Современное состояние машиностроения и размещение по РФ. Перспективы развития

Различные модификации  самолетов типа «Ил» производят в  Москве, Воронеже, Казани. Самолеты типа «Ту» — в Москве, Самаре, Ульяновске. Центрами авиастроения являются также  Саратов, Омск, Новосибирск, Таганрог.

В настоящее время  осуществляется реформирование отрасли. Новой формой управления является создание холдинговых компаний. Одна из таких компаний создана на базе ОАО «Авиационная холдинговая компания «Сухой», в которую вошли все серийные заводы по производству боевых самолетов марки «Су».

Формирование холдинговых  компаний проходит в три этапа. На первом этапе акционируются авиационное  производственное объединение Комсомольска-на-Амуре (КнААПО) и Новосибирское производственное объединение (НАПО).

Второй этап предусматривает  увеличение государственного пакета акций в Иркутском авиационном производственном объединении (ИАПО) и Таганрогском авиационном научно-техническом комплексе имени Бериева (ТАНТК). На третьем этапе холдинг получит принадлежащий государству пакет акций ОКБ Сухого и АРПК «Сухой». На АХК «Сухой» будет возложена задача по созданию истребителей пятого поколения, который должен превзойти по своим качественным характеристикам американский самолет Р-35. Затраты на работы составят не менее 1,5 млрд долл.

В целях ускоренного  развития авиастроения и повышения качества выпускаемой продукции в 2006 г. образован холдинг «Авиастар» в состав которого вошли семь крупнейших авиационных компаний страны. 70% акций этого концерна будет принадлежать государству.

 

 

2. Перспективы развития  машиностроительного комплекса

 

Дальнейшее развитие машиностроительного комплекса  должно опираться на новые базовые  технологии, обеспечивающие выпуск конкурентоспособной  продукции, оживление инвестиционной активности, государственную поддержку  производств с высокими технологиями. Без этого не удастся достичь технологического обеспечения развития экономики, участия страны в качестве полноправного партнера в международном разделении труда.

К таким направлениям, безусловно, следует относить нанотехнологии. Они требуют малых затрат энергии, материалов, не нуждаются в обширных производственных и складских помещениях. С другой стороны, их развитие требует высокого уровня подготовки ученых, инженеров и технических работников, а также особой организации производства.

За рубежом работы в этой области стремительно развиваются в течение последних лет в рамках ряда приоритетных программ правительств Японии, США, ФРГ, Франции, Китая и других стран.

В России целевое бюджетное  финансирование работ в области  наноматериалов и нанотехнологий осуществляется с начала 90-х годов прошлого века в рамках нескольких программ. Государственная поддержка этих работ, хотя и несоизмеримая по своим масштабам с их финансированием в других странах, способствовала развитию этого перспективного направления, позволила сохранить научный потенциал, достаточно высокий уровень исследований и лидирующие позиции в некоторых областях нанонауки.

Нанотехнологии имеют конкретное промышленное применение. Сегодня на рынке предлагается большая номенклатура промышленно изготовляемых наноматериалов: металлических, гидрооксидов, оксидов и композитных порошков, которые уже находят широкое применение во многих секторах промышленности и строительства. Нанопорошки имеют свойства, отличающиеся от свойств металлов, окислов и т.д., из атомов и молекул которых они изготовлены.

В основе научно-технического «прорыва на наноуровне», форсируемого промышленно развитыми странами, лежит использование новых, ранее  не известных свойств и функциональных возможностей материальных систем при переходе к наномасштабам, определяемым особенностями процессов переноса и распределения зарядов, энергии, массы и информации при наноструктурировании. Многие из кардинально отличных свойств наноматериалов по отношению к объемным того же химического состава обусловлены эффектами многократного увеличения доли поверхности нанозерен и нанокластеров (до сотен квадратных метров на грамм). С этим связаны новые свойства многих конструкционных и неорганических наноматериалов. Причем значительное количество таких свойств до конца еще не исследовано.

 

2.1 Нанотехнологии в авиастроении

 

Аэрокосмическое наноструктурирование имеет решающее значение для разработки и изготовления отличающихся малой массой и высокой прочностью термически устойчивых материалов для самолетов, ракет, космических станций и исследовательских спутников. Кроме того, космические условия с низкой гравитацией и высоким вакуумом могут обеспечить прорывные направления в самих технологиях получения наноструктур и наносистем. Космические технологические установки могут стать одним из важных путей создания наносистем.

