In Rusland zijn nieuwe technologieën ontwikkeld voor de vervaardiging van beglazing van de cabines van militaire en civiele vliegtuigen van silicaatglas. Dergelijke producten blijken lichter en sterker te zijn dan wanneer ze zijn gemaakt van eerder gebruikte organische materialen. Silicaatglas wordt ook op andere gebieden gebruikt, van ruimteverkenning tot woningbouw.
Sinds enkele jaren is er een debat gaande tussen ruimteonderzoekers over de veiligheidsbeoordeling en werking van het internationale ruimtestation. Het feit is dat er 13 ramen zijn geïnstalleerd in het Russische segment van het ISS. Tijdens gezamenlijke discussies over het ISS wordt voorgesteld om de ramen in het Russische segment te sluiten met blinde pluggen vanwege het gevaar van defecten in het glas als gevolg van inslagen van micrometeorieten - ze zeggen dat de veiligheid van het station zou kunnen verbeteren. Maar de vertegenwoordiger van de Russische kant - de directeur van het Scientific Research Institute of Technical Glass (NITS), Honored Scientist, Vice President van de Academie voor Ingenieurswetenschappen van de Russische Federatie, Doctor in de Technische Wetenschappen, Professor Vladimir Solinov houdt stand - gedurende vele jaren is de reststerkte na de inslag van microdeeltjes in de ruimte behouden gebleven en hebben verschillende stralingen en andere bedreigingen vanuit de ruimte de veiligheid van de ramen die in het instituut zijn gemaakt, evenals de bemanning niet beïnvloed, daarom zijn er geen redenen om te beperken de observatie van onze planeet, "verduistert" het werk van kosmonauten in de Russische modules van het orbitale station.
Patrijspoorten voor het orbitale station zijn slechts een van de weinige producten die door NITS worden vervaardigd. Het grootste deel van het werk van wetenschappers en technologen van het instituut in het zuidwesten van Moskou wordt natuurlijk geassocieerd met het creëren van structurele optica, beglazing, of zoals ze hier zeggen "complexe transparante optische systemen" voor gevechtsvliegtuigen van de vierde en vijfde generatie geproduceerd door de UAC-fabrieken. En elk jaar is er veel meer werk voor de luchtvaart.
Silicaat of organisch
Op de foto: T-50 voorruit blanks in een hardingscassette.
Silicaatglas is een materiaal met unieke eigenschappen. Zijn transparantie, hoge optiek, hittebestendigheid, sterkte en het vermogen om verschillende coatings te gebruiken, maken het onmisbaar voor vliegtuigbeglazing. Maar waarom werd bij het beglazen van vliegtuigcabines in het buitenland en in ons land de prioriteit gegeven aan organische stof? Er is maar één reden: het is gemakkelijker. Ze zeggen ook dat silicaatglas te kwetsbaar is.
In de afgelopen jaren hebben de ontwikkelingen van NITS-materiaalwetenschappers het mogelijk gemaakt om het concept van silicaatglas als bros materiaal radicaal te veranderen. Moderne versterkingsmethoden maken het mogelijk om beglazing voor moderne gevechtsvliegtuigen voldoende sterkte te geven om de impact van een vogel van ongeveer twee kilogram met een snelheid van 900 km / u te weerstaan.
“Tegenwoordig is de methode van uitharden in de oppervlaktelaag uitgeput. Het is tijd om de interne structuur van het glas, zijn gebrekkigheid, te veranderen ", zegt Vladimir Solinov. Hoe vreemd het ook mag lijken, dit wordt mogelijk gemaakt door de sancties die het Westen heeft opgelegd. Het feit is dat zelfs in de "pre-sanction"-tijden, buitenlandse bedrijven, bij besluit van de NAVO, geen silicaatglazen van verbeterde kwaliteit aan Rusland hebben geleverd, die daar voor speciale doeleinden werden gebruikt. Dit dwong NITS om architecturaal glas te gebruiken. Hoewel Russische fabrikanten miljoenen vierkante meters van dergelijk glas produceren, is de kwaliteit ervan niet geschikt voor gebruik in de luchtvaart.
Importsubstitutie kwam te hulp: in Moskou werd een nieuw project gelanceerd voor R&D en ontwerp van apparatuur dat fundamenteel nieuw was voor de glasindustrie.
Alle glassyntheseprocessen met Russische prioriteit zullen erop worden getest.
Het project werd toevertrouwd aan de jonge wetenschapper Tatiana Kiseleva. 26-jarige afgestudeerde van de Russische Universiteit voor Chemische Technologie. D. I. Mendeleeva is het hoofd van het laboratorium, in 2015 verdedigde ze haar proefschrift. Op de glasafdeling in Mendeleevka bestudeerde Tatiana de eigenschappen van transparant pantser. Een van haar professionele uitdagingen is om glas te ontwikkelen dat qua eigenschappen superieur is aan een van 's werelds beste analogen - herkulit-glas, dat Rusland nog niet heeft geproduceerd.
