Объем исследовательских работ был довольно велик. Если первоначально КМ рассматривались в качестве конструкционных материалов только для вспомогательных деталей (крышек несиловых люков, обтекателей и т.п.), то уже к концу 1974 г. в ОКБ была разработана и согласована с ЦАГИ и ВИАМ конструкция экспериментальных образцов элерона, стабилизатора и рулей направления с применением углепластика. В том же 1974 г. в ОКБ провели первые испытания образцов сотовых конструкций с обшивками из КМ на продольную устойчивость. В 1975 г. в целях внедрения КМ, на опытном производстве разработали технологический процесс изготовления обшивок из углеродного волокна и технологию их сборки. В ОКБ выпустили конструкторскую документацию для производства экспериментальных образцов агрегатов из композиционных материалов, а в опытном производстве изготовили 5 экземпляров элеронов и 10 створок передней опоры из углепластика, а также экспериментальный образец композиционного руля направления. Отдельно проводились работы по изготовлению различных образцов углепластика, исследованию его склеиваемости с металлами, по отработке покрытия для защиты углепластика от действия влаги и эрозии.

Но чем ближе подходило время начала рабочего проектирования, тем меньше энтузиазма оставалось у конструкторов каркасных отделов по поводу перспектив использования КМ на самолете. Причиной являлась нестабильность характеристик, которую демонстрировали экспериментальные образцы деталей из КМ во время их испытаний. Вполне возможно, что все это было связано с недостаточной отработанностью состава КМ и технологии их производства, но у конструкторов, подгоняемых директивными сроками выполнения задания, уже не оставалось времени для дальнейших исследований. По воспоминаниям О.С. Самойловича: «На заводе был построен цех по производству конструкций из композиционных материалов, был закуплен крупногабаритный западногерманский автоклав "Шольц". Однако "композиты" не нашли широкого применения на самолете Су-27, в основном из-за нестабильности характеристик, много деталей и узлов отбраковывалось.

Когда самолет Су-27 строился, министр П. Дементьев все время ругал Иванова за слабое внедрение конструкций из углепластика и ставил в пример работу КБ Микояна над самолетом МиГ-29.

Иванов как мог отделывался от министра: "Петр Васильевич, мы и так получили очень хорошую весовую отдачу по конструкции и не хотим сейчас рисковать. Посмотрим, чего достигнет КБ Микояна. И если действительно получится выигрыш в весе, я немедленно начну заменять материал.

Тем не менее, экспериментально-исследовательские работы в ОКБ по этому направлению продолжались. В частности, в 1976 г., в рамках работ по снижению массы самолета были выпущены чертежи на изготовление из КМ обтекателей привода стабилизатора, створок подпитки и подвижных панелей воздухозаборника. Для последних была разработана специальная трехслойная конструкция из КМ на основе углеродного волокна с сотовым заполнителем из алюминиевой фольги. Для повышения прочностных характеристик композиционных агрегатов отрабатывалась технология обработки угольного волокна в азотной кислоте перед пропиткой связующим. К сожалению, и на этот раз дело ограничилось, в основном, изготовлением опытных образцов агрегатов. Фактически, КМ в конструкции Су-27 нашли весьма ограниченное применение. Если не считать радиопрозрачных элементов конструкции, на этом этапе работ в конструкцию самолета внедрили только панели отсеков основных опор шасси и обтекатели приводов стабилизатора, выполненные из КМ.

Однако экспериментальные и опытноконструкторские работы, выполненные коллективом инженеров, технологов и конструкторов ОКБ совместно со специалистами ВИАМ, НИАТ и ЦАГИ позволили получить значительный фактический материал по свойствам различных КМ и технологии их переработки в изделия. Сотрудники конструкторских отделов ОКБ приобрели опыт проектирования агрегатов из КМ, стали проявлять профессиональный интерес к полимерным композиционным материалам, как перспективным материалам для авиационной техники. Усилиями специалистов КБ совместно с сотрудниками отраслевых НИ И МАП была создана экспериментальная база, которая позволила ОКБ в дальнейшем успешно применять КМ в конструкции самолетов более поздней разработки.

Важным направлением работ на Су-27 стало применение титановых конструкций. На первых трех опытных самолетах (включая экземпляр планера для прочностных испытаний) титан имел сравнительно ограниченное применение. Из крупных деталей он применялся для изготовления силовых шпангоутов ХЧФ, торцевых нервюр центроплана, и оперения, а также некоторых деталей шасси, суммарная доля титана в конструкции планера составляла при этом около 9%. Наиболее интересными с конструктивно-технологической точки зрения являлись силовые шпангоуты в ХЧФ. Они были сварными из сплава ВТ-20. Особенностью шпангоутов являлись большие конструктивные толщины свариваемых элементов.

Титановые панели хвостовой части фюзеляжа

Пресс для изготовления деталей из титана

Заготовки шпангоутов изготавливали из плиты толщиной до 65 мм. Каждый шпангоут формировали из шести свариваемых между собой заготовок. Их предварительно фрезеровали, оставляя в зоне сварки участки одинаковой толщины. Для повышения пластических свойств сварного шва в стык свариваемых частей размещали пластину из титана марки ВТ-1-0 толщиной 5 мм. Сложность заключалась в строгом расчете усадки металла шва при автоматической аргонодуговой сварке погруженной дугой, что было необходимо для получения требуемых геометрических параметров шпангоута. Стыки входящих деталей сваривали с двух сторон, что уменьшало величину сварочных деформаций. Затем осуществляли отжиг сваренного шпангоута для уменьшения напряжений в зоне сварки и проводили ультразвуковой и рентгеновский контроль. Последний проводили дважды – до удаления припусков под сварку и после окончательной механической обработки.

Технология процесса была хорошо отработана при создании подобных конструкций для самолета Т-4 («100»).

В 1976- 1977 гг., после проведения технологической переработки проекта самолета, в конструкцию планера Су-27 было внедрено много нового. В результате, уже на третьем и четвертом опытных образцах Т-10 была внедрена новая конструкция ХЧФ. Увеличилось количество сварных силовых шпангоутов из титановых сплавов, а за 38 шп. вся ХЧФ была выполнена полностью сварной из титана.

Отработка технологии сварочных работ по ХЧФ осуществлялась на опытном производстве. К концу 1977 г. здесь была спроектирована и изготовлена оснастка, на которой в начале 1978 г. началась сборка первой титановой хвостовой части фюзеляжа для Т10-3. К сожалению, при изготовлении обшивки встретились с серьезной трудностью, поскольку не смогли получить точную геометрию подсечек для крепления к ним крышек люков. Кроме того, сама деформированная обшивка панели в связи с большой жесткостью ВТ-20 на следующий день после формообразования по закону «памяти формы» теряла теоретические обводы. Поэтому, в связи со сжатыми сроками проведения работ, было принято решение заменить для Т10-3 и Т10-4 материал обшивки ХЧФ на сплав ОТ-4.

Позднее, для серийного самолета, была разработана конструкция цельносварной титановой панели центроплана, а также защитных устройств для воздухозаборника, но их внедрение в серию осуществлялось уже на этапе постройки самолета Т-10С. В итоге, после технологической переработки проекта, доля титановых сплавов в массе конструкции выросла до 17%.

В рамках работ по Су-27 исследовались и другие перспективные направления работ по освоению в ОКБ новых перспективных технологий:

– электронно-лучевая сварка шпангоутов из титановых сплавов ВТ-20 и высокопрочной стали 30ХГСН2А-ВД;