"Рассчитывать композиты гораздо сложнее, чем металлические конструкции"

О работе российских инженеров в создании самолета A350 и в других проектах Airbus рассказывает гендиректор ECAR Александр Кирейцев.Инженерный центр ECAR (Engineering Center Airbus Russia), открытый в Москве в 2003 году, стал первым конструкторским бюро, созданным Airbus в Европе, за пределами своих стран-участниц. О работе российских инженеров в создании самолета A350 и в других проектах Airbus рассказывает гендиректор ECAR Александр Кирейцев.

АТО: Премьера самолета Airbus A350, значительную часть конструкции которого составляют композиционные материалы, вероятно, одно из самых ярких событий этого года в мировом гражданском авиастроении. В каких работах по A350 участвует ECAR?

А. К.: Мы ведем несколько проектов по A350. Прежде всего это задняя часть фюзеляжа, секции 16–18; мы проектируем сборочные и стыковочные элементы, проводим расчет на прочность всех этих соединений и занимаемся интеграцией задних секций. При этом надо учитывать, что сами секции композитные, но в конструкции применяются и металлические элементы.

Кроме того, в проекте A350 мы делаем грузовые полы, тоже для задних секций фюзеляжа, разрабатываем стыковку задних секций и хвостового оперения, там очень сложная высоконагруженная зона, поскольку нагрузки с хвостового оперения передаются на фюзеляж, и мы в этой зоне выполняем конструкторские работы и расчеты на прочность таких соединений.

Следующее направление — разработка кронштейнов и модулей крепления для систем и багажных полок для A350-900 по всему фюзеляжу самолета. И еще у нас есть небольшой проект, в котором мы разрабатываем элементы крепления пассажирских и грузовых дверей к фюзеляжу A350-900.

АТО: Но ведь первый летный экземпляр самолета уже готов, в каком статусе сейчас эти работы?

А. К.: По первым машинам, с MSN001 до MSN005, конструкторская документация была выпущена в начале прошлого года, расчеты на прочность тоже были сделаны, осенью 2012 г. мы подготовили отчеты для допуска к первому полету самолета A350-900. Так что по этим машинам заканчивается подготовка сертификационных отчетов. А сейчас мы работаем над следующими самолетами, идет доработка и весовая оптимизация конструкции. В самолете всегда найдется, что усовершенствовать. Разумеется, никаких кардинальных изменений не будет, мы боремся за проценты, но они очень важны.

АТО: Как долго у вас продолжается работа над A350, с какими сложностями вы столкнулись?

А. К.: По первым пяти машинам мы работали с 2009 г. В самолете A350 весьма высокий уровень использования композиционных материалов, с новой технологией и связаны основные сложности. Композитный фюзеляж требует новых конструктивных решений, новых методов расчетов. Но в то же время эта работа очень интересная, инженерам нравится. Все, кто работает на других программах, мечтают поработать по A350, потому что это действительно новое слово в авиастроении и действительно там есть возможность для инженеров проявить себя и научиться чему-то новому.

АТО: Встречались ли ситуации, когда приходилось вносить какие-то принципиальные изменения в конструкцию или в методику расчетов?

А. К: У Airbus довольно большой опыт использования композитов, в конструкции A380 их доля составляет 25%, так что наработки и опыт работы имеются достаточно серьезные. На A350 доля композитов доведена примерно до 50%. Возможно, это не настолько глобальный шаг с точки зрения использования композиционных материалов, но это позволило Airbus уменьшить технические риски и использовать предыдущий опыт. Естественно, приходилось адаптировать расчетные методики, однако кардинальных изменений конструкции на нашей памяти не было. Главное отличие в том, что металл имеет однородную структуру, а композиционный материал, как понятно даже из названия, — сам по себе представляет собой неоднородную конструкцию, в которой слои углеволокна выкладываются под разными углами и скрепляются связующим веществом. Рассчитать, как ведет себя под нагрузкой такая неоднородная структура, гораздо сложнее, чем металл, но использование композитных материалов дает преимущества.

Кроме того, мы же не просто ведем расчеты, но и находим новые конструкторские решения. К примеру, в рамках программы A350 мы подготовили три заявки на изобретения, по одной уже идет подготовка патента, по другим с высокой степенью вероятности тоже будем готовить патенты как в России, так и на международном уровне. Наши коллеги из Airbus очень довольны результатами исследовательских проектов, где мы работали в области изучения композиционных структур.

АТО: Несмотря на выход на рынок самолетов Boeing 787 и в скором времени Airbus A350XWB, ряд скептиков утверждают, что масштабное применение композитов в гражданской авиации пока преждевременно, поскольку опыт использования крупногабаритных силовых элементов еще небольшой, да и ремонтные технологии не отработаны. Насколько оправдан, на ваш взгляд, переход к композитам?

