20 декабря 2016 года заместитель Председателя Правительства РФ Дмитрий Рогозин провел в ЦАГИ совещание, посвященное работам по программе создания пассажирского самолета МС-21. В совещании приняли участие руководство Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, НИЦ «Институт имени Н.Е.Жуковского», ФГУП «ЦАГИ», ПАО «ОАК», ПАО «Корпорация «Иркут», представители ведущих российских авиастроительных  предприятий и организаций.

Отличительной особенностью нового лайнера стало широкое применение в конструкции планера полимерных композиционных материалов. Такое решение призвано обеспечить самолету МС-21 преимущество в летно-технических характеристиках над аналогами. В то же время внедрение композитов потребовало проведения беспрецедентно большого объема прочностных испытаний. Завершены испытания ряда композитных конструкций. Особое внимание уделяется изолированным испытаниям инновационного крыла большого удлинения, кессон и механизация которого изготовлены из композитов. Впервые в России создается и испытывается силовая конструкция такого размера из композиционных материалов.

По прямой линии Заместителю Председателя Правительства была представлена информация из Иркутского авиационного завода – филиала ПАО «Корпорация «Иркут» о подготовке к летным испытаниям первого самолета МС-21-300. Участники совещания также осмотрели зал статических испытаний ЦАГИ, где завершается сборка самолета МС-21-300-0002, предназначенного для проведения статических испытаний.

Как известно, существуют две группы прочностных испытаний: Статические и Ресурсные. Статические испытания – это испытания для определения уровня статической прочности конструкции самолёта. Иными словами - способность конструкции самолета выдерживать высокие однократные нагрузки. Эти испытания необходимы для определения прочностных характеристик конструкции, пределов возможных нагрузок в эксплуатации - резкие маневры, воздушные порывы, турбулентности, отказы систем и пр. Таким образом, в ходе испытаний проверяется способность конструкции самолета МС-21 воспринимать приложенные расчетные нагрузки, не разрушаться и не получать недопустимых остаточных деформаций.

Ресурсные испытания (или - Повторно-статические) – это комплекс испытаний, направленных на определение усталостной прочности и эксплуатационной живучести конструкции самолёта. Усталостная прочность – это способность конструкции выдерживать многократно повторяющиеся нагрузки, а Эксплуатационная живучесть – способность конструкции сопротивляться развитию трещин и прочих дефектов. На основе этих испытаний выносится решение о назначенном ресурсе – том количестве полётов, которое может совершить самолёт до списания. Также эти характеристики влияют на величину межосмотровых периодов – количество полётов, после которых самолёт должен быть тщательно проверен на отсутствие опасных трещин, следов коррозии и пр.

Крыло МС-21-300-0003 на заводе Аэрокомпозит-Ульяновск

На данном этапе, в целях обеспечение прочности конструкции МС-21 и подготовки к первому вылету, уже прошли испытания носовой отсек фюзеляжа, воздушный тормоз, рули направления и высоты, опоры шасси, ряд натурных агрегатов, выполненные из композиционных материалов, а также десятки конструктивно-подобных образцов, отражающих работу основных силовых элементов конструкции. На финишную прямую выходят статические испытания кессонов крыла и киля. На основании результатов этих испытаний, а также подтверждающих их расчетов, будет сделано заключение о статической прочности конструкции планера самолёта на первый этап летных испытаний.

Решение о начале летных испытаний будет принимать Методический совет, сформированный на базе ЛИИ им. Громова, который рассматривает все аспекты готовности самолета к первому полету в том числе, в части прочности, на основе  экспертного заключения ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт» (ЦАГИ) имени профессора Н.Е. Жуковского», где проводится основной объем прочностных испытаний по программе МС-21.

Как известно, особенность самолета МС-21 – большой объем инноваций в конструкции планера. Впервые в мире крыло большого пассажирского самолета будет производиться из композиционных материалов на основе углепластиков с использованием вакуумно-инфузионной (безавтоклавной) технологии, что дает свои преимущества, но и имеет определенные риски, в том числе, и в части прочностных характеристик и ресурса крыла. Поэтому испытанию элементов из композитов отводится особое внимание.

