June 4th, 2012

Оригинал взят у sergeydolya в Как делают самолеты. Часть 2

Если в предыдущем цехе Сухого самолет буквально выстругивали из куска алюминия , то в цехе, о котором я расскажу сегодня, в него вдыхают жизнь. Здесь самолету дарят крылья, авионику, двигатели и салон, после чего он впервые в жизни взмывает в небо...

Первое, что бросается в глаза в цехе окончательной сборки Суперджета, это идеальная чистота и порядок:

Около каждого самолета стоят лайтбоксы, сообщающие о конкретных работах, производимых в данный момент с каждым из 6 самолетов, находящихся в ангаре:

Цех убирают 4 раза в день - грязь и самолет несовместимы:

Управление всеми процессами сборки идет из огороженных зон - точно такие же я видел на заводе Боинга:

В цехе окончательной сборки одновременно строят 6 самолетов плюс один стоит уже готовый, пока его не примет и не заберет заказчик:

Завод работает по конвейерному принципу. В цехе организовано 6 рабочих мест, на каждом из которых самолет проводит 30 дней. Это так называемый "такт производства":

На первом рабочем месте, или на "Платформе №1", устанавливается вертикальное и горизонтальное оперение, двери, багажные люки, киль и стабилизатор, монтируется электропровод и трубопровод, по которым подается топливо и гидрожидкость гидравлических систем (правда здесь самолет похож на ушастый шлем Дарт Ведера?):

Верхние антенны:

В кабине самолета протягивают первые провода и устанавливают систему подачи гидрофобизирующей жидкости, систему очистки лобовых стекол.:

Монтируют чехол вспомогательной силовой установки (ВСУ), которую используют для запуска основных двигателей и для обеспечения самолета энергией на стоянках:

Центроплан - центральная часть самолета, к которой во время следующего такта присоединят крылья. Когда самолет построят, эта секция будет герметична, и в ней, как и в части крыла, будет топливный бак:

На втором рабочем месте к самолету прикрепляют крылья, вешают шасси, монтируют саму ВСУ и передний обтекатель:

SSJ100 - первый русский самолет, стыковка которого производится автоматически. Фюзеляж самолета выравнивают, а крылья поднимают на специальных домкратах. Все выравнивается с помощью лазера, после чего происходит стыковка и крепление крыла к фюзеляжу:

Шасси крепят после установки крыльев. Убираться они должны в полость под самолетом за центропланом. После установки шасси самолет перемещается от одного рабочего места к другому уже на своих колесах:

Шасси выдерживают 70 тысяч взлетов и посадок:

В Суперджете 83 километра проводов. Заделкой электросоединителей и прозвонкой занимаются в основном девочки:

Как они разбираются в этих проводах, я не понял, но знающие люди говорят, что перепутать невозможно:

На каждый жгут надевается защитный чехол с маркировкой, предотвращающий попадание пыли и указывающий порядок стыковки:

Самолет изнутри "обивают" матами тепло- и звукоизоляции:

Около каждого проема в полу стоит предупредительная табличка:

Во время третьего такта на крыло навешивают пилоны крепления двигателей, устанавливают предкрылки, закрылки, заделывают электросоединения:

Очаровательные девушки очищают верхнюю панель крыла от излишков герметика:

Во время четвертого такта монтируют систему гидравлики и систему кондиционирования воздуха, обнаруживают всевозможные утечки, монтируют каркас обтекателя крыло-фюзеляж, опрессовывают фюзеляж избыточным давлением воздуха от специального стенда, устанавливают радиоэлектронное оборудование:

На 5-м такте самолет "ставят под ток", то есть начинают тестировать все бортовые системы под током:

Технические панели в полу открывают, и рабочие прокладывают провода через багажный отсек, монтируют кабельную сеть:

Таких отсеков на борту несколько - и под полом кабины (подкабинное пространство), и в переднем/заднем багажных отсеках. Собственно, вся сложность современного самолета - как такую кучу самой разной техники запихать в довольно ограниченное пространство и сделать так, чтобы она работала безотказно и без ненужного взаимовлияния:

Мастер контролирует внедрение конструктивных изменений:

На заключительном 6-ом такте в самолет монтируют салон, двигатели, кабину экипажа, проводят общий техосмотр и выкатку - то есть, впервые выкатывают самолет из ангара, где передают его на летно-испытательную станцию:

До завершения работ салон закрыт специальными чехлами, чтобы не повредить перед сдачей заказчику. Обратите внимание на место для ног у пассажиров первого ряда экономического класса. Если когда-нибудь будете летать на Суперджете, просите первый ряд:

Самолеты оснащают Российско-французскими двигателями SaM146:

Двигатели оптимизированы под 75 посадочных мест, но большинство авиакомпаний предпочитают заказывать салоны с 95 местами, из-за этого сложилось мнение, что у Суперджета слабые движки. В данный момент Сухой работает над увеличением мощности двигателей на 5% для версии самолета с увеличенной дальностью (long range), что неизбежно приведет к росту стоимости его обслуживания и сокращению ресурса:

Отработка систем перед первым полетом:

После летно-испытательных работ самолет улетает в Ульяновск, где его красят, и после этого возвращают в Комсомольск-на-Амуре для финальной доделки и устранения всех мелких неполадок:

В настоящее время каждый самолет производится за 180 дней. Перед заводом стоит задача ускорить производство, чтобы постройка самолета занимала 54 дня.

Если в данный момент 1 такт производства составляет 30 дней, то это означает, что Сухой выпускает по 1 самолету каждый месяц. В дальнейшем каждый такт сократится до 9 дней, что позволит выпускать по 3 самолета в месяц.

