Композитные технологии: Молекулярная структура
Штефан Винкельман, глава компании «Ламборгини», поделился: «Запредельная максимальная скорость, как и сверхмощность двигателя, для нас больше не являются первоочередными целями». Эти слова поначалу вызвали шок. Но дальше он вполне четко описал дальнейшие приоритеты возглавляемой им компании: «Рекордную динамику и феноменальную управляемость суперкаров наш новый подход к конструированию не заденет. Поймите, 300 км/ч максимальной скорости – это для любого современного суперкара уже общепринятая норма, но где ее можно достичь? Только на гоночных треках в течение очень короткого времени. Продолжать наращивать мощность двигателей мы не будем из экологических соображений – «Ламборгини», как и всем другим автомобилям, тоже нужно вписываться в нормы выброса СО2. Но выход есть – добиваться рекордного соотношения мощности и массы автомобиля. Путь здесь один – широкомасштабное использование углепластика. Болиды Формулы-1 давно подтвердили: лучшего материала, сочетающего в себе прочность и легкость, нам не найти».
Вот так, разом обрушив прежние ценности, г-н Винкельман и подвел нас к главной цели визита на «Ламборгини». Отныне эта компания является единственной автомобильной фирмой мира, имеющей в своей структуре подразделение для разработки, тестирования и производства деталей из углеволокна.
РУКА ВАШИНГТОНА
Осилить проект подобного масштаба в одиночку «Ламборгини» не смогла бы. Финансово (и в некоторой степени технологически) ей помогла «Ауди», нынешний полноправный владелец итальянской фирмы в составе концерна «Фольксваген». С подбором материалов, технологий и компьютерным симулированием крэш-тестов карбоновых элементов для нового флагмана – 700-сильного «Авентадора» – выручили американцы. Главным образом, университет штата Вашингтон, известный своими исследованиями в данном направлении. Опыт у этого заведения немалый – в основном благодаря совместной работе с «Боингом», который разворачивает выпуск «Дримлайнера», первого пассажирского самолета с фюзеляжем из композитных материалов.
Авиастроители тоже поделились с итальянцами ноу-хау – методикой быстрого определения степени повреждения и оперативного ремонта углепластиковых конструкций. Ведь самолет с проблемным элементом зачастую нельзя отправить своим ходом на завод-изготовитель. «Боинг» создал институт «летающих докторов» – квалифицированных ремонтников с «волшебными чемоданчиками», в которых есть все необходимое для изучения характера повреждения и его устранения. Похожие ребята будут летать и к незадачливым клиентам «Ламборгини». Для сокращения времени прибытия организовали три точки дислокации карбоновых лекарей – в Италии, США и Австралии.
Вашингтонский университет заодно взял на себя перспективные разработки углепластиковых технологий. И сосватал «Ламборгини» еще одного партнера, очень необычного, – лидера в мировом производстве аксессуаров для гольфа компанию «Кэллоуэй». Она делает клюшки для гольфа из углепластика методом горячей штамповки, используя заготовки карбонового волокна с совсем короткими нитями – от 2,5 до 5 см. Но благодаря их высокой плотности (более 200 тысяч волокон на квадратный сантиметр) наконечники клюшек получаются необычайно прочными.
«Ламборгини» уже опробовала данную технологию на элементах кузова и подвески концепт-кара «Сесто Элементо». Получилось неплохо, но серийному производству должны предшествовать серьезные испытания. Суперкар не клюшка для гольфа, пускай даже сверхтехнологичная.
И ПРОЖАРИВАЕМ НА МЕДЛЕННОМ ОГНЕ
А какие технологии уже используются при создании «Авентадора»? Сейчас применяют три во многом различающихся метода.
Первый начинается с формования будущих элементов штамповкой. Заготовки из углеволокна приобретают форму подобно обычному листовому металлу, а затем помещаются в специальные кондукторы, где под контролем лазерных измерителей их соединяют вместе, причем допуски не более 0,1 мм.
Далее между элементами под небольшим давлением впрыскивается полимерная смола. Процесс завершается спеканием в тепловой камере. Ручного труда в этом процессе минимум – большинство операций возложено на автоматику. Дорогостоящие автоклавы также не нужны – нет необходимости поддерживать определенное давление.
