(205.06 кб)
реклама
ВИАМ/2008-205103 Композиты – выдающееся предвидение Алексея Тихоновича Туманова Г.М. Гуняев Июнь 2008 Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет разрабатывающее и производящее материалы, определяющие облик современной авиационно-космической техники. 1700 сотрудников ВИАМ трудятся в более чем 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку металлических и неметаллических материалов, покрытий, технологических процессов и оборудования, методов защиты от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов, полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по государственным программам РФ, так и по заказам ведущих предприятий авиационно-космического комплекса России и мира. В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный. За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233 сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены наградами на выставках и международных салонах в Женеве и Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3 бронзовыми медалями, получено 15 дипломов. Возглавляет институт лауреат государственных премий СССР и РФ, академик РАН, профессор Е.Н. Каблов. Статья подготовлена для опубликования в журнале «Все материалы. Энциклопедический справочник», № 1, 2009 г. Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public Композиты – выдающееся предвидение Алексея Тихоновича Туманова Г.М. Гуняев Всероссийский институт авиационных материалов Композиционные материалы к настоящему времени стали основными конструкционными и функциональными материалами для авиационных, космических и машиностроительных изделий XXI века и используются взамен традиционных металлических сплавов. Оглядываясь назад весьма любопытно проследить за этой композиционных материалов стеклопластиковых радиопрозрачных трансформацией. (фибровых деталей Становление топливных как баков, конструкционных агрегатов) для летательных аппаратов началось во время Великой Отечественной войны. Начальником ВИАМ в то время был тридцатилетний генерал-майор Алексей Тихонович Туманов, человек, обладающий исключительно широкой эрудицией и тонкой интуицией, обостренным чувством нового, знанием задач авиационного материаловедения и умением сформировать и направить научный коллектив на решение сегодняшних и перспективных задач. Он был истинным организатором науки. Мне посчастливилось работать непосредственно с ним с 1968 г. до конца его жизни в 1976 г. Второе рождение полимерных композиционных материалов произошло в 1967 г. Появившиеся в зарубежной информации сведения о введении в полимерные связующие высокопрочных нитевидных кристаллов и непрерывных борных волокон фирмой «Texcako» сразу были взяты на заметку А.Т. Тумановым. По его указанию в 1967 г. создается группа в составе заместителя начальника лаборатории №32 (стеклопластиков) Г.М. Гуняева (начальник лаборатории №32 М.Ц. Сакаллы), инженеров В.А. Ярцева, М.А. Кузнецовой и техника В.В. Катюхиной с указанием начать в ВИАМ работы по полимерным композиционным материалам. В это время в лаборатории, руководимой академиком С.Т. Кишкиным, старшим научным сотрудником И.В. Светловым были получены нитевидные кристаллы Аl 2 O 3 с прочностью до 30000 МПа, и нашей группе было передано 33 нитевидных кристалла и поставлена задача изучения на их основе композиционных материалов. Координировать эту работу было поручено заместителю начальника института Б.В. Перову. Не буду описывать все сложности и трудности при выполнении этой темы на столь малом количестве нитевидных кристаллов, размеры которых составляли в диаметре до 0,1 мм при длине 1–2 мм. Начались поиски других видов нитевидных кристаллов: Si, ТiO2 , С, и дело постепенно сдвинулось с места. Была найдена технология получения из них матов, их крутки, формования и получения композиционного материала. Алексей Тихонович постоянно, дважды в месяц, заслушивал сообщения о ходе этой работы. Была дана «зеленая улица» на первоочередное изготовление требуемого оборудования и оснастки. По доходящей до нас информации зарубежные специалисты уже работали с непрерывными борными и углеродными волокнами из ПАН-прекурсора. В СССР таких волокон не было. Алексей Тихонович сразу увидел в этих материалах прообраз будущей авиационной техники, изменение баланса авиационного материаловедения и со всей страстью своей натуры включился в развитие данного направления в ВИАМ и других институтах страны. Именно он командировал молодого инженера В.