Углепластики в тренажеростроении: сделано в России

НЦК__углепластики.jpg

Проект создания тренажера экипажа палубного вертолета Ка-27М стал для ЦНТУ  «Динамика» знаковым: начиная с этой работы компания впервые приступила к сборке целой линейки вертолетных тренажеров высшей категории сложности на подвижном основании в интересах Министерства обороны РФ. Степень сложности и ответственности подобных заказов исключительно высоки, и важность правильного выбора партнеров в таких проектах трудно переоценить.

Нанотехнологический Центр Композитов (НЦК)  – уникальный российский центр компетенций в области инновационных решений из композитов, осуществляющий полный цикл разработки и производства изделий из полимерных композиционных материалов для различных отраслей промышленности. О сотрудничестве ЦНТУ  «Динамика» и НЦК, об использовании в отечественном тренажеростроении передовых материалов и технологий, о промышленном дизайне и многом другом мы беседуем с заместителем генерального директора НЦК  Алексеем РАННЕВЫМ и главным конструктором НЦК Юрием ДЕРЕВЯННЫХ.


Алексей РАННЕВ, заместитель генерального директора НЦК

ФОРУМ: В чем заключалась суть составной части ОКР «ПодвижностьВМФ», выполненной НЦК в рамках проекта создания тренажера Ка-27М?

А.Р. В рамках данной работы специалистами НЦК по заданию ЦНТУ «Динамика» были спроектированы и изготовлены подвижная платформа и конструктивный модуль системы имитации визуальной обстановки (ППКМ) для вертолетных тренажеров. Впервые в практике российского тренажеростроения конструкция ППКМ практически целиком выполнена из углепластика.

Разработка изделий шла одновременно по нескольким направлениям. Поиск формы, внешнего вида. Предварительные прочностные расчеты, выбор и уточнение материалов и технологии производства. Разбиение предварительных вариантов на более мелкие составляющие, удобные с точки зрения транспортировки. Разработка максимально универсального решения несущей платформы тренажера. На этапе лабораторных исследований изготавливались образцы различных материалов. Так мы получали реальные характеристики материалов и клеевых соединений, которые впоследствии использовали в прочностных расчетах, которые затем проверялись на конструктивно подобных образцах. При производстве матриц для этих образцов подбирались материалы для оснасток. Благодаря образцам отлаживалась последовательность склеивания и сборки изделий из отдельных элементов. Проверялись реальные массовые характеристики.

После утверждения дизайна и концепции платформы началась активная фаза по детальной проработке конструкции тренажера. Еще до этого момента мы понимали объем предстоящей работы и старались максимально унифицировать и минимизировать количество деталей. В итоге нам удалось разработать максимально универсальную подвижную платформу, состоящую из простых повторяющихся элементов. В свою очередь это позволило минимизировать и упростить оснастку. Также унифицированы лепестки каждого из экранов тренажера, усеченного и полного.

Решив все задачи, поставленные перед нами заказчиком, мы смогли перейти к следующей фазе – проектирование оснастки для изготовления и сборки деталей. Каждая версия ППКМ состоит из примерно 100 уникальных деталей, а общее количество деталей превышает 220 штук. Для каждой уникальной детали необходимо создать оснастку – матрицу или мастер-модель в зависимости от количества конкретной детали. У сложных и крупных деталей матрицы могут состоять из нескольких крупных частей, а для их сборки, обрезки и проверки используются десятки различных приспособлений – ложементов, стапелей и шаблонов.

Кроме работ, связанных с проектированием и изготовлением изделий, важной задачей стала разработка эксплуатационной документации.

Ф: В чем состояла новизна этой работы для НЦК? Что оказалось для технологов и инженеров в профессиональном смысле наиболее сложным или, может быть, наиболее интересным в этом проекте?

А.Р. Задачи по созданию абсолютно новых изделий из композиционных материалов и выполнению ОКР не являются для нашей компании чем то новым: за 6 лет существования мы выполнили десятки проектов по разработке и изготовлению продуктов для энергетики, транспорта, нефетегазовой отрасли, автомобильной промышленности, БЛА и вертолетов. Однако ни один из этих проектов не представлял собой одновременно столь сложное, габаритное и нагруженное изделие.

Выполнение проекта в рекордно сжатые сроки стало возможным только благодаря тому, что все основные этапы работ выполняются НЦК самостоятельно. Мы сами производим углеродную ткань и не зависим от сторонних поставщиков, а это значит, что она всегда будет на складе, будет иметь нужную плотность, плетение и ширину. Мы сами конструируем и сами проводим испытания материалов и элементов, что позволяет оперативно вносить изменения в конструкцию, усиливая или же, наоборот, убирая ненужное. Технологическая оснастка, алюминиевые и стальные закладные — тоже собственного производства. В прошлом году мы запустили свой участок производства связующего, а в этом будет запущена препреговая машина, что в будущем позволит нам выполнять еще более сложные проекты.


Юрий ДЕРЕВЯННЫХ, главный конструктор НЦК

Ю.Д. При проектировании композитного корпуса тренажера перед конструкторами ставилось несколько принципиально важных задач, требующих решения:

  • универсальность платформы, на которую можно установить кабины разных вертолетов и которую, в свою очередь, можно установить на два разных типа динамических опор;

  • требования к жесткости конструкции, необходимой для имитации вибраций от работы винтов;

  • требования к экрану, который должен быть тонкостенной оболочкой при диаметре 6,4 м;

  • тренажер должен иметь современный дизайн;

  • конструкция должна быть разборной и перевозиться в обычных грузовых автомобилях.

ППКМ является сложно-нагруженной ответственной конструкцией, требующей проведения широкого спектра расчетных работ.