На данный момент уже построено 11 самолетов, но самолет мало спроектировать и произвести, его еще надо испытать (чтобы доказать, что получился достойный продукт) и сертифицировать, т.к. это новый тип воздушного судна. Без сертификатов ни одна авиакомпания не купит - зачем самолет, который не может возить пассажиров?

1-й, 3-й, 4-й и 5-й самолеты SSJ100 базируются на летно-испытательном комплексе ЗАО "ГСС" в ЛИИ им.Громова в г.Жуковский.
2-й - в ЦАГИ, г.Жуковский
6-й - в СибНИА, г.Новосибирск

1-й SSJ100 (заводской номер 95001, бортовой номер 97001) первый полет совершил 19.05.2008, а в октябре 2008 начал летные сертификационные испытания. Из-за того, что "единичка" не до конца соответствует типовой конструкции SSJ100, он принимал участие, в основном, в аэродинамических испытаниях и испытаниях на критические режимы (обледенение, сваливание).

2-й SSJ100 (заводской номер 95002, бортового номера нет - ибо не летал) в ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт им.Жуковского) на статических испытаниях. Самолет нагружают и смотрят, что происходит с конструкцией - как она ведет себя, как выдерживает.

3-й летающий прототип (95003, 97003) проходил, например, испытания на ЛТХ (летно-технические характеристики), устойчивость и управляемость, испытания на боковой ветер в Исландии в прошлом году.

4-й (тоже летающий - 95004, 97004) - испытания на отказобезопасность, испытания всех систем воздушного судна, 1й этап испытаний в условиях высоких температур, испытания в условиях воздействия электромагнитных полей высокой интенсивности, испытания в условиях высокогорья.

5-й (летающий - 95005, 97005)- испытания в условиях высоких температур, испытания в условиях низких температур, тоже отказобезопасность и тоже испытания всех систем.

6-й (нелетающий - 95006) - проходит испытания на ресурс - на нем выполняются лабораторные полеты.

7-й SSJ100 (заводской номер 95007, бортовой EK-95015 (Армавиа) - это первый серийный самолет. Назван в честь Юрия Гагарина. Первый коммерческий рейс совершил 21.04.2011, с тех пор налетал уже более 1000 часов.

8-й SSJ100 (95008, бортовой RA-89001 (Аэрофлот) - назван в честь Михаила Водопьянова. Первый рейс совершил 16.06.2011 по маршруту Москва - Санкт-Петербург.

9-й SSJ100 (95009, бортового пока нет, т.к. Армавии не был передан) - Армавиа планирует ставить самолет только в летнее расписание, поэтому его производство пока приостановлено, чтобы ускорить работу над машинами для Аэрофлота.

10-й SSJ100 (95010, RA-89002) - 2-й SSJ для Аэрофлота - носит имя Дмитрия Езерского. Первый рейс совершил не далее как 27 августа 2011.

11-й - тот, который мы видели в цехе окончательной сборки.

На сегодняшний день у Сухого есть предварительные заказы на 168 самолетов, то есть производство будет загружено до 2015 года:

Аэрофлот - 30
ВЭБ-лизинг для ЮТэйр - 24
Interjet (Мексика) - 15
Газпром - 10
ФЛК для Якутии - 2
Армавиа - 2
Kartika Airlines (Индонезия) - 30
Phongsavanh (Лаос) - 3
Pearl Aircraft Corporation (США)- 30
Blue Panorama Airlines (Италия) - 4
Willis Lease Finance Corporation (США) - 6
Sky Aviation (Индонезия) - 12

Каталожная цена Суперджета 31,7 миллионов долларов. Из них только кресла салона стоят 1,2 миллиона долларов. Двигатели стоят 25% от стоимости самолета.

Основные конкуренты Сухого Суперджета - Эмбраер E-190, Бомбардье CRJ900-1000 и АН-158.

Мы как раз застали момент, когда 11-й самолет передавали Аэрофлоту. Вот как выглядит серийный Сухой Суперджет 100:

Багажный отсек:

Компоновка кресел в салоне 3+2:

Расстояние между рядами в экономическом классе - 79 сантиметров, в бизнес-классе - 97 сантиметров:

Как я уже писал, больше всего места для ног у пассажиров первого ряда экономического класса:

В бизнес-классе компоновка кресел 2+2:

Кухня в хвосте самолета:

Совершенно не совковый, большой и удобный туалет:

Ну и сам красавец-самолет:

Бытует мнение о том, что Сухой СуперДжет100 не НАШ самолет, что он просто скомпонован из иностранных деталей, и таким образом, не мы им должны гордиться. Однако, все мозги, которые его проектировали, наши, и КБ наше, и завод наш. Что поделать, если наша промышленность не может пока выпускать комплектующие того качества, которые необходимы для производства самолета мирового уровня.

Так что Суперджет по праву может стать точкой возрождения российского авиапрома!

Юрий КУЗЬМИН

ИЗ ИСТОРИИ АВИАЦИИ

Феликс дю Тампль (1823 ~ 1890)

Ранние самолёты чаще всего ассоциируются с деревянными «этажерками», обтянутыми тканью. Действительно, во время Первой мировой войны большинство самолётов были именно таковыми. Металл если и использовался, то только в стыковочных узлах, в проводке управления, а также в виде рояльной проволоки, идущей на расчалки.

Поэтому сегодня нам может показаться удивительным, что металл, а конкретнее – сталь, был применён в самолётостроении на четверть века раньше, чем дерево.