А. К.: В долгосрочной перспективе у меня нет сомнения в росте процента использования композитов, особенно в больших широкофюзеляжных самолетах. В самолетах узкофюзеляжных, возможно, на сегодняшний момент они не будут использоваться так же широко, потому что есть свои особенности размерности ВС. Но в целом, на мой взгляд, использование композиционных материалов будет расти.

У композитов есть очень серьезные преимущества по сравнению с металлами. Металлические самолеты подвержены усталости, поэтому их проектируют на определенное количество циклов. Композиционные материалы гораздо более устойчивы к знакопеременным нагрузкам и не подвержены коррозии, поэтому они долговечнее металлов. С другой стороны, действительно, у металлических самолетов существует большая положительная история их эксплуатации и известно, что все проблемы, которые могут встретиться, уже решены. Что касается композиционных материалов, такой истории нет, но поскольку два мировых лидера сейчас делают самолеты с высокой степенью использования композитов, можно сделать вывод, что эти вопросы были исследованы и просчитаны. Хотя, возможно, будут встречаться какие-то проблемы, которые придется решать. Вопросы ремонта композитов в случае повреждений также прорабатываются. С металлическими самолетами тоже поначалу были сложности, но производители с ними справились.

АТО: Какие еще проекты ведет ECAR?

А. К.: Мы ведем работы по всем программам Airbus, за исключением военно-транспортного A400M. В узкофюзеляжном сегменте самолетов семейства A320 мы участвуем во всех новых программах и модификациях. Самолеты с законцовками крыла — шарклетами — уже поступили в коммерческую эксплуатацию, они даже немного превосходят изначально заявленные характеристики, да и сроки работы удалось сократить.

Наша работа заняла чуть больше года, мы занимались модернизацией центроплана самолетов всего семейства, не только A320, но и A321, A319 и A318. Были проведены расчеты на прочность и на усталость, разработана модификация под новые дополнительные нагрузки, которые дают эти законцовки крыла. Всю конструкцию нужно было пересчитывать и заново сертифицировать. Соответственно, по остальному фюзеляжу мы тоже делаем расчет на прочность, чтобы подтвердить, что фюзеляж выдерживает новые нагрузки и заявленное количество циклов, как по классическому самолету A320. Сейчас мы продолжаем работать по шарклетам в рамках проекта Sharklet Retrofit, который даст возможность заказчикам установить законцовки крыла на уже летающих самолетах. У нас тот же самый объем работ, расчеты центроплана и фюзеляжа на прочность.

Еще один новый проект по модернизации — A321 Cabin Flex. Это вариант A321 с увеличенной до 236 пасс. вместимостью за счет установки нескольких дополнительных рядов кресел. Фюзеляж остается прежним, будут использованы современные тонкие кресла, но все равно требуется значительная модификация конструкции. Нужно усилить пол, немного сместить аварийные выходы, поскольку по их количеству и расположению существуют определенные требования, а также сместить назад кухни и туалеты.

По программе A320NEO у нас стандартный объем работ в пределах нашей компетенции. Одна только установка новых двигателей неминуемо приведет к изменению нагрузок, так что все нужно заново пересчитывать. Мы ведем расчет центроплана, пересчитываем фюзеляж на прочность, определяем, потребуется ли усиление каких-либо элементов, также мы проектируем и рассчитываем на прочность системы, которые будут в фюзеляже A320NEO.

В сегменте широкофюзеляжных машин мы работаем над установкой систем A380, а также участвуем в модификациях и выполняем поддержку серийного производства фюзеляжей семейства A330. Постоянно идут улучшения конструкции, производятся изменения для улучшения технологии, для снижения веса и стоимости самолета. Кроме того, идет адаптация самолетов под новых заказчиков, иногда для такой кастомизации нужно проводить доработку самолета, вплоть до вмешательства в его силовую структуру. Например, установка дополнительного топливного бака потребует ее усиления, такие работы уже выполнялись. Даже если не разрабатывать новую модификацию, все равно объем изменений, выполняемых в ходе серийного производства, весьма значителен.

АТО: Какой из проектов за прошедшее десятилетие ECAR вы хотели бы особо выделить?

А. К.: Серьезным достижением ECAR стала работа по грузовому самолету A330GMF (General Market Freighter), где ECAR выполнял работы по модернизации примерно 80% фюзеляжа. Там была значительная модернизация, примерно 60–70% деталей фюзеляжа было переработано. Установка большой грузовой двери потребовала фактически полностью переработать все передние секции. Этого огромного выреза нет в пассажирской версии, поэтому нужно усилить конструкцию, меняется распределение нагрузок по всему фюзеляжу.

Второй принципиальный момент — это новый пол, который должен нести более высокие нагрузки. Соответственно, идет перераспределение нагрузок от пола, перераспределяемых на шпангоуты, которые тоже нужно усиливать. В большинстве мест потребовалось заменить шпангоуты из листового металла на частично или полностью фрезерованные. Более того, поскольку самолет с самого начала был хорошо оптимизирован, столь значительные изменения нагрузок при переходе от пассажирской версии к грузовой потребовали изменения толщины панелей и усиления некоторых стрингеров. То есть самолет претерпел весьма значительные изменения, но в итоге получилась хорошая машина.

