Подробнее 0 комментариев

Инновации в работах «ОКБ Сухого»: Технологические, организационные и научно-образовательные

Как реализуются инновации в рамках Программы инновационного развития Корпорации, принятой в 2011 году.

Благодарим редакцию корпоративного журнала "ПО Существу" ОАО "Компания "Сухой" за предоставление данного материала. 

В июле 2011 года Советом директоров ОАО «ОАК» была принята Программа инновационного развития Корпорации (ПИР). В процессе ее создания была проведена работа по консолидации предложений участников процесса инновационной деятельности, в том числе и ОКБ Сухого, и согласованию ПИР в заинтересованных министерствах и ведомствах. Предложения ОКБ Сухого в ПИР ОАК охватывают области технологий, организации производства и научно-образовательной деятельности. Остановимся подробнее на некоторых из них. 

Технологические инновации

Одним из важнейших направлений в современном авиастроении является применение композиционных материалов, которые позволяют создать более легкую конструкцию, придать изделию новые свойства, а в перспективе получить снижение цены. ОКБ Сухого проводит большой объем работ в этом направлении. Прежде всего, стоит отметить большое количество деталей, выполненных из композиционных материалов для самолета Т-50 (Рис. 1).

Они давно уже де-факто стали стандартом для мировой авиации, но истребитель Т-50, созданный по программе ПАК ФА, в этом отношении является рекордсменом среди отечественных боевых машин. Дело в том, что композиты составляют четверть сухой массы самолета. С учетом прочностных и массовых характеристик композитов и металлов, можно представить, сколько сотен килограмм веса удалось сэкономить конструкторам. Экономия в весе наглядно «продемонстрирована» наружной поверхностью Т-50: порядка 70% ее площади выполнено из углепластиков. В то же время, композиционные материалы не являются панацеей, у них, как и у любых других технологий, тоже хватает проблем. К примеру, композитная обшивка самолета при ударе молнии может представлять опасность для всей конструкции. Углепластики, имея в своей основе углерод, проводят ток, однако сопротивление их значительно больше, чем у металлов. В результате углепластиковая деталь под действием разряда молнии может оплавиться и даже разрушиться. Для эффективного «стекания» электричества по корпусу самолета в атмосферу важно низкое сопротивление всей конструкции. Специально для того, чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию самолетов Т-50, а также других типов, имеющих наружные детали из композиционных материалов, во Всероссийском институте авиационных материалов (ВИАМ) был создан новый сорт углепластика. Суть ноу-хау заключается в том, что новый композит имеет в своем составе специально подобранные компоненты, увеличивающие электро- и теплопроводность детали. Благодаря этому достигается приемлемая защита от разрядов атмосферного электричества, а в сравнении с традиционными методами противодействия молниям (металлические сетки) еще и достигается экономия в весе – порядка 300-500 гна квадратный метр поверхности. Кроме того, в отличие от металлических сеток, специализированный электропроводящий углепластик не увеличивает радиолокационную заметность самолета.

Широкое применение композиционных материалов, помимо выигрыша в весе, сказалось и на стоимости работ. По сравнению с почти полностью металлическим Су-27, Т-50 состоит из вчетверо меньшего количества деталей, что, в конечном счете, сказывается на скорости изготовления/сборки, и на цене готового планера. На фоне дорогой авионики, свойственной четвертому и пятому поколению истребителей, выигрыш в цене конструкции весьма полезен.

Нанотехнологиям отводится решающая роль в развитии всех направлений деятельности общества, в том числе науки и техники. С целью реализации государственной политики в сфере нанотехнологий в России была образована ГК «Роснано». Корпорация является соинвестором в нанотехнологических проектах со значительным экономическим или социальным потенциалом, обеспечивает коммерциализацию и внедрение научно-технических разработок в различные сферы человеческой деятельности. Начиная с 2007 года ОКБ Сухого активно сотрудничает с ГК «Роснано». Из 120 проектов, предложенных Корпорацией авиационной отрасли, было отобрано 12 приоритетных для внедрения на изделиях авиационной техники. На рисунке 2 представлен их краткий перечень. В основном это касается электроники, материалов и покрытий (кликните на изображение для увеличения).

