у Росію імпортуються майже всі ключові елементи, такі як обладнання та програмне забезпечення. Єдину залежність, яку їм вдалося подолати, це матеріали, оскільки Росія розробила металеві порошкові композити, придатні для виробництва.

"Існують деякі проблеми, пов'язані із сертифікацією компонентів, вироблених АТ. Цей пункт ще не передбачений нормативними актами. Спеціалізовані інститути також не окреслюють необхідний обсяг випробувань для певної продукції. Але ця робота все одно триває", зробив висновок Олександр Ватетін.

Військовий форум "Армія-2020": 7 днів за 49 хвилин

Російські військові можуть застосовувати навантажувач з дистанційним управлінням

Випробування на швартуванні дослідницького корабля «Піонер-М» розпочнуться до кінця року

Російський адаптований для експорту «Спортсмен», готовий показати платформу «Бумеранг»

Новий БТР із вдосконаленим бойовим модулем, що пропонується російським військовим

Модернізований БПЛА Veer з'явиться на форумі Army-2020

24 серпня 2020 0:42

Mil.Press TV: Інтерполітекс-2020 Викриті переваги об'єднання БЛА

Історії Інтерполітексу: Безпілотники рятували людей в Арктиці

З 2010 року БПЛА бажано виступити на виставці Interpolitex

Військовий форум "Армія-2020": 7 днів за 49 хвилин