Академик Евгений КАБЛОВ, генеральный директор Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов

В июне 1932 г. приказом по наркомату тяжелой промышленности СССР был основан Всесоюзный (ныне Всероссийский) институт авиационных материалов (ВИАМ). В марте 1994 г. постановлением Правительства Российской Федерации ему присвоили статус Государственного научного центра РФ. Сегодня, как и десятилетия назад, разработки крупнейшего в нашей стране материаловедческого предприятия во многом определяют облик изделий отечественной авиационно-космической и атомной техники, они также находят применение в машиностроении, энергетике, строительстве, транспорте, в сфере медицины.

"Наука необходима народу. Страна, которая ее не развивает, неизбежно превращается в колонию".

Фредерик Жолио-Кюри

Всероссийскому научно-исследовательскому институту авиационных материалов - восемьдесят лет. Срок внушительный. Но дело не в его продолжительности, а в том, какие это были годы и какие достигнуты результаты. Для страны, для авиации, для отраслевой науки.

Уже в 1932 г. ученые института под руководством профессора Георгия Акимова (член-корреспондент АН СССР с 1939 г.) разработали и внедрили в самолетостроение первую отечественную высокопрочную сталь "хромансиль", что позволило освободиться от импортных поставок молибдена и никеля. Спустя пять лет здесь впервые была создана авиационная броня, спасшая жизни тысяч летчиков, а в 1940 г. - высокопрочный древесный композит дельта-древесина. Кстати, самый массовый в истории авиации (более 36000 единиц) штурмовик Ил-2 - "летающий танк" - изготовляли с применением именно этих двух материалов. Большое количество боевых самолетов удалось сохранить благодаря предложенным в 1942 - 1943 гг. мягким пожаробезопасным фибровым топливным бакам.

В послевоенные годы по инициативе и под руководством академика Сергея Кишкина были разработаны новые никелевые литейные и деформируемые жаропрочные сплавы с гетерофазной системой упрочнения для реактивных газотурбинных двигателей. В числе достижений тех же лет - аустенито-мартенситная сталь, легированная кремнием, и ингибитор топлива, примененные при создании ракеты Р-7, которая вывела на околоземную орбиту первый искусственный спутник Земли. По словам генерального конструктора академика Валентина Глушко*, "создание ракетных комплексов было бы невозможным без материалов ВИАМа". А совместно с КБ, возглавлявшимся академиком Сергеем Королевым**, специалисты института создали алюминиевые, магниевые и титановые сплавы, теплозащитные покрытия для космического корабля "Восток", на котором совершил свой легендарный полет Юрий Гагарин.

ВИАМ участвовал и в реализации советского атомного проекта, предложив специальный сплав циркония с ниобием для тепловыделяющих элементов атомных реакторов (ТВЭЛ), а также конструкции и технологии производства этих элементов, в частности, для ядерной силовой установки атомного ледокола "Ленин". Впервые была освоена технология введения уранового топлива в графитовые стержни и исследованы неметаллические материалы различных классов с целью оценки их стойкости к ионизирующим излучениям. Совместно с институтом, возглавлявшимся академиком Игорем Курчатовым, созданы центрифуги, в которых нашли применение новый алюминиевый сплав и полимерные композиционные материалы, что способствовало существенному увеличению объема промышленного производства обогащенного урана-235.

В 1960 - 1980 гг. на основе открытия академиком Иосифом Фридляндером эффекта упрочнения и повышения жесткости в тройной системе алюминий-литий-магний создан первый в мире свариваемый алюминий-литиевый сплав пониженной плотности, используемый в самолетах Як, Су, МиГ и др.

Работы по применению титана для авиации были начаты в ВИАМе в 1934 г. А в 1950-е годы удалось получить первый сплав на его основе и создать установку для литья этого металла. Институт разработал более полусотни титановых сплавов, серийно используемых в технике различного назначения, в том числе в конструкциях автоматических межпланетных станций "Марс", "Венера"*** и других, что позволило существенно снизить их массу. Из титана был изготовлен фюзеляж экспериментального ударно-разведывательного бомбардировщика-ракетоносца Т-4 ("сотка"), созданного ОКБ Сухого, центроплан стратегического бомбардировщика-ракетоносца ТУ-160.

