Юный техник, 2001 № 12 - Журнал «Юный техник»

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»

НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ

№ 12 декабрь 2001

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ГОРОД МАСТЕРОВ

Ввысь к звездам!

Любая машина, механизм, аппарат зарождается, как известно, в фантазии конструктора. Затем ее детали прорисовываются на листе ватмана, просчитываются, выверяются. Но оживет новая машина лишь тогда, когда будет выполнена «в железе». И дальнейшая ее судьба едва ли не в первую очередь зависит от того, удалось ли специалистам-материаловедам угнаться за мечтой конструктора.

Для авиации материалы поставляет ВИАМ — Государственный научный центр «Всероссийский институт авиационных материалов». Вскоре он будет отмечать свой 70-летний юбилей.

С какими результатами подходят сотрудники центра к этой знаменательной дате? Какие трудности преодолевают? Каковы их планы?..

Чтобы узнать об этом, наш специальный корреспондент Станислав ЗИГУНЕНКО побывал на славном предприятии.

И вот что узнал…

— Приказ об образовании нашего предприятия был подписан 28 июня 1932 года, — показал нам в заводском музее копию документа Генеральный директор ВИАМа, член-корреспондент РАН, профессор и лауреат многих премий Евгений Николаевич Каблов. — Но скажу по секрету, что он запоздал. Еще в 1931 году будущими сотрудниками ВИАМа, И.И. Сидориным и Г.В. Акимовым, была начата разработка первой в нашей стране высокопрочной стали «хромансаль», а будущий академик А.А. Бочвар разработал теорию рекристаллизации алюминиевых сплавов…

С той поры решение основных проблем создания новых сплавов, обуздания коррозии металлов не обходилось без сотрудников ВИАМа. И сегодня мы имеем сплавы, которых больше нет нигде в мире.

По заявлению специалистов всемирно известной американской компании «Дженерал Электрик», наши технологии и по сей день в 30 раз эффективнее тех, что применяются на Западе. Например, главные детали современного реактивного двигателя — лопатки компрессора высокого давления и газовой турбины и некоторые другие — сегодня не штампуют, не вытачивают, а… выращивают.

Температура рабочего газа в камере сгорания достигает 1700–1800 °C, то есть превосходит температуру плавления самого материала, из которого делаются стенки камер и лопатки газовых турбин. Приходится прибегать к их интенсивному охлаждению. Но если снизить температуру камеры довольно просто — стенки ее неподвижны, то с вращающимися с огромной скоростью лопатками дело обстоит куда сложнее.

А если лопатку, потерявшую от нагрева прочность, сорвет с ее места, бед она может натворить не меньше, чем артиллерийский снаряд.

Поэтому для большей прочности лопатки ныне не вытачивают, а выращивают из особых сплавов. Создают в специальных камерах условия, при которых происходит кристаллизация металла из расплава, и постепенно выращивают деталь нужной формы.

Как это делать — целая наука. И сотрудники ВИАМа ею владеют в совершенстве. Однако мало этого. Для лучшего охлаждения лопаток до недавнего времени их приходилось делать полыми, с двумя стенками — спинкой и корытом. А через внутреннюю полость прогоняли поток охлаждающего воздуха. Однако такое решение намного усложняет технологию производства лопатки. Ведь в идеале ее прочность будет наивысшей, когда деталь целиком выращена из одного монокристалла, а тут — полость… Прочность при этом, естественно, существенно снижается. Как быть?

«Надо заставить лопатку… попотеть!» — решили технологи. В самом деле, как решает проблему охлаждения, скажем, наш организм. Во время интенсивной работы поры кожи расширяются, через них выделяется пот, унося с собой излишнее тепло. Аналогичной способностью наделяют теперь и лопатки. Каждую из них выращивают из цельного монокристалла, без пустот. Но сам кристалл пронизан тончайшими канальцами диаметром 0,2–0,3 мм, сквозь которые и прогоняют охлаждающий газ. Лопатка как бы «потеет». Причем с нагревом расширяются и «поры». Охлаждение становится интенсивнее. Что, как говорится, и требовалось доказать…

В этой печи получают уникальные сплавы для авиационной промышленности. Об особенностях своей работы рассказывает сталевар В.К. Мухотин.