Все работы были завершены в срок, сейчас уже 17 таких самолетов успешно эксплуатируется в девяти авиакомпаниях. А показателем качества проведенной работы стало немного необычное в современном самолетостроении явление: самолет удалось сделать на одну тонну легче, чем планировалось. То есть фюзеляж и вообще самолет получились настолько удачными, что максимальную полезную нагрузку удалось увеличить с первоначально запланированных 69 до 70 т при неизменном максимальном взлетном весе, что и означает сокращение веса конструкции на одну тонну, — это удалось сделать в том числе и благодаря работам, которые были выполнены в ECAR.

АТО: Как распределяются работы между инженерными центрами Airbus? Можно ли оценить уровень ECAR по сравнению с другими центрами?

А. К.: У Airbus помимо головных офисов в Тулузе (Франция), Гамбурге (Германия) и Филтоне (Великобритания) есть пять инженерных центров по всему миру: в Пекине (Китай), Бангалоре (Индия), два центра в США (в Вичите и в Мобиле) и наш центр в Москве.

Между этими инженерными центрами существует исторически сложившееся разделение работ, это определялось при формировании центров. Например, американцы работают по крылу и по интерьеру. Китайцы — по хвостовому оперению. Индийцы работают по ряду систем. А мы работаем по фюзеляжу, включая установку систем кондиционирования, электрических систем и т. д. Кроме того, наша ключевая компетенция — центроплан, узел стыковки крыла и фюзеляжа. Мы этим занимаемся практически с момента образования центра ECAR, и первые наши проекты были связаны с центропланами самолетов A330 и A340. Сейчас на всех модификациях на A320 и на A330 работы по модификациям и расчетам центроплана выполняем мы. Это наиболее нагруженный элемент конструкции самолета и не столько лакомый, сколько достаточно сложный участок работы.

У нас очень конкурентоспособная школа прочнистов, несмотря на то что часть позиций в России, наверное, утрачена; но мы значительно лучше, чем китайцы или индийцы, и вполне конкурируем и с французами, и с немцами, и с американцами.

Среди пяти инженерных центров Airbus существует такое негласное соревнование, и наш центр считается лучшим, то есть по комплексу параметров мы превосходим. Оценивает ежегодно сам Airbus по набору критериев, куда входят сроки, цена и качество выполняемых работ. Хочу особо подчеркнуть, что по уровню качества мы успешно конкурируем с европейскими компаниями. Вся работа, независимо от того, выполняется ли она внутри Airbus или поставщиками, или такими центрами, как наш, обязательно проходит независимую проверку сотрудниками Airbus, иначе ошибки могут привести к весьма серьезным последствиям. И по результатам этих проверок готовятся так называемые ключевые показатели работы; по ним видно, какое количество ошибок допускает организация по тем или иным видам инженерных работ: чертежам, 3D-моделям, отчетам по прочности, сертификационным отчетам... На базе этих показателей и строятся выводы, насколько качественно работает компания.

Я считаю, что за прошедшие 10 лет мы очень серьезно выросли и по нашим компетенциям, уровню сотрудников, и по количеству работ, которые мы выполняем, и по уровню ответственности, которую нам доверяет Airbus.    

Понравился материал?

Подпишитесь на дайджест "Главное за неделю" от ATO.RU и не пропустите ничего важного!
Авторские материалы из первых рук в вашем почтовом ящике!

Подписавшись на бюллетень и заполнив данные о себе, вы можете принять участие в розыгрыше призов или получать эксклюзивный анализ авиаперевозок от ATO.RU!
Бюллетень "Главное за неделю":


Тематические бюллетени ATO.RU >>

Google предполагает, что вам это будет интересно

Больше аналитики читайте в журнале
"Авиатранспортное обозрение"
№182 сентябрь 2017

Календарь ATO Events

24-25 октября 2017, г. Москва
в рамках форума "Крылья будущего"
в рамках форума "Крылья будущего"
в рамках форума "Крылья будущего"
30 мая 2018 г., г. Москва
Профессионалы отрасли используют
Ежегодник АТО - 2017
Тенденции, цифры, факты
Приглашаем зарегистрироваться или войти на сайт под своим именем, что позволит вам:
  • получить доступ ко всем материалам в полном объеме
  • проводить поиск по всему архиву материалов (с 2003 года)
  • осуществлять расширенный поиск с указанием желаемых тегов, авторов, событий и т. п.
2017 © Авиатранспортное обозрение
Мобильная версия сайта - mobix1.ru

Некоммерческое использование материалов сайта ATO.ru (в том числе цитирование и сокращенное изложение) разрешается при условии размещения прямой ссылки на цитируемый материал или на главную страницу www.ato.ru. Любое коммерческое использование, а также перепечатка материалов возможны только с письменного разрешения редакции.