А. Ярцева на стажировку в Англию, в Нотингемский университет. По его указанию были закуплены американские материалы – борная лента «борофил» фирмы «Тексако» и углеродные волокна «Торнел 40», «Торнел 50» у фирмы «Юниан Карбайд», это позволило работать над технологией переработки их в композиты и изучать особенности их свойств, создавать новые методики, что на несколько лет сократило разработку отечественных аналогов. А.Т. Туманов выделил необходимые средства для строительства нового помещения для лаборатории полимерных композиционных материалов (лаборатория №43) и оснащения ее новейшим оборудованием. Стройка была народной. Все сотрудники лаборатории №43 участвовали в ней, кто на постоянной основе, кто в субботу и воскресенье, кто после работы. И вот тут проявился организационный талант А.Т. Туманова. Во все руководящие инстанции: в Президиум АН СССР (А.А. Александрову), в ВПК (В.Л. Смирнову), в секретариаты ЦК КПСС и Совмина, в МАП (П.В. Дементьеву) были направлены письма и справки о нашем отставании в области материаловедения композитов – материалов, которые в будущем будут определять обороноспособность страны. Следует вспомнить, с какой последовательностью А.Т. Туманов относился к подготовке этих писем. Он стоял рядом и вносил правки и коррективы в почти каждое предложение. Это стало для меня наукой на всю жизнь. Но А.Т. Туманов писал не только письма, он наносил визиты директорам предприятий потенциальных производителей и разработчиков борных, углеродных волокон и нитевидных кристаллов. Я вместе с ним побывал у директоров институтов: М.В. Соболевского в ГНИИХТЭОС (борные волокна), А.А. Конкина, А.С. Фиалкова, В.И. Костикова, В.П. Соседова во ВНИИВ, ВНИИМ, НИИГрафит, Союзуглерод (углеродные волокна) и начальника авиационного отдела Госплана М.М. Кудрявцева. Во время этих встреч Алексей Тихонович сумел убедить собеседников в важности и актуальности проблемы и привлек их к ее реализации. Особенно эффективно эта схема заработала после выхода в свет решения ВПК №325 от декабря 1968 г. Но об этом отдельно. А.Т. Туманов был исключительно интеллигентным руководителем, но все человеческое было ему не чуждо. Мне пришлось многократно бывать с Алексеем Тихоновичем не только в его кабинете, но и в командировках, в том числе и заграницей. Помню, как в 1975 г., во время командировки во Францию по приглашению Минобороны Франции мы в составе делегации специалистов ВИАМ и ВИЛС в узком кругу провели симпозиум «Композиционные материалы в авиастроении». Возвращаясь в гостиницу в прекрасном настроении, Алексей Тихонович предложил мне (я жил с ним в одном номере) отделиться от основной группы, и мы направились с ним в кинотеатр, где шел знаменитый фильм «Эммануэль». Алексей Тихонович кроме того был превосходным рассказчиком, он не только с воодушевлением и чувством читал стихи своего любимого поэта С. Есенина, но и писал стихи сам, однако читал их редко. Вообще Алексей Тихонович любил жизнь во всех ее проявлениях, но больше всего он любил ВИАМ и жену Наденьку. Особенно следует отметить исключительное отношение Алексея Тихоновича к руководителям лабораторий, которых он считал основой института, его мозговым центром и движущей силой развития. Все другие службы института являлись помощниками. Слово начальника лаборатории, в пределах его компетенции, было практически законом и исполнялось беспрекословно. Пойдем дальше, теперь только о композиционных материалах. В 1968 г. первые лабораторные образцы композиционных материалов экспонировались на Межотраслевой выставке оборонных отраслей промышленности «Сетунь 68», где начальник ВИАМ А.Т. Туманов привлек внимание министра авиационной промышленности П.В. Дементьева и председателя ВПК Л.В. Смирнова к данному перспективному направлению. П.