Техника - молодёжи 1985-11, страница 50

рактер. Если в результате их обнаруживается недостаточная прочность, то могут потребоваться очень серьезные доработки. В ряде же случаев испытать на прочность копии натурной конструкции просто невозможно. Поэтому в первую очередь инженеру приходится проверять прочность на специальных моделях. Они должны воспроизводить (насколько возможно точно) как саму конструкцию, так и условия ее работы в реальных условиях. Как делать модели, чтобы они были подобны натуре? Этим вопросом занимается специальная наука — теория моделирования. В настоящее время с помощью испытаний моделей решаются многие сложные проблемы проектирования летательных аппаратов.

Уместно отметить, что все задачи, которые решают прочнисты, «дорогие» и «трудоемкие». Так, только на «доводку» по флаттеру современного авиалайнера «Боинг-747» потребовалось около 6 тыс. ч (!) работы комплекса аэродинамических труб. А ведь это более полутора лет непрерывной двухсменной работы квалифицированных специалистов. И один из результатов был таков: для предотвращения флаттера крыла необходимо на пилон каждого авиадвигателя установить дополнительный груз весом около полутонны, только для этого и предназначенный. Самое интересное, что это решение было оптимальным — другие способы «лечения» были еще более дорогими...

Для обеспечения прочности инженеру нужно также решить, из какого материала — дерева, алюминия, стали, титана и т. д.— следует изготовить весь самолет или отдельные его агрегаты. Как и чем надо руководствоваться, выбирая для одной детали, скажем, сталь, а для другой — алюминий.

Прочностные свойства материала, можно сказать, определяют, формируют весь облик конструкции. Основной целью познания свойств материалов является определение тех допускаемых напряжений, которые они способны выдержать, не разрушаясь при одноразовых максимальных нагрузках и при нагрузках меньших, но многократно повторяемых. Значит, инженер-прочнист должен привлекать и науку о свойствах материалов, о том, как они ведут себя под действием той или иной нагрузки, при той или иной температуре.

Мы говорили до сих пор о материалах естественных. А иногда — и это действительно так и делается — следует конструировать, создавать материалы, не имеющие аналогов в природе, с наперед заданными свойствами. Возникает еще одна проблема — прочность искусственных материалов — «композитов».

Ко всему сказанному примыкает, наконец, и следующая «сверхзадача», стоящая перед инженером. Надо создать не просто надежную конструкцию, но еще и изящную. Другими словами, выбрать оптимальный образец.

Создание конструкции прочной и одновременно легкой во многих отношениях сходно с задачей Одиссея — проплыть между Сциллой и Харибдой. В любой рациональной конструкции найдено лучшее (и оно всегда компромиссное) решение среди противоречивых и даже «антагонистических» требований, предъявляемых к ней.

Что следует понимать под оптимальной, рациональной, совершенной конструкцией и как ее сделать — тоже предмет занятий прочнистов. Это тоже новая глава науки о прочности.

Первостепенным по важности является требование обеспечения самолету необходимого «долголетия». Он должен выдерживать без разрушения многократные нагружения силами, возникающими при эксплуатации. Всем известно, что проволоку можно сломать сразу, приложив достаточно большую силу, и постепенно, прикладывая гораздо меньшее усилие, если ее много раз сгибать, а затем выпрямлять.

Тривиальный факт! Спору нет. Но оказалось, что аналогичные явления могут быть и на самолете (или любой другой конструкции).

С так называемой «повторной статикой» у нас впервые столкнулись во время Великой Отечественной войны, когда на длительно и интенсивно эксплуатировавшихся дальних бомбардировщиках Пе-8 были обнаружены трещины на лонжеронах — основных силовых элементах крыла. В процессе анализа и устранения этого — весьма серьезного — дефекта также развился особый раздел науки о прочности.

Заметим, что истины, нетривиальные в момент открытия, довольно быстро становятся общедоступными. Но инженер должен помнить, что забвение или незнание «очевидных» истин может привести к серьезным просчетам. Практика знает много примеров этого.

Для решения так называемой проблемы ресурса необходимо прежде всего знать законы распределения многократно повторяющихся нагрузок в конструкции, местное напряженное состояние в зонах «нерегулярности» (стыков, соединений, резких изменений формы и т. п.), соответствующие усталостные характеристики материалов, в том числе и остаточной прочности при появлении в деталях трещин. Для обеспечения длительной прочности разработан взаимосвязанный комплекс рас-четно-экспериментальных исследований и конструктивно-технологических мероприятий, способствующих отдалению начала появления усталостных повреждений, замедлению и ограничению роста трещин...

Мы постарались в весьма общих чертах осветить некоторые, далеко не все вопросы, которые ежедневно приходится решать инженеру-прочнисту В своей деятельности ему приходится использовать самый разнообразный арсенал средств: интуицию, «банк» статистических данных, результаты экспериментов, наконец, основное «ору

жие» — математический анализ. От элементарной математики и до высшей. Производить расчеты, используя весь диапазон орудий счета — от логарифмической линейки до ЭВМ. При этом из всех возможных решений той или иной конкретной задачи надлежит выбрать наиболее простое. Все эффективные решения проблем прочности, как правило, просты. Просты, но не примитивны.

В этой работе не существует готовых на «все случаи жизни» рецептов, и надо всегда остерегаться инерции мышлений и привычных представлений. Приведу еще один пример.

При создании первых высокооборотных паровых турбин специалисты встретились с серьезной трудностью. При достижении некоторого числа оборотов вал турбины, несущий на себе диски с лопатками, разрушался. «Инерция мышления» подсказывала: делайте вал более массивным, жестким. Правильное решение было прямо противоположным. Вал надо было делать более гибким...

В науке о прочности, как в фокусе линзы, сосредоточиваются самые разнообразные научные дисциплины: физика твердого тела, механика, математика, материаловедение и химия. Значит, инженер-прочнист должен быть, обязан быть не узким, а широко образованным специалистом. Он — представитель последней универсальной инженерной профессии в «дне третьем» технической эпохи. Более того, методы, разработанные авиационными инженерами, могут быть использованы и в далеких от авиации областях, скажем... в травматологии.

А теперь несколько слов о «психологии» профессии. Прочнист должен сочетать аккуратность и педантизм бухгалтера с повышенной наблюдательностью и неуемной любознательностью «почемучки». Он должен считаться с тем, что ему иногда придется выступать в роли Кассандры — прорицательницы, которой не верят, хотя она правильно предсказывает грядущее. Еще неизвестно, случится ли предрекаемая прочнистом неприятность, а вот выполнение его требований несет неприятности сиюминутные. Гражданское мужество — еще одно требование, предъявляемое профессией.

Мы хотели показать особую важность описываемой сферы человеческой деятельности- Подчеркнуть, что в этой области молодое поколение найдет и обширное поле деятельности, и примеры «делать жизнь с кого». И отнюдь не хотели скрывать, что путь инженера-прочниста совсем не усыпан розами, что ему предстоит ответственная, повседневная, будничная работа, результатом которой, наградой за которую является надежность окружающего нас мира техники.

Ну а открытия открытия здесь так же редки, как и в любой области. И делаются они только ищущими и увлеченными.

47