CRAIC CR929: накопленный опыт и нерешённые задачи

Китайско-российский самолёт CRAIC CR929 в его базовой версии CR929-600 создаётся максимально похожим на Boeing 787-9 Dreamliner, что мы рассмотрели чуть раньше.

Возможно, конструкторы не имели перед собой цели скопировать американский самолёт, а просто создают лучшее, на что способны современные технологии. И также вероятно, что семейство 787 Dreamliner от Boeing всё лучшее в себя уже вобрало.

Здесь будут изложены вызовы, лежащие перед совместной программой China-Russia Commercial Aircraft International Corporation (CRAIC) Объединённой авиастроительной корпорации (ОАК) и Commercial Aircraft Corporation of China (COMAC).

Во вводных данных тот факт, что ни один из участников до сих пор не разрабатывал и не сертифицировал самолёт, близкий по параметрам к CR929. Соответственно, проблемы будут для них беспрецедентными.

Ранее на эту тему:  CRAIC CR929-600 среди конкурентов: первое сравнение

Аэродинамика: опыт Китая

Его нет.

Китай никогда не создавал и не производил большой коммерческий самолёт, летающий на скорости около девятисот километров в час. И даже военный — стратегический ядерный бомбардировщик Xian H-6 с крейсерской скоростью около 770 км/ч — всего лишь лицензионная копия советского Ту-16. Подходящих для CR929 аэродинамических технологий или известных новых разработок у COMAC нет.

Tupolev Tu-16 Badger
Советский тяжёлый двухмоторный реактивный многоцелевой самолёт Ту-16
Xian H-6
Китайский тяжёлый двухмоторный реактивный многоцелевой самолёт Xian H-6, лицензионная копия Ту-16

Аэродинамика: опыт России

Имеется в значительном объёме.

Разработки пассажирского широкофюзеляжного реактивного самолёта появились в 1970-х годах в проекте Ил-86 (первый полёт 22 декабря 1976 года). И имели продолжение — Ил-96, продукт 1980-х годов (первый полёт 28 сентября 1988 года), который до сих пор выпускается ограниченным тиражом и остаётся в активном использовании в кубинской Cubana (CU) и у российских правительственных перевозчиков. Это полностью алюминиевая модель с четырьмя двигателями и надкритическим крылом, способная летать на скорости до 900 км/ч.

Итого, единственное, чего пока не производилось в России, — крыло с адаптивной конфигурацией, когда кривизна задней части профиля крыла меняется в режимах взлёта, посадки и во время крейсерского полёта, увеличивая его эффективность.

Ilyushin Il-86 (Ил-86) авиакомпании Аэрофлот
Ил-86 авиакомпании Аэрофлот
Ilyushin Il-96-300 (Ил-96-300) авиакомпании Cubana
Ил-96-300 авиакомпании Cubana

Фюзеляж: опыт Китая

Кое-что скопировано у Airbus.

В проекте CR929 китайские компетенции в разработке фюзеляжа особенно важны, так как именно на COMAC лежит ответственность за создание, сертификацию и последующее серийное производство этой части планера.

Но и здесь опыта у китайцев нет — будь то алюминиевый фюзеляж самолётов прошлого или композитный для современных машин. Крупнейший китайский пассажирский самолёт — узкофюзеляжный COMAC C919 — создан вскоре после запуска совместной китайско-европейской сборочной линии семейства A320 от Airbus в Тяньцзине и подозрительно похож на его представителей.

Однако там речь идёт о структурных единицах из металлических сплавов — будь то образец или его копия. Единственным подходящим опытом в работе с углепластиком следует признать производство некоторых структурных элементов (рули, люки и обтекатели) для европейских программ A320 и A350 — но они проходили по техническому заданию и под контролем Airbus на его совместном предприятии с Harbin Industries. Научившись их воспроизводить, китайцы пока не показывали умения их разрабатывать.

Фюзеляж из углепластика значительно отличается от алюминиевого и в технологии производства, и в принципиальных моментах последующей эксплуатации, что важно учесть при его создании. Структурная прочность и резистентность к усталостным изменениям — главные показатели для металлических конструкций — здесь отходят на второй план, так как достигаются легко. На главные роли выходят совершенно новые параметры.

Первый: устойчивость к ударным повреждениям.

Композит, в отличие от металла, хрупкий. Но самолёт из такого материала всё равно должен выдерживать попадание птицы, град, непреднамеренные удары при техобслуживании или простое падение инструментов на поверхность. Одна из задержек программы Airbus A350 была связана с необходимостью решить эту проблему — не предугаданную на начальном этапе проектирования.

Второй: диэлектрические свойства углеродного волокна.