В. Дементьев потребовал: «Автора на ковер!», и мне пришлось делать сообщение. После нашего с Алексеем Тихоновичем доклада состоялось совещание в Кремле. В результате совещания в Кремле под руководством начальника отдела ВПК Д.П. Новикова с участием академиков В.А. Каргина, К.А. Андрианова и А.Т. Туманова и автора этих строк была выработана концепция создания в Советском Союзе промышленности композиционных материалов. Подготовленное Г.Е. Чучкиным, А.П. Акиловым, А.Т. Тумановым совместно с молодыми учеными ВИАМ и отраслевыми НИИ Решение ВПК от декабря 1968 г., а затем и Постановление Совмина СССР от июня 1970 г. обеспечили организационно-экономическую базу для решения проблемы, которая получила статус государственной. К выполнению заданий было привлечено более 50 организаций и предприятий различных отраслей промышленности. Головным институтом по этой проблеме был определен ВИАМ, и ее научным руководителем – А.Т. Туманов. В сентябре 1970 г. приказом А.Т. Туманова в ВИАМ была создана лаборатория №43 «Конструкционные углепластики» во главе с Г.М. Гуняевым. Углепластики, выиграв конкуренцию с боропластиками, стали основными композиционными материалами для конструктивных изделий. Позже, в 1998 г., приказом Генерального директора ВИАМ академика Е.Н. Каблова была образована лаборатория «Полимерные композиционные материалы» путем объединения лаборатории №43 с лабораторией №45 «Органиты». Забота о новом классе материалов и оборудовании для лаборатории дали свои плоды. Сотрудники лаборатории не только продолжили развитие нового направления в материаловедении, но и совершили прорыв в материаловедении конструкционных и функциональных материалов, о чем свидетельствует вся последующая деятельность новой лаборатории. Благодаря исключительному вниманию к этой проблеме государственных и партийных органов, сосредоточению в руках руководства ВИАМ всех финансовых потоков, в кратчайшие сроки удалось решить основные задачи. Через два года после выхода Решения ВПК были разработаны технологии производства борных волокон (БН) (ГНИИХТЭОС), углеродных лент ЛУ-3 (ВНИИВ) и организовано их опытное производство, что позволило уже в начале 1971 г. в ВИАМ разработать и паспортизовать первые полимерные композиционные материалы: боропластик КМБ-1 и углепластик КМУ-1. По удельной прочности, удельному модулю упругости новые материалы существенно превосходили традиционные алюминиевые и титановые сплавы и не уступали известным зарубежным аналогам. Работа, выполненная группой молодых ученых, шесть из которых входили в состав самой молодой в ВИАМ лаборатории (средний возраст 24 года), была удостоена премии Ленинского комсомола, руководителем коллектива был А.Т. Туманов. В целях ускорения процессов внедрения новых материалов в авиационную технику Министерством авиационной промышленности были определены головные предприятия по освоению нового класса материалов: ОКБ им. П.О. Сухого, ОКБ им. О.К. Антонова, ОКБ им. М.П. Миля, ОКБ им. П.Д. Грушина, ОКБ им. В.А. Лотарева, которым были выделены средства на создание опытных цехов, оснащение их оборудованием, укомплектование и обучение кадров. Понимая, что композиционный материал рождается одновременно с изготовлением изделий, Алексей Тихонович оценил объективную необходимость создания базы для изготовления полуфабрикатов – препрегов для композитов и изготовления изделий из них. По его инициативе было получено разрешение и оформлена необходимая документация для строительства филиала ВИАМ в г. Обнинск, в создании, оснащении и обучении кадров которого приняли непосредственное участие все начальники лабораторий ВИАМ. Значительный вклад в организацию производства на заводах отрасли внес Гипронииавиапром (совместно с НИАТ и ВИАМ), разработавший типовой проект цеха по переработке ПКМ, на базе которого были позднее созданы производства практически во всех ведущих ОКБ отрасли и на заводах (на авиационных заводах в гг. Комсомольск-на-Амуре, Киеве, Воронеже; Ульяновском авиационном комплексе; Луховицком машиностроительном заводе; Кумертауском, Арсеньевском, Московском и Ухтомском вертолетных заводах). В целях промышленного обеспечения новыми видами армирующих наполнителей создавались производства: борных волокон – мощностью 10 т/г на Дзержинском