|
Направленность НИОКР ВВС США по развитию авиационного вооружения и военной техники.
Полковник Я. Мельник, кандидат технических наук
США занимают ведущие позиции в разработке перспективных технологий военного назначения. Технологические исследования являются важнейшей частью научно-технической программы МО США, цель которой состоит в создании задела для дальнейшего развития средств вооруженной борьбы в интересах достижения военно-технического превосходства над любым противником. Проводимые исследования направлены как на совершенствование состоящих на вооружении образцов вооружений и военной техники (ВВТ), так и на разработку качественно новых. В них принимают участие все виды вооруженных сил, НАСА, управление перспективных исследований министерства обороны (DARPA), ведущие авиа- и двигателестроительные фирмы, а также научно-исследовательские организации.
В последние годы процесс развития ВВТ в США претерпел значительные изменения. Повышенное внимание стало уделяться начальным стадиям НИОКР, особенно фазе разработки и демонстрации перспективных технологий. Полученный технологический задел оценивается в демонстрационных образцах, испытания которых призваны подтвердить правильность выбранных конструктивно-схемных решений. При этом серийное производство разрабатываемых ВВТ считается целесообразным осуществлять по мере возникновения в них практической необходимости, учитывая потенциал модернизации вооружений, развернутых в войсках.
Реализация этого положения потребовала проведения реорганизации всей системы военных НИОКР и увеличения доли ассигнований на разработку технологий и подтверждение ожидаемых результатов от их внедрения в новые и усовершенствованные образцы ВВТ.
В рамках научно-технической программы (НТП) ВВС США исследования осуществляются в следующих взаимосвязанных областях науки и техники: «Летательные аппараты» (ЛА), «Информационные технологии», «Материалы и технологические процессы», «Датчики и электроника», «Вооружение», «Системы человек-машина».
Одно из центральных мест отводится работам в области «Летательные аппараты», включающей пять основных подобластей: «Самолеты», «Вертолеты», «Перспективные газотурбинные двигатели», «Бортовые источники энергии», «Силовые установки и топлива для управляемых ракет (УР) и гиперзвуковых ЛА (ГЛА)».
Полученные результаты предполагается использовать при создании новых и совершенствовании существующих самолетов военного назначения (истребителей, штурмовиков, бомбардировщиков, военно-транспортных самолетов и др.), вертолетов, беспилотных летательных аппаратов (БЛА), УР и ГЛА.
Актуальность исследований в области «Летательные аппараты» обусловлена ролью авиационного ВВТ в решении различных военных задач ВС США, в числе которых нанесение ракетных и бомбовых ударов в оперативной и стратегической глубине, завоевание господства в воздухе, разведка, управление и связь, противовоздушная оборона, воздушные переброски войск и другие.
Основные усилия в рамках подобласти «Самолеты» сконцентрированы на повышении боевых возможностей самолетов военного назначения при значительном снижении стоимости их жизненного цикла. В настоящее время в этой подобласти основными направлениями исследований являются:
— управление вихревыми потоками и отрывными течениями воздуха малозаметного самолета, в том числе внутри отсека вооружения, что позволит улучшить сброс малокалиберных боеприпасов;
— комплексирование технологий для крыла с активной системой подавления аэроупругих колебаний;
— летная демонстрация средств аэродинамического управления и малозаметного сопла с отклонением вектора тяги, предназначенных для перспективных ЛА без оперения;
— разработка легких коротких воздухозаборников с сохранением требуемых характеристик потока на входе в двигатель;
— снижение масс основных силовых элементов конструкции при одновременном снижении стоимости и повышении стойкости к воздействию поражающих факторов стрелково-пушечного оружия и осколков;
— разработка новых методов проектирования, позволяющих снизить стоимость конструкций из композиционных материалов (КМ);
— демонстрация беспереплетного фонаря кабины, изготовленного с помощью пресс-формы для литья под давлением;
— обеспечение Охлаждения подсистем в условиях роста тепловой нагрузки в ЛА;
— разработка технологий легких необслуживаемых источников охлаждения;
— новые методы ремонта устаревающих самолетов;
—- создание методов, позволяющих сократить сроки разработки ЛА;
— разработка моделей для проектирования систем управления полетом в условиях неопределенности;
— разработка высокопроизводительной системы управления полетом (предназначенной для высокоманевренных истребителей) с открытой архитектурой и программным обеспечением для контроля ее состояния;
— наземная и летная демонстрация комплекса аэродинамических и конструктивных средств, обеспечивающих повышение эффективности систем управления полетом.
