Взлет воздушных судов производится, как правило, от начала ВПП.
Разрешается выполнять взлет не от начала ВПП при условии, если…
Наставление по производству полетов в гражданской авиации СССР (НПП ГА-85)
8 июня на Иркутском авиационном заводе провели торжественную презентацию нового российского среднемагистрального самолета МС-21. А за несколько месяцев до этого события японцы долго анализировали, как это у русских получается быстро ездить и медленно запрягать. С переводом этой статьи можно ознакомиться уже в нескольких источниках, вот один из них. Речь идет об уникальной российской вариации технологии производства крыльев из углепластика.
Статья очень подробная, написана простым человеческим языком, поэтому структурировать и выделить суть довольно просто. Обозначу ключевые идеи вольными цитатами из вышеозначенного источника:
- «АэроКомпозит-Ульяновск» стала первой в мире компанией, которая полностью исключила из производственного процесса карбоновых деталей такие операции, как препрег и автоклав (что это – смотрите по ссылке выше), тем самым значительно снизила себестоимость без потери надежности деталей первого уровня. В этом смысле технология производства МС-21 — самая передовая в мире;
- «АэроКомпозит-Ульяновск» произвел огромное впечатление на зарубежных авиационных специалистов, следует с уважением относиться к решимости российского производителя выпускать столь ответственные детали по новейшей технологии, которая не применялась в других странах, к тому же страна действительно преуспела в этом;
- Под термином «карбон» авторы понимают пластик (который напоминает эпоксидную смолу), армированный углеродным волокном;
- Для производства углеродного волокна требуется дорогостоящее оборудование и огромный технологический опыт, поэтому сложно произвести передовое углеродное волокно. В основном этот материал производят три японские компании: Toray, TOHO TENAX и Mitsubishi Rayon, которые практически монополизировали этот рынок;
- В СССР также шли исследования в области производства карбоновых деталей для самолетов. В настоящее время украинская компания «Антонов» (знаменитые тяжеловозы марки «Ан») применяет карбоновые детали;
- При этом для нужд «АэроКомпозит-Ульяновск» углеродное волокно для элементов первого уровня (прочность которых должна составлять 6000 МПа), импортируется, и в ближайшее время Россия вряд ли сможет стать ведущим игроком в сфере производства углеродного волокна, несмотря на то, что в советский период страна производила этот материал, хотя и предыдущего поколения с кратно меньшими прочностными свойствами;
Я думаю, что теперь понятно, почему был выбран несколько странный эпиграфа. Лайнер взлетел, но с середины полосы, а для большой надежности взлетают, как правило, от начала ВПП. Переводя аллегорию на язык технологии, начинать надо с производства сырья для углеродных волокон (далее – УВ). Таковым являются так называемые прекурсоры – органические волокна, которые после карбонизации (грубо говоря – сжигания) превращаются собственно в углеродное волокно. Наиболее ходовым прекурсором является полиакрилонитрильные волокна, далее мы будем называть их ПАН-прекурсорами. Возможность использование полиакрилонитрила (ПАН) в качестве прекурсора для получения углеродного волокна (УВ) было установлено в 1959 году. Исследования проводились во многих лабораториях, поэтому установить приоритет какой либо из них не представляется возможным, в том числе и по причинам непубличности этих исследований. Здесь важно подчеркнуть, что применяется не ПАН как таковой, а его сополимер, но об этом чуть ниже. В качестве прекурсоров для УВ используются и другие типы веществ, но их роль незначительна, и углубляться тут не будем.
Итак, в данный момент «АэроКомпозит-Ульяновск» работает на импортном углеродном волокне. При этом в стране имеются производители такового. Например, «Алабуга – Волокно», но и эта компания выпускает свое углеродное волокно из импортного сырья, то есть импортных ПАН-прекурсоров.
Вопрос: может ли Алабуга выпускать углеродное волокно, которое по качеству будет удовлетворять Ульяновск?
Ответ: не может до тех пор, пока не освоит собственное производство ПАН – прекурсоров.
Почему так категорично звучит ответ? Я попробую объяснить просто и доступно. Тем более что совершенно недавно мне пришлось уже это делать для, как я предполагаю, одного из будущих конкурентов «Алабуга – Волокно» (или не менее известного в узких кругах НТЦ «Эльбрус»), который совершенно ожидаемо появился на просторах СНГ.