опытном заводе, углеродных волокон – на Московском, Челябинском электродных заводах и Балаковском ПО «Химволокно», нитевидных кристаллов тугоплавких соединений SiC, Аl 2 О 3 и др. – на Редкинском опытном заводе. Производство исходного сырья для углеродных волокон было освоено на опытном заводе ВНИИСВ (г. Тверь) и ПО «Нитрон» (г. Саратов). Выдающийся вклад в разработку технологий этих материалов, создание производств внесли ГНИИХТЭОС, ВНИИВ, ВНИИСВ, НИИграфит и ВИАМ. Ведущие сотрудники этих институтов были удостоены двух Государственных премий СССР (1976 и 1980 гг.), в том числе лауреатами стали сотрудники ВИАМ – Г.М. Гуняев и В.А. Ярцев. Участие в работе совместно с ВИАМ передовых ОКБ, ЦАГИ и ЦИАМ предопределило материалов. К научно-техническую этому времени политику были применения созданы новых технологичные, высокоресурсные углепластики марок КМУ-3, КМУ-4, КМУ-7, КМУ-11, КМУ-15 и др. Результаты испытаний на самолетах Ан-24, Ан-22, Су-25 и двигателе Д-36 были столь успешны, что практически все ОКБ заложили в состав новых разработок углепластики. Задержка с наращиванием производства углеродных волокнистых наполнителей – основы углепластиков – привела к тому, что министр авиационной промышленности И.С. Силаев собственноручно проводил их распределение. Углеродные волокна по комплексу свойств и стоимости стали единоличным лидером, оттеснив борные волокна и другие виды высокомодульных волокон, что явилось следствием решения крупной физико-химической и материаловедческой задачи, а именно: нахождение путей повышения поверхностной активности углеродных волокон и адгезионного взаимодействия на поверхности раздела волокно–смола. В результате в 2–3 раза повысились показатели прочности углепластиков при сжатии, межслоевом сдвиге, усталостной прочности и ряда других характеристик. Спрос на новые материалы превысил возможности производства, и создатели части изделий новой техники, в конструкции которых были заложены углепластики, к сожалению, перешли на традиционные алюминиевые сплавы. Это был серьезный удар, последствия которого ощущаются до настоящего времени. С опозданием на два года промышленность вышла на запланированные объемы производства углеродных волокон, но было уже поздно, объем применения углепластиков в авиационной технике нового поколения оказался минимальным. На предприятиях Минхимпрома, Минавиапрома, в Госрезерве стали накапливаться не расходуемые запасы углеродных волокон, что заставило на определенное время практически прекратить работы по их совершенствованию. Именно в этот период начало складываться отставание от зарубежных фирм по свойствам и объемам производства и применения углепластиков в различных областях техники. В 1969 г. во ВНИИВ были получены первые высокопрочные арамидные волокна, известные под маркой СВМ, разработанные для нужд ракетной техники (корпуса РДТТ, баллоны), перерабатываемые методом намотки. При высокой удельной прочности волокон их текстильная форма и высокая коррозионная активность накладывали определенные ограничения на их использование в авиационной технике. Созданный в 1972 г. в ВИАМ научноисследовательский сектор под руководством Г.П. Машинской, реорганизованный в 1984 г. в самостоятельную лабораторию, объединил усилия ряда институтов и предприятий химической и текстильной промышленности, обеспечил разработку и промышленный выпуск уже в 1974 г. ассортимента тканей различных структур, одновременно решив проблему нейтрализации волокон в соответствии с требованиями авиационных стандартов. Разработанные сотрудниками ВИАМ научные основы и методология выбора пары «волокно–связующее», основанная на термодинамической совместимости компонентов, обеспечили создание первых органопластиков (Органиты 6Н, 7Т и др.) и их дальнейшее внедрение. Эффективность использования органопластиков в авиационных конструкциях обусловлена сочетанием самой низкой плотности (по сравнению с другими композитами), высоких значений прочности при растяжении, вибропрочности и демпфирования при динамических нагрузках, стойкости к ударным и абразивным воздействиям. К сожалению, «слабым местом» органитов до сих пор остается их низкая прочность при сжатии и межслоевом сдвиге, что ограничивает возможность их применения в силовых авиационных конструкциях. Наиболее наглядно преимущества органитов и других полимерных композитов проявились при их использовании для вертолетных конструкций планера и лопастей несущих винтов. Созданные в 1977 г. на фирме Камова лопасти винтов, лонжероны которых выполнены из стекло- и углепластика, а их законцовки – из сотовых панелей с обшивками из органита, практически сняли проблему ресурса лопастей, увеличив его более чем в 10 раз. Такие лопасти установили на всех вертолетах, создаваемых в ОКБ им. Н.