Нет, первый успешно летавший самолёт («Флайер» братьев Райт), как и положено «этажерке», был деревянным. И его неудачливый соперник («Аэродром» Лэнгли) тоже.

Но вот первый в мире построенный (хотя и не летавший) самолёт был стальным.

Мы не знаем точно, из чего был изготовлен планер самолёта Можайского. Но этот аппарат был только вторым, хотя и стал первым, доведённым до лётных испытаний.

Самым же первым построенным самолётом, то есть, летательным аппаратом тяжелее воздуха (в отличие от аэростатов), создающим подъёмную силу при помощи крыла (в отличие от ракет и вертолётов), оснащённым механическим двигателем (в отличие от планеров) и предназначенным для перевозки человека (в отличие от летающих моделей), был самолёт дю Тампля.

Французский морской офицер Феликс дю Тампль начиная с 1850-х годов строил летающие модели с пружинными двигателями. В 1857 г. он получил патент на летательный аппарат с мотором, а после выхода в отставку, в конце 1 860-х годов, начал его строительство.

Это был свободнонесущий высокоплан с нормальным оперением и тянущим винтом. Крыло имело сложную форму, которая определялась конструкцией каркаса: два напряженных расчалками изогнутых лонжерона перекрещивались, образуя жесткие треугольные фермы.

Шасси планировалось сделать убираемым, но при постройке пришлось от этого отказаться.

В целом самолёт выглядел очень даже современно – не хуже монопланов Юнкерса, появившихся на 40 лет позже. Но о них речь впереди.

Ахиллесовой пятой проекта стал двигатель. Паровая машина весом 59 кг развивала мощность всего лишь 4 л.с. – примерно в 20 раз меньше, чем требовалось для полёта. Да и вообще, сам самолёт, как и большинство ранних аппаратов, был сильно переразмерен. Размах крыла достигал 30 м (размах крыла самолёта Можайского был равен 23 м, летающей машины Хирама Максима – 32 м).

Изобретатель 10 лет пытался облегчить конструкцию, уменьшал размеры, менял схему крыла… но даже до попытки взлёта дело так и не дошло.

И всё-таки аппарат дю Тампля – это первый построенный полноразмерный самолёт. А построен он был из стальных труб. Из них изготавливались и лонжероны крыла и оперения, и каркас гондолы, и стойки шасси.

Вот и получается, что сталь пришла в авиацию куда раньше древесины.

Рисунок из патента дю Тампля. Показаны перекрещивающиеся лонжероны крыла

СТАЛЬ В ВОЗДУХЕ

Самолёт дю Тампля (как и самолёт Можайского) из-за слабого мотора даже не пытался взлететь. Но первый взлетевший (хотя и не по своей воле) аппарат тяжелее воздуха тоже был стальным!

В 1894 г. знаменитый изобретатель пулемёта американец Хирам Максим, переехавший в Великобританию, построил экспериментальную установку для измерения подъёмной силы. Это был именно экспериментальный стенд, не предназначенный для свободного полёта.

На большой четырёхколёсной тележке установили две мощные 90-сильные паровые машины, вращавшие два воздушных винта. К тележке крепились различные коробки крыльев (от двух до пяти плоскостей) и рули высоты.

Всё это сооружение передвигалось по деревянным рельсам. Интересно, что на расстоянии 60 см над нижними рельсами установили еще одни – верхние. После взлёта колёса аппарата должны были прижаться к верхним рельсам и катиться уже по ним (ещё раз повторим, что свободный полёт не планировался). Так замерялась подъемная сила крыла.

Аппарат Максима с установленными дополнительными крыльями

Первый успешно летавший стальной самолёт был не немецким, а французским (рисунок REP-1 из энциклопедии «Авиация»), Изображённый на рисунке четырёхлопастный винт в самом начале испытаний был заменён двухлопастным.

Самолёт REP-1 имел велосипедное шасси. Поддерживающие колёса на концах крыла были очень большими. Киля нет, его заменяет клиновидная хвостовая часть фюзеляжа

Успешный REP-2bis. Приняты меры по увеличению устойчивости: появился большой киль, вырос размах цельноповоротного стабилизатора, уменьшено отрицательное поперечное V крыла

Но подъёмная сила оказалась слишком высока. 31 июля 1894 года, после 270 м разбега колёса проломили верхний рельс. Аппарат взмыл на высоту около 5 м и, естественно, упал. Машинист (или уже пилот?), вовремя прекративший подачу пара, не пострадал. После такого успеха, как ни странно, Максим прекратил опыты. Возможно, ему надо было просто доказать, что паровой аппарат может создать достаточную подъемную силу, и он продемонстрировал это максимально эффектно.

Для нас же важно, что вся тележка была сварена из стальных труб. Следовательно, первый оторвавшийся от земли за счёт аэродинамических сил аппарат тяжелее воздуха с собственной силовой установкой был стальным.

БЫЛ ЛИ ЮНКЕРС ПЕРВЫМ?

Всё-таки аппарат Максима – не самолёт. А как обстоят дела с настоящими самолетами?

Во многих источниках приоритет в использовании стали в конструкции аэропланов отдают немцам, а точнее Хьюго Юнкерсу. Но это совсем не так.

Первым, успешно летавшим самолётом со стальным каркасом был построенный в 1907 г. моноплан французского конструктора Роберта Эсно-Пельтри REP-1.

Правда, стальным был только фюзеляж. Лонжероны крыла были деревянными (со стальными стыковыми узлами), а обшивка оставалась полотняной. Но это первое успешное применение стали в силовой конструкции реальных самолётов.

