История использования сотовых структур уходит корнями в глубокую науку и наблюдения за природой. Ещё древнегреческие математики Евклид и Зенодор заметили, что шестиугольная форма обеспечивает оптимальное использование пространства и материала.
В середине XVII века Галилео Галилей обратил внимание на то, что многие природные конструкции, включая пчелиные соты, достигают высокой прочности при минимальной массе. Позже английский учёный Роберт Гук обнаружил, что пробка, как лёгкий природный материал, имеет сотовую структуру, обеспечивающую одновременно прочность и лёгкость. Два века спустя Чарльз Дарвин отметил, что пчелиные соты представляют собой почти идеальный образец экономии труда и материалов в природе.
Принципы экономного распределения материала и высокой прочности нашли современное применение в авиадвигателестроении. Для российских двигателей ПД‑8 и ПД‑14 задача снижения шумности была решена с помощью многослойных сотовых конструкций – стеклосотопластов, разработанных в Обнинском научно-производственном предприятии «Технология» имени А.Г. Ромашина. Эти панели обеспечивают оптимальное сочетание прочности, термостойкости и акустической эффективности и позволяют двигателям соответствовать международным требованиям ICAO по шуму (ICAO, Приложение 16, Глава 4 и 14).
Материал и принцип действия
«Звукопоглощающие панели состоят из стеклосотопласта – композиционного материала с многослойной сотовой структурой. Её снову составляют стеклоткани и термостойкие полимерные связующие. В них звуковая волна рассеивается при прохождении через слои. Стеклосотопласт не теряет свойства при повышенных механических и температурных нагрузках», – отметили сайту «Авиация России» в пресс-службе ОДК.
При прохождении воздушного потока через систему микроканалов акустическая энергия поглощается за счёт вязкого трения. Такое строение обеспечивает снижение уровня шума на 2-3 дБ относительно панелей предыдущего поколения без увеличения массы конструкции. Материал сотового наполнителя сохраняет механическую прочность и стабильность характеристик при температурах до 300°C и может применяться в наиболее нагруженных секциях двигателя – в зоне вентилятора и устройства реверса тяги.
Производство и сертификация
Четыре типа стеклосотопласта созданных в ОНПП «Технология» внедрены в производство звукопоглощающих конструкций для двигателей ПД-8 и ПД-14. В 2024 году предприятие поставило «ОДК-Сатурн» более 60 комплектов звукопоглощающих панелей для ПД-8. Один комплект для ПД-8 включает 38 панелей, для ПД-14 – 25, к 2028 году объём производства должен достигнуть 240 комплектов в год. Всего же до 2030 года «Технология» произведёт более 20 тысяч звукопоглощающих конструкций резонансного типа и прирабатываемых панелей для новых российских силовых установок.
Сертификационные испытания сотовых заполнителей проводились в Центральном институте авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ) и во Всероссийском институте авиационных материалов (ВИАМ). Проверки включали тепловые и вибрационные циклы, акустические измерения и анализ усталостной долговечности материалов.
Усталостная прочность при вибрационных нагрузках оценивалась в режимах, моделирующих работу двигателя на различных оборотах. Панели сохранили геометрию, термостойкость, структурную стабильность и акустические свойства в пределах допустимых отклонений. Конструкции были сертифицированы по нормам ICAO, указанным выше.
Импортонезависимость и эксплуатационные характеристики
Зависимость от недобросовестных зарубежных поставщиков исключена импортозамещением – все элементы панелей производятся из российских полимерно-композиционных материалов. Применение стеклосотопластов позволило снизить массу панелей на 10-15 процентов по сравнению с алюминиевыми аналогами и уменьшить себестоимость серийных двигателей на 3-4 процента.
В Ростехе, куда входят ОДК и обнинская «Технология», пояснили, что срок службы панелей увеличен за счёт устойчивости к термоциклам и вибрационным нагрузкам. По результатам стендовых испытаний деградация свойств при длительном воздействии температурных колебаний минимальна.
Сравнение с зарубежными материалами
Акустическая эффективность стеклосотопластовых панелей сопоставима с решениями, применяемыми в двигателях CFM LEAP-1A (GE/Safran) и PW1400G (Pratt & Whitney). Главное у российских композитов — полная локализация производства при сопоставимых аккустических, температурных и вибрационных свойств. Технология рассматривается для использования в будущих программах ОДК, включая ПД-35 и новые установки для региональных и среднемагистральных самолётов.
Оценка для отрасли
Применение стеклосотопластов позволило двигателям ПД‑8 и ПД‑14 соответствовать международным требованиям по шумности, эффективно снизить акустическую нагрузку при сохранении прочностных характеристик элементов конструкции. Созданные технологии расширяют возможности использования композитов в авиадвигателестроении, повышают надёжность и долговечность узлов, а также укрепляют конкурентоспособность российских двигателей на международном рынке. Расширение производственных мощностей и увеличение объёмов выпуска двигателей, а также их соответствие экологическим стандартам ICAO, создаёт реальные предпосылки для экспорта.
Артём Кириллов
для сайта «Авиация России»
Источник:
https://aviation21.ru/kompozitnye-konstrukcii-obespechili-dvigatelyam-pd-8-i-pd-14-sootvetstvie-trebovaniyam-icao-po-shumu/
