Техника - молодёжи 1985-11, страница 49

внешние воздействия будут (или могут) действовать на самолет (или на любую другую конструкцию).

«Знать?» Но ТУ требуют спроектировать самолет, скорость которого должна быть больше (иногда значительно больше) предыдущего образца. И можно только догадываться, какие неожиданности подстерегают специалистов впереди. Значит, надо предвосхитить предстоящие неизвестности. Самыми разными способами, вплоть до «разведки боем». Методы этой разведки подчас изобилуют эпизодами весьма драматическими. А ее результаты — находки и открытия.

Заметим, что открытие, особенно неожиданное, встречает зачастую не только явное непонимание, но и ожесточенное сопротивление противни-ков-скептиков. Например, в свое время было обнаружено (сперва только на 6умаге|, что флаттер элеронов не возникает, если на них установить особые грузы-балансиры. Теперь даже трудно себе представить насколько противоестественным это показалось конструкторам. До тех пор делалось все, чтобы каждый узел, каждая деталь самолета были возможно легче. Победили все же балансиры — таково было веление жизни.

Поиск ведется широким фронтом — на специальных установках, в лабораториях, в аэродинамических трубах. Проводятся теоретические изыскания. Нередко случается, что некоторые явления предсказываются «на кончике пера». Так, задолго до того, как самолеты стали летать со скоростью, близкой к скорости звука, ученые предсказали, что при таких полетах пилотов будет поджидать «звуковой барьер».

Другие устанавливаются из экспериментов. Но наряду с этим при вторжении в неизведанное встречались и будут встречаться явления, которые были неожиданными для инженеров и ученых. На воздушном параде в Тушине, когда один тяжелый реактивный самолет перелетел через Москву-реку, его сильно тряхнуло. Послеполетный осмотр показал, что крыло получило серьезные повреждения. Они явились результатом встречи самолета с сильным потоком воздуха. Конечно, в атмосфере всегда есть вертикальные потоки Но раньше, когда самолеты были небольшими и скорость их сравнительно мала, влияние этих потоков на прочность конструкции было незаметным. Ситуация резко изменилась при значительном увеличении размеров и скорости самолета. Во весь голос заявили о себе динамические нагрузки. Так появился новый расчетный случай — «болтанка» самолетов

Жизнь «подсовывает» инженерам совершенно необычные задачи. На памятнике Матери-Родины, что установлен на Мамаевом кургане, под действием ветра вибрировал меч статуи. Эти вибрации были столь интенсивными (и_г главное, непредусмотренными, не ожидавшимися], что могли привести к его

разрушению. Потребовалось срочное определение способов предотвращения разрушительных вибраций. Изучение этого вопроса привело к созданию нового раздела науки о прочности.

И все же, какие бы исследования ни проводились, всегда остаются элементы неожиданности, и с этим надо считаться. Но, может быть, следует себя надежно застраховать? Создать машину, которая бы выдержала любые внешние нагрузки? Скажем коротко — хорошего самолета тогда не получить

Но какие-то запасы на незнание вводить все-таки надо. И они действительно вводятся, а «назначает» их специальный раздел науки о прочности.

В авиации больше чем где бы то ни было запасы должны быть минимальными. При проектировании самолетов не руководствуются остротой: «Поставь мощный мотор на ворота,-полетят и ворота». «Излишества» в авиации не нужны, а «запас» карман тяготит.

Итак, мы располагаем вероятным спектром нагрузок, набором тех явлений, от которых следует обезопасить самолет. Теперь — и это параллельный этап работы прочниста — нужно обеспечить, чтобы каждый элемент конструкции и, следовательно, вся она в целом были прочными, не разрушались. А это означает — нужно назначить размеры элементов, предусмотреть и «профилактические» мероприятия.

Со словами «разрушение», «нагрузка», «деформация» мы сталкиваемся ежедневно. Нагрузки эти могут быть разного рода. Одни стремятся растянуть или сжать элемент или всю конструкцию, другие изогнуть, третьи закрутить и т. д. Каждой из этих нагрузок соответствует своя деформация. В первом случае — это растяжение или сжатие, во втором — изгиб, в третьем — кручение.

И во многих случаях требуется, чтобы деформации конструкции были бы весьма малыми. При расчете самолетов от этого приходится отказываться. Самолет (в отличие от любых других} — конструкция весьма гибкая. Ее деформация под нагрузкой иногда может быть весьма значительной — видимой даже невооруженным глазом.

Для обеспечения прочности инженер ■привлекает ряд специальных научных дисциплин. Это в первую очередь «сопромат» — сопротивление материалов — науке, основанная на сравнительно простых закономерностях, которые обобщают опыт и позволяют учесть главные факторы, определяющие поле напряжений конструкции. Это теория упругости, теория пластичности и разные их разделы, в которых задачи прочности трактуются более тонко и для решения которых требуются более сложные математические методы.

Успехи вычислительной математики и техники привели к появлению новых, использующих возможности ЭВМ

методов расчета на прочность. К ним относятся, в частности, так называемый метод конечных элементов, согласно которому конструкция разбивается на большое (несколько тысяч) число элементов, свойства каждого достаточно просты. Использование этого метода позволяет вести расчет весьма сложных конструкций. И в известной степени позволяет автоматизировать весь его процесс.

Не следует думать, конечно, что наука о прочности представляет собой вполне законченное, вплоть до деталей, здание, подобное, к примеру, алгебре, геометрии или тригонометрии. Отнюдь нет! Новые машины, невиданные до сих пор конструкции требуют как совершенствования старых, так и развития новых разделов науки о прочности.

Одним из таких новых разделов является так называемая «аэроупругость» — раздел науки, занимающийся, в частности, явлениями флаттера, о котором мы уже упоминали.

И все же при всем своем разнообразии и мощи расчетные методы сплошь и рядом оказываются либо бессильными, либо на их точность, надежность нельзя положиться. И здесь мы снова сталкиваемся со своеобразием проблем прочности — ее задачи решаются очень трудно. Наука здесь и «могучая и обильная» и в то же время «убогая и бессильная». С другой стороны — инженеры желают удостовериться в правильности полученных данных и другими способами. Это методы экспериментальной проверки прочности. Их бурное развитие — характерная черта «дня третьего».

Создание современной методики прочностного эксперимента — выдающееся достижение инженерной науки. Она позволяет обеспечить проектирование и обосновать требуемую прочность даже в тех случаях, когда мы не до конца понимаем все физические закономерности работы конструкции. Современные залы статических испытаний являются сложнейшими экспериментальными объектами, которые включают в себя системы приложения и управления внешними, распределенными по поверхности летательного аппарата и сосредоточенными нагрузками" измерительные системы для определения напряжений и общих деформаций. Все экспериментальные процессы автоматизированы и управляются через ЭВМ. Объем снимаемой информации велик. Для определения внутренних напряжений на конструкцию самолета устанавливаются многие тысячи датчиков напряжении — тензометров.

Цель этих экспериментов — не только изучение законов распределения напряжений внутри конструкций, но и выявление тех условий, при которых аппарат должен разрушиться. Казалось бы, просто необходимо испытать натурную копию. Но испытания «натуры» всегда носят констатационныи ха-

46