REP-1 развивал в полёте скорость до 80 км/ч, но управлять им было очень сложно, так как сказывались отрицательное поперечное V крыла и отсутствие киля. Всё это делало аппарат весьма неустойчивым. Поэтому дальность полётов не превышала нескольких сот метров.

Траян Вуйя

Первый самолет Вуйя. За крылом можно разглядеть киль и оперение. Стойки тележки наклонные

Открытка 1907 г. Второй самолёт Вуйя отличался конструкцией тележки: стойки вертикальные, а не наклонные. Рядом сам конструктор

Но самолёт стал началом успешной цепочки других летательных аппаратов. В 1908 г. REP-2 пролетел уже 1200 м, а REP-2bis (1909 г.) летал долго, хорошо и был запущен в серийное производство.

В 1911 г. Эсно-Пельтри перешёл на работу в английскую компанию «Виккерс», и там построил ещё 8 стальных монопланов.

РУМЫНСКИЙ ДЕБЮТ

Моноплан REP вероятно (полной уверенности у меня нет, так как в ранней истории авиации ещё много сюрпризов) может считаться первым успешно летавшим самолётом со стальным каркасом. И уж точно – первым серийным самолётом подобной конструкции.

Но впервые стальной самолёт совершил полёт на полтора года раньше и совсем в другой стране.

Честь первых полётов на самолёте в Европе часто приписывают Альберто Сантос-Дюмону – бразильцу, постоянно жившему в Париже. Его заслуги перед авиацией действительно велики. Но первый его полёт, точнее, подскок, состоялся только 7 сентября 1 906 г. Лишь 12 ноября он увеличил дальность полёта до 220 м.

До этого же его результаты были не более впечатляющими, чем у двух его предшественников: датчанина Элехаммера и румына Трояна Вуйя. Самолёт Элехаммера взлетел на 5 дней позже Сантос-Дюмона, а вот аппарат Вуйя – на полгода раньше. 18 марта 1906 г., после 50-метрового разбега по горизонтальной грунтовой дороге он оторвался от земли и пролетел около 12 м на высоте 1 м.

Этот полёт отличался двумя особенностями:

1. В отличие от самолётов братьев Райт или профессора Лэнгли, аппарат Вуйя стартовал сам, без помощи катапульты.

2. В отличие от самолёта Максима, это был спланированный полёт и, что ещё важнее, аппарат приземлился не повреждённым и готовым к повторному вылету.

Так что заслуги Вуйя в истории авиации велики: первый полёт самолёта в Европе и первый успешный полёт без применения разгонных устройств (катапульты).

Но для нас главное то, что Вуйя строил свой самолёт по автомобильной технологии из конструкционной стали. Из стальных труб были сделаны и лонжероны крыла, и каркас оперения (цельноповоротный киль и треугольное горизонтальное оперение за крылом).

Значит, можно говорить о том, что первый европейский самолёт, совершивший запланированный полёт, тоже был стальным.

НЕМЕЦКИЙ ВКЛАД

А что же немцы? Неужели все приоритеты в этой области принадлежат другим народам?

Конечно же, нет, ведь широко известен «истинно цельнометаллический» немецкий самолёт, в котором стальными были не только каркас, но и обшивка.

Самолёт сконструировал профессор Ханс Рейсснер, заведующий кафедрой механики технического университета в городе Аахен. Ешё в 1908 г. Рейсснер начал летать на биплане «Вуазен», но в 1909 г. разбил самолёт. После этого он решил построить аппарат своей конструкции.

Деньги дал успешный промышленник Хьюго Юнкере. Юнкере изобрел, запатентовал и выпускал на своём заводе очень полезную вещь – газовый водонагреватель на проточной воде, всем известный «титан». Для удовольствия Юнкере работал ещё и профессором на кафедре Рейсснера.

Именно Юнкере посоветовал Рейсснеру строить самолёт из железа. Разработка началась в феврале 1910 г.

Первый в мире самолёт, в котором стальными были и каркас, и обшивка: «утка» Рейсснера, май 1912 г.

После аварии в воздухе снова видели «Утку» Рейсснера. В отличие от первого самолёта килей стало пять, а фюзеляж зашили полотном. Был это восстановленный первый самолёт или полностью новый – неизвестно

«Тюбавьен» – первый в мире самолёт с металлическими каркасом и обшивкой. Весна 1912 г. (после облегчения конструкции, но ещё с дюралевой обшивкой и мотором Labor).

Рейсснер выбрал схему «утка» с клинообразным фюзеляжем. Самолёт так и назвали – Ente (утка). Кстати, само название «утка» для обозначения самолётов с передним расположением руля высоты пошло от собственного имени самолёта Блерио-V «Canard» (Canard – утка по-французски), появившегося в 1907 г.

Крыло и оперение самолета Рейсснера были покрыты гофрированными стальными листами. Под крылом размещались два небольших киля. Рядный мотор «Аргус» (70 л.с.) в хвостовой части фюзеляжа вращал толкающий винт. Шасси было трёхколёсное с носовым колесом. На основных стойках крепились лыжи: смысл их установки при наличии носового колеса мне понять так и не удалось.

Аппарат построили в институте Юнкерса в Аахене в феврале 1912 г. Такой долгий для начала века срок (2 года) объяснялся необычностью конструкции.

23 мая 1912 г. самолёт впервые поднялся в воздух. Испытания заняли три месяца, а с августа до ноября 1912 г. он уже совершал публичные полёты в Берлине.

В конце 1912 г. аппарат вернули в Аахен, но 27 января 1913 г. самолет разбился, сорвавшись в штопор.

