Na Rússia, novas tecnologias foram desenvolvidas para a fabricação de vidros de silicato para as cabines de aeronaves militares e civis. Esses produtos acabam sendo mais leves e fortes do que se fossem criados a partir de materiais orgânicos usados anteriormente. O vidro de silicato também é usado em outros campos, da exploração espacial à construção de moradias.
Há vários anos, tem havido um debate entre os pesquisadores espaciais sobre a avaliação de segurança e operação da Estação Espacial Internacional. O fato é que existem 13 janelas instaladas no segmento russo da ISS. Durante as discussões conjuntas sobre a ISS, propõe-se fechar as janelas no segmento russo com tampas cegas por causa do perigo de defeitos no vidro devido aos impactos de micrometeoritos - dizem, a segurança da estação pode melhorar. Mas o representante do lado russo - o diretor do Instituto de Pesquisa Científica de Vidro Técnico (NITS), Cientista Homenageado, Vice-Presidente da Academia de Ciências da Engenharia da Federação Russa, Doutor em Ciências Técnicas, Professor Vladimir Solinov, mantém sua posição - por muitos anos a resistência residual após o impacto das micropartículas espaciais foi preservada e, várias radiações e outras ameaças do espaço não afetaram a segurança das janelas criadas no instituto, bem como a tripulação, portanto não há motivos para limitar a observação do nosso planeta, "obscurece" o trabalho dos cosmonautas nos módulos russos da estação orbital.
Vigias para a estação orbital são apenas um dos poucos produtos fabricados pela NITS. A maior parte do trabalho dos cientistas e tecnólogos do instituto localizado no sudoeste de Moscou, é claro, está associada à criação de ótica estrutural, envidraçamento, ou como se costuma dizer aqui "sistemas óticos transparentes complexos" para aeronaves de combate da quarta e quinta gerações produzidas pelas fábricas da UAC. E a cada ano há muito mais trabalho para a aviação.
Silicato ou orgânico
Na foto: tampas de pára-brisa T-50 em um cassete de endurecimento.
O vidro de silicato é um material com propriedades únicas. Sua transparência, alta ótica, resistência ao calor, força e capacidade de usar vários revestimentos tornam-no indispensável para envidraçamento de aeronaves. Mas por que a prioridade foi dada à matéria orgânica no envidraçamento de cabines de aeronaves no exterior e em nosso país? Por um único motivo - é mais fácil. Eles também dizem que o vidro de silicato é muito frágil.
Nos últimos anos, o desenvolvimento dos cientistas de materiais do NITS tornou possível mudar radicalmente o conceito de vidro de silicato como um material quebradiço. Os métodos modernos de reforço tornam possível dar ao envidraçamento para aeronaves de combate modernas resistência suficiente para suportar o impacto de uma ave pesando cerca de dois quilos a uma velocidade de 900 km / h.
“Hoje, o método de endurecimento na camada superficial se esgotou. É hora de mudar a estrutura interna do vidro, sua imperfeição”, diz Vladimir Solinov. Por mais estranho que possa parecer, isso é facilitado pelas sanções impostas pelo Ocidente. O fato é que mesmo nos tempos de "pré-sanção", as empresas estrangeiras, por decisão da OTAN, não forneciam à Rússia vidros de silicato de melhor qualidade, que ali eram usados para fins especiais. Isso forçou o NITS a usar vidro arquitetônico. Embora os fabricantes russos produzam milhões de metros quadrados desse tipo de vidro, sua qualidade não é adequada para uso na aviação.
A substituição de importações veio em socorro: um novo projeto de P&D e design de equipamentos que era fundamentalmente novo para a indústria do vidro foi lançado em Moscou.
Todos os processos de síntese de vidro com prioridade russa serão testados nele.
O projeto foi confiado à jovem cientista Tatiana Kiseleva. Graduado de 26 anos pela Universidade Russa de Tecnologia Química. D. I. Mendeleeva é a responsável pelo laboratório, em 2015 defendeu a sua tese. No departamento de vidro em Mendeleevka, Tatiana estudou as propriedades da armadura transparente. Um de seus desafios profissionais é desenvolver um vidro que seja superior em propriedades a um dos melhores análogos do mundo - o vidro herkulit, que a Rússia ainda não produziu.