Области применения наноструктур в аэрокосмических системах:

• устойчивые к космической радиации компьютерные системы с малым энергопотреблением и высокими эксплуатационными характеристиками;
• наномасштабное приборное обеспечение для космических станций и перспективных спутников малых размеров;
• авионика (авиационная электроника) нового поколения на основе наноструктурных датчиков и наноэлектроники;
• теплозащитные, жаропрочные и износостойкие наноструктурированные покрытия;
• наномодифицированные полимеры и полимерные композиты с повышенными усталостными характеристиками;
• увеличение в несколько раз энергетической эффективности солнечных батарей и развитие альтернативных энергетических систем.

Важнейшая задача современного самолетостроения – облегчение конструкции летательного аппарата. Замена от 50 до 30 млн. заклепок, используемых сегодня при изготовлении корпуса большого пассажирского самолета, на сварные швы позволила бы значительно облегчить его, удешевить производство и существенно улучшить эксплуатационные характеристики. Такая замена возможна только при выполнении условия равенства прочности сварного шва и прочности свариваемого материала. Конструкция самолета должна иметь все детали с одинаковой прочностью. Однако современные методы сварки авиационных материалов (алюминиевых и титановых сплавов) не позволяют в полной мере выполнять это требование.

Ученые Института теоретической  и прикладной механики СО РАН (ИТПМ СО РАН) разработали лазерную сварку с применением наночастиц, позволяющую существенно улучшить прочностные свойства сварного шва. Основная идея новой технологии – управление процессом кристаллизации при сварке с помощью наночастиц тугоплавкого соединения (например, карбида титана), которые вводят в сварной шов. Тем самым повышаются механические свойства (прочность и пластичность) металла шва, возрастает в несколько раз относительное удлинение, увеличиваются предел прочности и предел текучести.

 

 

2.2 Нанотехнологии в автомобилестроении

 

В целом, говоря о представившихся возможностях использования наноматериалов в автомобильной промышленности, надо отметить, что в этой области уже накоплен некоторый, по большей части положительный опыт, а перспективы применения нанотехнологий в автомобилестроении пока еще скрыты от наших глаз.

Краска

Автором одной из первых заметных инициатив в этой области  стала компания Daimler-Crysler, которая начиная с 2003 года при окрашивании кузовов автомобилей марки Mercedes-Benz серий E, S, CL, SL и SLK использует прозрачный лак. Покрытие включает наноразмерные (ок. 20 нм) керамические частицы, в связи с чем была изменена и молекулярная структура самого связующего состава. На практике это позволило значительно улучшить износоустойчивость, а вместе с тем и декоративные свойства лакокрасочного покрытия перечисленных выше моделей.

Продолжая тему об инновационных  видах автомобильных лакокрасочных  покрытиях, хочется упомянуть о  работах, что ведутся в этом направлении  компанией Du-Pont. Согласно опубликованной информации, компанией ведется разработка принципиально нового лакокрасочного материала с активным привлечением последних достижений в нанотехнологии. По сообщениям разработчика, новые л/к материалы будут экологически чистыми, обладать повышенной износоустойчивостью, но, что самое примечательное, высыхание слоя такой краски при воздействии на него УФ-излучения не будет превышать десяти секунд. Правда, для работы с такой л/к системой предварительно необходимо вооружиться и новым оборудованием. Среди намеченных планов компаниями, занимающимися разработкой и производством лакокрасочных покрытий, создание в скором будущем защитных лакокрасочных покрытий, способных произвольно менять свой цвет (в зависимости от подаваемого на них напряжения), а также при необходимости даже блокировать проникновение радиосигналов заданных частот в салон автомобиля.

Антикоррозионные составы

Накопленный опыт в области наноразмерных частиц позволил немецким ученым из Института новых материалов в Саарбрюккене заявить о возможности создания в скором времени ингибиторов коррозии нового поколения. Руководитель института профессор химии Хельмут Шмидт обрисовал принцип действия новых ингибиторов следующим образом: «…к стандартному покрытию автомобиля мы подмешиваем наночастицы, выполняющие функцию ингибиторов коррозии, причем придаем им такие свойства, чтобы они в случае необходимости обеспечивали быструю диффузию соответствующих компонентов покрытия в зону повреждения и как бы затягивали рану». То, что такие ингибиторы коррозии обладают способностью свободно перемещаться внутри твердого лакокрасочного покрытия, профессором Шмидтом было доказано уже десять лет назад. Тогда ему удалось обнаружить, что наночастицы на металлической, стеклянной или керамической поверхностях ведут себя как ионы в свободном растворе. Говоря иными словами, они стремятся обеспечить и поддерживать во всем объеме равновесие, а любой перепад концентрации, вызванный, к примеру, царапиной на лакокрасочном покрытии, тотчас выровнять за счет диффузии.