Достижение поставленных целей разработчики связывают с соответствующими результатами в следующих пяти приоритетных дисциплинах: аэродинамика, системы управления полетом, конструкция самолета, основные системы, комплексирование технологий.
В рамках дисциплины «Аэродинамика» предполагается получить существенное улучшение летно-технических характеристик самолетов военного назначения за счет повышения аэродинамического качества на всех режимах полета, снижения сопротивления внешних подвесок, улучшения взлетно-посадочных характеристик, уменьшения массы сопла и воздухозаборника. Кроме того, предусматривается значительное сокращение времени аэродинамических расчетов вследствие создания универсальных и высокоэффективных математических моделей, реализованных на базе мощных супер-ЭВМ и позволяющих оценить характеристики разрабатываемого самолета на различных режимах полета. В частности, благодаря этому стало возможным проведение детальных исследований процессов обтекания самолета вязким трехмерным воздушным потоком на срывных режимах, в том числе на больших углах атаки.
Результаты исследований, проводимых в рамках дисциплины «Системы управления полетом», призваны обеспечить высокую маневренность, устойчивость и управляемость самолета во всем диапазоне высот и скоростей при сохранении требуемой безопасности, в том числе при групповом полете самолетов и БЛА. При этом одновременно предполагается существенно уменьшить массу и аэродинамическое сопротивление несущих и управляющих поверхностей, сократить их стоимость и сроки разработки, а также объем технического обслуживания и ремонтных работ. Повышение эффективности перспективных систем управления полетом и сокращение эксплуатационных расходов планируется достичь благодаря широкому применению электрических приводов и волоконно-оптических систем.
Исследования по дисциплине «Конструкция самолета» направлены на разработку усовершенствованных конструкций планера ЛА, в том числе так называемых «умных» (smart) конструкций, выполненных из КМ и перспективных металлических сплавов. Кроме этого, решаются задачи по оптимизации процессов проектирования и производства. В целом это должно способствовать снижению массы и увеличению ресурса планера, сокращению затрат на производство и эксплуатацию летательных аппаратов, а также сокращению времени их проектирования. В частности, в рамках программы ALAFS (Advanced Lightweight Aircraft Fuselage Structures) ведется разработка перспективного планера самолета интегральной конструкции. Основной целью проводимых работ является проектирование, изготовление и испытание новой более дешевой, легкой средней части фюзеляжа и крыла по сравнению с аналогичными конструкциями, применяемыми на палубном истребителе-штурмовике F/Al 8E и F, с учетом требуемых значений показателей боевой эффективности, летно-технических характеристик и уровня эксплуатационной технологичности. Такая конструкция, по мнению американских специалистов, может обеспечить значительное сокращение количества деталей (на 50-60 проц.) и крепежных элементов (на 30-40 проц.). Большое внимание уделяется также разработке методов ремонта и увеличения срока службы устаревающих самолетов.
Целью исследований по дисциплине «Основные системы самолета» являются уменьшение массы, повышение надежности и живучести подсистем ЛА, сокращение времени и объема ремонтных работ, а также снижение стоимости их производства и эксплуатации. Это планируется достигнуть благодаря оптимальному комплексированию разрабатываемых самолетных систем при снижении их массы (прежде всего электрической и гидравлической систем) за счет применения перспективных материалов и новых конструктивно-схемных решений. Особое внимание будет уделяться более широкому использованию электропривода.