Профессор С. Н. Мубояджян демонстрирует готовые лопатки, выполненные по последнему слову техники.

Из этих заготовок потом будут изготовлены лопатки для авиадвигателей.

Полвека назад в ВИАМ пришел бывший сотрудник торгпредства СССР в Великобритании С.Г. Глазунов. И занялся разработкой… титановых сплавов. Именно им и его новыми коллегами были созданы первые отечественные титановые сплавы, создана технология их плавки. А его коллега, академик И.Н. Фридляндер, придумал теорию легирования высокопрочных алюминиевых сплавов, вместе с членом-корреспондентом Академии наук Р.Е. Шалиным создал первые бериллиевые сплавы.

Все это потом пригодилось при создании знаменитой «сотки» — сверхзвукового бомбардировщика Т-4 конструкции П.О. Сухого. Ныне эту машину можно увидеть на поле авиационного музея в Монине. Несмотря на то, что со времени создания этой машины минуло уж 40 лет, она и поныне производит впечатление. Еще бы! Ведь эта машина, на 70 % состоящая из титана, была способна развивать скорость 3 М, втрое больше скорости звука.

Именно на «изделии 100» впервые были испробованы многие новинки сверхзвуковой авиации, в частности, отклоняющийся при посадке нос и крылышки в передней части фюзеляжа. Новинкой была и сама схема «бесхвостки», и треугольное крыло… В общем, говорят, «сотка» не случайно получила такое наименование — ее конструкция была новой на все 100 %! Заложенные в нее конструкторские решения и поныне используются, например, в конструкции сверхзвукового самолета Ту-160.

Сотрудникам же ВИАМа «сотка» запомнилась тем, что при ее изготовлении им впервые в мировой практике пришлось осваивать технологию сварки титана. Его, как и алюминий, обычными методами не сварить. Вот и пришлось для сварки строить особый заводской корпус, создавать скафандры для сварщиков, которым приходилось работать в специальной атмосфере.

Ничего, справились. Титановые шасси и по сей день умеют делать только в России. А технология создания титановых баков потом пригодилась при строительстве первых космических аппаратов.

«Измерительной технике ВИАМа могут позавидовать многие научные учреждения страны», — рассказывает директор ВИАМа Е.Н. Каблов.

Ныне все чаще при изготовлении новых летательных аппаратов применяют не металл, а композитные материалы. И тут сотрудники ВИАМа сказали свое веское слово. Вспомним хотя бы эпопею с созданием космического челнока «Буран» в конце 80-х годов XX века. Знаменитые термоизоляционные плитки, которыми была обклеена нижняя часть космического самолета, создавались здесь же, в ВИАМе. Причем, как показали позднейшие сравнительные испытания, наша плитка оказалась лучше, чем у американцев. Хотя пришлось ее создавать буквально с нуля.

— Ее главная особенность — плитка состоит на 93 % практически из воздуха, — пояснил руководитель одного из научно-технологических комплексов ВИАМа Г.М.Гуняев. — Остальное приходится на кварцевые волокна. Только для одного такого летательного аппарата понадобилось 38 000 таких плиток. Носки же крыла и фюзеляжа, где уже и плитка не выдерживала нагрева, были выполнены из тугоплавкого графитового материала.

Ныне сотрудники ВИАМа шагнули еще дальше. Нам продемонстрировали детали из материала «тигр». Название экзотическое, но логичное: так называется композит на основе ТИтана и ГРафита.

Сейчас авиаконструкторы ведущих стран мира напряженно работают над созданием истребителя пятого поколения. В частности, в скором будущем наши специалисты намерены продемонстрировать своим зарубежным коллегам свои перспективные машины Су-49 и Су-52, целиком выполненные из композитов на основе углерода. Материалы для них успешно проходят испытания в конструкции экспериментальной машины ОКБ им. П.О. Сухого с крылом обратной стреловидности С-37 «Беркут».

— В основе конструкции лежат так называемые интеллектуальные материалы, которые самостоятельно откликаются на физические воздействия, — пояснил профессор Георгий Михайлович Гуняев. — Например, крыло меняет свою форму таким образом, чтобы наилучшим образом соответствовать данным аэродинамическим условиям, оптимизировать угол атаки независимо даже от воли летчика, автоматически. В итоге удается избежать сваливания в штопор и прочих неприятностей…