I Ryssland har ny teknik utvecklats för tillverkning av inglasning av kupéerna för militära och civila flygplan från silikatglas. Sådana produkter visar sig vara lättare och starkare än om de hade skapats av tidigare använda organiska material. Silikatglas används också inom andra områden, från rymdforskning till bostadsbyggande.
Sedan flera år tillbaka har det funnits en debatt bland rymdforskare om säkerhetsbedömningen och driften av den internationella rymdstationen. Faktum är att det finns 13 fönster installerade i det ryska segmentet av ISS. Under gemensamma diskussioner om ISS föreslås det att stänga fönstren i det ryska segmentet med blindproppar på grund av risken för defekter i glaset på grund av påverkan av mikrometeoriter - de säger att stationens säkerhet kan förbättras. Men representanten för den ryska sidan - chefen för Scientific Research Institute of Technical Glass (NITS), hedrad vetenskapsman, vice ordförande för Academy of Engineering Sciences i Ryska federationen, doktor i tekniska vetenskaper, professor Vladimir Solinov står fast vid - under många år har kvarvarande styrka efter påverkan av rymdmikropartiklar bevarats och olika strålning och andra hot från rymden påverkade inte säkerheten för fönstren som skapades vid institutet, liksom besättningen, därför finns det inga skäl att begränsa observationen av vår planet, "skymmer" kosmonauternas arbete i de ryska modulerna i orbitalstationen.
Portholes för orbitalstationen är bara en av få produkter som tillverkas av NITS. Huvuddelen av arbetet för forskare och teknologer vid institutet i sydvästra Moskva är naturligtvis förknippat med skapandet av strukturell optik, inglasning eller som de säger här "komplexa transparenta optiska system" för stridsflygplan av den fjärde och femte generationen som produceras av UAC -anläggningarna. Och varje år finns det mycket mer arbete för luftfarten.
Silikat eller organiskt
På bilden: T-50 vindrutaämnen i en härdningskassett.
Silikatglas är ett material med unika egenskaper. Dess transparens, höga optik, värmebeständighet, styrka och möjligheten att använda olika beläggningar gör den oumbärlig för flygglasrutor. Men varför prioriterades organiskt material vid inglasning av flygplansstugor utomlands och i vårt land? Bara av en anledning - det är lättare. De säger också att silikatglas är för ömtåligt.
Under de senaste åren har utvecklingen av NITS -materialforskare gjort det möjligt att radikalt förändra konceptet med silikatglas som ett sprött material. Moderna förstärkningsmetoder gör det möjligt att ge glas för moderna stridsflygplan styrka som är tillräcklig för att motstå påverkan av en fågel som väger cirka två kilo med en hastighet av 900 km / h.
”Idag har härdningsmetoden i ytskiktet uttömt sig. Det är dags att ändra glasets inre struktur, dess defekt, säger Vladimir Solinov. Hur märkligt det än kan tyckas, underlättas detta av de sanktioner som västlägger. Faktum är att även under "försanktionstiderna" levererade utländska företag, genom Nato-beslut, inte silikatglas av förbättrad kvalitet till Ryssland, som användes där för särskilda ändamål. Detta tvingade NITS att använda arkitekturglas. Även om ryska tillverkare producerar miljontals kvadratmeter sådant glas, är dess kvalitet inte lämplig för användning inom luftfart.
Importbyten kom till undsättning: ett nytt projekt för FoU och design av utrustning som var helt ny för glasindustrin lanserades i Moskva.
Alla glassyntesprocesser med rysk prioritet kommer att testas på den.
Projektet anförtrotts den unga forskaren Tatiana Kiseleva. 26-årig examen från Ryska universitetet för kemisk teknik. D. I. Mendeleeva är chef för laboratoriet, 2015 försvarade hon sin avhandling. På glasavdelningen i Mendeleevka studerade Tatiana egenskaperna hos transparent rustning. En av hennes yrkesmässiga utmaningar är att utveckla glas som skulle ha bättre egenskaper än en av världens bästa analoger - herkulitglas, som Ryssland ännu inte har producerat.