Поэтому композитный фюзеляж должен иметь металлическую сетку для защиты от молний и структурную электрическую сеть (Electrical Structural Network, ESN), чтобы возвращать этот ток, а также токи от всех электрических систем самолёта обратно к генераторам.

Для индустрии, где такой задачи просто не существовало благодаря свойствам алюминия, это новая и сложная технология. А сертификация такого самолёта на предмет устойчивости к молниям и радиозащиты — ещё одна задача, требующая большого объёма предметных знаний. То есть, компетенции надо приобретать как производителям, так и представителям контролирующих органов.

Китайская промышленность в целом, COMAC в частности и государственные контролёры на данный момент такого опыта лишены.

Аналогичная ситуация и в России: даже для военных нужд крупные композитные фюзеляжи пока не производились.

Производственная линия фюзеляжей COMAC C919 в Чэнду

Крыло: опыт России

Самая сильная сторона проекта.

Разработка, создание и последующее серийное производство крыла для CR929 — задача российской стороны.

И здесь возникает меньше всего вопросов.

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ) — одна из самых уважаемых в мировой авиации компаний с огромным опытом создания надкритических крыльев. В том числе, для Ил-96, Sukhoi Superjet 100 и Irkut MC-21.

Четыре с половиной тысячи сотрудников, десятки аэродинамических труб и испытательных стендов и сотни разработок для военной и гражданской авиации, сохранённый советский опыт и детальное знакомство с новыми западными разработками. Не копирование, а собственный авторитетный взгляд.

Так, для перехода с алюминия на композиты ЦАГИ выбрал собственный путь, отличный от поставщиков Airbus и Boeing: вместо отверждения в автоклаве слоёв, наносимых с помощью специальной ленты prepreg (хорошо отработанного, но дорогого процесса), используется самостоятельно разработанная вакуумная инфузия. Смола впрыскивается внутрь сухой формы и отвердевает в обычной печи — такой процесс оказывается гораздо более гибким (исходные материалы можно долго хранить) и дешёвым.

Технология уже на пороге серийного применения: АэроКомпозит, подразделение Объединённой авиастроительной корпорации, использует её в производстве крыла для узкофюзеляжных MC-21.

Это позволяет предположить, что для CR929 будет создано современное и эффективное крыло.

Установка внеавтоклавного отверждения композитов (Out Of Autoclave System) в производственном помещении АэроКомпозит
Установка внеавтоклавного отверждения композитов (Out Of Autoclave System) в производственном помещении АэроКомпозит
Финальная сборка Irkut MC-21-300
Финальная сборка Irkut MC-21-300 на площадке Иркутского авиазавода

Системы

На данный момент не известно или даже не определено самим производственным консорциумом, каковы будут системы самолёта, равно как нет информации о поставщиках.

В целом, ключевым моментом для дальнейшего развития авиалайнера будет выбор типа питания между традиционным и электрическим.

Традиционный подразумевает преимущественное использование гидравлических и воздушных приводов:

  • Первые (их отличительная черта — высокая мощность, достигаемая в закрытых пространствах) применяются там, где требуется поддержание высокой мощности в течение длительного времени — например, в системах управления.
  • Вторые (высокая мощность или высокая температура в течение короткого времени; открытый контур) используются для запуска двигателей, в противообледенительных системах крыла и стабилизаторов, системе подачи и кондиционирования воздуха в пассажирском салоне.
  • Электрический привод в данном случае задействован для мало- и среднемощных бортовых потребителей: освещения, обогрева, электроприводов оборудования грузового и пассажирского отсеков, авионики, бортовых систем связи и мультимедиа. Типичный набор генераторов на борту — пара мощностью 125 кВт, приводимая от двигателей.

Электрический подход (наиболее характерный современный пример — Boeing 787), как и следует из названия, предполагает основную нагрузку на электрические носители энергии:

  • Воздух, отбираемый в двигателях, приводит лишь антиобледенительную систему самих моторов.
  • Все остальные нужды удовлетворяются бортовыми электросистемой или гидравликой. Типичный набор генераторов на борту самолёта с «электрическим» управлением  — четыре мощностью по 250 кВт, получающих энергию от двигателей через внешние редукторы, и ещё пара по 250 кВт, питающихся от вспомогательной силовой установки.

Таким образом, общая мощность вырастает с 250 кВт то 1,5 МВт. Наиболее крупные потребители энергии — управление механизацией крыла и стабилизаторами, антиобледенительная система, — обслуживаются переменным током напрямую от генераторов. Системы, требующие стабильного напряжения и тонко регулируемой мощности, питаются с помощью специальных преобразователей энергии.

