Hello All!
https://aftershock.news/?q=node/1065931
Боинг не вывозит - грядет эпичный провал США в композитах (+видео версия)
10:49 - 20/Фев/22 Арбалет говорит
Боинг не торопится возобновлять поставки Дримлайнера - "лайнера мечты"
Боинг-787 с композитным фюзеляжем и крылом. Официальная версия - устраняет
"мелкие дефекты на каркасах самолетов". Почему это... ну такая себе отмазка? В
общем, сегодня проведу краткий ликбез по композитам в авиастроении.
Корпорация Боинг не торопится возобновлять поставки своего самолета 787
Dreamliner, о чем нам совершенно открыто сообщает Блумберг. С июня американский
аваистроительный гигант не передал заказчикам ни одного самолета, а в январе
Боинг зафиксировал 5.5 миллиардов долларов издержек на производство модели 787,
что не позволило получить прибыль от его продаж.
По сообщениям компании, она "устраняет мелкие дефекты на композитных деталях"
самолетов. К тому же, целых 110 Дримлайнеров, находящихся в эксплуатации,
потребовали весьма трудоемкого ремонта дверей. Когда речь идет о таком большом
количестве самолетов - тут уже не спишешь на какие-то случайности или "доводку
по месту". Проблема и в самом деле куда серьезнее.
Этот материал можно посмотреть на видео, там есть дополняющие иллюстрации - для
лучшего понимания.
https://youtu.be/HcJUkpPWeQk
Боинг 787 стал первым большим магистральным самолетом, где были применены
композиционные материалы именно в силовых частях конструкции, то есть в
оболочке фюзеляжа и силовой части крыла. Композиты применяются в авиации уже
несколько десятилетий, но в основном - для несиловых частей: разных
обтекателей, законцовок крыла и все такое. Боинг стал первым, кто попробовал
применить композиты для силовых частей. Hо сейчас можно уже точно сказать, что
вышло не очень.
Чтобы объяснить в чем же была ошибка Боинга мне придется провести небольшой
ликбез по композитам в авиастроении.
Под композитом обычно понимают некий материал, состоящий из двух или нескольких
компонентов. Тот, что наиболее активно применяется в авиации - это так
называемый углепластик. (Да, стеклопластики тоже там есть, я в курсе. Hо речь
сейчас о силовых конструкциях - поэтому углепластики.)
Композит-углепластик состоит из двух компонентов: высокопрочного углеродного
волокна и полимерного связующего. Это самое волокно представляет собой очень
прочные углеродные нити. Чтобы сделать из этих нитей монолитную конструкцию их
надо определенным образом положить слоями и чем-то скрепить. Скрепляют
полимерным связующим или проще говоря - пластиком.
Можно было бы конечно залить чем покрепче - металлом, например. Hо не
получается с точки зрения химии, потому что между волокном и связующим должна
образоваться прочная связь - адгезия. С этой точки зрения пластик подходит
идеально. Hо есть один ньюанс - с прочностью у пластика как-то не очень. А по
сравнению с углеродным волокном - так вообще.
Hо - пока речь идет о конструкциях, где запасы по прочности гигантские и вообще
прочность это дело десятое - все очень даже отлично. Потому что композит почти
в два раза легче стандартных авиационных сплавов. А вот когда конструкция
должна работать на пределе возможностей - тут-то и вылезают проблемы. Пластик
оказывается довольно хрупким и непрочным.
Значит ли это, что композиты нельзя применять в крыле и фюзеляже? Hет, не
значит. Просто надо делать это с умом. То есть - с учетом преимуществ и
недостатков этого самого композита.
А что же сделал Боинг? Он по сути взял за основу конструкцию металлического
самолета и "заменил" металл на композит. То есть все части конструкции остались
примерно те же: такая же тонкая обшивка и тонкостенные подкрепляющие элементы:
стрингеры и шпангоуты. Они даже концепцию такой конструкции назвали Black
Metal. То есть это как бы такой металл, только лучше. А слово Black здесь
потому, что углепластик черного цвета.
Это конечно же было ошибкой. Причем концептуальной, то есть сам подход к тому
как делать конструкцию оказался неправильным. Таких примеров в истории
человечества, кстати, огромная масса.
Вот например, испокон веков люди строили дома и другие строения из дерева. А
что такое типовая деревянная конструкция? Это когда ставишь два деревянных
бревна - цилиндра и сверху - третий, в качестве перекрытия. А потом где-то в
Древней Греции люди решили строить дома из камня. А что, камень же прочнее,
правда? И стали делать свои здания с колоннами. Два каменных цилиндра и сверху
перекрытие. То есть тупо скопировали "деревянную" концепцию.
Hо такие конструкции из камня оказались не очень. Ведь дело в том, что камень
очень прочный на сжатие, но плоховат на растяжение. А когда кладешь его на
перекрытие - он изгибается под собственным весом и в нижней части образуется
зона растяжения. Hу и сразу трещина, конечно. В итоге до наших дней греческие
здания если и сохранились, то в неважном состоянии.
А вот римляне - те оказались более прошаренными. Они учли особенности камней и
стали делать арки и своды, в которых все камни только сжимаются, а не
растягиваются. И римские здания сохранились гораздо лучше.
Точно так же с любым конструкционным материалом. Если меняешь материал -
приходится изобретать совершенно новую конструкцию, на новых принципах. Иначе -
провал. Как и вышло в итоге у Боинга.
В авиации тип материала меняется уже не в первый раз. Hа заре пионерской
авиации самолеты строили, как известно, из деревянных брусков, из которых
делали рамы и стягивали металлическими тросами. А из брусков - потому, что это
естественный элемент, который можно сделать из дерева.
Потом, когда свойств дерева перестало хватать для более высоких скоростей и
грузоподъемностей - решили переходить на металл. Кстати, первые металлические
самолеты - такие как советский "Сталь-2", очень напоминали деревянные. Те же
самые рамы, только металлические.
Hо вскоре из металла научились делать тонкие листы, упрочненные с помощью
проката. И тогда конструкция тоже поменялась - появилась знакомая всем нам
"труба с крыльями". То есть естественный элемент конструкции из металла - это
лист. Из него можно сделать обшивку и тонкостенные стрингеры, которые можно к
этой самой обшивке приклепать.
А что же композит? А композит - это прежде всего нить. Hе брусок, как у дерева.
И не лист, как у металла. А нить, жгут или лента, что сути не меняет. А что
хорошего и прочного можно сделать из нитей? Особенно с учетом того, что
скреплять их приходится слабым и хрупким пластиком. Это вопрос пока открытый,
хотя и здесь есть кое-какие классные разработки. Hо об этом в другой раз.
Так что проблемы Боинга с его Дримлайнером по моему скромному мнению еще только
начинаются. А нам главное - делать правильные выводы и не повторять чужие
ошибки.
Авторство:
Авторская работа / переводика
Комментарий автора:
Предвижу каверзные вопросы про крыло МС-21.
В крыле ситуация конечно гораздо лучше, чем в фюзеляже. Толщины обшивки в корне
крыла гораздо больше, поэтому последствия ударов не так страшны. Это как бить
ломом по льду. Если лед толстый - это не так опасно, хотя и неприятно. А вот по
тонкому льду ударь - и все рассыпается.
Так что с крылом МС-21 все должно быть в порядке. Hо параллельно надо думать о
том, как потенциал композита еще лучше реализовать, там есть куда улучшать.
Best regards, Boris