Как известно, в настоящее время на самолетах используются три вторичные энергетические системы: система электроснабжения, гидравлическая система, пневматическая система. Такое построение бортовой системы энергоснабжения для перспективных ЛА не является оптимальным, требует существенных затрат на его эксплуатацию и вызывает значительные трудности при интеграции бортового оборудования.

Одним из наиболее перспективных направлений создания конкурентоспособного самолета является переход к концепции самолета с полностью электрифицированным оборудованием. Появилось понятие «более электрического самолета». Здесь мы видим несколько этапов (Рис. 3). Первый — использование локальных преобразователей в традиционной системе электроснабжения, и второй — создание системы электроснабжения постоянного тока высокого напряжения для питания ряда самолетных систем.

Однако, как показали исследования, наибольший эффект от повышения уровня электрификации все-таки следует ожидать на крупных пассажирских и транспортных самолетах, для которых замена всех видов энергии на борту самолета только на электрическую энергию должна, в конечном итоге, обеспечить повышение экономичности, надежности, эксплуатационной технологичности и снижение стоимости жизненного цикла. На самолетах «меньших» размерностей эффект ниже. И в основном сводится к упрощению системы технического обслуживания, повышению надежности и живучести. На рисунке 4 представлены основные системы «полностью электрического пассажирского самолета». В качестве альтернативы вспомогательной силовой установки рассматривается возможность применения водородных топливных элементов. Топливные элементы создают значительно меньший уровень шума по сравнению с обычными вспомогательными силовыми установками (ВСУ), кроме того, они более экологичны. Конструкция топливных элементов имеет меньше подвижных частей, а электричества, при одинаковом количестве потребляемого топлива, они производят в два раза больше. Топливный элемент – химическое устройство, обеспечивающее получение электроэнергии за счет протекания электрохимической реакции. Однако в отличие от обычных аккумуляторов, которые требуют перезарядки, топливные элементы работают, пока в них есть топливо. Со временем топливные элементы смогут стать высокоэффективным экологичным источником питания для основных бортовых систем гражданских самолетов (кликните на изображение для увеличения).

Важнейшим фактором инновационного развития самолетостроительной компании является переход к новой технологии проектирования, основанной на применении современных средств вычислительной техники и кардинального увеличения объема методов математического моделирования, их глубины и широты охвата. Основной экономический эффект от использования новой технологии ожидается за счет сокращения дорогих экспериментальных и натурных испытаний, малоэффективных стендов, натурных образцов и физических моделей. Например, применение методов вычислительной газодинамики позволило за последние десять лет существенно сократить количество продувок и сэкономить более миллиарда долларов. С другой стороны, снижение доли экспериментальных работ привело к резкому усложнению самих расчетов. На рисунке 5 приведены примеры расчетных задач большой размерности из производственной деятельности ОКБ Сухого. Очевидно, что для обеспечения их решения в приемлемые для практики сроки необходимо внедрение суперкомпьютерных технологий. В2010 годуОКБ Сухого стало соисполнителем программы «Стратегические компьютерные технологии», реализация которой осуществлялась ГК «Росатом» в период с 2010 по 2012 года. В результате были созданы ряд отечественных супер-ЭВМ от компактных (1-5 Терафлоп/с) до супер-ЭВМ петафлопсного класса, импортозамещающие конкурентоспособные пакеты программ трехмерного имитационного моделирования для решения задач тепломассопереноса и прочности на вычислительных системах различной архитектуры, в том числе на супер-ЭВМ с массовым параллелизмом, а также высокоскоростные, защищенные каналы связи, позволяющие проводить моделирование в удаленном режиме. Это позволило впервые в отечественной практике перейти к системному решению типовых промышленных задач с реальными граничными условиями, существенно повысить детализацию расчетных моделей и достоверность полученных результатов при сокращении суммарного времени расчетного анализа. В итоге – сокращение сроков разработки и снижение затрат на создание новых образцов авиационной техники.

Технология малой заметности. Имеется в виду снижение заметности самолета в радиолокационном и инфракрасном диапазоне длин волн. «ОКБ Сухого» совместно с отраслевыми институтами и институтами РАН занимается данной проблемой достаточно давно. В РЛ-диапазоне основными направлениями работ являются развитие расчетной и экспериментально-исследовательской базы, исследование новых физических процессов, создание новых материалов и покрытий, а также снижение заметности КБО, минимизация антенн и датчиков (Рис. 6).

