В 1972 году в Шереметьево разбился на взлете в 150м за полосой ВВП самолет DC-8. После расследования причин катастрофы самолет продолжал лежать на месте падения и власти СССР запросили у авиакомпании, что делать с остатками самолета. Авиакомпания ответила, что ее этот металлолом более не интересует
Тут же в авиапроме СССР приняли решение распилить остатки на части и выложить в одном из ангаров аэропорта для ознакомления с конструкцией и технологией. Позже собрали всех генеральных и главных конструкторов КБ для доклада и демонстрации всего, что «накопали потрошители».
Кто в школе не заглядывал в тетрадь соседа по парте во время контрольной: «А как у тебя?» Советская школа самолетостроения развивалась своим собственным путем и всем было интересно познакомиться с другими подходами и решениями. А сюрпризы были. В первую очередь удивил алюминиевый сплав, из которого был сделан самолет. Точнее, характеристики этого сплава. В то время советские самолеты широко использовали алюминиевый сплав Д-16Т. Все военные и гражданские самолеты изготавливались из него, в том числе самолеты-рекордсмены. И поэтому особо не заморачивались с поисками и разработками других сплавов.
На вес золота.
Но вот материал с остатков «DC-8» заставил наших конструкторов «закусить губу» от зависти: прочность сплава была на 10% выше! Это значит, что наши конструкции при той же прочности были на 10% тяжелее! А за время эксплуатации каждый лишний килограмм конструкции обходился в 1 кг золота… Помножьте все на вес и количество самолетов… Цифры получались пугающие! И в правительстве срочно дали задание разработать материал-аналог.
Казалось бы, что тут сложного: сделали спектральный анализ, вычислили состав, «замесили» на заводе нужный состав. Уже были некоторые наработки по новым сплавам, но в те времена решали все директивно: создать аналог, – и вот «В-95», новый советский алюминиевый сплав, готов!
Действительно, материал получился очень удачным по прочности. Почти как у американцев. Срочно организовали выпуск всего ассортимента: профиль, лист, плиты, поковки… В первую очередь стали делать самые ответственные узлы, в том числе лонжероны (силовой элемент крыла).
Однако уже на стадии производства и испытаний обнаружился один очень неприятный момент: этот сплав терпеть не мог микротрещин и даже случайных зазубрин! Просверлили отверстие затупленным сверлом, на кромке отверстия появились мелкие трещинки, скрепили конструкцию болтом, а под головкой болта осталась крошечная трещинка… И при испытании именно по этому отверстию конструкция разрушилась.
Катастрофы, связанные с возникновением микротрещин, были и раньше, в конструкциях на материале Д-16Т: так в начале 70-х при испытаниях на заводе нового самолета Миг-21 «спарка» на взлете разрушился лонжерон, летчик погиб. Причина – микротрещина в специальном профиле (заводской брак), которую не обнаружили при обязательном ультразвуковом и рентген-контроле.
В 1972 году под Харьковом разбился Ан-10. До этого было еще 2 катастрофы, но там разрушения были такие, что причину установить не удалось. А тут в прямом смысле «отлетела» консоль крыла» и по месту и структуре разлома обнаружили, что катастрофа возникла из-за усталостных микротрещин. И что удивительно: в ВВС летали Ан-12, грузовой вариант того же Ан-10, а среди них – ни одной катастрофы! Позже, после долгих расследований, выяснили, что маршрут «север-юг» (типа «Москва-Киев») на высотах 7000-8000м (расчетная высота эксплуатации Ан-10) – самый турбулентный. То есть крыло испытывает на этих маршрутах самые высокие вибрационные нагрузки, от которых и образуются микротрещины (усталость металла). Сейчас большинство самолетов летают выше, вне этой зоны турбулентности, на высоте более 9000 м.
То есть сами микротрещины и причины их образования были известны, но только как «усталость металла». А тут – «ни с того, ни с сего». Но материал-то хороший! Такая колоссальная экономия от его применения!
Выход нашли в том, что разработали целый свод правил обработки этого металла и контроля по исключению образования микротрещин! Листы в сборочных цехах даже оклеивали бумагой «крафт», чтобы были видны царапины (порывы бумаги), если непредвиденно появятся таковые. Снимали бумагу только перед покраской. И все пошло как по маслу. Это там, где технологию соблюдали на 100%.
