Авиаотрасль России внедряет бионический дизайн и 3D-печать для повышения эффективности авиационных деталей

09.02.2025, 15:18

Предприятия Объединённой авиастроительной корпорации (ОАК) начали выпуск авиационных деталей с использованием бионического дизайна, который предполагает заимствование решений, встречающихся в природе, для создания силовых элементов планера самолёта. Детали, спроектированные таким образом, отличаются от традиционных своей ветвистой и сетчатой структурой, напоминающей строение растений или костей млекопитающих.

Применяя подобные инновационные технологии, ОКБ Сухого разработало алюминиевый кронштейн для истребителя Су-57, который на 10% легче традиционного, изготовленного по стандартным технологиям, при этом его удельная прочность увеличилась на 20%, рассказали в ГК «Ростех».

«Изделие больше напоминает кость какого-нибудь доисторического животного, чем деталь истребителя пятого поколения. Новый кронштейн более чем на 10% легче аналогичных деталей, выполненных по традиционным технологиям. При этом удалось добиться увеличения его удельной прочности на 20%», – отметили в Ростехе.

Бионический дизайн в сочетании с аддитивными технологиями позволяет не только снизить вес деталей, но и сократить расход дорогостоящих сложных сплавов и редкиих металлов. В некоторых случаях экономия материала достигает 30%, что положительно сказывается на стоимости конечного изделия. Аддитивные технологии, включая 3D-печать, обеспечивают возможность создания сложных структур, которые невозможно реализовать традиционными методами производства. Это особенно важно для авиастроения, где каждый сэкономленный килограмм веса улучшает технические и экономические показатели самолёта.

Методология генеративного дизайна, используемая при создании бионических деталей, основана на компьютерных технологиях, которые автоматизируют процесс проектирования, а инженеры-конструкторы могут создавать алгоритмы, генерирующие оптимальные решения. Нейронные сети, обученные на больших массивах данных, позволяют системе самостоятельно находить зависимости и предлагать наиболее эффективные варианты конструкции. Такой подход минимизирует участие человека в промежуточных этапах проектирования, ускоряя процесс разработки.

Одним из ключевых преимуществ бионического дизайна является возможность снижения массы деталей без ущерба для их прочности, что особенно актуально для авиационной промышленности, где снижение веса конструкции напрямую влияет на аэродинамические характеристики, управляемость и экономическую эффективность самолёта. Например, кронштейн, разработанный ОКБ Сухого, не только легче, но и прочнее своих предшественников.

Аддитивные технологии играют важную роль в реализации бионического дизайна. Традиционные методы производства не способны воспроизвести сложные структуры, в то время, как 3D-печать позволяет создавать детали с любыми толщинами, искривлениями и полостями, что невозможно при использовании стандартных станков с ЧПУ. Например, Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) напечатал на 3D-принтере алюминиевый кронштейн, который на четверть легче аналогов, изготовленных традиционным способом. Процесс занял всего одну ночь, тогда как механическая обработка заняла бы не менее недели.

В ОКБ Сухого активно используются аддитивные технологии для создания различных деталей, включая элементы управления самолётами. Например, чтобы улучшить эргономику и удобство использования, ручка управления истребителя Су-57 была доработана с учётом замечаний лётчиков и напечатана на 3D-принтере. Кроме того, методом послойного синтеза была изготовлена педаль управления самолётом, а также множество деталей для продувочных моделей новой авиационной техники.

Исследования в области бионического дизайна и аддитивных технологий продолжаются в научных институтах России. Сотрудники СибНИА им. С. А. Чаплыгина изучают применение генетических алгоритмов и нейронных сетей для проектирования бионических конструкций. Например, в институте разработан алгоритм топологической оптимизации, который позволяет создавать детали с минимальной массой и максимальной жёсткостью. Технология уже была применена для оптимизации кронштейна узла энергонавески летающей лаборатории на базе самолёта Як-40.

Внедрение бионического дизайна и аддитивных технологий в авиастроении открывает новые возможности для снижения веса и повышения прочности авиационных деталей. Это не только улучшает технические характеристики самолётов, но и снижает затраты на производство. Со временем такие технологии могут стать стандартом в авиационной промышленности, постепенно вытесняя традиционные методы проектирования и изготовления.

Авиация России

https://aviation21.ru/aviaotra...

Новость уже не новость, но информация к размышлению. А как в гражданской авиации используется данная технология, ведь известно, что импортозамещённый МС-21-310 перетяжелён на мифические 5,75 т и поэтому будет перепроектирован - есть информация, что это будет укороченная версия МС-21-210. Очевидно, что здесь тоже необходимо внедрять биодизайн, возможно такие рассуждения не только у меня одного, но и у Мантурова и у других влиятельных людей. А пока мы очень медленно запрягаем.