Отложенные крылья
Так сложилось, что исторические эпохи, начиная с каменного века, даже по названию связаны с материалами, которые освоил и использует человек. XXI век открывает длительный период, где будут доминировать материалы с заданными свойствами, в том числе композитные. К этому подталкивают и нужды обороны, и гражданская тематика – от освоения Арктики до автомобилестроения и медицины. Создание композитов – молодая отрасль, утвердившаяся лишь с развитием самых современных технологий, напоминает начальник отделения прочности судов и морских сооружений ФГУП «Крыловский государственный научный центр» Валерий Шапошников.
– В советское время при том уровне развития техники и технологий в полной мере не представляли, чего можно добиться от композита. К примеру, существовала технология так называемого контактного формования конструкции, но процесс полностью не контролировался, и какие свойства получатся в конечном изделии, можно было лишь догадываться. Сколько смолы нужно нанести на ту или иную поверхность, как вы натянете основу, ровно или нет наклеите – все зависело от человеческого фактора. Большую часть конструкций изготавливали методом литья из полимерного материала. Конфигурация была относительно простой и не обладала интересными свойствами, которых можно достичь сейчас. Когда же это все делается на основе компьютерных технологий, мы можем абсолютно точно управлять процессами чуть выше молекулярного уровня и прогнозировать нужные характеристики.
– Чем ценны композиты для судостроения?
– Преимущество композитов – совмещение нескольких параметров: легкости, прочности, коррозийной стойкости, проникновения или отражения сигналов и излучений и многих других. Скажем, мы определенным образом под разными углами армируем материал, внедряем внутрь отдельные элементы, обладающие заданными характеристиками. И можем добиваться нужных свойств, например, высокого демпфирования – подавления вибрации и шума на кораблях рассеиванием энергии за счет перераспределения направлений ее движений, которые гасятся внутри материала. Задавая определенные свойства, можно добиваться требуемых шумоизоляционных и других характеристик. К примеру, по таким технологиям мы предлагаем выполнять надстройки на новом ледоколе. Они будут в 1,8 раза легче стальных, снизят шум и вибрацию.
Из композитов логично изготавливать модули для работы в условиях Крайнего Севера, выдерживающие сверхнизкие температуры. И конечно, новые материалы просто необходимы боевым кораблям, где мультифункциональные конструкции обеспечат целый комплекс защитных свойств – от бронирования до радиопрозрачности, радиопоглощения, в зависимости от того, что требуется.
На Средне-Невском судостроительном заводе построен уникальный тральщик, корпус которого немагнитный. Он целиком выполнен из стеклопластика, что особенно важно для корабля противоминной обороны.
Композитные материалы лежат в основе стелс-технологий, благодаря чему наши новые корветы, что строятся на Северной верфи, называют «невидимыми». Причем «стелс» по техзаданию может быть в разных ипостасях – с точки зрения отражения и поглощения сигналов и с точки зрения звукоизлучения – либо пропускает звук насквозь, либо, если нужно, наоборот, все отражает.
Подобные «невидимые» технологии сверхвостребованы, разумеется, и на подводных лодках. Притом что композит не расчески из пластмассы. Это материал относительно дорогой, хотя и дешевле, чем, например, титан. Правда, уже обозначилась тенденция: металлоконструкции по мере развития техники становятся дороже, а композиты, наоборот, дешевле и доступнее.
Хорошей альтернативой титановым сплавам для подводных аппаратов может стать акрил, который наряду с достаточной прочностью обладает очень важным качеством – прозрачностью. За рубежом из перспективного материала уже формируют прочные корпусы для погружения на малые и средние глубины. У нас в России акрил пока применяется только в конструкциях иллюминаторов обитаемых подводных аппаратов. Сложность и новизна задачи связана с тем, что необходимо создать материал в больших толщинах, в частности для глубины погружения 300 метров требуется оболочка толщиной около 200 миллиметров.
– Получается, композитные изделия способны конкурировать с металлическими аналогами везде?
– У нас есть весьма интересные разработки, связанные с применением углепластика, стеклопластика. Если будут заказы, мы готовы такие конструкции спроектировать и изготовить для подводного флота. Наши технологии позволяют это сделать.
Крылья будущих самолетов из углепластиков уже показывали по телевизору. У нас в эллинге есть спроектированные, изготовленные и испытанные образцы подводных крыльев для морской техники. Они пока еще не нашли широкого применения, но уже готовы к внедрению.
ЦНИИ КМ «Прометей» наладил производство подшипников из углепластика. На повестке дня – выпуск различной арматуры (клапанов, задвижек), которые нужны в огромных количествах.
В Крыловском центре разработаны для нефтяников добычные райзеры, связывающие устье скважины и платформу специальные трубы, из композиционных материалов, которые обладают высокой морозостойкостью, легкие и не требуют дополнительных блоков плавучести, чтобы их поддерживать в море.