Последние в своём современном исполнении имеют немалую массу, требуют охлаждающей жидкости — и могут «съесть» этим почти все преимущества от более простой установки и меньшей массы самих по себе электроприводов по сравнению с воздушными и гидравлическими.

Тем не менее, на сегодня уже можно считать, что «электрический» подход эффективнее «традиционного». И здесь тоже возникает вопрос малого числа компетентных вендоров.

Захотят ли партнёры по CRAIC привлекать сторонних исполнителей и смогут ли договориться с ними или решат всё делать самостоятельно (с помощью контролируемых подрядчиков)?

Насколько удачно и быстро в таком случае завершатся опытно-конструкторские изыскания?

Считается, что для нового самолёта выбираются только самые перспективные решения, и среди них — максимальная внутренняя электрификация. Не будет ли эта первоначальная амбициозная цель отставлена в ходе дальнейших приближений, пока, естественно, не ясно.

Airbus A350-941
Airbus A350XWB — современный самолёт с композитными крылом и фюзеляжем, но с традиционной воздушной/гидравлической системой приводов
Boeing 787-9
Boeing 787 Dreamliner, самый «электрический» самолёт на сегодня

Авионика и Fly-By-Wire

Сегодня и китайский узкофюзеляжный самолёт COMAC C919, и российский Irkut MC-21 используют современную архитектуру авионики на основе IMA (модульного Ethernet). Поэтому для создания авионики CR929 весь необходимый опыт можно считать накопленным.

То же самое касается и цифровой системы управления полётом Fly-By-Wire (FBW).

Причём если в C919 она поставляется западным производителем, то для MC-21 будет доступна собственная разработка. Соответственно, в CRAIC система FBW будет российского исполнения.

Интересы партнёров

Итого, в совместном проекте уже сейчас более-менее очевидны интересы сторон сделки.

Китай имеет большой и растущий внутренний рынок, способный поглотить серьёзные объёмы собственного производства. Располагает свободными финансами — но лишён множества ключевых компетенций.

Рынок России недостаточен для окупаемости широкофюзеляжного самолёта отечественной разработки, равно как для модели нет перспектив получения государственного или частного финансирования в должном объёме. Хотя авиационная промышленность готова создать конкурентоспособную машину исключительно своими силами.

CRAIC позволяет Китаю купить технологии, России — запустить производство хотя бы частично собственного большого авиалайнера.

Станет ли CR929 единственной моделью CRAIC и распадётся ли партнёрство сразу после того, как COMAC научится делать самолёты, покажет время.

Ещё на эту тему

Для CRAIC C929 начинают искать поставщиков 21 декабря 2017 года совет директоров CRAIC одобрил результаты проведения контрольного рубежа Gate 2 и рекомендовал управляющему комитету программы CR929 принять решение о переходе программы на следующий этап. Это значит, что состоялась защита тех...
CR929: что известно о китайско-российском самолёте Программа разработки китайско-российского широкофюзеляжного самолёта обусловлена политически и согласована правительствами двух стран. Объединённая авиастроительная корпорация России (ОАК, United Aircraft Corporation, UAC) и китайская Commercial A...
CRAIC CR929 CRAIC C929 - семейство дальнемагистральных двухдвигательных самолётов разработки China-Russia Commercial Aircraft International Co (CRAIC) - совместного предприятия Объединённой авиастроительной корпорации России (ОАК, United Aircraft Corporation, UA...
COMAC займёт 20% мирового рынка за счёт продаж на внутреннем ICBC Leasing заказала 55 самолётов COMAC C919. О сделке стало известно во вторник, 5 декабря. Традиционно для Китая, не раскрывается не только номинальный размер контракта, но и глубина обязательств, а также планируемые даты поставки. Модельный ряд ...
Китайские компании заказали 70 китайских самолётов Четыре китайских государственных лизинговых компании заказали 70 самолётов COMAC C919 и разместили опционов ещё на 60 - таковы результаты коммерческой части авиасалона Aviation Expo China, проходящего в Пекине с 19 по 22 сентября. Самолёт за полмилл...
Irkut MC-21 Irkut MC-21 (Иркут МС-21, Магистральный самолёт XXI века) - двухдвигательный реактивный магистральный узкофюзеляжный самолёт, разрабатываемый ОКБ Иркут и ОКБ имени А. С. Яковлева (ОКБ Яковлева) Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК). Окончате...
В Шанхае для создания нового широкофюзеляжного самолёта зарегистрирована CRAIC Макет китайско-российского широкофюзеляжного самолёта, выпускать который будет совместное предприятие CRAIC В Шанхае для создания нового 280-местного пассажирского самолёта зарегистрирована компания China-Russia Commercial Aircraft International ...