В 1964 г. по инициативе ВИАМа в СССР были начаты исследования в области разработки неметаллических, полимерных и композиционных материалов, в том числе угле-, стекло-, органопластиков и пенопластов, герметиков, элементов остекления и радиопоглощения, нашедших широкое применение в конструкциях самолетов Ан-124, Ан-225, Ту-160, МиГ-29, Су-27, лопастей и планера вертолетов Ка-32, Ка-50, Ми-26, деталей газотурбинных двигателей, космических и ракетных комплексов и других изделий машиностроения, транспорта и строительства.

В 1974 - 1987 гг. институт разработал комплекс уникальных материалов (волокна, теплозащита, композиты, клеи, лакокрасочные покрытия) для многоразового космического корабля "Буран".

В 1970 - 2000 гг. созданы технология и оборудование для высокоградиентного литья монокристаллических лопаток с транспирационным (проникающим) охлаждением и их защиты от высокотемпературной газовой коррозии, разработаны высокожаро-

* См.: Ю. Марков. Властелин ракетного огня. - Наука в России, 2008, N5 (прим. ред.).

** См.: Н. Королева. Имя его и космос неразделимы. - Наука в России, 2007. N1 (прим. ред.).

*** См.: В. Сенкевич. Российская космонавтика на рубеже веков. - Наука в России, 2001. N1 (прим. ред.).

прочные сплавы с повышенным содержанием рения и рутения для газотурбинных двигателей. В 1985- 2005 гг. реализована концепция создания интеллектуальных и адаптирующихся полимерных композиционных материалов. Впервые в мировой практике выполнено крыло обратной стреловидности из адаптирующегося углепластика для экспериментального самолета-истребителя С-37 "Беркут".

Перечисленное - лишь часть того, что удалось сделать сотрудникам ВИАМа за прошедшие десятилетия. Всего за годы его существования в творческом содружестве с конструкторскими бюро, отраслевыми институтами и АН СССР (позднее РАН) разработано 2658 марок конструкционных и функциональных материалов, более 3500 оригинальных и прорывных технологий, получено 5400 авторских свидетельств и патентов. Ежегодно промышленность осваивает около 130 разработок института. Мы заключили более 250 лицензионных договоров и контрактов с отечественными и зарубежными предприятиями на передачу прав использования патентов Российской Федерации и ноу-хау. ВИАМ участвует в 65 авторитетных научных проектах и контрактах, представляя оригинальные результаты своих работ.

Конечно, все это - заслуга нескольких поколений наших ученых. В их числе академики Кузьма Андрианов, Андрей Бочвар, уже упоминавшиеся Сергей Кишкин и Иосиф Фридляндер, члены-корреспонденты АН СССР Георгий Акимов, Рубен Амбарцумян, Владимир Добаткин, Алексей Туманов, член-корреспондент РАН Радий Шалин, академик АН УССР Николай Давиденков, академик АН БССР Борис Ерофеев, доктора технических наук Иван Сидорин, Николай Скляров, Сергей Глазунов, Яков Аврасин, Иван Колобнев, Софья Кишкина и другие выдающиеся ученые. Нынешнее поколение научных сотрудников развивает их идеи, также широко применяя результаты фундаментально-ориентированных исследований.

Передовая конструкторская мысль всегда опиралась на достижения наук о материалах, именно они - основа прорывных успехов в создании новой техники, в том числе летной. Сегодня авиационное материаловедение при всем разнообразии направлений призвано решать две важнейшие практические задачи: создание комплекса материалов для планера летательных аппаратов и для газотурбинных двигателей. При проектировании этих изделий в первую очередь добиваются снижения массы конструкций, их габаритов, обеспечения работоспособности деталей в условиях силового, температурного, коррозионного и других воздействий. В современной авиакосмической технике используются алюминиевые, титановые, магниевые сплавы и стали (до 60%), полимерные и металлические композиционные материалы (до 40%).

Говоря о композитах, приведу прогноз физико-химика, лауреата Нобелевской премии 1956 г. академика Николая Семенова: "Появятся вещества, которые сразу будут служить и материалом, и механизмом, и источником энергии". И это предположение выдающегося ученого в немалой степени сбывается. В ответ на запросы практики, а иногда и опережая их, создаются "самозалечивающиеся", т.е. сами устраняющие микроразрушения, и "умные" материалы, в режиме реального времени извещающие о состоянии конструкции, структурированные системы, в которых атомы и молекулы материала выстроены строго по линиям нагружения и возникающих напряжений.

