Новые технологии авиастроения

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