Как соткать... самолет

Идея любой машины, механизма, аппарата зарождается, как известно, в мозгу конструктора. Потом ее детали прорисовываются на листе бумаги, выверяются на компьютерах. Но оживет новая машина лишь тогда, когда будет выполнена "в железе" - из тех материалов, которые могут выдержать всевозможные нагрузки. Для авиации подобные материалы поставляет ВИАМ - государственный научный центр "Всероссийский институт авиационных материалов", отмечающий в эти дни свой 70-летний юбилей...

"Приказ по Наркомату тяжелой промышленности СССР был подписан 28 июня 1932 года, - показал нам в заводском музее копию этого приказа генеральный директор ВИАМа, член-корреспондент РАН, профессор и лауреат многих премий Евгений Каблов. - Сейчас 96% материалов, применяемых в отечественной авиационной технике, разработаны в ВИАМе".

Главные детали современного реактивного двигателя - лопатки компрессора высокого давления и газовой турбины. Уже сегодня температура рабочего газа в камере сгорания и сразу после него достигает 1700-1800 градусов, то есть превосходят температуру плавления самого материала. Приходится прибегать к их интенсивному охлаждению. Но если снизить температуру камеры довольно просто - стенки ее неподвижны, то со вращающимися с огромной скоростью лопатками дело обстоит куда сложнее. А если лопатку вдруг сорвет с ее законного места, бед она может натворить не меньше, чем артиллерийский снаряд. Поэтому для большей прочности лопатки ныне не вытачивают, а отливают из особых сплавов. Создают в специальных камерах условия, при которых из расплава происходит кристаллизация металла, 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 пустотелыми. А через внутреннюю полость прогоняли поток охлаждающего воздуха. Однако такое решение намного усложняет технологию производства лопатки. 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 на коже расширяются, через них выделяется пот, унося с собой излишнее тепло. Аналогичной способностью наделяют теперь лопатки компрессоров и турбин. Каждая из них выращивается из цельного монокристалла, без всяких пустот. Но сам кристалл пронизан тончайшими канальцами диаметром 0,2-0,3 мм, сквозь которые и прогоняют охлаждающий газ. Лопатка как бы "потеет". А если к этому добавить, что на соседнем участке на выращенные лопатки наносят еще и специальные покрытия, существенно улучшающие качество изделия, то новая технология (ее автор - профессор С.А. Мубояджан) позволит в ближайшем будущем создать авиадвигатели нового поколения, рабочие температуры в которых будут достигать 2000 градусов и выше.

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 ХХ века. Знаменитые термоизоляционные плитки, которыми была обклеена нижняя часть космическая самолета, создавались здесь же, в ВИАМе. Причем, как показали позднейшие сравнительные испытания, наш теплоизолятор оказался лучше, чем у американцев.

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

Празднуя свой юбилей, ВИАМ вовсе не намерен останавливаться в своем развитии. Так, скажем, специальный стенд в институтском музее посвящен рению - редкому металлу, сплавы которого обладают уникальными свойствами. Добавка от 4 до 10% рения в сплав позволяет выдерживать температуры более 2000 градусов без потери прочности.

Впрочем, до недавнего времени об уникальных свойствах рения практически ничего не знали. Скажем, за период с 1925 по 1967 год вся мировая промышленность израсходовала всего 4,5 тонны рения. Ныне же, потребность только США в рении составляет около 30 тонн в год. И спрос все растет... В зависимости от степени очистки цена рения колеблется от 1,5 до 900 долларов за грамм. Основной производитель его на территории СНГ - Казахстан. По запасам рения это государство СНГ занимает второе место в мире вслед за США.

И вот ученые Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов РАН нашли уникальный выход из положения. Впервые в мире на вершине действующего вулкана они размещают опытно-промышленную установку. С ее помощью исследователи надеются получить стратегически важный металл из вулканического газа. Виамовцы с интересом следят за ходом работ, ведут исследования по созданию новых сплавов на основе рения.

И это лишь одно из перспективных направлений. Из других отметим хотя бы использование волокон в авиационных конструкциях. Говоря совсем уж упрощенно, некоторые детали и узлы авиационной техники в будущем намерены... ткать, подобно тому, как ткут ныне ткани. Такие материалы обещают быть еще прочнее нынешних композитов, в их структуру еще в процессе изготовления будут закладывать всевозможные датчики и микроэлектронные устройства.

Ну а там, глядишь, дойдут и до того, чтобы выращивать из расплавов не только лопатки турбин, но и готовые узлы и даже целые машины. Последние достижения нанотехнологии позволяют на то надеяться.