Выпускник МАИ придумал, как с помощью лазера сделать самолёт прочнее
4 августа 2020
Выпускник 2020 года кафедры 208 «Электроракетные двигатели, энергетические и энергофизические установки» Московского авиационного института Даниил Королёв является автором инновационного проекта по лазерному ударному упрочнению, который в 2020 году получил поддержку и финансирование по программе «УМНИК» от Фонда содействия инновациям.
Идея проекта маёвца направлена на решение проблемы прочности высоконагруженной детали авиационного двигателя или самолёта. Во время эксплуатации детали самолёта постоянно подвергаются знакопеременным нагрузкам. Металл начинает накапливать повреждения, которые с течением времени преобразуются в трещины. Всё это влечёт вынужденные траты на ремонт авиационной техники, а также растёт риск авиационных происшествий.
Молодой учёный предложил на этапе изготовления подвергать деталь самолёта лазерному упрочнению на установке, что сделает её более прочной и снизит вероятность образования трещины.
«Предварительно деталь обрабатывается специальным покрытием, которое поглощает излучение. Затем делаются короткие выстрелы из лазера, которые действуют по типу удара молотка. Вследствие этой манипуляции меняются свойства поверхностного слоя детали (один миллиметр от поверхности) — он становится прочней и в состоянии выдерживать большее количество циклов, меньше подвергается коррозии и износу. С меньшей вероятностью там будут возникать микротрещины, которые приведут к разрушению детали», — говорит Даниил.
В команде маёвца три человека: студент кафедры 205 «Технология производства двигателей летательных аппаратов» Глеб Кожевников, вместе с которым Даниил занимается составлением чертежей, моделированием, разработкой модели взаимодействия лазерного излучения и детали. А также наставники-кураторы ребят — кандидат технических наук, доцент кафедры 205 Максим Александрович Ляховецкий и доктор технических наук, профессор кафедры 205 Леонид Николаевич Лесневский, которого можно также назвать идеологом проекта — именно он предложил Даниилу в качестве дипломной работы взяться за интересную тему, которой ещё нет в России.
У проекта заложен большой потенциал. Сейчас в производстве применяется стандартный метод дробеструйной обработки, когда маленькие шарики, порядка одного миллиметра, испускаются с очень большой скоростью, и, попадая на поверхность изделия, упрочняют его. По оценочному мнению, лазерная ударная обработка будет эффективнее дробеструйной на 20-100% (зависит от типа металла).
«Конкурентная среда представлена двумя компаниями, которые располагаются в США. При этом у них нет возможности зайти на отечественный рынок из-за ограничений на ввоз высокомощных лазерных систем. В России подобные компании отсутствуют, а вот заинтересованность у отечественной промышленности есть», — говорит Даниил.
Так, свой интерес к проекту Королёва выразило ОКБ им. А.Люльки филиал «ОДК-УМПО». В случае успешной реализации научно-исследовательской работы ОКБ готово рассмотреть возможность дальнейшего инвестирования в разработку опытно-промышленной установки.
При этом среди потенциальных потребителей не только предприятия авиационной промышленности, но и автопрома, железнодорожного транспорта, судостроения, общего машиностроения и даже ядерной энергетики.
«Технологию можно использовать везде, где есть металлические изделия, которые испытывают знакопеременные нагрузки, — отмечает Даниил. — Это судостроение, двигателестроение, самолётостроение, космическая отрасль, автомобилестроение, медицина и многое другое».
На данный момент у проекта проработана концепция лазерной системы, проведён предварительный анализ рынка, оценены возможности реализации проекта, рассчитаны базовые характеристики установки. Финансирование по программе «УМНИК» позволило продолжить работу и сконцентрироваться на этапе исследований режимов лазерного ударного упрочнения и структурного состояния упрочнённых образцов, испытании образцов, а также последующей разработке цифрового макета установки. В дальнейших планах Даниила — подать заявку на патент, а также выйти на программу «Старт» (направлена на создание и поддержание инновационного микропредприятия на стадии первых продаж). По оптимистичным расчётам автор проекта планирует выйти на рыночные объёмы продаж ориентировочно к 2024 году.
