Здесь было проверено качество серийного производства и даны были рекомендации по его улучшению.
Здесь подверглись испытаниям, еще более волнующим, и новые опытные самолеты.
В этом зале с тайным или явным, хорошо или плохо скрываемым волнением следили за испытанием своих созданий и С. В. Ильюшин, и А. С. Яковлев, и Н. Н. Поликарпов, и С. А. Лавочкин.
Есть в жизни каждого самолетостроителя один момент, когда обнажается его творческий и человеческий характер и для него самого и для посторонних глаз: это момент испытаний самолета — как лётных, так и в особенности статических испытаний на прочность. Дело в том, что самолет одинаково идет в брак и тогда, когда он недостаточно прочен, и тогда, когда он излишне прочен. Ведь конструктор должен дать не только прочную машину, но и легкую; не только удовлетворить нормам прочности, но и не превысить их, чтобы не отяжелить машину.
Какой самолетостроитель не почувствует себя в лаборатории статических испытаний, как в камере пыток, когда его создание с медленно нарастающей силой стремятся разорвать на части стальные тросы, спускающиеся с потолка, поднимающиеся от железобетонного пола! Каждый конструктор облегченно вздыхает, когда машина выдерживает критическую нагрузку в сто процентов, но если и после нее самолет не трещит, не разрушается, создатель самолета снова впадает в томительное и взволнованное ожидание. Если до того он страстно желал, чтобы машина не издала ни одного звука, ни одного стона, то теперь, наоборот, с такой же страстностью он жаждет, чтобы у самолета отвалилось крыло, прорвалась обшивка, прогнулись лонжероны.
Неудивительно, что в этой лаборатории подвергается испытанию не только самолет, но и его строитель.
Один из старейших авиаконструкторов, Александр Александрович Архангельский, например, убегает за колонны зала, когда нагрузка приближается к ста процентам, и оттуда взволнованно спрашивает:
— Сколько?
С лица Александра Сергеевича Яковлева не сходит приветливая улыбка, когда он стоит перед вздрагивающей от новой нагрузки своей машиной, но поглядывающие на него работники лаборатории удивляются его выдержке, а не спокойствию.
Павел Осипович Сухой кажется намного старше своих лет в этот момент, а Семен Алексеевич Лавочкин становится способным говорить громко и взволнованно, как никогда и нигде не говорит.
Покойный Николай Николаевич Поликарпов никогда не приступал к испытаниям, не осмотрев своими глазами все приготовления, после чего становился суровым, молчаливым и нелюбезным, каким никто его не знавал.
Его изощренная долгим опытом предусмотрительность во всех случаях, касавшихся, хотя бы весьма отдаленно, вопросов безопасности, поражала окружающих. Если ему говорили: «Да ведь этого, Николай Николаевич, не бывает», — он отвечал сумрачно: «Бывает, что и палка стреляет…»
Судьбой летчиков, судьбой пассажиров, доверяющих свою жизнь его машине, Поликарпов дорожил гораздо больше, чем судьбой своего самолета. Вот почему с таким волнением он присутствовал при испытании своих опытных машин, и вот почему конструкции «У-2» или «Р-2», рассчитанные на экипаж в два человека, оказались в нужде способными поднимать и доставлять на место по четыре, пять и восемь человек.
И только, пожалуй, Сергей Владимирович Ильюшин, не изменяя себе ни в манерах, ни в жесте, ни в движениях, спокойно садится перед своей машиной и с добродушием мастера, сдающего работу заказчику, следит за всем происходящим.
Нынешнее развитие авиации с ее растущими скоростями полета делает испытания на прочность все более и более ответственными. Раньше конструктору требовалось только обеспечить статическую прочность, некоторую жесткость системы, выдерживающую определенную нагрузку. Для современного самолета с его большими скоростями простой статической прочности уже недостаточно. Ему нужно обеспечить и так называемую динамическую прочность, предусматривающую возможность наступления значительных колебаний тех или иных частей самолета.
Надо сказать, что, кроме флаттера, о котором мы уже рассказывали, есть еще один тип вибраций подмоторной рамы, приводимой в колебание работающим мотором.
При этом следует напомнить, что прочность конструкции при вибрационных нагрузках не совпадает с прочностью конструкции при обычных нагрузках. Тонкий, длинный камышовый прут с насаженным на него точильным камнем при очень быстром его вращении легко противостоит вибрациям, в то время как толстый деревянный вал с тем же камнем резко вибрирует и ломается. Иногда менее прочная конструкция лучше противостоит вибрациям, чем более прочная; гибкая система оказывается лучше жесткой благодаря возникновению сил, саморегулирующих всю систему.
Постоянные, или статические, нагрузки приводят сразу к разрушению конструкции. Переменные, или динамические, нагрузки приводят к разрушению конструкции по прошествии значительного времени. Это явление называется усталостью материала от вибраций.
Для исследования явлений усталости, или, точнее, выносливости, и создана динамическая лаборатория.
Несколько лет назад у серийных самолетов одного завода после известного срока их эксплуатации в лонжероне центроплана, сделанного из хромомолибденовых труб, обнаруживались трещины, свидетельствовавшие о начавшемся разрушении. Между тем самолет нормам прочности удовлетворял и статические испытания отлично выдерживал. Над причиной появления опасных трещин пришлось задуматься. Только после тщательного анализа мест и форм разрушений и специальных длительных испытаний на выносливость материалов удалось эту причину установить.
Оказалось, что обнаруженные на поясе лонжерона трещины являются началом общего разрушения центроплана от усталости материала под влиянием вибраций, вызываемых винто-моторной группой самолета.
Дело в том, что всякий материал, будь то сталь, дерево, сплавы, способен постепенно разрушаться от долгого действия даже небольших нагрузок. С течением времени под действием переменной нагрузки материал постепенно теряет способность к сопротивлению, как бы устает и наконец разрушается, кладя начало общему разрушению конструкции.
Однако специальные исследования вопросов динамической прочности показали, что не всякая нагрузка обязательно доведет конструкцию до разрушения, как бы долго она ни действовала. Оказывается, что для каждого материала существует такое переменное напряжение, при котором материал не разрушается, сколько бы времени его ни заставляли работать, что явление усталости наступает только за известным пределом выносливости. Такую выносливость материала нельзя определить иначе, как экспериментальным путем с весьма длительными испытаниями.
Опыты показали, например, что материал, выдержавший в данной конструктивной форме десять миллионов колебаний, обычно обладает нужной выносливостью и может работать при данных нагрузках как угодно долго, не уставая.
В лаборатории динамических испытаний своя аппаратура, свои машины, своя методика. Испытываются на усталость и крошечные детали и отдельные части самолета.
По природе своей и характеру очень близки к явлению усталости разрушения шасси или деталей, на которых укрепляется вооружение. Повторяющиеся нагрузки в деталях шасси, отдача оружия после каждого выстрела передаются на узлы крепления и дальше, на ближайшие элементы конструкции. В обоих случаях при многократных повторениях деталь может разрушиться.
Испытания шасси на специальном приспособлении производятся путем ударной нагрузки. Здесь испытывать только материал нельзя. Поэтому, помимо исследования материала на усталость, шасси испытываются целиком: их много раз сбрасывают с большой нагрузкой, соответствующей весу самолета, на специальной установке, называемой копром.
Длинный ряд рекомендаций, данных лабораторией прочности конструкторским бюро и серийным заводам, касается многих деталей самолета — от лонжеронов до болтов. По этим рекомендациям меняются и конструктивные формы исследованного объекта и технология его производства.
