In Russia sono state sviluppate nuove tecnologie per la produzione di vetri delle cabine di aerei militari e civili in vetro silicato. Tali prodotti risultano essere più leggeri e più resistenti che se fossero stati creati da materiali organici precedentemente utilizzati. Il vetro silicato è utilizzato anche in altri campi, dall'esplorazione dello spazio alla costruzione di abitazioni.
Da diversi anni tra i ricercatori spaziali è in corso un dibattito sulla valutazione della sicurezza e sul funzionamento della Stazione Spaziale Internazionale. Il fatto è che ci sono 13 finestre installate nel segmento russo della ISS. Durante le discussioni congiunte sulla ISS, si propone di chiudere le finestre nel segmento russo con tappi ciechi a causa del pericolo di difetti nel vetro a causa di impatti di micrometeoriti - dicono, la sicurezza della stazione potrebbe migliorare. Ma il rappresentante della parte russa - il direttore dell'Istituto di ricerca scientifica del vetro tecnico (NITS), scienziato onorato, vicepresidente dell'Accademia di scienze ingegneristiche della Federazione Russa, dottore in scienze tecniche, il professor Vladimir Solinov, mantiene la sua posizione - per molti anni la resistenza residua dopo l'impatto delle microparticelle spaziali è stata preservata e, varie radiazioni e altre minacce dallo spazio non hanno influito sulla sicurezza delle finestre create presso l'istituto, così come l'equipaggio, quindi non ci sono motivi per limitare l'osservazione del nostro pianeta, "oscura" il lavoro dei cosmonauti nei moduli russi della stazione orbitale.
Gli oblò per la stazione orbitale sono solo uno dei pochi prodotti realizzati da NITS. La parte principale del lavoro di scienziati e tecnologi dell'istituto situato nel sud-ovest di Mosca, ovviamente, è associata alla creazione di ottiche strutturali, vetri o, come si dice qui, "sistemi ottici trasparenti complessi" per aerei da combattimento della quarta e quinta generazione prodotte dagli stabilimenti UAC. E ogni anno c'è molto più lavoro per l'aviazione.
Silicato o organico
Nella foto: spazi vuoti per parabrezza T-50 in una cassetta di tempra.
Il vetro silicato è un materiale con proprietà uniche. La sua trasparenza, l'elevata ottica, la resistenza al calore, la resistenza e la capacità di utilizzare vari rivestimenti lo rendono indispensabile per i vetri degli aerei. Ma perché è stata data la priorità alla materia organica nella smaltatura delle cabine degli aerei all'estero e nel nostro Paese? Solo per un motivo: è più facile. Dicono anche che il vetro ai silicati è troppo fragile.
Negli ultimi anni, gli sviluppi degli scienziati dei materiali NITS hanno permesso di cambiare radicalmente il concetto di vetro silicato come materiale fragile. I moderni metodi di rinforzo consentono di conferire alla vetratura una forza sufficiente per i moderni aerei da combattimento per resistere all'impatto di un uccello del peso di circa due chilogrammi a una velocità di 900 km / h.
“Oggi, il metodo di indurimento nello strato superficiale si è esaurito. È tempo di cambiare la struttura interna del vetro, la sua difettosità ", afferma Vladimir Solinov. Per quanto strano possa sembrare, ciò è facilitato dalle sanzioni imposte dall'Occidente. Il fatto è che anche nei tempi di "pre-sanzione", le aziende straniere, per decisione della NATO, non fornivano alla Russia vetri di silicato di migliore qualità, che venivano utilizzati lì per scopi speciali. Ciò ha costretto NITS a utilizzare il vetro architettonico. Sebbene i produttori russi producano milioni di metri quadrati di tale vetro, la sua qualità non è adatta per l'uso nell'aviazione.
La sostituzione delle importazioni è venuta in soccorso: a Mosca è stato lanciato un nuovo progetto di ricerca e sviluppo e progettazione di attrezzature che erano fondamentalmente nuove per l'industria del vetro.
Su di esso verranno testati tutti i processi di sintesi del vetro con priorità russa.
Il progetto è stato affidato alla giovane scienziata Tatiana Kiseleva. Laureato di 26 anni all'Università russa di tecnologia chimica. D. I. Mendeleeva è il capo del laboratorio, nel 2015 ha difeso la sua tesi. Nel dipartimento del vetro di Mendeleevka, Tatiana ha studiato le proprietà dell'armatura trasparente. Una delle sue sfide professionali è sviluppare un vetro con proprietà superiori a uno dei migliori analoghi al mondo: il vetro herkulit, che la Russia non ha ancora prodotto.
Il progetto si basa su un nuovo metodo originale di fusione del vetro. Già oggi il laboratorio ha ottenuto campioni di vetro, la cui resistenza strutturale è tre volte superiore agli analoghi ottenuti con il metodo tradizionale. Aggiungi a questo i metodi esistenti di indurimento e ottieni il vetro, la cui resistenza è molte volte superiore a molti tipi di acciaio legato. Il vetro più resistente rende i prodotti più leggeri. Tuttavia, va notato che gli sviluppatori di vetro organico migliorano costantemente le prestazioni tecniche dei loro prodotti, la disputa su quale vetro sia migliore non è finita.