Именно «Утка» Рейсснера стала первым самолётом, в котором из стали были сделаны и каркас, и обшивка крыла и оперения (фюзеляж был без обшивки).

Но возможности нового материала использовались ещё не в полной мере: крыло было тонким, и его пришлось подкреплять расчалками.

И ВСЁ-ТАКИ – ФРАНЦУЗЫ

Надеюсь, читатель не обидится на меня за подробный рассказ об «Утке» Рейсснера, узнав, что этот самолёт все же не был первым цельнометаллическим.

Первыми в этом всё-таки оказались французы.

За два месяца до полёта «Утки», в марте 1912 г., французские металлурги из Соммы Шарь Понше и Морис Прима испытали свой высокоплан «Тюбавьён».

Конструкция его была необычной. Основой каркаса служила стальная цельнотянутая труба, на которую надели винт. Винт приводился во вращение ременной передачей от рядного двигателя «Набор», установленного ниже. Перед винтом на той же трубе крепилось прямоугольное крыло, а сзади – крестообразное оперение с рулём высоты, стабилизатором и цельноповоротным килем. Под трубой была смонтирована ферма, на которой разместили сиденье пилота и двигатель. К нижним трубам фермы присоединялась ось шасси.

Вероятно, это был первый самолёт с подобной установкой винта. Такая схема применялась и в дальнейшем, хотя и не часто, но сейчас речь не об этом.

Особенностью «трубоплана» (примерно так можно перевести слово Tubavion) была дюралевая обшивка и крыла, и оперения.

Аппарат построили ещё в конце 1911г., и в том же году он успел покрасоваться на Парижском авиасалоне, но оторваться от земли удалось не сразу: самолёт был слишком тяжёл даже для столь мощного 70-сильного мотора. Пришлось облегчать конструкцию, сняв два из четырёх колес шасси и всю обшивку фюзеляжа. В таком виде в марте 1912 г. «Тюбавьён», наконец, взлетел.

Правда, летал он плоховато, и летом того же года конструкторы переделали его, заменив большую часть обшивки на обычную полотняную, а капризный «Лабор» – на ротативный двигатель «Гном» той же мощности (70 л.с.), установив его прямо на трубе, сразу за винтом.

Самолёт потерял большую часть уникальности, но полёт в марте 1912 г. уже даёт ему право называться первым в мире самолёт с металлическим каркасом и обшивкой.

А «Утка» Рейсснера остаётся вторым в мире самолётом с металлическим каркасом и обшивкой, но зато первым в мире цельностальным (вспомним, что у «трубоплана» обшивка была дюралевой).

А ЧТО ЖЕ ЮНКЕРС?

В 1915 г. Юнкере построил знаменитый свободнонесущий моноплан J1. Стальными у него были и каркас, и обшивка. Толщина обшивки колебалась от 0,5 мм до 1 мм, с каркасом она соединялась точечной электросваркой.

Как видим, Юнкере J1 не был первым цельностальным самолётом, но в нём впервые удалось полностью использовать преимущества стали и толстого свободнонесущего крыла.

Юнкере J.1 не был первым в мире стальным самолётом, но в нём впервые удалось использовать преимущества нового материала

Типичный самолёт конца 1920-х годов: каркас фюзеляжа, крыла и оперения – стальные трубы, обшивка полотняная. На фотографии прототип самолёта Avro 621 Tutor с мотором Mongoose, 1929 г.

Советский самолёт «Сталь-2» со стальным каркасом, 1931 г.

На фотографии каркаса фюзеляжа и на схеме лонжерона крыла самолёта «Сталь-2» видно, насколько трудоемкой была конструкция стальных самолётов 1930-х годов

12 декабря Фридрих фон Маленкродт совершил на J1 первый полёт. Испытания прошли успешно, но военных не удовлетворили малая скороподъёмность (чуть более 1 метра в секунду) и невысокая полезная нагрузка.

Поэтому в серию пошёл совсем другой самолёт – биплан Junkers J4.

На вооружение его приняли под наименованием J.I, что позднее создало немалую путаницу. Надо помнить, что это совсем разные буквы «джей». J4 означает 4-ю конструкцию фирмы Junkers, а J.I – первый ударный самолёт. Классификация «J» для ударных самолётов была введена авиационным бюро немецкого военного министерства в 1917 г. Для номеров «юнкерса» использовались арабские цифры, а для номеров военного министерства – римские.

Следовательно, для нас роль Юнкерса представляется интересной тем, что на его фирме был построен первый в мире цельностальной свободнонесущий моноплан.

И, конечно, не стоит забывать о финансировании работ профессора Рейсснера.

РАЗВИТИЕ

В 1920-е годы самолётов со стальным каркасом стало больше, чем с деревянным. Фюзеляж обычно «строился» вокруг сварной фермы из стальных труб. На эту ферму накладывались продольные и поперечные элементы (стрингеры и шпангоуты) из различных материалов (дерево, дюраль), а сверху шла полотняная, фанерная или дюралевая обшивка. Каркас крыла всё чаще тоже делали стальным.

Но прошла новая технологическая революция, и к концу 1930-х годов казалось, что сталь как конструкционный материал полностью уступила свои позиции алюминию.

На смену фермам из труб пришёл набор фюзеляжа и крыла из открытых дюралевых профилей, всё чаще сочетавшихся с силовой дюралевой обшивкой.

Немногочисленные цельностальные самолёты, строившиеся в 1930-х годах, себя не оправдали. Собирать сварные конструкции из очень тонких стальных листов было сложно и дорого: малейшая оплошность – и лист «прогорал». Требовалась очень высокая квалификация рабочих, но всё равно сварное соединение становилось слабым местом, с которого начиналась коррозия.