Het project is gebaseerd op een nieuwe originele methode van glassmelten. Reeds vandaag heeft het laboratorium glasmonsters verkregen, waarvan de structurele sterkte drie keer hoger is dan de analogen die met de traditionele methode zijn verkregen. Tel daarbij de bestaande hardingsmethoden op en je krijgt glas waarvan de sterkte meerdere malen hoger is dan bij veel soorten gelegeerd staal. Duurzamer glas maakt lichtere producten. Er moet echter worden opgemerkt dat de ontwikkelaars van organisch glas de technische prestaties van hun producten voortdurend verbeteren, het geschil over welk glas beter is, is nog niet voorbij.
Lantaarn voor T-50
Op de foto: een set beglazing voor een T-50-vliegtuig - een frontaal vizier en een opvouwbaar onderdeel.
Stelt u zich een pakket van meerdere silicaglasplaten voor die u het voorvizier van een hogesnelheidsvliegtuig wilt stroomlijnen.
Zo'n veertig jaar geleden ontwikkelden NITS-specialisten de technologie van diepbuigen. In een speciale oven worden meerdere glaslagen gelegd. Gedurende enkele uren bij hoge temperaturen onder zijn eigen gewicht buigt het glas, waardoor het de gewenste vorm en kromming krijgt. Indien nodig duwen speciale mechanismen het werkstuk, waardoor het volgens een speciaal schema moet buigen.
Voor het eerst ter wereld heeft de MiG-29-jager met behulp van deze technologie de lantaarn, die uit drie glazen bestond, vervangen door één glas zonder silicaat.
Met een verhoging van de snelheid werden de eisen aan de hittebestendigheid van de beglazing hoger, waar organisch glas niet meer tegen opgewassen was. Tegelijkertijd werden de optische en zichtbaarheidseisen aangescherpt. Enkele jaren geleden werd in samenwerking met de Sukhoi Company, de United Aircraft Corporation, een nieuwe technologie ontwikkeld voor de productie van glas voor de T-50.
De ontwikkeling werd gefinancierd door vliegtuigfabrikanten, deels door het ministerie van Industrie en Handel. Er is substantiële hulp verleend bij het uitvoeren van de technische heruitrusting van de onderneming, zegt Yuri Tarasov, directeur van het UAC Technology Center.
Als gevolg hiervan is de voorruit van het T-50-vliegtuig bijna twee keer zo groot als het vizier van de MiG-29 en is de vorm van het product uit een klassieke cilinder veranderd in een complex 3D-formaat.
Het resultaat - voor het eerst ter wereld was het voorste en opvouwbare deel van de T-50-vliegtuigkap (vervaardigd door Sukhoi) gemaakt van silicaatglas in 3D-formaat. Bovendien bleek het gewicht van deze onderdelen lager dan wanneer ze van organisch glas waren gemaakt.
De behaalde resultaten gaven een impuls om vliegtuigen van andere fabrieken en ontwerpbureaus die deel uitmaken van de UAC uit te rusten met soortgelijke beglazing. Er was onmiddellijk behoefte aan modernisering, waarbij organische beglazing werd vervangen door silicaat, bijvoorbeeld op de Yak-130, Su-35, MiG-31, MiG-35-vliegtuigen. Na een dergelijke vervanging (dwz het verbeteren van de sterkte-eigenschappen van de beglazing), bereikte de MiG-35 bijvoorbeeld voor het eerst een snelheid tot 2000 km / u, dat wil zeggen dat hij 40% sneller kon vliegen gemiddeld dan enig ander vliegtuig ter wereld.
In de afgelopen jaren is de stijl van werken van wetenschappers in Moskou ernstig veranderd. Zo'n driehonderd NITS-specialisten voeren een volledige cyclus uit - van technische specificaties tot kleinschalige productie. Dit omvat de ontwikkeling van technologie en de selectie van belangrijke materialen bij het gebruik van glas, en een grote testcyclus voor alle factoren die het vliegtuig beïnvloeden, zowel op de grond als in de lucht.
Aan modern glas worden verschillende belangrijke eisen gesteld, waaronder naast hoge sterkte optische transparantie, hoge lichttransmissie, vergroting van het kijkbereik, antireflectie-eigenschappen, bescherming tegen de effecten van zonnestraling en andere straling, anti-ijsvorming eigenschappen, waardoor een uniforme elektrische weerstand wordt gegarandeerd.
Dit alles wordt bereikt door aerosol-, vacuüm- of magnetroncoating. Krachtige en geavanceerde apparatuur die metaal verdampt en op het glasoppervlak afzet, stelt NITS in staat om alle coatings aan te brengen, ook die welke beschermen tegen speciale factoren.
Deze reeks eigenschappen maakt het mogelijk om te spreken van een beglazingsproduct als een complex optisch systeem, en de hoge sterkte-eigenschappen van glas, dat deel uitmaakt van de cockpit van het vliegtuig, creëerde een nieuw gebied van wetenschap en technologie en introduceerde de term structurele optica producten” (ICO).
Nieuwe technologie
Op de foto: een glasplaat laden voor verdere verwerking.