Еще одна наша разработка – изоляция для перевозки сжиженного газа готова к производству и ждет заказчиков. Тем более поставки сжиженного газа из порта Сабетта уже начались и наши комплектующие вполне могут заменить импортные, они ничем не хуже по потребительским качествам.
А еще изделия из композитных материалов выгодны благодаря увеличенному сроку эксплуатации или жизненному циклу. Пусть металлический клапан вдвое дешевле композитного, но прослужит он вчетверо меньше. Об этом наши заказчики пока не задумываются.
Вообще, как это ни грустно, в российском судостроении применяется только полпроцента мирового объема полимерных композиционных материалов, а в Китае – 28 процентов, в США – 14 процентов.
Вероятно, до сих пор сказывается провал нашей промышленности в разрушительные 90-е годы, но основная причина, мне кажется, все же в определенном консерватизме наших конструкторов и производственников.
Инженеры, проектанты, заводчане готовы делать все что угодно из любого железа и не очень стремятся к широкому применению композитов. Притом что еще одна наша извечная беда – слишком долгий путь от идеи до внедрения – уже фактически побеждена. Да и пример тральщиков Средне-Невского завода и корабельных надстроек для корветов вполне убедителен для любых скептиков.
– Чего недостает России для «композитной революции»?
– Чтобы композитные материалы быстрее и успешнее использовались в производстве, входили в жизнь, необходимы конкуренция – наши разработки выдержат ее в сравнении с импортными аналогами – и, конечно, политическая воля. Без этого процесс идет и медленно, и тяжело. Отраслевую программу внедрения композиционных материалов в судостроение на 200 листах мы разработали еще года четыре назад. Она была одобрена в Минпромторге, но до реализации по большому счету дело так и не дошло.
Хотя там приводится аттестация отечественных компонентов, есть номенклатура, которую целесообразно выпускать из них, необходимые производственные мощности и требуемые средства, кстати, не астрономические. Во всяком случае любой проектант, создавая те или иные сооружения, морскую технику, сегодня может использовать наши данные и творить, не обращаясь ни к каким ОКР, не проводя никаких дополнительных затрат.
– Хорошие композиты требуют качественных составляющих. Насколько развито их производство в России?
– В свое время государство вложило достаточно большие деньги в строительство заводов по производству компонентов. Угольное и стекловолокно, различные клеевые смеси, компаунды выпускаются у нас в достаточном количестве для успешного старта. Даже с некоторым избытком. С имеющимися заказами сейчас вполне справляется Средне-Невский завод. Но в перспективе, конечно, необходимы локальные современные производства и на других ведущих судостроительных заводах.
Безусловно, продвижение композитных материалов жестко связано с финансированием. В этом плане Крыловский центр как головной институт судостроения находится в особой ситуации. Мы тратим средства, разрабатываем и испытываем ноу-хау, а затем передаем готовые полуфабрикаты в конструкторские бюро и на предприятия, которые получают за них живые деньги. По уровню разработок мы не отстаем от общемирового, а кое в чем даже опережаем зарубежных конкурентов. Однако рынок композитных материалов развивается очень стремительно, и необходимо вкладывать средства в создание новых компонентов и изделий.
– Прежде чем вкладывать, эти средства необходимо где-то найти…
– Конечно, было бы полезно, если бы этими разработками заинтересовались наши ведущие сырьевые компании – конечные потребители высокотехнологичной гражданской продукции. Но они раскачиваются медленно, опираясь на проверенные десятилетиями металлы и не торопясь внедрять что-то новое, которое окупится и принесет прибыль лишь в обозримом будущем. Поэтому серьезных вложений в разработку, производство и продвижение композитных материалов приходится ждать лишь от государства. Как, впрочем, принято в мире в части всех фундаментальных исследований. И в этом плане принятие межотраслевой федеральной материаловедческой программы на уровне высшего руководства страны пошло бы на пользу.
Композитные материалы уже не чудо. Это рабочий инструмент, за которым будущее. А на будущем не стоит экономить.
К примеру, наконец-то освоение Арктики стало одним из ключевых направлений государственной политики России. Оживает Северный морской путь – в 2017-м по заполярной трассе было перевезено 8,5 миллиона тонн грузов, а к 2022 году прогнозируется рост до 40 миллионов тонн. В нашей Арктической зоне сосредоточено до 30 процентов от общемировых запасов минерального и углеводородного сырья. В настоящее время локализовано до 25 процентов прогнозируемого объема месторождений, разведка, разработка и промышленное освоение которых впереди. Все это потребует создания широкой номенклатуры надводных и подводных технических средств. Без композитных материалов здесь не обойтись.
Информация