Двигатель

Значительный потенциал  несут в себе разработки новых материалов, которые могут быть использованы для конструирования новых автомобильных двигателей. Растущие год от года требования к показателям экономичности двигателей и снижению токсичности выхлопа заставляют автомобильных конструкторов вести активный поиск альтернативных чугуну и стали материалов. В качестве одного из наиболее перспективных, способных стать основой для создания новых моделей двигателя материалов рассматривается модифицированный нанокомпозитными материалами пластик. Теоретически использование таких полимеров позволит значительно упростить сам процесс изготовления различных деталей двигателя, параллельно улучшится и их точность. Показатели жесткости и прочности модифицированного пластика близки к тем, что демонстрируют металлы, но при этом пластик гораздо легче, а его использование в конструкции автомобильного двигателя позволит значительно улучшить коррозионную устойчивость деталей, снизить уровень шумов двигателя, уменьшить технологические допуски.

Существенно продлить срок службы деталей, работающих в условиях экстремально высоких температур, таких, как свечи зажигания/накала, топливные форсунки и другие элементы камеры сгорания, может начало использования в них нанокристаллических компонентов.

Амортизаторы

Добавление в специальную жидкость наночастиц магнетита (оксида железа) с особым покрытием превращает ее в феррожидкость, вязкость которой можно изменять с помощью магнита. В современном автомобилестроении данный материал уже нашел свое практическое применение в качестве регулируемых по высоте амортизаторов.

Стекла

Проводятся испытания  электрохромной системы с целью  ее использования в качестве покрытия для боковых и салонных зеркал. В процессе химической обработки  ионы лития перемещаются, и атомы  образуют ультратонкий слой, который меняет светопропускную способность стекла, создавая эффект затемненности.

С использованием диоксида титана (TiO2) разработана технология самоочищающихся поверхностей. При попадании ультрафиолетового излучения на нанопокрытие из TiO2 происходит фотокаталитическая реакция, в результате которой содержащиеся в воздухе молекулы воды превращаются в сильные окислители — радикалы гидроокиси (HO), которые окисляют и расщепляют грязь.

Успешно продвигаются работы с учетом новых возможностей новой  технологии по разработке солнечных батарей. Уже запущен в мелкосерийное производство вариант автомобильной крыши, покрытой слоем кремниевых фотоэлементов мощностью 30 Вт.

Автокосметика

Благодаря использованию  нанотехнологий производителям автомобильной  косметики удалось создать качественно новые составы шампуней и полиролей. Так, включение наноразмерных частиц в состав полиролей позволило значительно улучшить защитные свойства последних, так как, во-первых, наноразмерные частицы в состоянии лучше заполнять различные структурные повреждения лакокрасочного слоя, а вместе с тем на его поверхности они образуют гораздо более плотный и износостойкий защитный слой по сравнению с традиционными составами полиролей благодаря плотной сетке поперечно-межмолекулярных связей наночастиц.

Трение

Одной из наиболее динамично  развивающихся областей нанотехнологий в секторе автомобилестроения является разработка и производство высокоэффективных  антифрикционных, противоизносных  и охлаждающих составов. Опытным  путем было установлено, что применение данных составов приводит к сокращению расхода топлива на 2–7%, износу деталей в 1,5–2,5 раза, увеличению мощности двигателя на 2–4%.

Добавление наночастиц в автомобильные шины увеличивает их гибкость и уменьшает износ.

Отдельного разговора  заслуживают перспективы развития и совершенствования электронных компонентов автомобиля с использованием современных возможностей нанотехнологии.

Не приходится сомневаться  в том, что со временем все без  исключения детали автомобиля будут  нести на себе отпечаток нанотехнологического вмешательства.

 

 

2.3 Нанотехнологии в железнодорожном машиностроении

 

Одной из интересных разработок, которые предлагает железнодорожникам  Нижегородский региональный центр  наноиндустрии, является керамический наноцемент, или фосфатная керамика — это порошкообразная смесь фосфата и оксида металла, при соединении с водой образующая пастообразный цементный раствор. Такой материал обладает высокой прочностью и огнестойкостью, высоким сопротивлением химическому разложению и замерзанию. В отличие от традиционного бетона, он отвердевает даже под водой. По своим свойствам фосфатная керамика превосходит привычный цемент.