Авиация и космонавтика 2001 08

Зная особенности горения водорода, который не горит на воздухе и взрывается только при определенных концентрациях, можно разработать безопасные технологии его использования в качестве топлива, что с успехом делается в ракетно-космической технике. Применение жидкого водорода в авиации потребует создания новых технических решений, включая камеры сгорания и системы подачи водородного топлива в двигатель. Существенному пересмотру подлежит конструкция планера и, в частности, топливная система. Самолет "Криоплан" должен иметь крупногабаритные цилиндрические баки для жидкого водорода, которые для поддержания температуры -253 С имеют мощную теплоизоляцию, утяжеляющую конструкцию планера.

Применение жидкого водорода окажет влияние на аэродромную инфраструктуру, особенно на системы хранения и заправки топливом, а также вентиляции ангаров. Чрезвычайно важной представляется проблема получения жидкого водорода в массовом количестве.

В настоящее время компания EADS ведет активные исследования прочности крыла, изготовленного практически полностью из композиционных материалов (КМ) на основе углеродных волокон. Исследования, начатые в 1992 г. фирмой DASA, предусматривают определение прочностных характеристик крыла, предназначенного для 80-100-местного регионального самолета.

В 1992-1993 гг. был изготовлен и испытан углепластиковый кессон крыла длиной 9,8 м. В 1994 г. была начата разработка кессона длиной около 15 м. К работам были привлечены некоторые германские университеты (в частности, Брауншвейгский и Штутгартский), а также научные организации, в том числе научно-исследовательский институт DLR, общество имени Фраунгофера и институт материаловедения (IMA).

Кессон крыла из углеродных КМ был изготовлен на заводе бывшей фирмы DASA в Бремене. Он представляет собой прототип кессона крыла для 100-местного регионального самолета взлетной массой 40-50 т. Основным КМ для изготовления кессона и панелей обшивки явилось однонаправленное углеволокно НТА ("тенакс"), предварительно пропитанное эпоксидной смолой Гексел 6376 ("Фиберит" 977-2). Данный материал имеет слоистую структуру. Однако на фирме DASA были использованы и другие технологические процессы, в частности, впрыскивание под дифференциальным давлением эпоксидной смолы в предварительно заготовленные формы (материал RTM) или пропитка ею отформованного многослойного сухого углеволокна (материалы RTM6 или Ml8).

Хотя фирма DASA заявила, что кессон "выполнен полностью из углеродных материалов", тем не менее, узлы крепления пилонов двигателей и опор шасси и узлы стыковки с фюзеляжем D металлические. Для проведения статических и усталостных испытаний эти узлы были сделаны несколько переразмеренными. Сравнение весовых характеристик показало, что кессон из КМ имеет массу 1223 кг (включая панели обшивки, передний и задний лонжероны, нервюры и стрингеры), в то время как цельнометаллический кессон весит 1491 кг. Таким образом, экономия в массе составляет 268 кг (почти 22%) для одного кессона, а для всего крыла она равна 536 кг. Представители фирмы DASA заявили, что "в настоящее время даже выигрыш в массе конструкции около 500 кг уже вызывает большой интерес". Экстраполяция данных, полученных для кессона 100-местного самолета, на кессон тяжелого пассажирского самолета может дать достаточно многообещающие результаты.

В 1998 г. начались статические и усталостные испытания консоли, завершившиеся в декабре 1999 г. Всего было смоделировано 90000 летных циклов; кроме того, во время проведения последних 30000 циклов конструкция кессона была преднамеренно повреждена. После окончания испытаний никаких признаков усталости обнаружено не было. Это позволило руководителям фирмы DASA заявить, что предложенная конструкция крыла пригодна для использования в гражданской авиации.

Очередной этап в развитии технологии изготовления крыла из углеродных КМ, который завершила фирмы DASA, позволяет предположить, что в будущем эта технология будет применима и к более крупным самолетам. Но если идея изготовления крыла из углепластиков для широкофюзеляжного самолета типа Эрбас Индастри АЗХХ выглядит все-таки преждевременной, то ничто не мешает полагать, что будущий европейский военно-транспортный самолет А400М станет первым тяжелым летательным аппаратом с таким крылом.

Кроме того, если крыло из углеродных КМ в будущем будет широко применяться на магистральных самолетах консорциума Эрбас Индастри, то можно предположить, что фирма DASA может занять место фирмы ВАЕ Системз, которая в настоящее время ответственна за изготовление комплектов крыльев для всех самолетов консорциума. Фирма DASA уже сейчас подготовила плацдарм в этой области, взяв на себя окончательную сборку крыльев для самолетов АЗЗО и А340, кессоны для которых изготовляет фирма ВАЕ Системз.

Особое внимание уделялось вопросам финансирования НИОКР, особенно в США. Этому вопросу были посвящены материалы с изложением планов NASA на ближайшие годы.