Подобные разработки возможны лишь на базе глубоких фундаментальных и прикладных исследований, тесного взаимодействия на стыке науки и производства. Об этом свидетельствует плодотворное сотрудничество ВИАМа с 30 институтами РАН, с 16 вузами и более 70 предприятиями различных отраслей промышленности. Приведу лишь один пример.

Под руководством академиков Николая Кузнецова, Павла Саркисова и автора данной статьи коллекти-

вом молодых ученых Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева и ВИАМа разработан не имеющий аналогов в мире технологический процесс получения безволоконного конструкционного высокотемпературного керамического композиционного материала на рабочие температуры до 1500°С. По этому последнему показателю и термостойкости он превосходит зарубежные аналоги, обладая наряду с этим высокой прочностью, эффектом самозалечивания микродефектов с восстановлением до 100% исходных механических характеристик.

Использование данного материала позволяет повысить эксплуатационные характеристики газотурбинных установок, авиационных и гиперзвуковых воздушно-реактивных двигателей, обеспечить работоспособность элементов теплонагруженных конструкций при температурах эксплуатации на 300- 400°С выше, чем в применяемых в настоящее время материалах, значительно (в разы) повысить экологичность при их эксплуатации, снизить массу изделий в 2 - 3 раза.

Тем же коллективом авторов совместно со специалистами из Института энергетических проблем химической физики РАН (Москва) и Института химии силикатов им И. В. Гребенщикова РАН (Санкт-Петербург) предложены многоуровневые градиентные системы защиты высокотемпературных углеродсодержащих композитов, выдерживающих температуры до 2000°С в агрессивной среде (в том числе в плазмохимических потоках). Указанные системы обеспечивают работоспособность теплонапряженных узлов и деталей из углеродсодержащих композитов, в том числе в элементах перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов (носок фюзеляжа, передние кромки крыльев).

Актуальность полученных результатов связана с тем, что в России отсутствует производство непрерывных тугоплавких армирующих наполнителей на основе волокон карбида кремния, аналогичных применяемым за рубежом. Основные их разработчики и

Перспективные материалы планера.

изготовители - фирмы Японии - не продают лицензии на технологии, а поставка в Россию волокон карбида кремния запрещена.

Авторам этих работ - кандидатам технических наук Денису Гращенкову, Наталье Уваровой (ВИАМ) и кандидату химических наук Елизавете Симоненко (Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова) присуждена премия Президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых за 2010 г.

Полимерные композиционные материалы (ПКМ) благодаря значительным преимуществам по удельной прочности и жесткости, исключительному сочетанию конструкционных и теплофизических свойств все шире используют в летательных аппаратах. Так, если в планере и интерьере самолета Ту-204 объем ПКМ составлял 14% от массы, то в пассажирских аэробусах нового поколения он достигает 50%.

Отметим, ПКМ на основе углеволокна - один из эффективных способов снижения массы летательного аппарата. Но крайний дефицит производства таких волокон в Российской Федерации вынуждает нас использовать импортные волокнистые наполнители для разработки отечественных поликомпозитов, конкурентоспособных на мировом рынке. Серия таких материалов в ВИАМе уже создана. Однако следует учитывать: использование импортных волокон ограничено и подконтрольно, поэтому требуется разработка отечественных волокон с принципиально новым уровнем характеристик - для российских производителей.

Нашими специалистами предложены подходы к получению препрегов* с повышенной точностью весовых характеристик. А на созданном в институте соответствующем научно-технологическом комплексе эти новые разработки реализуются в условиях реального производства: изготовляются образцы для паспортизации ПКМ, выпускаются партии полуфабрикатов, а также образцы-демонстраторы изделий авиационной техники.

