Александр Владимирович Хрульков участвовал в разработке высокодеформативного связующего для полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых углеродных наполнителей.
Соавтор многих патентов и научных статей по автоклавным и безавтоклавным технологиям производства композитов. Награжден памятным знаком ВИАМ.
Успех любой технологии – в мелочах
Профессию инженера я выбрал на генетическом уровне. Мой отец, инженер по образованию, работал в Национальном институте авиационных технологий (НИАТ). Поэтому с детства в какой-то степени я ассоциировал себя с техникой, часто размышлял об авиации. После окончания Московского авиационно-технологического института я, как и планировал, распределился в НИАТ, где мой отец занимался гироскопами – их доводкой, шлифованием.
НИАТ специализировался на разработке оборудования и новых технологий изготовления перспективных конструкций. Созданные на его базе выездные бригады отправлялись на работу в конструкторские бюро. Так, сначала я попал в КБ Миля в Панках, где занимался намоточными технологиями. Тогда мы разрабатывали технологию изготовления стеклопластикового лонжерона хвостового стабилизатора вертолета. Все это делалось на первом намоточном станке НЛ-1. Мы получали что-то типа ленточек, которые наматывались на оправку для лонжерона. Необходимо было отработать технологию: по какой траектории должно все это двигаться, чтобы в итоге получить изделие, способное летать. Это были не несущие винты, для которых сейчас ВИАМ разрабатывает препреги. Тогда только зарождалась технология намотки лонжерона хвостового стабилизатора вертолета. Хотя и в наши дни технология не изменилась в принципе: та же ленточка, которая наматывается – то есть, по сути, это была аддитивная технология. Принцип тот же самый: добавочный. Препреги по сути своей являются сырьем для аддитивных технологий. Если металл при этой технологии спекается лазерным лучом, то у нас заготовка отверждается в печке, в автоклаве или на обогреваемой оснастке.
Итак, пять-шесть лет я отработал инженером под руководством Игоря Сергеевича Карпейкина – он занимался изготовлением трансмиссионных валов передачи вращательного движения на хвостовой винт вертолета. Запомнился один случай: при испытаниях нагрузку дали чуть больше, чем надо – и разлетелись углепластиковые трансмиссионные валы в разные стороны. Испытание проводили на земле и, слава Богу, никто не пострадал. Но это направление прикрыли.
В дальнейшем меня направили организовывать цех в подмосковные Луховицы. Сейчас там собирают микояновские машины. А когда я оказался в том месте впервые, там еще рыли котлован, чтобы построить цех для производства композитных конструкций. Я отвечал за организацию работы цеха и наладку оборудования в нем. Не всегда все шло как по маслу. Например, сделали воздухозаборники для МиГа из углепластика намоткой. Для этого использовались специальные станки. Но технология была несовершенной и неотработанной, поэтому при эксплуатации возникали поломки. А причина была вот в чем: когда осуществлялось крепление трубы воздухозаборника, нужно было сделать массу отверстий, чтобы все это скрепить с фюзеляжем. А сверлили так, что уголь расслаивался и разлетался. Затем состояние ухудшалось при клепке. Естественно, когда самолет выходил на определенный режим перегрузок, происходил помпаж – и детали разрывало. Ведь никто не рассчитывал, что материал детали расслоится и конструкция потеряет свои прочностные несущие характеристики.
Перефразируя народную мудрость, скажу так: ноу-хау кроется в мелочах. Так и успех технологии зависит от каких-то важных частностей. И очень важно во всем дойти до сути, до самых истинных корней. А путь этот бывает не всегда простой, но дорогу осилит идущий.
В 90-е получить материал было легче, чем зарплату
В 1989 году на основной территории ВИАМа была организована технологическая лаборатория по переработке полимерных композиционных материалов. Я был приглашен в эту лабораторию. Мы занимались технологиями изготовления и внедрения материалов, разрабатываемых в ВИАМе. Запустили шольцевский автоклав и пропиточную машину.
Сейчас идет реконструкция, и автоклав скоро заменят на более современный. А пропиточная машина еще будет работать. В будущем же будет все новое. Руководство института пристально следит за своевременным обновлением оборудования, все исследования ведутся на самом высоком уровне.
В 90-е была задача – выжить. Я, например, до работы и после нее занимался тем, что развозил журналы Издательского дома «Бурда». Там работал мой брат, он и взял меня на подработку.
Для науки это были очень тяжелые времена – не хватало современных приборов и установок. Все было изношенное: стояли еще довоенные механообрабатывающие станки.
ВИАМ достойно пережил лихие 90-е благодаря уверенной политике нашего руководителя, Генерального директора ВИАМ, академика РАН Евгения Николаевича Каблова.