Lanterna per T-50
Nella foto: una serie di vetri per un aereo T-50: una visiera frontale e una parte pieghevole.
Immagina un pacchetto di diverse lastre di vetro di silice che vuoi snellire la visiera anteriore di un aereo ad alta velocità.
Circa quarant'anni fa, gli specialisti NITS hanno sviluppato la tecnologia della piegatura profonda. Diversi strati di vetro vengono posati in un forno speciale. Per diverse ore ad alte temperature sotto il suo stesso peso, il vetro si piega, acquisendo la forma e la curvatura desiderate. Se necessario, meccanismi speciali spingono il pezzo, costringendolo a piegarsi secondo un programma speciale.
Per la prima volta al mondo, utilizzando questa tecnologia, il caccia MiG-29 ha sostituito la lanterna, che consisteva di tre vetri, con uno privo di silicati.
Con un aumento della velocità, sono aumentati i requisiti per la resistenza al calore della vetratura, a cui il vetro organico non poteva più far fronte. Allo stesso tempo, i requisiti ottici e di visibilità sono stati rafforzati. Diversi anni fa, in collaborazione con la Sukhoi Company, la United Aircraft Corporation, è stata sviluppata una nuova tecnologia per la produzione di vetro per il T-50.
Lo sviluppo è stato finanziato dai produttori di aeromobili, in parte dal Ministero dell'Industria e del Commercio. È stata fornita un'assistenza sostanziale nell'esecuzione della riattrezzatura tecnica dell'impresa, afferma Yuri Tarasov, direttore dell'UAC Technology Center.
Di conseguenza, il parabrezza dell'aereo T-50 è quasi il doppio della dimensione della visiera del MiG-29 e la forma del prodotto da un cilindro classico si è trasformata in un formato 3D complesso.
Il risultato: per la prima volta al mondo, la parte frontale e pieghevole del tettuccio dell'aereo T-50 (prodotto da Sukhoi) è stata realizzata in vetro silicato in formato 3D. Inoltre, il peso di queste parti si è rivelato inferiore rispetto a se fossero realizzate in vetro organico.
I risultati ottenuti hanno dato impulso all'equipaggiamento degli aerei di altre fabbriche e uffici di progettazione che fanno parte dell'UAC con vetri simili. Immediatamente c'era bisogno di modernizzazione, sostituendo i vetri organici con i silicati, ad esempio sugli aerei Yak-130, Su-35, MiG-31, MiG-35. Dopo tale sostituzione (ovvero, migliorando le caratteristiche di resistenza della vetratura), il MiG-35, ad esempio, per la prima volta ha raggiunto una velocità fino a 2000 km / h, ovvero è stato in grado di volare il 40% più velocemente in media rispetto a qualsiasi altro aereo al mondo.
Negli ultimi anni, lo stile di lavoro degli scienziati di Mosca è cambiato seriamente. Circa trecento specialisti NITS eseguono un ciclo completo, dalle specifiche tecniche alla produzione su piccola scala. Ciò include lo sviluppo della tecnologia e la selezione dei materiali chiave quando si utilizza il vetro e un ampio ciclo di test per tutti i fattori che influenzano l'aeromobile, sia a terra che in aria.
Diversi requisiti chiave sono imposti al vetro moderno, tra cui, oltre all'elevata resistenza, sono la trasparenza ottica, l'elevata trasmissione della luce, l'aumento del raggio visivo, le proprietà antiriflesso, la protezione dagli effetti della radiazione solare e di altre radiazioni, l'antigelo proprietà, garantendo una resistività elettrica uniforme.
Tutto questo si ottiene con rivestimento in aerosol, vuoto o magnetron. Potenti e sofisticate apparecchiature che evaporano il metallo e lo depositano sulla superficie del vetro consentono a NITS di applicare qualsiasi rivestimento, compresi quelli che proteggono da fattori speciali.
Questo insieme di proprietà consente di parlare di un prodotto di vetratura come di un complesso sistema ottico e le proprietà ad alta resistenza del vetro, che fa parte della cabina di pilotaggio dell'aeromobile, hanno creato un nuovo campo della scienza e della tecnologia e hanno introdotto il termine ottica strutturale prodotti” (ICO).
Nuove tecnologie
Nella foto: caricamento di una lastra di vetro per ulteriori lavorazioni.