И. Камова, начиная с Ка-26 и заканчивая Ка-50 и Ка-60, и всех их модификациях. Широкое применение нашли органиты в качестве основного материала конструкции планера вертолетов Ка-32, а затем и Ка-50, Ка-52. Их масса составляет в последней разработке Ка-60 около 60%. Они внедрены в конструкцию вертолетов Ми-26, Ми-28, Ми-38 и др. Комплекс работ по созданию арамидных волокон, органопластиков и их внедрение в оборонную и авиационную технику также был отмечен Государственной премией СССР. Награду получила Г.П. Машинская. Опыт работы с вертолетными ОКБ оказался достаточно убедительным, и с 1977 г. органопластики наряду с углепластиками начали применяться в самолетных конструкциях в ОКБ им. О.К. Антонова (Ан-124, Ан-225) и ОКБ им. А.Н. Туполева (Ту-160, Ту-204). Лопасти вертолета, также как и лопатки вентилятора ГДТ, явились первыми объектами, на которых была продемонстрирована эффективность гибридных материалов. Разработка гибридных полимерных композитов первоначально была направлена на снижение стоимости материалов, однако впоследствии образовалась самостоятельная область исследования, в результате развития которой был разработан новый класс собственно гибридных композитов, а также ламинатных покрытий, придающих углепластикам специальные функциональные свойства. Оба этих направления получили широкое развитие. Угле-, стекло- и органопластики нашли применение в самолетостроении – Ту-204, Ан-70, Ан-124, Су-26, Су-31, Ка-50, Ка-60, «Буран» и др. Выполненные из гибридных материалов покрытия ВПМ-1 и ВПМ-2, обладающие специальными радиотехническими свойствами и эрозионной стойкостью, нашли применение в самолете Ту-160. Комплекс работ в области гибридных материалов был отмечен Премией Совета Министров СССР, среди лауреатов были сотрудники ВИАМ: Б.В. Перов, Г.П. Машинская, А.Ф. Румянцев, Г.М. Гуняев. Из гибридных материалов были изготовлены статорные лопатки двигателей Д-36 и Д18 ОКБ им. В.А. Лотарева. Последние были установлены на самолетах Ан-124 и Ан-225. Эта работа была удостоена Государственной Премии Украинской ССР, и среди награжденных была сотрудница лаборатории И.П. Хорошилова. В целях развития работ по гибридным ПКМ группа сотрудников во главе с заместителем начальника лаборатории М.И. Душиным была выделена в отдельную лабораторию гибридных полимерных материалов. Особое место в истории развития лаборатории занимает ее участие в разработке материалов и технологий комплекса «Энергия-Буран». На ракетоносителе «Энергия» применено 4,5 т углепластика КМУ-4. В составе ВКС «Буран» створки отсека полезного груза массой 700 кг выполнены из углепластиков КМУ-4 и КМУ-8 и гибридного материала углеорганопластика. В лаборатории появилось новое направление: углерод-углеродные материалы. ВИАМ совместно с НПО «Молния», НИИГрафит и ВНИИВ разработали материал типа Гравимол с объемной теплозащитой на рабочую температуру до 1650°С – 100 циклов, из которого были сделаны самые теплонагруженные элементы конструкции: кромки крыла и носовой отсек, масса которых превышала 2 т. На основе нитевидных кристаллов SiC были разработаны специальные шнуры и тонкая теплоизоляционная бумага БТТ, сохраняющая работоспособность до 1700°С, которые использовались для уплотнения мест соединений конструкций из материала Гравимол. Органит тоже «сказал свое слово» в конструкции ВКС «Буран», из него были выполнены воздуховоды системы энергообеспечения. Сотрудники лаборатории принимали участие и в подготовке старта «Бурана». За проведение ремонтных работ створок отсека полезного груза Г.