Умные композиты сами поменяют режим функционирования в зависимости от условий полета
Суть деятельности нашей лаборатории, которая время от времени меняла название, не изменилась. Она всегда оставалась технологической лабораторией. Мы работаем в единой связке с лабораторией связующих, лабораторией углепластиков, лабораторией стеклопластиков и ульяновским филиалом ВИАМ, где располагается производственная технологическая база. В них генерируются и реализуются идеи, разрабатываются материалы, формуются детали в автоклаве. Свойства новых материалов проверяются в Испытательном центре, где подтверждается их пригодность для использования в том или ином изделии. А малотоннажное производство включает в себя уже современную пропиточную машину, которая позволяет делать препреги по новой технологии и использует современные с точки зрения свойств связующие: они более ударопрочные, высоковязкие.
Производство препрегов и связующих можно сравнить с приготовлением супа. Если его не посолить, не поперчить, то не будет вкусно! Так вот, мини-добавки позволяют получать те свойства, которые обеспечивают ударопрочность, теплостойкость и все остальные свойства, необходимые современному материалу.
В частности, мы выпускаем однонаправленные препреги: то есть, когда из жгутов или нитей набирается полотно, и в результате получается однонаправленная лента. В дальнейшем формируется нужное количество слоев – и задуманная деталь готова. Сектор, который занимается препрегами, возглавляет Юрий Олегович Попов. Разработанные под его руководством материалы будут использовать в лопастях нового российского вертолета.
Второе направление лаборатории – автоклавное формование. Например, из тех же препрегов. Здесь важно все: при какой температуре, сколько времени, как смазать, чтобы не прилипло, какой рисунок должен быть.
Есть и новое направление: «умные композиты» – изделия с заложенной функцией самодиагностики и даже реакциями на те или иные изменения летающего «организма». Допустим, у нас жарко в доме – и мы убавляем отопление, холодно – прибавляем. То же самое может делать и прибор, у которого установлен специальный датчик температуры. Диагностирующийся материал сообщит, какие нагрузки несет тот или иной агрегат, допустимы они или недопустимы. В дальнейшем эти «умные композиты» должны реагировать на скорость полета, создавая какой-то специфичный именно для этого профиль, в зависимости от скорости и режима полета. Недаром сверхзвуковые аппараты имеют треугольную форму. То есть летательный аппарат может видоизменяться в процессе полета. Я в первую очередь имею в виду аэродинамические характеристики, которые, вариативно изменяясь, позволят обеспечивать необходимый оптимальный режим полета.
Большой интерес проявляется сейчас к технологии получения заготовки конструкции методом плетения: делается заготовка, потом пропитывается связующим. За счет этого плетения она более ударостойкая и ее жизнестойкость более высокая к повреждениям. Не смотря на локальное повреждение, конструкция при этом остается работоспособной.
Еще одно направление, которое мы сейчас хотим освоить, – это создание объемных преформ.
Надо научиться создавать отечественные материалы
Сегодня технологическая лаборатория успешно развивает производство препрегов на основе узких углеродных лент и тканей. Надеемся, что в дальнейшем их потребление будет только расти, так как сегодня обозначилась тенденция к развитию российской авиации. Конечно, подъем идет непросто. Например, уже летает самолет Сухой Суперджет. С одной стороны, это первая машина после развала Советского Союза, созданная в России, в «цифре», современная. Но при этом более чем на 80% она состоит из импортных комплектующих. Поэтому в перспективе задача нашего авиапрома – поставить на поток российские материалы и комплектующие. То же с препрегами: мы стараемся переходить на свои материалы, наполнители и связующие. Быстро это не произойдет. Но у России другого выхода нет.
Недавно было опубликовано интервью руководителя ВИАМ Евгения Николаевича Каблова, где на вопрос, способна ли Россия вновь стать лидером в получении новых знаний и технологий, дан однозначный ответ: выбор наш предопределен. Россия сумеет восстановить статус мировой державы или ее раздерут на части, как СССР.
ВИАМ этому вызову, считаю, готов противостоять. Институт оснащен действительно самым современным оборудованием и отвечает мировым стандартам своего сегмента. Современные автоклавы, пропиточные машины для производства препрегов, реакторы для синтеза и выпуска нового поколения высоковязких связующих, аналитические комплексы для исследований – все это надежный фундамент для разработки новых материалов и технологий.
Если раньше, как я уже говорил, было необходимо выжить, то сейчас наша цель – создание современного продукта, что тоже не так просто. Все зависит от задач, которые ставятся. В этой связи с благодарностью вспоминаю своего институтского преподавателя Елену Борисовну Тростянскую, которая учила нас мыслить масштабно и поощряла, когда на ее каверзные вопросы не отвечали однозначно. Для конкретной задачи должно быть конкретное решение. Однозначных ответов не должно быть – все зависит от конкретики. И если бы жизнь была однозначная, то было бы неинтересно жить.
Связующие, наполнители и препреги мы могли бы изготавливать из своей нефти
Повторюсь, моя работа сейчас заключается в создании современных материалов и внедрении их взамен тех импортных, которые используют при создании композитов. Например, крылья для перспективного самолета сегодня начинают делать из импортных материалов. Наша задача – разработать свои материалы и внедрить их в производство. Такие работы уже ведутся. Хорошо бы, если на государственном уровне было принято решение, чтобы использовать нефть и газ не только на продажу. Ведь из них можно делать и связующие, и наполнители, элементы конструкции обшивки крыла, лонжерона, отсеки фюзеляжа.