O projeto é baseado em um novo método original de fusão de vidro. Já hoje, o laboratório já obteve amostras de vidro, cuja resistência estrutural é três vezes maior do que os análogos obtidos pelo método tradicional. Some-se a isso os métodos existentes de endurecimento e obterá o vidro, cuja resistência é várias vezes maior do que a de muitos tipos de ligas de aço. O vidro mais durável torna os produtos mais leves. No entanto, deve-se destacar que os desenvolvedores de vidros orgânicos estão constantemente aprimorando o desempenho técnico de seus produtos, a disputa sobre qual vidro é melhor ainda não acabou.
Lanterna para T-50
Na foto: conjunto de envidraçamento para aeronave T-50 - visor frontal e parte dobrável.
Imagine um pacote de várias placas de vidro de sílica que você deseja otimizar o visor frontal de uma aeronave de alta velocidade.
Há cerca de quarenta anos, os especialistas da NITS desenvolveram a tecnologia de dobra profunda. Várias camadas de vidro são colocadas em um forno especial. Por várias horas em altas temperaturas sob o próprio peso, o vidro se dobra, adquirindo a forma e a curvatura desejadas. Se necessário, mecanismos especiais empurram a peça de trabalho, forçando-a a dobrar de acordo com uma programação especial.
Pela primeira vez no mundo, usando essa tecnologia, o caça MiG-29 substituiu a lanterna, que era composta por três vidros, por um vidro livre de silicato.
Com o aumento da velocidade, aumentaram os requisitos de resistência ao calor da vidraça, que o vidro orgânico não aguentava mais. Ao mesmo tempo, os requisitos óticos e de visibilidade foram reforçados. Vários anos atrás, em cooperação com a Sukhoi Company, a United Aircraft Corporation, foi desenvolvida uma nova tecnologia para a produção de vidro para o T-50.
O desenvolvimento foi financiado por fabricantes de aeronaves, em parte pelo Ministério da Indústria e Comércio. Foi prestada assistência substancial na execução do reequipamento técnico do empreendimento, afirma Yuri Tarasov, diretor do Centro de Tecnologia da UAC.
Como resultado, o pára-brisa da aeronave T-50 tem quase o dobro do tamanho do visor do MiG-29, e o formato do produto de um cilindro clássico se transformou em um formato 3D complexo.
O resultado - pela primeira vez no mundo, a parte frontal e dobrável da capota da aeronave T-50 (fabricada pela Sukhoi) foi feita de vidro de silicato em formato 3D. Além disso, o peso dessas peças acabou sendo menor do que se fossem de vidro orgânico.
Os resultados alcançados deram um impulso para equipar aeronaves de outras fábricas e escritórios de projeto que fazem parte da UAC com vidros semelhantes. Imediatamente houve a necessidade de modernização, substituindo o envidraçamento orgânico por silicato, por exemplo, nas aeronaves Yak-130, Su-35, MiG-31, MiG-35. Após tal substituição (ou seja, melhorando as características de resistência do envidraçamento), o MiG-35, por exemplo, pela primeira vez atingiu uma velocidade de até 2.000 km / h, ou seja, conseguiu voar 40% mais rápido em média do que qualquer outra aeronave no mundo.
Nos últimos anos, o estilo de trabalho dos cientistas de Moscou mudou seriamente. Cerca de trezentos especialistas em NITS realizam um ciclo completo - das especificações técnicas à produção em pequena escala. Isso inclui o desenvolvimento de tecnologia e a seleção dos principais materiais ao usar o vidro, além de um grande ciclo de testes para todos os fatores que afetam a aeronave, tanto no solo quanto no ar.
Vários requisitos importantes são impostos ao vidro moderno, entre os quais, além da alta resistência, estão a transparência óptica, alta transmissão de luz, aumento do alcance de visão, propriedades anti-reflexas, proteção contra os efeitos da radiação solar e outras radiações, anti-gelo propriedades, garantindo resistividade elétrica uniforme.
Tudo isso é obtido por revestimento de aerossol, vácuo ou magnetron. Equipamentos poderosos e sofisticados que evaporam o metal e o depositam na superfície do vidro permitem que o NITS aplique quaisquer revestimentos, incluindo aqueles que protegem contra fatores especiais.
Este conjunto de propriedades permite falar de um produto de envidraçamento como um sistema óptico complexo, e as propriedades de alta resistência do vidro, que faz parte da cabine da aeronave, criaram um novo campo da ciência e tecnologia e introduziram o termo “óptica estrutural produtos”(ICO).
Novas tecnologias
Na foto: carregando uma folha de vidro para processamento posterior.
