Взлетный состав: ученые создали сверхпрочные полимеры для авиапрома

Российские ученые научились синтезировать полимеры с высокой температурой стеклования для производства самолетов и беспилотников. Полученный таким способом материал делает конструкцию аппаратов устойчивой к механическим деформациям. Эксперты считают, что сфера применения новых материалов не ограничится только авиационной промышленностью, их можно будет использовать для производства электромобилей, электросамокатов и другого транспорта.

Что такое температура стеклования

Ученые из Центра компетенций НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана научились синтезировать полимеры с высокой температурой стеклования для производства самолетов и беспилотников. Полученный материал позволяет сделать конструкцию аппаратов устойчивой к механическим деформациям, рассказали в Фонде НТИ.

— Температура стеклования — это температура, при которой материал при охлаждении переходит из высокоэластичного состояния в стеклообразное. Например, резиновые шины в условиях Арктики трескаются и ломаются, так как резина становится хрупкой, как стекло. Мы научились прогнозировать температуру стеклования и модуль упругости полимеров. Чем выше температура этого процесса, тем выше теплостойкость полимера, то есть его можно эксплуатировать при более высокой температуре. Чем выше модуль упругости, тем большие механические нагрузки с наименьшими деформациями выдерживает полимер, — сказал заведующий лабораторией молекулярного моделирования ЦК НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Евгений Александров.

В данный момент синтез новых полимеров сопряжен с большой трудоемкостью и величиной затрат. Ученые ЦК НТИ МГТУ смогли смоделировать поведение серии материалов при охлаждении и растяжении, что позволяет получить информацию об их свойствах еще до синтеза и заранее выбрать состав с требуемыми характеристиками, добавил эксперт.

В результате удалось получить суперконструкционные полимеры из класса полиэфирсульфонов, которые отличаются высокой температурой эксплуатации (выше 200 °C) и жесткостью, что позволяет сделать конструкцию аппарата устойчивой к механическим повреждениям. В авиации их можно использовать для производства корпуса и крыла самолета или БПЛА, а также в производстве электромобилей — например, для кузовов и рам, отметил специалист.

Как оценивают новинку эксперты

Суперконструкционные полимеры имеют большой потенциал для применения в авиакосмической и автомобильной отраслях. Ключевым их преимуществом можно считать более короткий технологический цикл и степень переработки по сравнению с классическими реакто-пластическими материалами. Эти факторы становятся особенно важными для индустрий беспилотной авиации и электромобилей, считает директор Центра новых функциональных материалов НТИ на базе НГУ Александр Квашнин.

Эксперт полагает, что основными барьерами для внедрения этих материалов в промышленность могут стать низкая прочность и жесткость при повышенных температурах. Современные технологии моделирования и предсказания свойств на основе ИИ позволят специалистам существенно ускорить цикл подбора рецептур для преодоления вышеуказанных препятствий.

— Разработки ученых дают нам новые материалы, композиты, открывают дополнительные возможности. Однако рынок нацелен не на штучные решения, а на готовые производства с низкой стоимостью и свободным доступом. В решениях мультироторного типа обычно применяют карбон, стеклотекстолит, некоторые умудряются использовать дерево, фанеру, что крайне не рекомендуется. В самолетах для фюзеляжей чаще применяются вспененные полимеры, например прессованный пенопласт и др. Они дают определенную прочность в совокупности со шпангоутами и при этом обладают малым весом и подлежат простому ремонту в полевых условиях, — отметил коммерческий директор компании «Лаборатория будущего» из НТИ «Аэронет» Павел Камнев.

По словам ведущего эксперта Центра компетенций НТИ «Искусственный интеллект» на базе МФТИ Александра Родина, на российском рынке нет недостатка в материалах для БПЛА. И углеродное волокно, и полимерные структуры достигли показателей, вполне удовлетворяющих отрасль, главным вопросом остается экономическая эффективность применения тех или иных материалов. Для БПЛА среднего класса в основном используется профилированный карбон для каркаса и стеклопластик для обшивки. Наиболее дорогой частью технологии остается создание матриц и пресс-форм для серийного производства.

Поэтому разработчикам новых материалов в первую очередь следует обратить внимание на стоимость как мелкосерийного производства, так и быстрого прототипирования. Если материал даст преимущество по этим показателям — его успех на рынке гарантирован, считает эксперт.

— Планеры БПЛА российские производители сейчас в основном делают самостоятельно. Спектр отечественных материалов, используемых для этого, достаточно широк. С точки зрения импортозамещения это далеко не главная проблема, в отличие от электронной начинки, — считает директор по управлению проектами компании «Флай Дрон» Александр Кравченко.

По его словам, возможность создавать подходящие к проектируемому изделию материалы для его сборки позволит значительно повысить качество конечного продукта. В целях более эффективного применения беспилотников процесс совершенствования характеристик материалов для изготовления корпусов и иных частей БВС будет постоянно развиваться, резюмировал он.