К конструкции предъявляются жесткие требования и в части резонансных частот. Это привело к необходимости использования углепластика, а также существенной оптимизации конструктивно-силовой схемы изделия.

При проектировании ППКМ широко использовался метод конечных элементов. Это позволило сократить трудоемкость работ и повысить степень детализации расчетов.

На этапе проектировочных расчетов было рассмотрено несколько вариантов силовых схем конструкции. Выбор наиболее оптимальных схем осуществлен по различным критериям: прочности и жесткости, технологичности, транспортабельности, удобства эксплуатации и т.д. На данном этапе были выбраны основные геометрические параметры конструкции, оценены массы, проведена развесовка.

На этапе поверочных работ были подтверждены заложенные ранее параметры конструкции: собственные частоты колебаний, статическая и повторно-статическая прочность, устойчивость.

По итогам проведенных работ создана конструкция ППКМ, в полной степени удовлетворяющая требованиям заказчика.

Важной задачей при проектировании сферических экранов было достижение максимальной жесткости при минимальной массе деталей. Существенным ограничением был тот факт, что обе стороны экрана являются лицевыми. На внутреннюю сторону проецируется изображение, а наружная поверхность задает внешний вид изделия. Для решения задачи мы разработали сэндвич-конструкцию из склеенных между собой панелей и промежуточных специально спрофилированных ребер. Толщина углепластиковых деталей не превышает 1.8 мм.

Отдельной очень сложной задачей стала разработка крыши для усеченного сферического экрана. Она имеет форму блина диаметром почти 6 метров и на нее устанавливаются проекторы общей массой приблизительно 340 кг. Прочностные расчеты все время показывали неприемлемые деформации крыши при симуляции вибронагрузок. Поиск конструктивно приемлемого решения занял длительное время, модель крыши несколько раз переделывалась полностью. В итоге нашим конструкторам удалось найти оптимальное решение для ребер и панелей секторов крыши. Крыша, как и все узлы тренажера, разборная.

Ф: Тренажер в целом и особенно декоративная оболочка купола системы визуализации выглядят весьма эстетично, нисколько не уступая тому, как выглядят лучшие мировые аналоги подобных продуктов. Можете рассказать о дизайнерской части проекта?

А.Р. Внешний облик тренажера – заслуга талантливого российского дизайнера Дмитрия Погорелова, с которым наша компания сотрудничает уже много лет. Действительно, при проектировании образа и концепции дизайна ППКМ были не только учтены конструктивные особенности тренажера, но также проанализирован и обобщен лучший мировой опыт создания подобных продуктов. В процессе анализа были выявлены детали, которые создавали визуальные и образные преимущества и недостатки у конкурентов, после чего наиболее успешный опыт лег в основу нескольких вариантов, предложенных ЦНТУ «Динамика». После этого наиболее приглянувшийся заказчику вариант был доработан с учетом всех пожеланий и воплощен в жизнь. Кстати, реализовать подобный дизайн без использования композиционных материалов было бы невозможно: за счет сравнительно небольшой стоимости технологической оснастки, деталь из ППКМ сразу после изготовления имеет нужную форму и не требует дополнительной механической обработки – фрезеровки, сварки, гибки, прессования и прочего. В совокупности с высокими физикомеханическими свойствами углепластика это позволяет реализовывать поистине сложные конструкции.

Ф: Вовлечен ли НЦК в какие-то крупные проекты в отечественном авиастроении, где композиты применяются широко и довольно давно?

А.Р. В той или иной степени НЦКучаствует практически во всех значимых проектах по беспилотной авиации – где-то мы являемся изготовителем и поставщиком конструкционных и вспомогательных материалов, где-то изготавливаем технологическую оснастку и приспособления, а где-то фюзеляж и его элементы.

Ф: Можете рассказать немного подробнее о проектах НЦК, связанных с беспилотной авиацией?

А.Р. Наибольший интерес для нас представляют комплексные задачи в области беспилотной авиации. Это означает, что мы предлагаем не только изготовление деталей, матриц и мастер-моделей по имеющейся конструкторской документации, но и технологическую, конструкторскую и материаловедческую оптимизацию. Примером такой работы является наше сотрудничество с одной из российских компаний, специализирующихся на разработке и производстве беспилотных авиационных комплексов. У наших коллег уже были изготовлены и успешно опробованы прототипы фюзеляжа, однако требовалось дальнейшее снижение его массы, а это задача, требующая комплексного подхода. Для того чтобы ее выполнить, нам потребовалось изменить конструкцию некоторых узлов, доработать и частично переделать технологическую оснастку, внедрить элементы жесткости из углепластика, изменить технологию производства. Это позволило снизить массу почти на 25% с сохранением прочностных характеристик фюзеляжа.

Ф: Существуют ли планы дальнейшего сотрудничества НЦК и ЦНТУ «Динамика»?

А.Р. Безусловно, мы планируем сотрудничать и дальше – в проработке находится ряд проектов, но говорить о них публично пока преждевременно.

Ф: Какие Вы видите перспективы для бизнеса НЦК, связанные с опытом и новыми компетенциями, полученными в рамках совместного проекта с ЦНТУ «Динамика»?

А.Р. Конечно, выполнение такого масштабного и сложного проекта стало настоящим испытанием и мощным импульсом к развитию нашей компании. Мы выросли не только количественно, нарастив численность производственного персонала, но и качественно – были внедрены новые материалы и технологии, а время некоторых технологических операций теперь сокращено в разы. А это значит, что с учетом постоянно растущей востребованности полимерных композиционных материалов мы готовы к участию в еще более сложных и масштабных проектах

Беседовала Светлана ПОПОВЬЯН


Статьи номера

Назад