Wanneer het product - het scharnierende deel van de lantaarn voor de T-50 - uit de oven wordt gelost voor verdere verwerking, lijkt het nauwelijks op een toekomstig product. Bij het buigen van glas worden de randen van het werkstuk vervormd en is het onmogelijk om ze met een diamantgereedschap van een groot werkstuk met een complexe geometrische vorm te verwijderen. De laser kwam te hulp. De laserstraal van het robotcomplex snijdt niet alleen het werkstuk af volgens het daarin vastgelegde programma, maar verhoogt ook, door de rand te smelten, de sterkte van de rand van de producten, waardoor het ontstaan van scheuren wordt voorkomen. Lasersnijden van grote 3D-producten werd voor het eerst gebruikt in Moskou. Deze methode is in maart 2012 gepatenteerd. De laserstraal wordt ook gebruikt om de elektrisch geleidende laag op het glasoppervlak af te snijden, waardoor verwarmingszones ontstaan. Na laserbewerking lijkt het werkstuk steeds meer op een T-50 zaklamp.
Na het snijden wordt elk werkstuk op een vijfassige machine bewerkt. Door het unieke onderstel kan het geen initiële montagespanningen leveren. De hoofdtechnoloog van het instituut, Alexander Sitkin, sprak over de mogelijkheden om het complex te gebruiken voor het slijpen en polijsten van het glasoppervlak: werk dat, indien nodig, alleen handmatig wordt uitgevoerd. De ontwikkelde technologieën zijn de trots van het instituut.
Meer recent werd een afgewerkt glazen blok met behulp van een kit in een metalen frame gemonteerd. De overgang naar composietmaterialen ontwikkeld door NITS maakte het mogelijk om het gewicht van het product met 25% te verminderen, om de vogelweerstand en de beglazingsbron te verhogen tot het niveau van de beglazingsbron. Het werd mogelijk om de beglazing in het veld te vervangen.
De gehele productiecyclus van de ICO duurt ongeveer anderhalve maand. De meeste producten gaan naar de UAC-fabrieken, sommige om fabrieken te repareren voor modernisering, en sommige naar de vliegvelden van de luchtmacht, in de zogenaamde EHBO-kits. Het grootste deel van de NITS-producten wordt uitgevoerd in het kader van het staatsdefensiebesluit.
NITS is terughoudend met het delen van informatie over de kenmerken van beglazing voor gevechtsvliegtuigen. Maar het is duidelijk dat de glazen die zijn ontwikkeld voor de cockpits van binnenlandse burgervliegtuigen in een aantal parameters superieur zijn aan geïmporteerde.
Zoals je bijvoorbeeld op de NITS-website kunt zien, is de dikte van het glas op de Tu-204 17 mm, de dikte van het glas met dezelfde eigenschappen voor de Boeing 787 is 45 mm.
Generatie V
In de afgelopen jaren is de directeur van het instituut, Vladimir Solinov, erin geslaagd het team aanzienlijk te verjongen. Bij de productie in Moskou, die onlangs haar 60-jarig jubileum vierde, werken zowel jonge mensen als ervaren specialisten. Senior studenten van Mendelejevka komen hier graag. Door naar het instituut te komen en te leren dat er salarissen van 70 duizend roebel zijn, worden ze eerst in dienst genomen door gewone arbeiders, daarna groeien ze snel naar het niveau van technologen. Er zijn ook veel ervaren werknemers.
Een van hen, Nikolai Yakunin, verwerkt glas voor helikopters. “Ik kwam hier direct na het leger, veertig jaar geleden. Maar als het niet voor het hoge niveau van automatisering was geweest, zou het waarschijnlijk niet hebben overleefd. Het is moeilijk voor mij om de hele dag te werken, zelfs in goede fysieke conditie met een product van 30 kg,”zegt Yakunin.
Mensen en nagels
Over de hele wereld worden technologieën die zijn ontwikkeld voor de vliegtuigbouw en waarmee glazen van de vereiste sterkte kunnen worden geproduceerd, in veel andere sectoren van de nationale economie gebruikt.
Enkele jaren geleden maakte het instituut, om de hoge sterkte van silicaatglas te bewijzen, … glazen spijkers. Ze sloegen me met een hamer. Ze konden toepassing vinden in producten met antimagnetische eigenschappen.
Ook zijn deze nagels tijdens de bouw getest in plaats van klemmen bij het verlijmen van jachtrompen. Maar de nagels bleven alleen exotisch. Nu hoeft niemand de hoge sterkte van glas te bewijzen - alle werken van NITS zijn het bewijs van de hoge kwaliteit van dit oude en tegelijkertijd volledig nieuwe materiaal.
Instituutsdirecteur Vladimir Solinov gebruikt al zijn capaciteiten om de noodzaak te bewijzen om glas met een hoge sterkte te garanderen, ook voor architectuur en constructie.
Hij is lid van de Russisch-Amerikaanse commissie voor ruimteveiligheid, die aan het begin van dit artikel werd besproken, evenals de commissie voor stadsontwikkeling onder de Doema - immers, bij de bouw van moderne gebouwen, een steeds groter deel van de materialen is glas. Dit betekent dat technologieën en materialen die zijn ontwikkeld voor de luchtvaart in de nabije toekomst het leven van miljoenen mensen comfortabeler en veiliger zullen maken.