Одно из самых перспективных и быстроразвивающихся направлений в материаловедении - так называемые интеллектуальные материалы. Первое их поколение - самоадаптирующиеся полимерные композиты - обладало способностью перераспределять механические напряжения в конструкции. Второе представляют информкомпозиты - с интегрированными сенсорами. Подобно нервной системе человека, тонкие волоконно-оптические нити пронизывают конструкцию, регистрируя деформации и температуры. Третье поколение - механокомпозиты. Для них характерна обратная связь на основе множества миниатюрных актюаторов (исполнительных устройств). Последние управляются электрическим напряжением и способны развивать усилия до сотен ньютонов с перемещением вплоть до единиц миллиметров. Механокомпозиты могут применяться для замены механических узлов, активного гашения вибраций и перераспределения механических напряже-

* Препреги - композитные материалы-полуфабрикаты; их получают путем пропитки армирующей волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими (прим. ред.).

Различные виды сплавов в двигателе ПС-90А.

ний в конструкциях. В настоящее время ВИАМ при участии институтов РАН активно разрабатывает ПК. М интеллектуального типа.

Очень важно, что идеи наших специалистов находят воплощение в стенах самого ВИАМа. Уникальная опытно-экспериментальная база института, включающая 19 научно-технических комплексов, составляет основу для инновационной деятельности, в том числе по получению на основе собственных разработок наукоемкой высокотехнологичной продукции как для внутреннего рынка, так и на экспорт. Причем выполняется весь цикл работ - от фундаментальных, прикладных исследований до собственно материала, технологии, оборудования, подготовки документации и организации малотоннажного производства.

Помимо уже упомянутого комплекса по выпуску препрегов из ПКМ, к числу наиболее важных следует отнести производство керамических материалов, а также литых прутковых заготовок из жаропрочных никелевых сплавов для газотурбинных авиадвигателей. Высокая стоимость жаропрочных сплавов, содержащих дорогостоящие металлы (рений, тантал, кобальт и др.), потребовала решить задачу рациональной переработки всех отходов, образующихся в металлургическом и литейном производствах, а также на ремонтных заводах, куда поступают отработавшие свой век двигатели. В ВИАМе разработана и внедрена ресурсосберегающая технология переплава отходов сплавов в вакуумных индукционных печах, позволяющая из 100%-ных литейных отходов получать прутковые заготовки, полностью отвечающие по чистоте и свойствам предъявляемым жестким требованиям. Таким образом дорогие и дефицитные легирующие металлы возвращаются в производство, обеспечивается их экономия, а стоимость сплавов снижается на 30 - 50%. За период с 2005 г. по настоящее время по данной технологии изготовлено и поставлено на моторные заводы свыше 200 т сплавов различных марок.

Институтом предложена принципиально новая вакуумная ионно-плазменная технология высоких энергий, предназначенная для нанесения защитных, упрочняющих и теплозащитных покрытий на лопатки турбины, компрессора и другие детали авиационных двигателей и газотурбинных установок, что многократно повышает их ресурс. С этой целью разработаны и производятся автоматизированные установки МАП-2 и МАП-3.

Организован выпуск штамповок дисков газовых турбин из жаропрочных никелевых и титановых сплавов изотермическим способом* - на воздухе. С этой целью создан производственный участок, оснащенный специализированными прессами, на которых изготавливаются опытно-промышленные и серийные партии штамповок дисков диаметром до 350, 400 и 550 мм. Величины требуемого при этом усилия на прессах значительно уменьшились: с 6000 - 10000 тс при традиционной технологии до 630 и 1600 тс. Одновременно коэффициент использования материала увеличился в 2 - 3 раза. За комплекс этих работ кол-

* Изотермический способ штамповки предполагает, что штамп и заготовка нагреваются в процессе деформации до одной и той же температуры (прим. ред.).

лективу сотрудников института присуждена премия Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 2010 г.

Отмечу также налаживание производства феноло-каучуковых пенопластов ФК-20, ФК-40, широко используемых для теплозащиты в авиакосмической технике, в том числе истребителях Су-27, МиГ-29, ракетоносителях "Протон" и "Союз".

В институте исследуют также климатическую и коррозионную стойкость материалов, разрабатывают защитные и функциональные покрытия - лаки, краски, герметики, а также методики оценки усталостной долговечности применяемых в авиации сплавов с учетом воздействия окружающей среды. Для решения этих проблем ВИАМ в 2009 г. ввел в эксплуатацию Геленджикский центр климатических испытаний им. члена-корреспондента АН СССР Георгия Акимова.