А. Иванова была отмечена медалью «За трудовую доблесть», а И.В. Соболев – орденом Трудового Красного Знамени. Новым направлением работ по углерод-углеродным материалам типа Термар стало использование их в составе дисков авиационных тормозов для самолетов МиГ-29, Ту-154, Ан-124 и других. Работы проводились совместно с НИИГрафит, производство материалов было организовано на Запорожском электродном заводе. Продолжением работ в области углерод-углеродных материалов явилась разработка углерод-углеродного высокопрочного материала УКМ-70 для сопловых и рабочих лопаток ГТД, на рабочую температуру до 1300°С. Для развития этого направления сектор из состава лаборатории ПКМ был выделен в отдельную лабораторию, во главе которой был поставлен С.Н. Зиновьев. Конец 80-х–начало 90-х годов были годами расцвета промышленных полимерных композитов. Созданные отлаженные промышленные производственные механизмы обеспечивали мощности, исходными компонентами. Практически на всех создаваемых изделиях авиационной и космической техники применяли угле- и органопластики, обеспечивающие высокую эффективность и надежность изделий. Ускорению процессов внедрения новых материалов в авиационнокосмическую технику во многом способствовали усилия ответственных по ОКБ и заводам, назначенных в январе 1985 г. из числа ведущих сотрудников лаборатории. Именно благодаря их усилиям и координации осуществлялась постоянная связь материаловедов, технологов с конструкторами ОКБ, сотрудниками ЦАГИ, ЦИАМ, НИАТ, НПО «Композит». Результат был налицо – ПКМ органично вошли в состав материалов, применяемых в авиационных, космических и ракетных комплексах для изготовления: • агрегатов планера самолетов Ан-124, Ан-225, Ан-70, МиГ-29 и Су-27 и их модификаций, Бе-200, Ил-96-300, Ту-204, Ту-334, Ту-160, Су-26, Су-29, Су-31М, Як-40, Як-42, Су-47 («Беркут»), МФИ-1,44; • планера и лопастей вертолетов Ка-32, Ка-50, Ка-52, Ка-60, статорных лопаток и корпусных деталей ГТД Д-36, Д18, ПС-90; • узлов и систем космического комплекса «Энергия-Буран», ракеты «Протон»; • антенн, платформ, фотоаппаратуры, телескопов, каркасов солнечных батарей космических станций «Мир», «Альфа», в том числе межпланетных – «Венера», «Луна», а также искусственных спутников Земли «Молния», «Алмаз». Применение композиционных материалов обеспечило значимое улучшение тактико-технических характеристик изделий. За комплекс работ по созданию и организации промышленного производства материалов и конструкций из углепластиков Р.Е. Шалин, Б.В. Перов, В.Т. Минаков, Г.М. Гуняев, Т.Г. Сорина вместе с сотрудниками ОКБ им. Н.И. Камова, ОКБ им. А.И. Микояна, ОКБ им. П.О. Сухого, НПО «Композит», БПО «Химволокно» и НПП «Технология» были отмечены Премией Правительства РФ. Огромное значение для успешного освоения конструкций из полимерных композитов имели работы, проводимые в области методологии: механических испытаний, физико-химических исследований, климатических, ресурсных испытаний и изучение конструкционной прочности, результатами которых явились не только получение банка данных о конструкционных свойствах полимерных композитов, но и найденные и рекомендованные подходы к их совершенствованию. Большое внимание было уделено разработке технологических процессов получения и переработки материалов в изделия. Поскольку требуемый уровень механических и конструкционных свойств был достигнут, начали проводиться работы по использованию особых физических свойств, присущих угле- и органопластикам, причем зачастую диаметрально противоположных, таких как: волнорадиопрозрачность и радиопоглощение (в диапазоне рентгеновских, радио, звуковых волн); теплоэлектропроводность и теплоэлектроизоляционность; хемостойкость; фрикционность и антифрикционность и т. п. Примером могут служить материалы, используемые в узлах трения приводов, теплозащитные, рентгенопрозрачные, электропроводные материалы, успешно прошедшие испытания и внедренные в опытные конструкции оборонных отраслей и в народном хозяйстве (в частности, в медицине). Появились слоистые металлополимерные композиты: Алоры (Аl-оргволокно), Тиоры (Ti-оргволокно), Тиграны (Ti-углепластик) и т. п., для которых характерны высокие акустическая прочность и демпфирование, низкая скорость развития трещин. Этот класс материалов предназначен для реализации концепции безопасной повреждаемости авиационных конструкций. Под руководством Р.