Projektet bygger på en ny originalmetod för glassmältning. Redan idag har laboratoriet erhållit glasprov, vars strukturella styrka är tre gånger högre än de analoger som erhållits med den traditionella metoden. Lägg till detta de befintliga härdningsmetoderna, så får du glas, vars styrka är flera gånger högre än många typer av legerat stål. Mer hållbart glas gör lättare produkter. Det bör dock noteras att utvecklarna av organiskt glas ständigt förbättrar sina produkters tekniska prestanda, tvisten om vilket glas som är bättre är inte över.
Lykta för T-50
På bilden: en uppsättning glasrutor för ett T -50 -flygplan - ett främre visir och en fällbar del.
Föreställ dig ett paket med flera kiseldioxidglasplattor som du vill effektivisera framvisiret på ett höghastighetsflygplan.
För ungefär fyrtio år sedan utvecklade NITS -specialister tekniken för djupböjning. Flera lager glas läggs i en speciell ugn. I flera timmar vid höga temperaturer under sin egen vikt böjer sig glaset och får önskad form och krökning. Om det behövs trycker speciella mekanismer på arbetsstycket, vilket tvingar det att böja enligt ett speciellt schema.
För första gången i världen, med hjälp av denna teknik, har MiG-29-fightern ersatt lyktan, som bestod av tre glas, med ett glas fritt från silikat.
Med en ökning av hastigheten ökade kraven på glasets värmebeständighet, vilket organiskt glas inte längre klarade. Samtidigt skärptes de optiska och synlighetskraven. För flera år sedan, i samarbete med Sukhoi Company, United Aircraft Corporation, utvecklades en ny teknik för tillverkning av glas för T-50.
Utvecklingen finansierades av flygplanstillverkare, delvis av industri- och handelsministeriet. Stort stöd gavs för att genomföra företagets tekniska omutrustning, säger Yuri Tarasov, chef för UAC Technology Center.
Som ett resultat är vindrutan på T-50-flygplanet nästan dubbelt så stor som visiret på MiG-29, och produktens form från en klassisk cylinder har förvandlats till ett komplext 3D-format.
Resultatet - för första gången i världen var den främre och vikta delen av T -50 flygplanskronan (tillverkad av Sukhoi) gjord av silikatglas i 3D -format. Dessutom visade sig vikten på dessa delar vara lägre än om de var gjorda av organiskt glas.
De uppnådda resultaten gav en drivkraft för att utrusta flygplan från andra fabriker och designbyråer som ingår i UAC med liknande glasrutor. Omedelbart fanns det ett behov av modernisering, ersättning av organiskt glas med silikat, till exempel på Yak-130, Su-35, MiG-31, MiG-35 flygplan. Efter en sådan byte (dvs. förbättring av glasets hållfasthetsegenskaper) nådde MiG-35 till exempel för första gången en hastighet på upp till 2000 km / h, det vill säga att den kunde flyga 40% snabbare i genomsnitt än något annat flygplan i världen.
Under de senaste åren har Moskvas forskares arbetsstil förändrats på allvar. Omkring trehundra NITS -specialister utför en hel cykel - från tekniska specifikationer till småskalig produktion. Detta inkluderar utveckling av teknik och val av nyckelmaterial vid användning av glas och en stor testcykel för alla faktorer som påverkar flygplanet, både på marken och i luften.
Flera nyckelkrav ställs på modernt glas, bland annat, förutom hög hållfasthet, är optisk transparens, hög ljusöverföring, ökat visningsområde, antireflekterande egenskaper, skydd mot effekterna av solstrålning och annan strålning, isbildning egenskaper, vilket säkerställer enhetlig elektrisk resistivitet.
Allt detta uppnås genom aerosol-, vakuum- eller magnetronbeläggning. Kraftfull och sofistikerad utrustning förångar metall och avsätter den på glasytan gör att NITS kan applicera alla beläggningar, inklusive de som skyddar mot speciella faktorer.
Denna uppsättning egenskaper gör det möjligt att tala om en glasprodukt som ett komplext optiskt system, och höghållfasthetsegenskaperna hos glas, som är en del av flygplanets cockpit, skapade ett nytt vetenskaps- och teknikområde och introducerade termen strukturell optik produkter”(ICO).
Ny teknik
På bilden: ladda ett glasskiva för vidare bearbetning.