Выяснилось, что самолёты из нержавеющей стали приходят в негодность через 2-5 лет именно из-за ржавчины, появляющейся в месте сварки.

Советский самолет «Сталь-3»

Цельностальной транспортный самолёт Бад RB-1 «Conestoga», 1943 г. Построено 20 экземпляров. На снимке второй прототип.

В годы Второй Мировой войны, когда алюминия не хватало, проекты стальных самолётов реанимировали. Значительная доля стали испорльзовалась, к примеру, в конструкции планера реактивного истребителя Мессершмитт Ме-262. Но самой масштабной программой

осталась постройка 20 цельностальных транспортных монопланов Бадд RB-1 «Conestoga» в США. Впрочем, они с самого начала рассматривались как временная мера для борьбы с «дюралевым голодом».

Вновь сталь вернулась в авиацию на вполне законных основаниях уже после войны, когда самолетостроители начали проектировать самолеты, способные летать со скоростями, соответствующими большим значениям числа М. Тут, к примеру, можно вспомнить знаменитый МиГ-25, конструкция которого на 80% по массе выполнена из стали.

Впрочем, это уже другая история.

ПЕРВЫЕ СТАЛЬНЫЕ САМОЛЁТЫ

До сих пор мы говорили о металлах, «работающих» в основном на Земле. Главным образом, о черных металлах. Это естественно: железо, сталь и чугун помогли людям создать современную цивилизацию. Вплоть до начала нашего столетия железо и его сплавы играли ведущую роль в промышленности. Эта роль не утеряна и сейчас, но в XX веке все большее значение начинают приобретать другие металлы - цветные. Снова очень ценной и нужной стала медь. Металл древних бронзовых орудий оказался необходимым для электротехники. Обмотки трансформаторов и электрогенераторов, линии электропередач, электрическая проводка внутри машин и зданий - все это сделано из меди. Затем на передний план выдвинулись и другие металлы, которые помогли человеку покорить сначала воздух, а затем и безвоздушное пространство.

Первые самолеты имели деревянный каркас, обтянутый тканью. Их насмешливо называли «летающими этажерками». Но эта легкая конструкция вполне отвечала своему назначению, пока скорости полета не превышали 150 километров в час. Потом скорости увеличились - и самолеты начали разламываться в воздухе. Ломались крылья и хвостовое оперение, разваливались фюзеляжи... Стало ясно, что от деревянного каркаса надо избавляться. Чем же заменить дерево и ткань? Требовался материал гораздо более прочный, но такой же легкий. Ведь вся история авиации - это, по сути, борьба с весом. Чем легче самолет, тем быстрее он полетит, тем больше полезного груза сможет забрать.

Первым летающим металлом стал алюминий - самый распространенный металл в земной коре. Запасы его практически неисчерпаемы. Алюминий хорошо проводит тепло и электричество, уступая в этом только серебру, меди и золоту. Зато по удельному весу он гораздо легче этих металлов.

Всем был бы хорош алюминий, да вот беда - непрочен, мягок. Нельзя из него делать самолеты. И вообще ничего нельзя делать, кроме посуды. Поэтому и применение его было очень ограниченно. А когда его только что открыли и начали получать в лабораторных условиях, то вообще не знали, на что может употребляться этот металл.

Помню, в одной старой книге читал я о неожиданном применении, которое нашел для алюминия русский царь. Для отряда гренадеров, который должен был присутствовать на торжествах в Париже, сделали алюминиевые шлемы. Фурор был необыкновенный. Парижане ахали, думая, насколько же богат русский царь, если сделал шлемы... из серебра (в то время широкая публика про алюминий почти не знала). Ошибались парижане: алюминиевые шлемы стоили тогда гораздо дороже серебряных. К сожалению, я нигде не мог найти подтверждения этому факту, поэтому и привожу его как полулегенду.

Но вернемся к самолетам. Если нельзя делать их из чистого алюминия, то, может быть, можно из его сплавов? На примере железа и стали мы знаем, что сплавы могут быть в десятки раз прочнее основного из составляющих их металлов. Нельзя ли создать прочные и легкие сплавы на основе алюминия?

Над этой задачей работали многие ученые. Брели ощупью, пробуя одно за другим все известные в то время вещества. Первым наткнулся на правильное решение немецкий исследователь Альфред Вильм. Проведя сотни опытов, он установил, что медь и магний, введенные в определенных пропорциях в алюминий, повышают его прочность в три - пять раз. Это не так много, как бы хотелось, но дает надежду на дальнейшие успехи. А нельзя ли полученные сплавы закалить, чтобы они стали еще прочнее? Правда, распространено мнение, что из всех металлов закалку принимают только сталь да в определенных условиях медь и бронза, но почему обязательно верить распространенному мнению?

Вильм нагревал сплав до 500 градусов и опускал в воду. Да, измерения показали, что закаленный сплав прочнее незакаленного. Но вот насколько? Удивительное дело, прибор каждый раз показывал новую величину. Неисправен прибор, решил ученый, и отдал его на проверку. Через несколько дней, получив тщательно выверенный прибор, Вильм повторил измерения. Прочность сплава возросла вдвое.

И тут ученого осенило: прочность возрастает после выдержки. Вильм поместил шлиф под микроскоп, и все сомнения рассеялись: после выдержки сплав приобрел мелкозернистую структуру.

Было чему удивляться: ведь о закалке, кажется, было уже известно все. Еще со времен Гомера люди закаливают металлические изделия, чтобы придать им прочность. И однако, природа продемонстрировала новое, неведомое свойство металлов: некоторые из них упрочняются не во время закалки, а позже ее.