Е. Шалина и Г.М. Гуняева получило развитие направление интеллектуальных и самоадаптирующихся материалов, которые ожидает большое будущее. Создан и внедрен совместно с ЦАГИ и ОКБ им. П.О. Сухого адаптирующийся материал (в крыло самолета Су-47 («Беркут»)). За участие в создании серии спортивных самолетов Су-26, Су-30, Су-31 Г.М. Гуняев был удостоен Государственной премии РФ. Перед существующей авиационной техникой встала новая задача: снижение шума от двигателей самолетов на местности, повышение экологической чистоты эксплуатации. Европейский союз серьезно ужесточил требования ИКАО по допустимым показателям в этом направлении, в результате чего практически весь парк существующих пассажирских и транспортных самолетов получил запрет на эксплуатацию в европейских странах. Перед конструкторами газотурбинных двигателей самолетов встала первоочередная задача по созданию нового поколения звукопоглощающих конструкций (ЗПК) для установки по всему тракту двигателей и в гондолах на самолетах. Поскольку основным источником шума является вентилятор, то главную задачу необходимо было решать путем разработки целой номенклатуры неметаллических материалов: соты, гофры, воздухопроницаемые обшивки и маты на основе различных волокнистых материалов, работоспособных при температуре до 300°С. Эта задача была решена: разработаны материалы с требуемыми акустическими характеристиками, позволившие создать многослойные резонансные и градиентные материалы для широкополосных ЗПК, обеспечивающих звукопоглощение в интервале частот 100–1000 Гц. В недрах лаборатории сложилось новое направление по разработке методов и аппаратурно-приборного обеспечения диагностики состава и механических свойств полимерных Использование лазерно-акустического композиционных метода позволило материалов. производить локальное определение содержания волокна, связующего и пор в композитах, их прочности при сжатии, сдвиге, модуля упругости и даже степени конверсии связующего при изготовлении конструкций из ПКМ. Это открыло широкие возможности по контролю без разрушения конструкций из ПКМ не только на стадии их изготовления, но и в процессе эксплуатации – позволило следить за изменением свойств композитов. Под руководством Г.М. Гуняева и С.А. Каримовой продолжились работы по созданию слоистых металлополимерных композитов. На этот раз предметом исследований стала система Аl сплавы–углепластик. Найдены способы предотвращения возникновения и протекания электрохимической коррозии при контакте пар Аl–углепластик и получены образцы материала, названного «Алкар», с характеристиками прочности и модуля упругости, превосходящими свойства известных композитов «СИАЛ» и «АЛОР». слоистых металлополимерных Серьезным достижением явилось организация в ВИАМ и ВЭТЦ ВИАМ (г. Воскресенск) полимерных опытно-промышленного композиционных материалов производства и их препрегов поставка в ОАО «Авиадвигатель», что обеспечило разработку и создание первых образцов ГТД ПС-90А. С 2004 г. начала возрождаться авиационная промышленность, пришедшая за предыдущие годы в сильнейший упадок. Начали строиться ранее выпускавшиеся самолеты и вертолеты: ТУ-204, Ту-214, Ка-50, Бе-200 и др., поэтому вновь потребовались материалы, технологии производства которых были утрачены или заморожены. Благодаря энергии академика Е.Н. Каблова была сформулирована изначальная целевая программа по восстановлению производства стратегических материалов с головным участием ФГУП «ВИАМ», в которую вошли вопросы восстановления и развития производства углеродных волокон и сырья для них. В ОАО ОКБ «Сухого» создается истребитель 5-го поколения, содержащий в конструкции планера свыше 30% углепластиков, рекомендованных ФГУП «ВИАМ». Там же создается гражданский самолет «Суперджет 100», где впервые применяются углепластики на основе клеевых препрегов. Появились наноструктурные содержащие наночастицы композиты, обладающие исключительной термостойкостью с регулируемыми специальными