Quando o produto - a parte articulada da lanterna do T-50 - é descarregado do forno para processamento posterior, dificilmente se parece com um produto futuro. Ao dobrar o vidro, as arestas da peça ficam deformadas, sendo impossível removê-las de uma peça de grande porte, que possui uma forma geométrica complexa, com uma ferramenta de diamante. O laser veio em seu socorro. O feixe de laser do complexo robótico não só corta a peça de acordo com o programa nele previsto, mas também, ao derreter a aresta, aumenta a resistência da aresta dos produtos, evitando o aparecimento de fissuras. O corte a laser de produtos 3D de grande porte foi usado pela primeira vez em Moscou. Este método foi patenteado em março de 2012. O feixe de laser também é usado para cortar a camada eletricamente condutora na superfície do vidro, criando zonas de aquecimento. Após o processamento a laser, a peça de trabalho parece cada vez mais com uma lanterna T-50.
Após o corte, cada peça é processada em uma máquina de cinco eixos. O alojamento exclusivo permite que ele forneça zero tensões de montagem iniciais. O tecnólogo-chefe do instituto, Alexander Sitkin, falou sobre as perspectivas de utilização do complexo para lixar e polir a superfície do vidro: um trabalho que, se necessário, é feito apenas manualmente. As tecnologias desenvolvidas são o orgulho do instituto.
Mais recentemente, um bloco de vidro acabado com a ajuda de um selante foi montado em uma estrutura de metal. A transição para materiais compósitos desenvolvidos pela NITS permitiu reduzir o peso do produto em 25%, para aumentar a resistência das aves e o recurso de envidraçamento ao nível do recurso de envidraçamento. Tornou-se possível substituir o envidraçamento no campo.
Todo o ciclo de produção da OIC dura cerca de um mês e meio. A maior parte dos produtos vai para as fábricas da UAC, alguns para reparos em fábricas de modernização e outros para os aeródromos da Aeronáutica, nos chamados kits de primeiros socorros. A parte principal dos produtos NITS é realizada no âmbito da decisão de defesa do estado.
O NITS reluta em compartilhar informações sobre as características dos vidros para aeronaves de combate. Mas é claro que os óculos desenvolvidos para cockpits de aeronaves civis nacionais são superiores aos importados em vários parâmetros.
Por exemplo, como você pode ver no site do NITS, a espessura do vidro do Tu-204 é de 17 mm, a espessura do vidro com as mesmas propriedades do Boeing 787 é de 45 mm.
Geração V
Nos últimos anos, o diretor do instituto, Vladimir Solinov, conseguiu rejuvenescer significativamente a equipe. Jovens e especialistas experientes trabalham na produção de Moscou, que recentemente completou 60 anos. Alunos seniores de Mendeleevka vêm aqui de boa vontade. Vindo para a prática no instituto e aprendendo que há salários de 70 mil rublos, no início são empregados por trabalhadores comuns, depois crescem rapidamente ao nível de tecnólogos. Existem também muitos trabalhadores experientes.
Um deles, Nikolai Yakunin, processa vidro para helicópteros. “Eu vim aqui logo depois do exército, quarenta anos atrás. Mas se não fosse pelo alto nível de automação, provavelmente não teria sobrevivido. É difícil para mim trabalhar o dia todo mesmo em boa forma física com um produto de 30 kg”, diz Yakunin.
Pessoas e unhas
Em todo o mundo, tecnologias desenvolvidas para a construção de aeronaves que permitem a produção de vidros com a resistência necessária são utilizadas em diversos outros setores da economia nacional.
Vários anos atrás, para provar a alta resistência do vidro de silicato, o instituto fez … pregos de vidro. Eles me bateram com um martelo. Eles podem encontrar aplicação em produtos com propriedades antimagnéticas.
Além disso, esses pregos foram testados durante a construção, em vez de grampos ao colar cascos de iates. Mas as unhas permaneceram apenas exóticas. Agora ninguém precisa provar a alta resistência do vidro - todos os trabalhos do NITS comprovam a alta qualidade desse material antigo e, ao mesmo tempo, completamente novo.
O Diretor do Instituto Vladimir Solinov usa todas as suas capacidades para provar a necessidade de garantir a alta resistência do vidro, incluindo arquitetura e construção.
Ele é membro da Comissão Russo-Americana de Segurança Espacial, que foi discutida no início deste artigo, bem como da Comissão de Desenvolvimento Urbano da Duma Estatal - afinal, na construção de edifícios modernos, uma parte crescente dos materiais é o vidro. Isso significa que tecnologias e materiais desenvolvidos para a aviação tornarão, em um futuro próximo, a vida de milhões de pessoas mais confortável e segura.