Поэтому очень важно сегодня совершенствовать связующие. Например, еще недавно связующие были растворного типа: из высушенного раствора получалась смола. Теперь получена технология расплавного типа – уже не «вылетает» бессмысленно растворитель в воздух. А происходит это за счет нагревания, расплавления и совмещения при соответствующих режимах – создается полотно, пропитанное полимерным составом, которое обеспечивает необходимые свойства.
Сегодня есть попытка производства авиакрыла методом инфузии. Мне пока до конца не понятно – насколько качество такого изделия будет гарантировано. Получается так: каждое крыло – уникально. Но будет ли возможна идентичность? Поэтому стоит задача – научиться воспроизводить свойства и качество изделий. На западе применяют автоклавную технологию. У нас решили, что будут делать, используя вакуумную инфузию. Это к тому же дешевле. Жизнь подскажет – кто был прав.
В начале своего пути в ВИАМе я тесно работал с Георгием Михайловичем Гуняевым по созданию углепластиков, вел свою технологическую часть. Сегодня сотрудничаем с Юрием Олеговичем Поповым. Большую поддержку на всех этапах оказывало и оказывает руководство ВИАМ.
Сейчас все больше и больше нашей продукции востребовано в строительстве гражданских самолетов. Те же композиты: их основная задача – снизить вес. Что значит снижение веса для самолета? Это экономия топлива, возможность более дальнего полета, больше пассажиров. Другими словами, обеспечение эффективного использования летательного аппарата. При производстве деталей для Суперджета, иных перспективных самолетов – все больше используются наши, виамовские материалы. И композиты, и металлы. Кроме того, композиты находят широкое применение не только в авиации, но и в строительстве, автомобилестроении, в производстве спортинвентаря и многих других областях. Практически все известные композиционные материалы разработаны в ВИАМе.
Сегодня, когда есть все необходимое оборудование, вполне реально вывести технологии на новый уровень – сделать современные композиционные материалы и внедрить в производство для изготовления нового поколения самолетов, которые уже наполовину будут состоять из композитов. Они будут легче, вместительнее, эти перспективные летательные аппараты.
Найдем способ удешевить электроэнергию – композитами можно будет крыть дачи
Одновременно стоит задача сделать наши материалы как можно более доступными. Пока на этом пути есть препятствия. Например, можно сделать крышу на даче из углепластика! Это легчайшая, молнестойкая, долговечная крыша. Но сегодня она будет стоить дороже, чем весь ваш дом и участок. Но когда-нибудь возможности соединяться с потребностями. Проходит время, и находятся способы поставить на поток некогда дефицитное. Почему композиционные материалы дорогие? Потому что для того, чтобы сделать наполнитель – нужны высокотемпературные печи, в которых все бы это расплавляли, тянули бы эти ниточки-волокна.
А ведь наши материалы могут быть востребованы во многих отраслях народного хозяйства – они годятся и для автомобилестроения, и при строительстве особенно высотных домов. Чем выше здание – тем больше нагрузка на основание. Придумали железобетон – металл несет большую нагрузку и меньше места занимает. Так же и здесь: композиты легче металла в пять раз. Поэтому найдется ему применение.
Уверен, что наступят времена, когда, благодаря термостойкости и одновременно легкости материалов, гражданские суда будут долетать из Москвы до Нью-Йорка меньше чем за час. Теоретически такие вопросы уже могут быть решены. Воплощение – вопрос стоимости и надежности.
Я очень горд, что причастен к российской науке, к ВИАМу, хотя своим вкладом или заслугой, как угодно, считаю лишь ежедневный кропотливый труд. Думаю, что все, кто работает в нашем институте, также горды тем, что у них есть такой Дом, в котором можно заниматься любимым делом, проявлять себя и при этом получать достойную заработную плату. Так и хочется спеть «как здорово, что все мы здесь сегодня собрались» и «от зари до зари» создавать новые, замечательные материалы.
Основные публикации А.В. Хрулькова
1.Чурсова Л.В., Душин М.И., Хрульков А.В., Мухаметов Р.Р. Особенности технологии изготовления деталей из композиционных материалов методом пропитки под давлением / В сб. тезисов докладов межотраслевой науч.-тех. конф. «Композиционные материалы в авиакосмическом материаловедении». М.: ВИАМ. 2009. С. 17.
2.Хрульков А.В., Душин М.И., Попов Ю.О., Коган Д.И. Исследования и разработка автоклавных и безавтоклавных технологий.
3.Чурсова Л.В., Душин М.И., Хрульков А.В., Мухаметов Р.Р. Особенности технологии изготовления деталей из композиционных материалов методом пропитки под давлением / В сб. тезисов докладов межотраслевой науч.-тех. конф. «Композиционные материалы в авиакосмическом материаловедении». М.: ВИАМ. 2009. С. 17.
4.Хрульков А.В., Душин М.И., Попов Ю.О., Коган Д.И. Исследования и разработка автоклавных и безавтоклавных технологий формования ПКМ //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 292–301.
Интервью провела и подготовила Светлана Офитова