свойствами. В области материаловедения сложились два основных принципа создания наноматериалов: первый – введение готовых наночастиц (структурных элементов, имеющих наноразмеры) в состав материала и конструирование его структуры в соответствии с предложенной моделью, второй – образование в составе материала нанофазы в результате прохождения химических реакций или термообработки. Оба эти направления позволяют создавать материалы наноструктурного функционального назначения с комплексом свойств, недостижимых для обычных материалов с макро-, микро- и даже мезоструктурой. Инициатором развития этого направления в институте стал Генеральный директор ВИАМ академик Е.Н. Каблов. Получение наночастиц, таких как фуллерены, астралены, нанотрубки, нановолокна, открыли материаловедам широкое поле деятельности. Первые направленные исследования по созданию наноструктурных материалов начались в 2000 г. Г.М. Гуняевым с сотрудниками были получены первые результаты при введении углеродных наночастиц, полученных А.Н. Пономаревым (ООО «Астрин»), в состав эпоксидных матриц и углепластиков. Оказалось, что при введении в состав углепластиков углеродных наночастиц в количестве от 0,5 до 3% достигается повышение ряда характеристик углепластиков. Направление создания наноструктурных материалов получило дальнейшее развитие, появились новые углеродные наночастицы: астралены, углеродные нанотрубки и нановолокна, а также наночастицы карбидов и оксидов. Начались исследования по их модификации путем присоединения органических радикалов с функциональными группами, что позволило целенаправленно встраивать их в структуру полимерных макромолекул, создавать на их основе материалы с новым комплексом свойств. Это было началом новой эры материаловедения – наноструктурных композитов и нанотехнологий, которое затронуло все направления материаловедения: композиты, металлические сплавы, керамические и жаропрочные материалы – и открыло неизмеримые возможности их совершенствования. Расширение объема применения углепластиков поставило задачи по защите от воздействия молниевого разряда. В результате был разработан первый наноструктурный композит, используемый в качестве молниезащитного покрытия конструкций из углепластика, выдерживающий практически без повреждений воздействие токов, возникающих при попадании в самолет молниевого разряда: I=200 кА и Q=200 Кл, что открыло дорогу широкому применению углепластиков в конструкции планера летательных аппаратов. В результате было показано, что при введении в состав материалов, например углепластиков, углеродных наночастиц от 1 до 10% может достигаться повышение их механических характеристик (прочности при сжатии и сдвиге) на 10–15%, теплостойкости – на 15–30%, термоокислительной стойкости на 20–50°С, трещиностойкости, усталостной и длительной прочности, водо-, масло-, топливо- и грибостойкости в 1,5–2 раза, тепло- и электропроводности – в 1,5–2 раза, отражения ЭМИ, молниезащищенности углепластиковой конструкции, что обеспечит улучшение массовых характеристик авиационной, ракетной и другой транспортной техники на 10–15%, снижение расхода топлива, повышение безопасности, календарного и рабочего ресурсов эксплуатации в 1,5–2 раза. Сбылось предвидение А.Т. Туманова. Углеродные композиты изменили материальный баланс авиационной техники. Теперь углепластики в планерах самолетов нового поколения занимают ведущее место: их применение составляет 30–35% в боевых машинах и 30–50% – в пассажирских лайнерах. За годы своего существования в лаборатории композитов было подготовлено пять докторов технических наук (из них два профессора), один член-корреспондент отраслевой академии технических наук, восемнадцать кандидатов технических наук. Дело, начатое А.Т. Тумановым, живет и развивается. Свидетельством тому стало награждение в день тридцатилетия лаборатории №43 (теперь №11) «Углепластики и органиты» памятным знаком «За выдающиеся достижения в области материаловедения». Сбылись выдающееся предвидение и мечта А.Т. Туманова и его соратников, которые: И в труде, и в радости, и в горе Пронесли мечту свою в сердцах: В поднебесном голубом просторе ПКМ летает в небесах!