В инфракрасном диапазоне длин волн одним из перспективных направлений снижения заметности является применение плоского эжекторного сопла, в котором охлаждение внешних створок осуществляется низконапорным воздухом из пограничного слоя на внешней поверхности мотогондолы. Из приведенных на рисунке 7 данных видно, что уровень ИК-излучения такого сопла по сравнению с осесимметричными соплами существенно ниже. Недостатками плоского эжекторного сопла являются: повышенные потери давления и тяги внутри канала при переходе от круглого сечения двигателя к прямоугольному сечению на входе в сопло, а также большой вес конструкции. В нижней части рисунка показано еще одно направление снижения ИК-излучения – применение специальных аэрозольных смесей. Данное направление лишено недостатков, отмеченных выше, однако снижение заметности не является столь значительным, как в первом случае. Достигаемый эффект от применения технологий малой заметности – снижение потерь и повышение боевой эффективности авиационных комплексов.

Комплексная система управления (КСУ), создающая искусственную устойчивость неустойчивого самолета, обеспечивает управление самолетом на земле и в воздухе (Рис. 8). Управление на земле осуществляется системами разворота колес передней стойки и торможения колес. Управление в воздухе – электрогидравлическими приводами управляющих поверхностей и приводами поворотных сопел двигателей. КСУ обеспечивает комфортное управление самолетом, ограничение предельных режимов, в том числе исключение сваливания в штопор, автоматизацию боевых режимов и автоматический увод самолета с опасной высоты, чем практически исключаются катастрофы из-за ошибок летчика и потери ориентировки. С помощью КСУ становится возможной укороченная, до300 м, посадка на больших углах атаки. Развитие возможностей комплексной системы управления позволит существенно повысить надежность, безопасность полетов и боевую эффективность авиационных комплексов (кликните на изображение для увеличения).

Рисунок 8. Комплексная система управления (КСУ)

Для самолетов 5-го поколения реализуется интегрированная система КБО с выделением информационно-управляющей системы (ИУС), в которой производится вторичная обработка сигналов всех систем КБО, осуществляется управление самолетными системами и боевым применением. Разработчиком ИУС и соответствующего программного обеспечения является разработчик самолета. Достигаемый эффект — повышение производительности, функциональных возможностей и надежности КБО.

Информационно-управляющая система также обеспечивает взаимодействие «летчик – КБО» и «интеллектуальную» поддержку экипажа путем выдачи подсказок с использованием элементов технологий искусственного интеллекта, доведения до него информации в виде и объеме, обеспечивающем высокую эффективность действий. Применение данной технологии на самолете Т-50 позволит в значительной степени снизить нагрузку на летчика и позволит летчику концентрироваться на выполнении тактических задач. Большая часть «рутинных» функций передается «электронному» второму пилоту (Рис. 9). В результате ожидается снижение веса и стоимости авиационного комплекса.

Организационные инновации

Ядром инноватики, современной инновационной экономики, безусловно, являются технологии. Однако их успешное использование и развитие в современном авиастроении невозможно без внедрения новых методов управления и организации производства.

Тенденции глобализации и интернационализации, заметно усилившиеся после распада прежней геополитической системы, коснулись, прежде всего, дорогостоящего рынка высокотехнологичной авиационной продукции. Как показывают исследования, многие новые масштабные разработки в авиапромышленности сегодня не могут быть реализованы силами отдельных компаний по ряду объективных причин: отсутствие инвестиционных ресурсов, технологической базы, недостаток квалифицированных кадров.

Эффективным способом решения данных проблем является международная кооперация, в том числе на принципах распределения рисков. Это подтверждается многолетним опытом работы Компании «Сухой» с иностранными заказчиками по модернизации и организации лицензионного производства в области военной авиации, накопленным потенциалом при реализации проекта Су-30МКИ, опытом производственной интеграции в сфере высоких технологий с индийской корпорацией HAL для создания российско-индийского перспективного многофункционального истребителя пятого поколения (ПМИ).

Основная цель такого сотрудничества – достижение эффекта синергии, трансферт технологий, минимизация рисков и эффективное продвижение продукта на мировых рынках вооружений.