Следующий способ – по сути, разновидность предыдущего. Разница лишь в том, что здесь слои углепластика перекрещиваются друг с другом – так формуются наиболее ответственные силовые детали, например стойки и усилители кузова.
Радикально иной метод нужен для изготовления деталей с идеальной наружной поверхностью. В этом случае используются охлажденные заготовки углеволокна с предварительно впрыснутой термочувствительной смолой, вступающей в реакцию при повышении температуры. Такие элементы после ручного формования поверхности в матрице ламинируются пленкой. После вакуумные аппараты удаляют из-под пленки мельчайшие воздушные пузыри, оставляя безупречно ровную поверхность. Затем элементы помещают для окончательного отверждения в автоклав, где они проходят термообработку продолжительностью от двух до пяти часов.
Вот так, шаг за шагом, и рождаются элементы монокока новой автомобильной легенды. Перемещаясь от линии к линии, они обрастают новыми деталями, укрепляются в критических местах эпоксидной пеной, которая, заполняя пустоты, служит также шумоизоляцией; в них вживляют ответные алюминиевые части для крепления переднего и заднего подрамников. Интересно, что уже изготовленные элементы часто служат исходной матрицей для последующих. Они даже запекаются вместе – так существенно сокращают время и затраты на промежуточные операции. Кульминационный момент – соединение нижней основы несущей конструкции с крышей. В итоге получается карбоновый монокок массой всего 147,5 кг. Алюминиевый каркас с углепластиковыми элементами «Мурсьелаго» весил на 30% больше – при меньшей в полтора раза жесткости.
Кстати, предшественников «Авентадора» за девять лет сделали 4099 штук. Тираж новинки предполагается на этом же уровне, то есть по 400–500 экземпляров в год. Это прорыв для конструкции со столь массовым применением углеволокна. К примеру, первенец серийного использования карбоновой структуры кузова британский «Мак-Ларен F1» 1992 года увидел свет всего в 106 экземплярах. Но он и стоил куда больше нынешнего флагмана «Ламборгини». Ведь тогда углепластик считался для дорожной машины невероятной, запредельной экзотикой – сегодня он все еще дорог, но уже превращается в обыденность.
ИСТОРИЧЕСКИЙ ФАКТ - ЗАГОВОР МОЛЧАНИЯ
Об этом в «Ламборгини» особо не распространяются, но факт, что еще четверть века назад эта итальянская фирма уже имела в своем составе лабораторию по разработке и внедрению композитных материалов. Возглавлял ее не кто иной, как аргентинец Горацио Пагани, который создал впоследствии суперкар «Зонда». Появившись в 1999 году, автомобиль поразил массовым применением углепластика, включая несущую основу кузова – то, что на «Авентадоре» появилось лишь 12 лет спустя. Видимо, успехи бывшего работника и заставляют руководство «Ламборгини» замалчивать сей факт, хотя производство «Пагани» – не более 20 штук в год и явным конкурентом «Авентадору» они не являются.
Зато в «Ламборгини» не устают повторять, что их первая машина с полностью углепластиковым монококом появилась еще в 1985 году. Опять-таки не упоминают при этом Пагани – главного инициатора проекта «Каунтач Эволюционе». Его сделали только в одном экземпляре, но, помимо несущего карбонового монокока, та машина получила углепластиковые подрамники для крепления силового агрегата и подвески. Крышка багажника, капот, расширители колесных арок, диски и передний спойлер также были выполнены из перспективного материала. Автомобиль похудел по сравнению с серийным примерно на 500 кг – для суперкара огромное достижение. При мощности в 490 сил машина имела феноменальную динамику - разгонялась до сотни меньше чем за 4 с, а максимальная скорость составляла 330 км/ч – серийный «Мурсьелаго» достиг схожих результатов только 15 лет спустя.
К сожалению «Эволюционе» не дожил до наших дней – его принесли в жертву науке, сделав объектом для первого в мире крэш-теста карбонового кузова. А Горацио Пагани, основав в 1988 году собственную компанию по исследованию композитов, продолжал сотрудничать с «Ламборгини», помогая ей потихонечку внедрять углепластик в серийные модели. Но об этом в стенах фирмы тоже предпочитают не говорить.