Quando il prodotto - la parte incernierata della lanterna per il T-50 - viene scaricato dal forno per un'ulteriore lavorazione, difficilmente assomiglia a un prodotto futuro. Quando si piega il vetro, i bordi del pezzo si deformano ed è impossibile rimuoverli da un pezzo di grandi dimensioni, che ha una forma geometrica complessa, con uno strumento diamantato. Il laser è venuto in soccorso. Il raggio laser del complesso robotico non solo taglia il pezzo in lavorazione secondo il programma in esso stabilito, ma anche, fondendo il bordo, aumenta la resistenza del bordo dei prodotti, prevenendo la comparsa di crepe. Il taglio laser di prodotti 3D di grandi dimensioni è stato utilizzato per la prima volta a Mosca. Questo metodo è stato brevettato nel marzo 2012. Il raggio laser viene utilizzato anche per tagliare lo strato elettricamente conduttivo sulla superficie del vetro, creando zone di riscaldamento. Dopo l'elaborazione laser, il pezzo assomiglia sempre più a una torcia T-50.
Dopo il taglio, ogni pezzo viene lavorato su una macchina a cinque assi. L'alloggiamento unico gli consente di fornire zero sollecitazioni di montaggio iniziali su di esso. Il capo tecnologo dell'istituto, Alexander Sitkin, ha parlato delle prospettive di utilizzo del complesso per la levigatura e la lucidatura della superficie del vetro: lavoro che, se necessario, viene eseguito solo manualmente. Le tecnologie sviluppate sono l'orgoglio dell'istituto.
Più recentemente, un blocco di vetro finito con l'aiuto di un sigillante è stato montato in un telaio metallico. Il passaggio ai materiali compositi sviluppati da NITS ha permesso di ridurre il peso del prodotto del 25%, di aumentare la resistenza agli uccelli e la risorsa vetrata al livello della risorsa vetrata. È diventato possibile sostituire i vetri nel campo.
L'intero ciclo produttivo dell'ICO dura circa un mese e mezzo. La maggior parte dei prodotti va agli stabilimenti di produzione dell'UAC, alcuni per riparare gli impianti per l'ammodernamento, e alcuni agli aeroporti dell'Aeronautica Militare, nei cosiddetti kit di pronto soccorso. La parte principale dei prodotti NITS viene eseguita nell'ambito dell'ordine di difesa dello stato.
NITS è riluttante a condividere informazioni sulle caratteristiche dei vetri per gli aerei da combattimento. Ma è chiaro che gli occhiali sviluppati per le cabine di pilotaggio degli aerei civili domestici sono superiori a quelli importati in una serie di parametri.
Ad esempio, come puoi vedere sul sito NITS, lo spessore del vetro sul Tu-204 è di 17 mm, lo spessore del vetro con le stesse proprietà per il Boeing 787 è di 45 mm.
Generazione V
Negli ultimi anni, il direttore dell'istituto, Vladimir Solinov, è riuscito a ringiovanire in modo significativo la squadra. Sia i giovani che gli specialisti esperti lavorano alla produzione di Mosca, che ha recentemente celebrato il suo 60° anniversario. Gli studenti anziani di Mendeleevka vengono volentieri qui. Venendo a praticare all'istituto e apprendendo che ci sono stipendi di 70 mila rubli, all'inizio sono impiegati da lavoratori ordinari, poi crescono rapidamente fino al livello dei tecnologi. Ci sono anche molti lavoratori esperti.
Uno di loro, Nikolai Yakunin, lavora il vetro per gli elicotteri. “Sono venuto qui subito dopo l'esercito, quarant'anni fa. Ma se non fosse stato per l'alto livello di automazione, probabilmente non sarebbe sopravvissuto. È difficile per me lavorare tutto il giorno anche in buona forma fisica con un prodotto che pesa 30 kg , afferma Yakunin.
Persone e unghie
In tutto il mondo, le tecnologie sviluppate per la costruzione di aeromobili che consentono la produzione di vetri della resistenza richiesta sono utilizzate in molti altri settori dell'economia nazionale.
Diversi anni fa, per dimostrare l'elevata resistenza del vetro silicato, l'istituto ha realizzato … chiodi di vetro. Mi hanno picchiato con un martello. Potrebbero trovare applicazione in prodotti con proprietà antimagnetiche.
Inoltre, questi chiodi sono stati testati durante la costruzione, invece dei morsetti durante l'incollaggio degli scafi degli yacht. Ma le unghie sono rimaste solo esotiche. Ora nessuno ha bisogno di dimostrare l'elevata resistenza del vetro: tutte le opere di NITS sono la prova dell'alta qualità di questo materiale antico e, allo stesso tempo, completamente nuovo.
Il direttore dell'istituto Vladimir Solinov usa tutte le sue capacità per dimostrare la necessità di garantire un'elevata resistenza del vetro, comprese quelle architettoniche e costruttive.
È membro della Commissione russo-americana sulla sicurezza spaziale, di cui si è discusso all'inizio di questo articolo, nonché della Commissione sullo sviluppo urbano sotto la Duma di Stato - dopotutto, nella costruzione di edifici moderni, una parte crescente dei materiali è il vetro. Ciò significa che le tecnologie e i materiali sviluppati per l'aviazione renderanno nel prossimo futuro la vita di milioni di persone più confortevole e sicura.