ОКБ Сухого является лидером среди российских авиастроительных компаний по внедрению информационных и управленческих технологий, которые обеспечивают совместное функционирование механизмов поддержки всех этапов жизненного цикла изделия (CALS-технологий) (Рис. 10). Это позволило существенно повысить экономическую эффективность деятельности предприятия, сохранить конкурентные преимущества, интегрироваться в мировой авиационный рынок и выйти на новый качественный уровень послепродажного обслуживания, объединив в едином информационном пространстве разработчиков и потребителей продукции «Сухого» во всем мире (кликните на изображение для увеличения).

Комплексная система послепродажного обслуживания – ключевой аспект современного бизнеса любой авиационной компании. В основе организации данной системы лежит понимание того, что все основные ее критерии и принципы должны быть определены на самых ранних стадиях проектирования самолета с учетом потребностей заказчиков, которые тоже меняются во времени и уточняются. Только тогда удастся обеспечить поддержку продукта на протяжении длительного жизненного цикла (Рис. 11).

Научно-образовательные инновации

Усложнение объектов авиационной техники, технических и технологических систем, обострение конкурентной борьбы настоятельно требуют изменения стратегии и тактики кадрового сопровождения инновационных проектов, применения эффективной системы непрерывной профессиональной подготовки.

Сегодня процесс подготовки кадров в ОКБ Сухого начинается уже со школьной скамьи (Рис. 12). Совместно с Московским авиационным институтом для старшеклассников проводятся ежегодные олимпиады по авиации. Во время обучения в вузе студенты получают стипендию от Компании, а также возможность работать в ее структурных подразделениях. Помимо работы в подразделениях, на «Сухом» проводится углубленная подготовка студентов старших курсов по некоторым специальностям. На практическом материале фирмы выполняются курсовые и дипломная работы, защита которой проводится перед комиссией, включающей авторитетных ученых и специалистов Компании. Таким образом, действительно талантливая, увлеченная молодежь выходит из вуза с должной подготовкой, отвечающей постоянно повышающемуся уровню требований. У выпускников уже имеется профессиональный опыт, им гарантировано трудоустройство. Но этого не достаточно. Молодой специалист, пришедший в Компанию, даже если он перед этим работал в ней, нуждается в дальнейшей адаптации и развитии. 

Рисунок 12. Методика набора студентов на первый курс кафедры

С этой целью в Компании «Сухой» разработан ряд мероприятий (Рис. 13), среди которых важное место занимают ежегодные конкурсы на лучшую научно-техническую работу с весьма серьезными денежными призами. На предприятиях холдинга действуют программы подготовки кадрового резерва, в том числе будущих руководителей подразделений и технических руководителей. Главное преимущество такой системы подготовки кадров, на наш взгляд, заключается в том, что она работает на омоложение коллектива и позволяет гармонично совместить интересы Компании и интересы сотрудников. 

В заключении хочется подчеркнуть, что в настоящее время инновации являются фактором, способным существенно влиять на формирование национальной конкурентоспособности. Полноценное использование инноваций для национального развития возможно только при условии целенаправленной инновационной политики, проводимой как отдельными компаниями, так и на государственном уровне. Сегодня «ОКБ Сухого» ощущает себя частью этого процесса и у нас есть все слагаемые для укрепления и развития наших достижений в будущем: лучшая в России конструкторская школа, проверенный практикой опыт самых передовых инженерных решений, агрессивная и сфокусированная команда управленцев, ориентированных на коммерческий успех. Эти и другие факторы создают благоприятные условия для обеспечения конкурентоспособности российской авиационной техники на мировом рынке.

Александр Барковский

0 комментариев
Отправить
обсуждения
Толковая статья автора-практика. Полная версия - в крайнем номере альманаха "Управление произво... Из личного опыта: как вовлечь сотрудников в процесс непрерывного совершенствования
Никакая программа не позволяет "выявлять причины брака", только сигналы об изменениях в пр... За качество берётся статистика: SPC на «КАМАЗе»
Добрый день, Статистическое управление процессами - это не сравнение контролируемых значений с г... За качество берётся статистика: SPC на «КАМАЗе»
Узнайте больше Бережливое производство Сборник уникальных алгоритмов и дорожных карт для внедрения бережливого производства
Бережливое производство