К своему 80-летию ВИАМ подошел с весомыми результатами в области промышленных материаловедческих технологий, используемых в гражданских и оборонных отраслях промышленности. Наши усилия

сегодня направлены на решение не только отраслевых, но и комплексных межотраслевых и междисциплинарных задач в рамках федеральных целевых программ, в том числе с использованием механизма технологических платформ*. Решением Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям утверждены разработанные по инициативе ВИАМа две из них: "Новые полимерные композиционные материалы и технологии" и "Материалы и технологии металлургии", в которых мы определены координатором при участии около 200 ведущих научных, учебных и производственных организаций страны. Опять же по нашей инициативе с привлечением ряда ведущих научных и производственных организаций разработан проект подпрограммы "Национальная сеть центров климатических испытаний".

Согласно экспертным оценкам, более 80% приоритетных разработок новой техники в ведущих областях экономики в ближайшие годы будет базироваться на новых материалах и технологиях. Только их наличие может обеспечить переход промышленности на новый технологический уклад, производство отечественной конкурентоспособной техники.

Комиссией по модернизации и технологическому развитию экономики России определены пять ключевых приоритетных направлений, обеспечивающих технологический прорыв. Но очевидно, ни одно из них не может быть реализовано без комплексного развития отечественных технологий в области материалов нового поколения и реализации принципов глубокой переработки сырья, что позволило бы избежать ситуации, когда Российская Федерация, поставляя свое сырье за границу, там же покупает продукты с высокой добавленной стоимостью на его основе.

Сегодня потребность в новых "сверхматериалах" испытывают самые разные отрасли, поэтому ВИАМ выступил с предложением о включении направления "Материалы и глубокая переработка сырья" в Приоритеты модернизации экономики России. Как нам представляется, успешная реализация замысла долж-

* Технологическая платформа - коммуникационная площадка для взаимодействия бизнеса, науки, потребителей и государства по вопросам модернизации и научно-технического развития по определенным технологическим направлениям (прим. ред.).

на быть подкреплена соответствующей государственной программой. В настоящее время наше предложение поддержано Министерством промышленности и торговли РФ, Министерством обороны РФ, Комитетом по науке и наукоемким технологиям Государственной Думы, Комитетом по образованию и науке Совета Федерации, многими другими правительственными учреждениями, а также корпорациями и предприятиями.

Конкурентоспособный на внешнем и внутреннем рынках инновационный продукт могут создавать только всесторонне подготовленные высококвалифицированные ученые, инженеры, рабочие. Самые большие средства, вложенные в науку, в обновление производства, не принесут желаемого результата, если не будет людей, способных генерировать и осуществлять смелые идеи. Вопросам развития кадрового потенциала в институте уделяется большое внимание.

Сегодня в ВИАМе трудятся 1806 сотрудников. Возраст 839-ти из них не превышает 35 лет, в то время как в 1996 г. из общего их числа (2400) количество молодежи до 35 лет составляло 34. То есть за последние полтора десятилетия средний возраст снизился с 61,5 до 44, 2 лет. И мы стараемся делать так, чтобы они почувствовали: их труд востребован институтом и отраслью. У нас за каждым молодым специалистом закреплен "учитель" - наставник, на первых порах помогающий ему повысить свою компетенцию и освоиться в коллективе.

Другим важным фактором привлечения молодежи стало максимальное - почти на 75% - обновление исследовательского и технологического оборудования. Хорошо работая, получают достойную зарплату, для них нет проблемы карьерного роста. Ежегодно наши молодые ученые участвуют в международных выставках и семинарах, выступают на традиционной международной европейской конференции молодежи по материаловедению.

В целях сохранения и поддержания ведущих научных школ мирового уровня, развития научного потенциала ВИАМ готовит для своих подразделений специалистов высшей квалификации в аспирантуре, а также инженеров на совместно созданных базовых кафедрах при Московском авиационно-технологическом университете им. К. Э. Циолковского, Московском государственном техническом университете им. Н. Э. Баумана и Московском государственном вечернем металлургическом институте. Действует соглашение о научно-техническом сотрудничестве с семью национальными исследовательскими университетами России, активно сотрудничаем с университетами Германии и Нидерландов.

В заключение приведу высказывание великого итальянского художника, ученого, мыслителя, инженера Леонардо да Винчи: "Кто знает все, тот может все. Только бы узнать, и крылья будут". Слова эти, произнесенные пять веков назад, актуальны для нас и сегодня.

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: