На фоне глобальных вызовов, связанных с изменением климата, загрязнением атмосферы и сокращением объемов невозобновляемых энергоресурсов, количество авиаперевозок в мире постоянно растет, а требования к обеспечению безопасности и экологичности полетов при этом повышаются. Все это задает ряд прогрессивных тенденций в развитии авиастроения и делает необходимым поиск новых подходов к конструированию летательных аппаратов и внедрению оптимальных технических решений. В настоящем выпуске информационного бюллетеня описаны три перспективных технологических направления: применение материалов со специальными свойствами для изготовления деталей двигателя, элементов конструкции планера и других систем летательных аппаратов; развитие концепции «более электрифицированных» самолетов (More Electric Aircraft) и создание интегрированной модульной авионики для повышения эффективности использования бортового оборудования.
Версия для печати:
№9 Новые технологии авиастроения (PDF, 1007 Кб)
Композитные материалы в авиации
Улучшить функциональные свойства летательного аппарата, снизить его вес на 20–40%, сохранив при этом оптимальный баланс между прочностью и весом, повысить энергоэффективность, минимизировать эксплуатационные расходы и обеспечить безопасность полетов можно за счет более широкого использования конструкционных композиционных материалов (композитов) нового поколения.
Так, металлические композиционные материалы, обладающие высокой жаропрочностью, могут использоваться для создания деталей двигателей нового поколения: сопловых лопаток и створок регулируемого сопла. Керамические композиционные материалы применяются для изготовления теплонагруженных поверхностей носовой части фюзеляжа и передней части крыла высокоскоростных летательных аппаратов. Информкомпозиты с сенсорными элементами позволяют отслеживать критические деформации конструкций, снижая затраты на диагностику, технический осмотр и ремонтные работы.

Эффекты
Значительное сокращение веса самолетов (в среднем до 30%) и расхода топлива
Снижение временных и стоимостных затрат на диагностику
Увеличение срока службы летательных аппаратов
Повышение безопасности полетов (рост надежности, трещиностойкости и усталостной прочности конструкций самолетов и др.)
|
Оценки рынка
$143 млрд
может достичь к 2025 г. мировой рынок композитных материалов (ожидаемый среднегодовой темп роста — 7,5%). Объем рынка композитов для аэрокосмического сектора в 2016 г. составит около $10 млрд.
|
Драйверы и барьеры
Ужесточение международных требований к показателям безопасности и эмиссии вредных веществ
Внедрение цифрового моделирования процессов производства и испытаний композиционных материалов предприятиями авиационной промышленности России
Расширение применения беспилотных летательных аппаратов
Трудность ремонта деталей и конструкций из композиционных материалов
Проблемы утилизации деталей из композиционных материалов
|

Международные научные публикации

|
Международные патентные заявки

|
Уровень развития технологии в России
«Возможность альянсов» – наличие отдельных конкурентоспособных коллективов, осуществляющих исследования на высоком уровне и способных «на равных» сотрудничать с мировыми лидерами
|
Концепция «более электрифицированного» самолета
Наряду с применением композиционных материалов в целях снижения веса конструкции самолета используются и новые решения в системах управления его основными агрегатами. Апробируются возможности перехода от довольно сложных и дорогих в эксплуатации гидравлических систем к электрическим. В частности, электродвигатели предлагается использовать для управления элементами крыла и хвостового оперения, выпуска и уборки шасси, передвижения самолета от места посадки пассажиров к взлетно-посадочной полосе.
Концепция «более электрифицированного» самолета находится пока на начальной стадии разработок, однако ей уже были посвящены четыре международные конференции. Основными областями применения концепции может стать авиация общего назначения, коммерческие и беспилотные летательные аппараты.
При прогнозируемых значительных масштабах применения бортовых электротехнических средств повышаются требования к их надежности. В сложных условиях эксплуатации (например, при полетах в дождь и в грозу) они должны сохранять работоспособность без риска накопления на корпусе статического электричества.

Эффекты
Отсутствие необходимости изготовления многочисленных высокоточных компонентов гидросистемы в перспективе упразднит целую подотрасль авиационного производства
Существенное упрощение ремонта приводов, так как при необходимости заменяется только один агрегат — электродвигатель
Повышение экологичности, снижение уровня шума и загазованности в зоне аэропорта
|
Оценки рынка
свыше 38 тысяч
самолетов гражданского назначения произведут к 2035 г. авиастроительные компании мира. Потенциально все они могут быть более электрифицированными.
|
Драйверы и барьеры
Появление материалов, позволяющих производить мощные компактные электродвигатели
Простота обслуживания электроприводов в сравнении с гидравлическими системами
Появление новых гидравлических систем с улучшенными характеристиками благодаря использованию более высоких давлений
Существенный рост суммарной мощности бортовых потребителей электроэнергии
|

Международные научные публикации

|
Международные патентные заявки

|
Уровень развития технологии в России
«Возможность альянсов» – наличие отдельных конкурентоспособных коллективов, осуществляющих исследования на высоком уровне и способных «на равных» сотрудничать с мировыми лидерами
|
Интегрированная модульная авионика с открытой архитектурой
Бортовое оборудование современных самолетов — это комплекс сложных, связанных между собой систем, выполняющих массу функций (контроль состояния, информационную поддержку экипажа, взаимодействие с другими участниками организации воздушного движения и др.). Открытая архитектура предполагает использование одних и тех же аппаратных платформ для разных программ, что позволяет достичь многофункциональности системы.
Разработка бортового оборудования для летательного аппарата в рамках интегрированной модульной авионики позволяет улучшить технико-экономические показатели летальных аппаратов, сократить временные затраты на сертификацию бортового оборудования и в целом снизить его стоимость.

Эффекты
Повышение надежности техники, безопасности полетов, комфорта пассажиров
Сокращение сроков и трудоемкости разработки бортового оборудования
Повышение энергоэффективности бортового оборудования
Сокращение эксплуатационных издержек
Повышение экологичности летательных аппаратов
Обеспечение унификации бортового оборудования
|
Оценки рынка
$27 млрд
достигнет объем рынка авионики к 2020 г. (в 2016 г. — $21 млрд).
|
Драйверы и барьеры
Рост технических характеристик электронной элементной базы, появление новых компьютерных и телекоммуникационных технологий
Миниатюризация бортового оборудования при увеличении количества функций
Внедрение новых международных стандартов диспетчеризации, связи, навигации, обеспечивающих более высокие уровни безопасности
Потребность в снижении габаритов, веса и энергопотребления бортового оборудования
Небольшой накопленный опыт по использованию этой системы
В России: отсутствие собственной элементной базы
В России: недостаток квалифицированных кадров по данной специальности
|

Международные научные публикации

|
Международные патентные заявки

|
Уровень развития технологии в России
«Заделы» – наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований
|