Итак, определилась технология: сплав закаливался и выдерживался пять - семь дней. В общем итоге прочность по сравнению с чистым алюминием возрастает примерно в десять раз. Можно делать самолеты!

Вильм продал свой патент одной немецкой фирме, которая и начала выпускать сплав, назвав его «дуралюмин», что означает крепкий алюминий. У нас это название трансформировалось в дюралюминий, или, попросту, в дюраль.

При словах «отечественное производство » у меня в голове всплывает картина полуразрушенного цеха с протекающей крышей и ржавыми лестницами, криво уходящими под потолок. Какого же было мое удивление, когда я оказался в Комсомольске-на-Амуре в цеху, где производят самолеты Сухой Суперджет 100 — абсолютно чистый цех, который надраивают 4 раза в день полотером, предупреждающие таблички у каждого люка, аккуратно одетый персонал…

На заводе работает около 12 тысяч человек, и производство разделено на 2 площадки. На первой из алюминиевых заготовок изготавливают фюзеляж, а на второй к нему прикрепляют крылья, устанавливают в самолет всю авионику и двигатели. Сегодня я покажу вам, как кусок алюминия превращается в самолет…

Снимать здесь запрещено, но для нас сделали исключение:

3.

Современные самолеты создаются «в цифре». Из Москвы в Комсомольск-на-Амуре по сети передают электронные модели деталей и агрегатов самолетов. Инженеры завода пишут программы для станков с ЧПУ и адаптируют чертежи к производству. То есть, они получают из Москвы электронные модели, а дальше самостоятельно разрабатывают оснастку, инструмент и технологические процессы для изготовления этих деталей.

Кстати, самолет Сухой Суперджет стал первым российским самолетом, полностью созданным на основе цифровых технологий, что позволило сократить время процесса подготовки его производства на 2 года:

4.

Начинается все с цеха механической обработки, куда подвозят увесистые алюминиевые заготовки и превращают их в детали будущего самолета:

5.

В цехе стоят огромные полностью закрытые станки с ЧПУ:

6.

Всего таких станков для производства Суперджета было закуплено более 30 штук:

7.

Вся стружка из станков автоматически попадает по стружкопроводу в контейнеры и уходит на переработку:

8.

Заготовка зажимается на поворотном столе и обрабатывается по программе без участия человека:

9.

Оператор станка стоит снаружи и наблюдает за процессом по монитору. Отсюда же происходит и все управление:

10.

Вручную лишь устанавливают заготовки:

11.

Однажды у Микеланджело спросили, как он создаёт свои скульптуры. Он ответил: «Очень просто, я беру камень и отсекаю все лишнее». Подобно великому итальянскому творцу, станки Сухого отсекают острыми фрезами весь лишний метал:

12.

Станки могут фрезеровать очень сложные по форме и большие по размеру детали, благодаря программам, написанным инженерами КнААПО:

13.

Все, что выглядит как штамповка, на самом деле было «выстругано» из большого куска алюминия на фрезеровочных станках:

14.

В фюзеляже самолета более 40 тысяч заклепок и еще 15 тысяч в крыле. Сверление отверстий и установка заклёпок в панелях крыла и фюзеляжа производится на клёпальном автомате лазером:

15.

Лазером же вырезают мелкие детали:

16.

В самолете практически нет прямых деталей. Для придания нужной кривизны используют набор форм для обтяжки на специальном прессе:

17.

18.

Деталь устанавливают в пресс, прижимают ремнями и по программе прикладывают усилия, необходимые для её формообразования:

19.

20.

21.

Обшивки крыла доводят до нужной формы на отдельном прессе в ручном режиме:

22.

23.

Изготовленные обшивки крыла контролируются на специальном стенде с набором шаблонов. Отклонение 14-метровых обшивок крыла должно быть не более +/- 1 мм:

24.

Если отклонение больше, то деталь доводят дробью в специальной установке:

25.

После того, как детали приобрели нужную форму, их покрывают грунтом для защиты от коррозии:

26.

27.

Для каждой панели фюзеляжа существует своя оснастка, называемая «палетой»:

28.

Закрепленные в палетах панели попадают на станки автоматической клепки. В каждом самолете примерно 55 000 заклепок:

29.

Весь процесс полностью автоматизирован и управляется парой человек:

30.

Разметка установки технологического крепежа производится вручную:

31.

Автомат пока не может полностью заменить человека, и некоторые места для клепки приходится размечать рабочим:

32.

После стыковки фюзеляж устанавливается в эстакаду внестапельных работ, где производится его окончательная сборка:

33.

По номеру видно, что идет сборка 20-го самолета:

34.

Отверстия болтовых соединений обрабатывают специальным образом, чтобы не было люфта:

35.

Чем плотнее стык, тем больше ресурс у детали:

36.

Стапель сборки лонжерона крыла:

37.

38.

Наушники – обязательный элемент для техники безопасности труда при ручной клепке:

39.

Шпангоут, который завершает пассажирский салон и отделяет его от хвостовой части, где расположена вспомогательная силовая установка (ВСУ):

40.

Центроплан — центральная часть крыла самолёта. К нему присоединяют крылья, а внутри него расположен бензобак:

41.

Цех, в котором собирают крылья:

42.

В стапеле производится установка лонжеронов и нервюр крыла:

43.

Номер 95021 обозначает, что это отъемная часть крыла для самолета с порядковым номером №021. Всего Сухой произвел уже 11 самолетов:

44.