Итак, ключевыми для технологии сополимеризации акрилонитрила (АН) с получением прекурсоров для производства УВ являются несколько моментов:
- Функциональный состав ПАН-прекурсора. Это кислотные сомономеры (ИК, МАК, АК и т. п.), которые используются для нивелирования теплового эффекта при термоциклизации (количество любого из кислотных сомономеров, как правило, не превышает 3% масс.). Это нейтральные сомономеры (МА, ММА), которые используются как пластификаторы для улучшения процесса вытяжки нити (количество любого из нейтральных сомономеров не превышает 4% масс.). Отклонение от эталонного состава технологической смеси (даже на доли процентов), т. е. соотношения между основным мономером АН с кислотными и нейтральными сомономерами, приводит к серьезным изменениям параметров формирования прекурсора и условий его дальнейшей переработки в углеродное волокно.
- Молекулярно – массовое распределение ПАН-сополимера. Для сополимеров с массой от 90000-140000 до 200000 D имеется ряд стандартных кривых гауссовского типа, которые и являются эталонными при производстве УВ с теми или иными прочностными характеристиками. Долгое время считалось, что только унимодальное распределение молекулярного веса гарантирует качественное УВ. Но данные компании Toray Industries, уже внедренные ими на собственном производстве, показали, что более подходящим молекулярно-массовым профилем для производства УВ является уширенный бимодальный профиль, получение которого возможно в процессе двухстадийной полимеризации.
Указанные ключевые моменты, а точнее пути их реализации в технологии производства ПАН-прекурсоров и являются теми технологическими «ноу-хау», которые выступают предметом лицензирования. Несоблюдение рецептур и технологических параметров влечет за собой риск брака, увеличения затрат на производство, себестоимости и т. д.
Возможность использования УВ в том числе в оборонной промышленности относит его к продуктам двойного назначения, что делает покупку процесса сополимеризации ПАН достаточно затруднительным. Тем не менее, это обстоятельство вовсе не является сколько-нибудь серьезным основанием для того, чтобы делать заявления якобы о невозможности получения собственных ПАН-прекурсоров в России. Существующие отечественные базовые технологии на основе проектных решений, которые всегда могут быть дополнены и улучшены элементами импортных технологий (об этом сморите в моих предыдущих заметках).
Какой вывод из всего сказанного? В принципе его уже сделали японцы, цитаты которых я и привел в начале:
- У нас все уже было: и производство от сополимера до нитей и волокна, и переработка УВ в готовые изделия, остается только вспомнить;
- В отношении переработки УВ не только вспомнили, но без шума и пыли заняли среди мировых лидеров – это я про авиастроителей;
- В отношении производства сополимера – да, это не просто. Но не в технологическом плане! А в отсутствии смелости для принятия соответствующих решений, которая довольно часто подменяется бесчисленными и бесконечными переборами вариантов технологии. Что легко объяснимо: чем больше мнений, тем дольше платится зарплата за толчение воды в ступе;
- В отношении производства нитей и волокна из собственного сополимера: изготовителей этого оборудования достаточно на рынке, с доступом нет вообще никаких проблем;
Важно понимать, что никто не «сварит», а тем более не будет поддерживать устойчивое качество ПАН-прекурсоров для УВ (и в особенности для ответственных узлов и деталей), кроме нас самих!
В заключение пара существенных соображений в части технологий в области ПАН-сополимеров.
Во-первых, традиционные методы синтеза ПАН-прекурсоров, а также ассортимент кислотных и нейтральных сомономеров не предполагает появления каких-то прорывных технологий. Сополимеризация в среде СО2, использование сложных эфиров в качестве кислотных сомономеров и т. п., все это, конечно, приводит к некоторым изменениям в отношении механических свойств получаемого УВ, но часто игра свеч не стоит. Стоит, правда, признать, что получение Toray Industries сополимера с бимодальных распределением молекулярной массы – это Performance Technologу для выпуска новых типов УВ. Проблема в том, что классическое производство такого сополимера достаточно сложное, долгое и требует чрезвычайной тщательности в соблюдении технологического регламента.
Во-вторых, в природе существует альтернативный подход к получению аналогичного бимодального ММР. Это применение радиационно-химических (РХ) технологий в две стадии. Этот подход хотя и менее обсуждаем, но, как мне кажется, более оптимален с точки зрения сочетания свойств продукта и технологических аспектов, таких как молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, регулярность микроструктуры цепей и реология растворов. Здесь уместно вспомнить несколько прописных истин о достоинствах РХ-полимеризации: постоянство скорости инициирования, возможность проведения процесса при низких температурах, отсутствие в конечном продукте вещественных инициаторов, легкость регулирования процесса в части как раз ММ и ММР.
В-третьих, и это совершенно очевидно, что разработки в области РХ-синтеза ПАН-прекурсоров моментально перешли в разряд непубличных. И хотя я в целом считаю, что применение РХ в классических процессах – это все равно, что забивание гвоздей микроскопом, однако в отношении новых типов полимеров (и не только ПАН-сополимеров), они могут оказаться единственно доступными.