Основные усилия в рамках дисциплины «Комплексирование технологий» сосредоточены на достижении максимального эффекта при объединении различных направлений исследований. Комплексирование технологий осуществляется на уровне подсистем и летательного аппарата в целом. В первом случае проводится внедрение результатов исследований в рамках подобласти «Самолеты» с учетом уже применяемых (в том числе и в гражданской авиации) технологий других подобластей.
Считается, что успешная реализация технологий, разрабатываемых в рамках этих дисциплин, окажет наибольшее влияние на ТТХ и стоимость новых и модернизируемых самолетов военного назначения. Инвестиционная поддержка каждой области распределяется в соответствии с ее вкладом в выполнение основных задач программы.
При осуществлении НТП большое внимание уделяется демонстрациям разработанных технологий. В настоящее время демонстрационные испытания проводятся по следующим программам.
«Увеличение радиуса действия самолета EKD (Extended-Range Demonstration)», В рамках этой программы проводится оценка характеристик самолета, построенного по аэродинамической схеме без оперения, во всем диапазоне высот, скоростей и углов атаки. Считается, что ЛА, построенный по такой схеме, будет иметь не только сниженные аэродинамическое сопротивление и массу, а следовательно, и увеличенный радиус действия, но и улучшенные характеристики маневренности, а также малую заметность. Большую роль в обеспечении устойчивости и управляемости подобного самолета будет занимать система отклонения вектора тяги двигателя. Для отработки результатов исследований используется экспериментальный самолет F-15 A CTIVE (Advanced Control Technology for Integrated Vehicle), летные испытания которого с участием ВВС США, НАСА, а также «Боинг» и «Пратт энд Уитни» ведутся с 1998 года. В рамках этой программы предусматривается проведение исследований устойчивости и управляемости ЛА с уменьшенным (на 50 проц.), а затем и полностью отсутствующим вертикальным оперением. Для повышения эффективности объединенной системы управления полетом и силовой установкой в ее состав планируется включить элементы волоконной оптики. Летные испытания F-15 ACTIVE с подобной системой управления начались в 1999 году.
«Крыло с активной системой подавления аэроупругих колебаний AAW (Active Aeroelastic Wing)», Основной особенностью подобного крыла является обеспечение необходимой жесткости конструкции для компенсации некоторых опасных режимов (например, флаттера) с помощью встроенных приводов и микроэлектронных схем управления элементами механизации (предкрылками, элеронами, закрылками и др.), а также за счет свойств КМ, составляющих основу конструкции. Такое крыло позволит повысить маневренность, снизить массу самолета (на 7-20 проц.), а также сократить стоимость планера самолета. Летные испытания по программе AAW на специально оборудованном самолете F/A-18 проводятся с 1999 года.
«Улучшение управляемости и маневренности боевых самолетов», В рамках этой программы проводится ряд демонстрационных испытаний новых технологий на самолете-лаборатории NF-16D VISTA (Variable In-
Flight Simulator and Test Aircraft). В настоящее время самолет оборудуется осесимметричным соплом с всеракурсным отклонением вектора тяги, системой программируемых дисплеев (многофункциональные дисплеи, ИЛС и нашлемный индикатор) и новыми силовыми приводами. Наряду с проблемами управляемости будут отрабатываться задачи применения оружия на режимах полета, характеризующихся малыми скоростями и большими углами атаки. Ранее на этом самолете отрабатывались элементы системы управления перспективного истребителя F-22A. При этом основное внимание уделялось исследованию эффективности этой системы управления на взлетно-посадочных режимах, при дозаправке топливом в полете, а также при отказе двигателя и самолетного оборудования.
«Демонстрационный боевой ЕЛА», Эта программа осуществляется совместно ВВС и DARPA. На первом этапе (1989—1999 годы) проводились исследования концепции такого самолета применительно к решению задачи огневого подавления систем ПВО противника. На втором этапе (1999-2002) были разработаны, изготовлены и испытаны демонстрационные образцы боевых БЛА. Решение о начале инженерной и промышленной разработки данной машины должно быть принято в 2005 году.
«Оценка технологий для «более электрического» самолета». По этой программе предусматривается летная демонстрация комплексной системы, включающей в себя три основных компонента: систему управления полетом с архитектурой открытого типа; электрический силовой привод; систему управления источником постоянного тока напряжением 270 В с распределительной системой. Два последних компонента разработаны в рамках программы МЕА (рассматривается ниже).
Эта комплексная система устанавливается на самолете F/A-18. Реализация этих технологий позволит отказаться в будущем от применения центральной гидросистемы, что приведет к снижению боевой уязвимости и трудозатрат на техобслуживание (по 15 проц.), а также к уменьшению потребности в двухуровневом техобслуживании систем управления полетом.
«Перспективные газотурбинные двигатели», НИОКР в данной подобласти направлены на создание газотурбинных двигателей (ГТД) нового поколения, предназначенных для перспективных летательных аппаратов военного назначения, и организационно оформлены в виде объединенной исследовательской программы IHPTET (Integrated High Performance Turbine Engine) Ее основной целью является разработка и демонстрация на экспериментальных ГТД различных перспективных технологий, внедрение которых должно обеспечить примерно двукратное повышение основных характеристик двигателей (по сравнению с уровнем середины 1980-х годов), а также снижение расходов в течение всего их жизненного цикла.
Эта крупнейшая для американского авиадвигателестроения исследовательская программа, осуществляемая с 1987 года, рассчитана на поэтапную реализацию результатов (три этапа со сроками завершения работ в 1991, 1997 и 2003 годах) при создании новых и модернизации существующих авиационных двигателей. По программе ШРТЕТ разрабатываются демонстрационные двигатели следующих типов: турбореактивные (ТРД), двухконтурные турбореактивные (ТРДД), турбовинтовые (ТВД), турбовальные (ТВГТД), а также двигатели для КР и БЛА. За базовые значения приняты параметры двигателей четвертого поколения для самолетов и вертолетов, а также существующих КР и БЛА.
Получение высоких результатов американские специалисты связывают с синергическим эффектом от комплексного применения достижений в области перспективных материалов, численных методов расчета сложных внутренних течений в двигателе для улучшения аэротермодинамических характеристик его компонентов, а также новых методов конструирования и автоматизированного проектирования элементов и двигателя в целом. В работах участвуют научно-исследовательские организации МО и НАСА, а также ведущие авиадвигателестроительные фирмы.
Разработка и оценка технологий перспективных силовых установок, как правило, осуществляются на уровне отдельных компонентов (компрессор, газовая турбина, камера сгорания и др.). Например, на испытательном стенде CRF (Compressor Research Facility) ВВС США, функционирующем с 1984 года, производится оценка многоступенчатых компрессоров в широком диапазоне режимов работы, а на новейшем стенде TRF (Turbine Research Facility) осуществляются исследования газовых турбин. Оборудование последнего позволяет оценивать не только газодинамические и прочностные характеристики турбины, но и изучать вопросы охлаждения элементов конструкции и теплопередачи. Для более полной оценки и подтверждения заданных параметров разрабатываемых двигателей в целом в рамках программы ШРТЕТ реализуются различные специальные программы демонстрации частных технологий. Основной целью этих программ является подтверждение эффективности разрабатываемых технологий путем оценки взаимовлияния отдельных компонентов и исследования характеристик двигателей во всем диапазоне режимов работы с моделированием реальных условий эксплуатации на испытательных комплексах, известных как установки демонстрации технологий. Например, элементы ТРД и ТРДД сначала испытываются в составе газогенератора по программе,47Жг(/ (Advanced Turbine Engine Gas Generator), а затем двигателя в целом по программе JTDE (Joint Technology Demonstrator Engine). Демонстрация технологий создания ТВД и ТВГТД проводится в составе газогенератора в рамках программы JTAGG (Joint Turbine Advanced Gas Generator), а исследования демонстрационных двигателей для КР и БЛА - по программе JETEC (Joint Expendable Turbine Engine Concepts)-
В настоящее время все основные этапы программы ШРТЕТ практически выполнены. Разработанные в ее рамках технологии, характеризующиеся малым риском и высокой функциональной и экономической эффективностью, уже передаются для использования в авиационной промышленности и применяются при создании двигателя F119 для перспективного истребителя F-22 и силовой установки, создаваемой для самолетов семейства F-35, а также при модернизации существующих ГТД. В частности, были разработаны и прошли успешные стендовые испытания саблевидные рабочие лопатки вентилятора и компрессора с улучшенными аэродинамическими характеристиками, высокоэффективные воздушные и воздушно-масляные уплотнения с низким уровнем утечек, сверхзвуковые всережимные реактивные сопла с уменьшенным уровнем ИК-излучения. Снижена масса элементов конструкции двигателя благодаря применению новых технических решений и композиционных материалов, повышены рабочие температуры в камере сгорания (КС) и
газовой турбине (ГТ), увеличен ресурс элементов ГТ за счет использования перспективных схем охлаждения, а также повышена надежность силовых установок благодаря применению усовершенствованных систем контроля параметров и состояния конструкции авиационных двигателей. С учетом этих результатов были созданы новые модификации ТРДДФ -FIOOhFUO -для истребителей F-15 и F-16, F414 для самолета F/A-18 E/F с повышенной тягой, уменьшенным удельным расходом топлива и увеличенным сроком службы.
В ходе выполнения первого и второго этапов программы решалась задача снижения стоимости двигателя, основными составляющими которой являются стоимость его разработки и производства, а также технического обслуживания в течение всего периода эксплуатации. Считается, что наиболее перспективными способами решения этой задачи являются автоматизация проектирования, разработка эффективных методов производства и сборки компонентов двигателей, применение новых технических решений. В частности, было проведено сравнение существующего двигателя F100-229 с демонстрационным образцом, разработанным в ходе выполнения второго этапа программы ШРТЕТ. По мнению американских специалистов, стоимость «горячей» секции перспективного двигателя возрастет. Это будет следствием применения более дорогостоящих новых, в первую очередь композиционных, материалов и усовершенствованных схем охлаждения.
Использование перспективных материалов и новых конструктивно-схемных решений, позволяющих снизить количество ступеней и расход воздуха при сохранении тяги на требуемом уровне, приведет к уменьшению габаритов и массы как компрессора («холодная» секция), так и двигателя в целом. Например, применение бездискового ротора барабанно-кольцевого типа с повышенной частотой вращения, полых и широкохордных лопаток первых ступеней компрессора и других конструктивных решений наряду с перспективными материалами позволит снизить на 70 проц, массу ротора компрессора.
Тактико-технические и массогабаритные характеристики ЛА военного назначения в значительной степени зависят от параметров силовой установки, составляющей (вместе с топливом) от 30 до 80 проц. максимальной взлетной массы. Проведенные исследования позволили количественно оценить влияние массы и габаритов силовой установки на эксплуатационные расходы в случае использования нового двигателя на существующем или перспективном самолете. Например, по оценкам разработчиков, в случае оснащения истребителя F-16 новым двигателем с уменьшенными габаритами и массой и с аналогичной двигателю F100-229 тягой обеспечивается снижение стоимости на 25 проц., а в случае оснащения им перспективного самолета - на 40 проц. Учитывая, что ежегодные федеральные расходы США на закупку, эксплуатацию и ремонт военных авиационных двигателей составляют около 1,5 млрд долларов, возможности снижения расходов на 25-40 проц., определенных программой ШРТЕТ, вместе со снижением технологических издержек обеспечат значительную экономию средств. В частности, благодаря усовершенствованию инструментальной базы и методов производства, применению высококачественного контроля используемых материалов и другими факторами уже снижены закупочные стоимости современных авиационных двигателей и их запасных частей.
Кроме того, внедрение технологий, разработанных в рамках этой программы, в ходе производства и эксплуатации двигателя F119 позволит сэкономить около 420 млн долларов благодаря снижению стоимости его жизненного цикла при одновременном повышении тяги на 10-20 проц. и уменьшении удельного расхода топлива на 2-5 проц. Экономический выигрыш от снижения стоимости жизненного цикла существующих двигателей оценивается в 1 млрд долларов. При этом обеспечено почти двукратное повышение ресурса элементов ГТ, а также снижена заметность двигателей в ИК-диапазоне и увеличена дальность и продолжительность полета самолетов.
В ходе выполнения третьего этапа основные усилия были направлены на дальнейшее повышение рабочих температур в КС и ГТ, создание перспективной гидравлической системы управления реактивным соплом и системы отклонения вектора тяги и другие аспекты.
«Бортовые источники энергии». Работы в этой подобласти выполняются по программе МЕА (More Electric Aircraft), предусматривающей значительное повышение эффективности бортовых электрических систем военных самолетов и более широкое применение электрических устройств различного назначения (силовые приводы, насосы и др.). В частности, проводятся работы по демонстрации технической осуществимости замены бортовых гидравлических и пневматических систем электрической на существующих и разрабатываемых самолетах военного назначения. Считается, что реализация данных мероприятий позволит сократить на 20 проц. количество наземного оборудования и на 15 проц. трудозатраты на техническое обслуживание, повысить на 15 проц. интенсивность самолетовылетов и боевую живучесть ЛА, а также снизить на 8-9 проц. стоимость эксплуатации. Кроме того, применение перспективных электрических систем позволит повысить в 4 раза надежность системы управления истребителя F-16 и снизить на 8 проц. максимальную взлетную массу самолета F-35.
Наиболее важными в реализации программы МЕА являются технологические исследования по четырем основным направлениям: генерация электроэнергии; распределение и подача электроэнергии потребителям; аккумуляция электроэнергии; интеграция бортовых электрических систем.
В рамках первого направления основные усилия нацелены на разработку генераторов с широким диапазоном рабочих температур и перспективных высокопрочных магнитных материалов, увеличение срока службы источников электроэнергии, модернизацию систем охлаждения, повышение боевой живучести, а также на создание турбоэлектрических машин и совершенствование динамических характеристик их вращающихся частей.
Второе направление исследований связано с управлением тепловым режимом с применением технологий пассивного охлаждения, созданию реконфигурируемых при боевых повреждениях систем, уменьшению токов «утечки» и температуры нагрева полупроводниковых приборов, а также времени их «запирания».
Целями исследований третьего направления являются разработка высокопрочных материалов для аккумуляторных батарей с малой удельной массой, а также высокоизлучающих катодных материалов, расщирение рабочих температур перезарядки и использование литиевых анодов для снижения этих температур.
Основные усилия в рамках четвертого направления сосредоточены на снижении массогабаритных характеристик бортовых электросистем, а также на решении вопросов электромагнитной совместимости и оптимизации охлаждения.
Большое значение придается демонстрациям результатов технологических исследований, при этом основное внимание уделяется оценке эффективности функционирования разработанных элементов бортовых электрических систем в реальных условиях эксплуатации и выявлению степени их готовности к внедрению в производство. В частности, по демонстрационной программе Power Management and Distribution for More Electric Aircraft проводятся стендовые испытания компонентов электрической системы постоянного тока напряжением 270 В. Предполагается, что подобными системами при проведении модернизации будут оснащаться тактические самолеты F-16, F/A-18 и F-22. Примером внедрения разработанных технологий в рамках программы МЕА является создаваемая система энергопитания перспективного тактического самолета F-35.
Проводимые в рамках программы МЕА технологические исследования координируются с другими исследованиями, осуществляемыми в интересах ВС США, НАСА и промышленности. Для общего руководства работ, направленных на более глубокую электрификацию систем управления современных и перспективных образцов военной техники, роздана группа# совместного планирования MEIJP (More Electric Initiative Joint Planning) возглавляемая представителями командования ВВС. Кроме того, проводятся совместные работы со специалистами, участвующими в программе ШРТЕТ.
Финансирование программы МЕА осуществляется ВВС США, а инвестиционная поддержка каждого направления технологических исследований распределяется в соответствии с его вкладом в выполнение основных задач программы. ЗВО№8
Материалы и технологические процессы. При проведении исследований в данной области внимание уделяется в первую очередь выполнению НИОКР по материалам и конструкциям летательных аппаратов (ЛА) военного назначения и их силовых установок.
Положительные результаты этих работ призваны обеспечить разработку качественно новых авиационных ВВТ с повышенными боевыми возможностями, а также продлить срок службы ЛА и двигателей при сниженных трудозатратах и стоимостных характеристиках.
Основными целями исследований являются разработка и внедрение перспективных конструкционных материалов (КМ) для силовых установок, увеличение ресурса, надежности и эксплуатационной технологичности авиационных ВВТ, а также совершенствование технологии производства.
В интересах создания перспективных военных ГТД ведутся исследования новых материалов, в том числе суперсплавов и КМ с полимерной, керамической и металлической матрицами. Общими требованиями к таким материалам являются: работоспособность во всем диапазоне рабочих температур, характерных для термодинамического цикла двигателя; высокая теплостойкость и пластичность при относительно низком коэффициенте температурного расширения; постоянство основных физических и механических характеристик при переходе от лабораторного производства к серийному.
Решение проблем увеличения ресурса, надежности и эксплуатационной технологичности американские специалисты связывают с разработкой новых технологий ремонта ЛА, методов неразрушающего контроля и созданием материалов и способов защиты конструкций от воздействия окружающей среды. При этом дополнительно планируется исследовать механизм коррозии, износа, эрозии и разрушения при комплексном нагружении в боевых условиях.
В рамках программы восстановления ЛА предусматривается разработать новые технологии ремонта в заводских и полевых условиях авиационных агрегатов, в том числе, воспринимающих силовые нагрузки на летательный аппарат. Особое внимание намечается уделить ремонту конструкций, имеющих дефекты в виде ударных повреждений и скрытую коррозию, а также восстановлению силовых установок, в частности лопаток компрессора и турбин. Создание новых технологических линий по ремонту в заводских условиях должно, как планируется, обеспечить сокращение времени восстановления агрегатов на 50 проц.
Продление ресурса ЛА американские специалисты связывают с совершенствованием существующих методов неразрушающего контроля и созданием новых (термографического и на основе токов высокой частоты), а также с модернизацией имеющихся систем встроенной диагностики. Целью проводимых работ является повышение вероятности обнаружения скрытых дефектов и разработка переносных систем диагностики. По предварительным оценкам, эти мероприятия обеспечат снижение стоимости эксплуатации на 25 проц.
Исследования по материалам и технологиям защиты конструкции от воздействия окружающей среды сосредоточены на новых способах удаления лакокрасочных покрытий (ЛКП), полностью исключающих повреждения конструкционного материала, разработке новых ЛКП с восьмилетним ресурсом, имеющих 30—40-летний срок службы, а также других средств защиты. Задачами, стоящими перед разработчиками, являются оценка химического процесса взаимодействия средств удаления ЛКП и конструкционного материала, а также определение физико-механических характеристик новых ЛКП.
В настоящее время активно ведутся исследования одного из новых способов защиты. Основным подрядчиком выполняемых научно-исследовательских работ выбрана американская фирма ЗМ, которая осуществляет разработку защитных плиток на клеевой основе, изготовленных из полимерных, в частности уретанового, материалов. Установка таких плиток на самолет, по мнению разработчиков, обеспечит полную защиту конструкции и исключит необходимость применения существующих ЛКП. Расчетный срок службы нового средства защиты в 1,5 раза превышает ресурс лакокрасочных покрытий и составляет шесть лет. Кроме того, регламентные работы по замене полимерных материалов могут быть проведены в полевых условиях, в то время как ремонт ЛКП возможен только на заводе. Важно отметить, что для более полного соответствия физико-механических характеристик разрабатываемых материалов специфическим требованиям к авиационной технике XXI века по защите различных элементов конструкций самолетов потребуется использовать полимеры нескольких марок.
С конца 1996 году фирмы-участницы программы JSF проводили летные испытания защитных плиток. Компания «Боинг» задействовала для этих целей самолет F/A-18. Полученные результаты показали, что нанесение полимерных материалов обеспечивает снижение трудозатрат на техническое обслуживание на 12 проц. (на 1ч налета) и сокращение времени восстановления защитных покрытий на 44 проц. по сравнению с традиционными ЛКП. С 1998 года проводятся испытания защитных плиток в условиях воздействия агрессивной морской среды на авианесущих кораблях. Использование нового средства защиты конструкции на самолетах F-35 при планируемом объеме закупок, по мнению американских специалистов, позволит снизить расходы на эксплуатацию машин в течение всего срока службы на 3 млрд долларов.
Научно-технические исследования по технологиям производства металлов и конструкций из них направлены на разработку алюминидов титана, полностью автоматизированных производственных линий, новых способов соединения и методов контроля. Основная задача, стоящая перед разработчиками, заключается в снижении стоимости сварных титановых конструкций на 30-50 проц., времени освинцования авиационных конструкций на 50-60 проц. и трудозатрат на 50 проц.
Большое внимание в США уделяется технологичности изготовления авиационных конструкций из КМ. Расчеты специалистов фирмы «Боинг» показали, что стоимость «сырого» материала (препрега) составляет 8-10 проц. стоимости 1 кг изделий из КМ, достигающей 600-900 долларов. При этом на изготовление деталей и сборку авиационных агрегатов расходуется около 55 проц. указанной выше суммы. Существенное снижение затрат на производство КМ планируется получить за счет автоматизации сборочных линий, создания конструкций новых типов и внедрения в опытном производстве современных технологий формования твердых материалов с архивацией в электронных средствах технологических карт обработки. Считается, что проводимые мероприятия позволят уже к 2010 году снизить стоимость жизненного цикла небольших деталей и узлов в 100 раз.
При создании новой авиационной техники отработка таких технологий осуществляется совместно управлением перспективных разработок и исследований (DARPA), министерствами ВВС и ВМС. В настоящее время уже используются: совместная полимеризация; литьевое формование криволинейных поверхностей, позволяющее снизить стоимость изготовления конструкций на 30 проц. по сравнению с существующими способами укладки; прессование горячим газом с обеспечением высокой точности геометрических размеров; гибкие производственные линии по выпуску оснасток, в том числе и адаптивных, с системой автоматического проектирования; станки AFP (Advanced Fiber Placement) с автоматической намоткой волокон вместо ручной выкладки.
В частности, внедрение на самолетах F/A-18E и F технологии совместной полимеризации деталей из КМ (соединение агрегатов обеспечивается при отвердении конструкции), литьевого формования и прессования горя¬чим газом, использование деревянной оснастки с металлическим напылением и последующим нанесением композиционного слоя вместо более дорогостоящей цельнометаллической позволило уменьшить количество деталей хвостовой части с 24 до девяти, отсека авиационного оборудования с 44 до шести и крепежных элементов на 8 000 единиц, а также сократило время проведения и снизило стоимость монтажа на 28 проц.
Таким образом, теоретические исследования и экспериментальные разработки, ведущиеся в рамках научно-технической программы ВВС США, направлены на создание новых технологий, которые должны обеспечить дальнейший рост технического уровня авиационных ВВТ. В частности, в области ЛА эти работы связаны с совершенствованием конструкции планера, аэродинамики самолета, силовых установок, самолетного оборудования и конструкционных материалов. При этом особое внимание уделяется снижению заметности самолета, а также внедрению новых средств ремонта, техобслуживания и неразрушающего контроля конструкции ЛА и двигателей в интересах продления ресурса и снижения общих затрат на эксплуатацию. При осуществлении научно-технической программы значительное место отводится демонстрациям разработанных технологий на конкретных образцах авиационной техники.
"Зарубежное военное обозрение" 2005 №8 30-38
"Зарубежное военное обозрение" 2005 №9 45-48
Смотрите также
|