На нижней поверхности крыла оставляют люки для доступа внутрь крыла и его обслуживания в процессе эксплуатации самолёта:

45.

Все они закрываются подобными съемными крышками:

46.

Внутренние полости крыла, также как и центроплан, используют в качестве топливного бака:

47.

В этом цехе собирают отсеки фюзеляжа, которые затем стыкуют между собой:

48.

Состыкованные панели фюзеляжа перед передачей в цех изготовления отсеков фюзеляжа:

49.

В каждом цехе на стене висит подробная информация о том, что в нем собирают:

50.

Здесь же собирают будущий пол самолета с рельсами для кресел:

51.

И устанавливают его в фюзеляж:

52.

После установки его накрывают технологическим полом:

53.

Под ним расположен багажный отсек:

54.

Секции фюзеляжа стыкуются автоматически на стенде:

55.

Таких стендов пока нет ни на одном другом российском заводе, включая военные:

56.

В следующем посте читайте рассказ о втором цехе Сухого, где самолеты окончательно собирают и отправляют в небо.

57.

3 месяца назад, 28 мая 2017 года, совершил свой первый полёт российский ближне-среднемагистральный среднефюзеляжный пассажирский самолёт МС-21 «Иркут». Он успешно отлетал полчаса и на этот год уже запланировано начало серийного производства. Вроде бы всё обычно, но только с первого взгляда. МС-21 не зря расшифровывается как «Магистральный самолёт XXI века».

Сейчас я вам расскажу, что необычного в этом самолёте.

Ноги, крылья... Главное - хвост!

1. Самое необычное в МС-21 - крылья и несколько других деталей силовой конструкции. Они изготовлены из полимерных композитных материалов (ПКМ). В мире сегодня существует только три самолёта с такими крыльями: Boeing 787 Dreamliner, Airbus A350 XWB и Bombardier CSeries.

2. ПКМ - это несколько слоёв углеволокна, скреплённого между собой специальной смолой. Чем же так хорош этот материал? Во-первых, прочность углепластиков выше чем у алюминия в 6-8 раз, а удельный вес - ниже в 1,5 раза. Использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30% веса летательного аппарата. Во-вторых, крыло самолёта из ПКМ условно состоит из 10 элементов, а из металла - из 100. Можно понять, монтаж какого крыла обходится дороже.
Производят такие крепкие и ультрасовременные крылья для МС-21 в Ульяновске. Завод называется «АэроКомпозит» и находится на территории «Авиастара». Давайте заглянем за проходные и посмотрим, как выглядит это производство.

Первое, что поражает - это огромные и стерильно чистые цеха! Производство углепластика не терпит грязи, ведь попадание инородных включений в массу грозит снижением прочности всей конструкции крыла.

Как это сделано?

3. Процесс изготовления кессона крыла состоит из нескольких этапов. Сначала подготавливается поверхность нужной формы, на которую будет выложено углеволокно. На «АэроКомпозите» из ПКМ могут сделать элероны, спойлеры, закрылки, рули высоты и направления, лонжероны и обшивку крыла со стрингерами, секции панелей центроплана, силовые элементы, обшивку киля и хвостового оперения.

4. Вот так выглядит оснастка для выкладки одной из деталей силовой конструкции МС-21:

5. Тяжёлые конструкции оснастки транспортируются к месту выкладки на специальных платформах. К примеру, для перевозки оснастки для будущего стрингера задействуют две таких тележки.

6. Следующий этап - выкладка сухой углеродной ленты и предварительное формование детали в автоматическом режиме на выкладочной оснастке. Для выкладки используется роботизированный испанский комплекс MTorres.

7. Он немного напоминает GLaDOS из компьютерных игр Portal и Portal 2.

8. Этот робот с высокой точностью укладывает волокно к волокну, формируя слои будущей конструкции.

9. Автоматическую выкладку сухого углеволокна для изготовления крупных интегральных конструкций никто никогда в авиапромышленности не применял. Такое крупное и сложное изделие, как крыло самолёта, по этой технологии впервые сделали в Ульяновске.

Собранная преформа уезжает в термоинфузионную установку TIAC (Франция). Это большая камера, в которой углеволокно пропитывается эпоксидной смолой и запекается. Установка контролирует температуру, количество смолы и скорость заполнения вакуумного мешка, в который помещается углеволокно.

10. Этот процесс может занимать от 5 до 30 часов в зависимости от типа, размера и сложности изготавливаемой детали. Процесс полимеризации смолы и волокна проходит при температуре 180°С.

На выходе из TIAC получается монолитная деталь.

11. Её необходимо механически обработать.

12. Но до начала обработки нужно убедиться, что деталь действительно является монолитной и не содержит в себе пустоты и дефекты. Для этого она отправляется на пункт неразрушающего ультразвукового контроля Technatom.

13. Крыло получилось качественным - отправляем его на механическую обработку в 5-координатный фрезерный центр MTorres.

16. После обработки готовая деталь поступает на участок итоговой сборки кессона крыла.

17. В этой части завода используется больше ручной труд, чем автоматический. Здесь гораздо больше людей, тогда как на других участках их почти нет - вся работа выполняется роботами. А всего на заводе работает около 500 человек. Несмотря на постоянно открытые вакансии, устроиться сюда не очень просто - каждый кандидат проходит тщательную проверку.

Летаем на композите

18. Композитные крылья будут использоваться не только на МС-21. Планируется, что новые модификации SSJ-100 так же будут оснащаться силовыми деталями из ПКМ. Мощности завода рассчитаны на выпуск до 100 комплектов композитных крыльев в год, но на текущий момент загружены не полностью.