När produkten - den gångjärniga delen av lyktan för T -50 - lastas ur ugnen för vidare bearbetning, liknar den knappast en framtida produkt. Vid böjning av glas deformeras arbetsstyckets kanter, och det är omöjligt att ta bort dem från ett stort arbetsstycke, som har en komplex geometrisk form, med ett diamantverktyg. Lasern kom till undsättning. Laserstrålen i robotkomplexet skär inte bara arbetsstycket enligt det program som fastställs i det, utan ökar också styrkan på produktens kant genom att smälta kanten, vilket förhindrar sprickor. Laserskärning av stora 3D-produkter användes först i Moskva. Denna metod patenterades i mars 2012. Laserstrålen används också för att skära av det elektriskt ledande skiktet på glasytan och skapa värmezoner. Efter laserbehandling ser arbetsstycket mer och mer ut som en T-50 ficklampa.
Efter skärning bearbetas varje arbetsstycke på en femaxlig maskin. Den unika lådan gör att den kan ge noll initiala påfrestningar på den. Institutets chefsteknolog, Alexander Sitkin, talade om möjligheterna att använda komplexet för slipning och polering av glasytan: arbete som vid behov endast utförs manuellt. Den utvecklade tekniken är institutets stolthet.
På senare tid monterades ett färdigt glasblock med hjälp av ett tätningsmedel i en metallram. Övergången till kompositmaterial som utvecklats av NITS gjorde det möjligt att minska produktens vikt med 25%, öka fågelmotståndet och glasresursen till nivån för glasrutoresursen. Det blev möjligt att byta inglasning i fältet.
Hela produktionscykeln för ICO varar ungefär en och en halv månad. De flesta produkterna går till UAC: s tillverkningsanläggningar, några till reparationsanläggningar för modernisering, och några till flygvapnen i flygvapnet, i de så kallade första hjälpen-kit. Huvuddelen av NITS -produkter utförs inom ramen för den statliga försvarsordern.
NITS är ovilligt att dela information om egenskaperna hos inglasning för stridsflygplan. Men det är klart att glasögonen som utvecklats för cockpit i inhemska civila flygplan är överlägsna de importerade i ett antal parametrar.
Till exempel, som du kan se på NITS webbplats, är tjockleken på glaset på Tu-204 17 mm, tjockleken på glaset med samma egenskaper för Boeing 787 är 45 mm.
Generation V
Under de senaste åren har institutets direktör, Vladimir Solinov, lyckats föryngra laget rejält. Både ungdomar och erfarna specialister arbetar vid produktionen i Moskva, som nyligen firade sitt 60 -årsjubileum. Seniorelever i Mendelejevka kommer gärna hit. Kommer att öva på institutet och lära sig att det finns löner på 70 tusen rubel, först är de anställda av vanliga arbetare, sedan växer de snabbt till teknologernas nivå. Det finns också många erfarna arbetare.
En av dem, Nikolai Yakunin, bearbetar glas för helikoptrar.”Jag kom hit direkt efter armén, för fyrtio år sedan. Men om det inte vore för den höga automatiseringsnivån hade det förmodligen inte överlevt. Det är svårt för mig att arbeta hela dagen även i god fysisk form med en produkt som väger 30 kg, säger Yakunin.
Människor och naglar
Över hela världen används teknik som utvecklats för flygplanskonstruktion som tillåter tillverkning av glasögon med önskad styrka inom många andra sektorer i den nationella ekonomin.
För flera år sedan, för att bevisa silikatglasets höga hållfasthet, tillverkade institutet … naglar av glas. De slog mig med en hammare. De kan hitta tillämpning i produkter med antimagnetiska egenskaper.
Dessa spikar testades också under konstruktionen, istället för klämmor vid limning av yachtskrov. Men naglarna förblev bara exotiska. Nu behöver ingen bevisa glasets höga hållfasthet - alla NITS -verk är bevis på den höga kvaliteten på detta gamla och samtidigt helt nya material.
Institutdirektör Vladimir Solinov använder alla sina förmågor för att bevisa behovet av att säkerställa hög hållfasthet av glas, inklusive arkitektur och konstruktion.
Han är medlem i den rysk -amerikanska kommissionen för rymdsäkerhet, som diskuterades i början av denna artikel, liksom kommissionen för stadsutveckling under statsduman - trots allt, när det gäller konstruktion av moderna byggnader, blir en allt större del av materialen är glas. Detta innebär att teknik och material som utvecklats för luftfart inom en snar framtid kommer att göra miljontals människors liv bekvämare och säkrare.