Конечная цель - «сломать» консоль крыла (кессон крыла), изготовленную из композиционных материалов.  По терминологии прочнистов, «будет определена несущая способность конструкции». В настоящее время эта консоль крыла самолета МС-21 проходит статические испытания в ЦАГИ. Такие испытания носят название изолированных, поскольку на специальном стенде  консоль испытывается отдельно от планера. По состоянию на сегодняшний день, результаты испытаний соответствуют расчетам (прогнозам).

Учитывая новизну материалов и технологий изготовления деталей, в рамках программы МС-21 за последние годы проведен беспрецедентно большой объем исследовательских работ. Были исследованы и испытаны десятки тысяч элементарных и конструктивно-подобных образцов. Среди них, в частности, четыре прототипа кессона крыла, кессоны киля и стабилизатора. Проведенные испытания продемонстрировали правильность технических решений и подтвердили эффективность применяемых конструкторами методик проектирования конструкций.

Испытания позволили определить не только прочностные характеристики деталей и агрегатов из композита, но и поведение композитов под воздействием природно-климатических и эксплуатационных факторов. Так, на все испытываемые композиты наносились повреждения, которые могут быть получены в ходе эксплуатации самолета. В частности, на стенде ЦИАМ в Тураево была проверена стойкость конструкции к внешним воздействиям, таким как столкновение с птицами на максимальной скорости.

В основу заключения специалистов ЦАГИ лягут не только результаты проведенных статических испытаний.  Параллельно проходят и ресурсные испытания,  промежуточные результаты которых также рассматриваются при подготовке к первому полету. Так, в рамках программы МС-21, ресурсные испытания ведутся аж с 2010 года. В частности, отсек регулярной части фюзеляжа самолета МС-21 в ЦАГИ выдержал 47 тысяч циклов, каждый из которых приблизительно соответствует одному реальному полету. Хвостовой отсек фюзеляжа успешно выдержал 240 тысяч аналогичных циклов.

Работы по обеспечению статической прочности самолёта МС-21-300 к начальному этапу летных испытаний  идут полным ходом. В соответствии с мировой практикой, суммарный объем этих работ будет меньше полного комплекса прочностных испытаний. Дело в том, что  на первом этапе лётных испытаний самолёт не будет подвергаться существенным нагрузкам и будет летать с «ограничениями параметров». В частности, полет будет выполняться в простых метеоусловиях, а полетное задание не будет содержать сложных маневров.

После начала летных испытаний статические будут продолжены. Основные агрегаты самолета будут подвергнуты максимальным расчетным нагрузкам. Это позволит последовательно расширять диапазон условий полетов опытных самолетов. А на завершающем этапе статических испытаний агрегаты будут подвергнуты разрушающим нагрузкам.

«Эстафетную палочку» обоснования прочности конструкции подхватят статические испытания планера самолёта, к проведению которых готовятся в ЦАГИ. Их результаты позволят в дальнейшем снять ограничения с летных испытаний, позволив опытным машинам выходить на предельные режимы полёта.

Обработка результатов статических испытаний позволит выявить и устранить возможные недостатки конструкции, покажет пути для дальнейшего совершенствования конструкции самолёта. Элементы, прочность которых оказалась ниже расчетной, будут дорабатываться. И напротив, элементы, показавшие прочность выше необходимой, могут быть облегчены в интересах повышения летно-технических характеристик самолета.

Элемент конструкции крыла МС-21, собранный из трех составляющих, после пропитки в вакуумном мешке и обрезки.

Результаты испытаний также будут использоваться для верификации и валидации используемых методов расчета. Это позволит в дальнейшем сократить количество натурных испытаний, заменив их «виртуальными» экспериментами, проводимыми с помощью компьютерного моделирования. Также, результаты этих статических испытаний в дальнейшем будут изучаться российскими и зарубежными уполномоченными органами при получении сертификата типа на самолет МС-21.

Самолет МС-21, поставленный на ресурсные испытания в ЦАГИ, никогда не поднимется в воздух, однако его «налет» всегда будет существенно опережать налет реальных самолетов в авиакомпаниях. Поэтому любые потенциально опасные явления, связанные с прочностью, будут выявлены и в ходе доработок и устранены раньше, чем создадут реальную угрозу для пассажиров.

Сборка крыла МС-21-300-0003 на заводе Аэрокомпозит-Ульяновск

Смотрите также: Статус программы МС-21 (декабрь 2016)

Другие публикации по теме:

• Черное крыло для МС-21

• Выкатка МС-21

• Комплексный тренажер МС-21

Фото: Юлия Кузьмина