Однажды был свидетелем неприятного инцидента на сборке центроплана самолета Ту-142МС. На центроплане использовали большой лист В-95. Поднимали его вертикально кран-балкой с помощью двух специальных зажимов, крепившихся к двум противоположным верхним краям. Во время перемещения кран-балки нижний край листа случайно ударился о стальную конструкцию стапеля. Не очень сильно. Сначала на это даже не обратили внимание. И вдруг этот лист весом несколько сот кг в мгновение разорвался как лист бумаги. Надвое. Когда провели расследование, обнаружили маленькую зазубрину в том месте, где лист ударился о стапель.
Надо сказать, что уже в конце 70-х годов поняли, что все дело в чистоте сплава (без вредных примесей), стали выпускать В-95 пЧ (особой чистоты, с плакированным слоем - тонкий слой чистого алюминия по поверхности), и эта врожденная болезнь практически прошла.
Не такой центроплан!
Но на этом сюрпризы «дугласа» не закончились. Вообще фирма «дуглас» нам помогала много раз. Так перед войной (в 30-х годах) продала лицензию на производство своего пассажирского самолета, который в нашей версии получил название «Ли-2». В послевоенные годы это был основной пассажирский самолет. И вот теперь – «наглядное пособие» по американской технологии производства самолетов.
На фото еще не установлены гребенки крепления консолей крыла (в красном квадрате). Видно, что центроплан (центральная часть крыла) встраивается в фюзеляж, соединяясь с ним в одно целое.
Соединение – по гребенкам. На разрезе А-А показана конструкция гребенки: это специальные усиленные узлы для крепления болтами. Да. Крыло держится на болтах! Здесь на каждый болт приходится такое большое усилие, что его может выдержать только специальная конструкционная сталь! Нигде больше эта сталь не применяется из-за высокой стоимости и трудности в обработке. Но в авиации вес – по цене золота. Поэтому цена и трудность обработки окупаются.
Вот на схеме членения самолета красным квадратом выделено место выхода центроплана из фюзеляжа: это буквально граница фюзеляжа. Это классическое членение на центроплан и консоль крыла. А в DC-8 было не так! Центроплан выступал за фюзеляж более чем на метр! С точки зрения технологии производства сложности в этом нет. А вот цикл изготовления такого центроплана – в 1,5-2 раза больше!
В большинстве случаев цикл (или время) сборки одного центроплана определяет цикл производства самого самолета: сколько в год собирается центропланов, столько будет и самолетов! Потому что сборка ведется в стапеле, и пока один не будет закончен, второй в стапель не заложить. Два стапеля сделать можно, но в этом случае должен быть двойной комплект и других стапелей… Есть такая проблема в обеспечении стыковки центроплана и консолей.
Для такого решения конструкторов DC-8 должна быть причина! И анализ показал, что она была и весьма существенная: опять ради снижения веса!
Желтым показан обрез фюзеляжа, место традиционного расположения стыка центроплана и консоли крыла. Красным – вынесенный стык на DC-8. То есть в традиционном варианте на гребенку приходится максимально возможный изгибающий момент (который преобразуется в силы, разрывающие болтовое соединение в гребенке). В вынесенном варианте силы намного меньше (силы уменьшаются по параболе). Если в это место еще и перенести мотогондолу, которая своим весом парирует нагрузки крыла и уменьшит изгибающий момент, получается огромная экономия веса.
В КБ им. Бериева решили применить эти решения на самолете Бе-30.
Бе-30 КБ им. Бериева. Синий квадрат – это традиционный центроплан. Красный квадрат – это центроплан с вынесенной стыковочной гребенкой. Двигатели располагаются в районе стыковки.
Крейсерская скорость, км/ч 480
Посадочная скорость, км/ч 130
Практическая дальность полета, км 400-800
Максимальная дальность, км 1200
Длина разбега, м 200
Длина пробега, м 130-150
Количество пассажиров, чел 14
Экипаж, чел 2
Модификация - Бе-32. Изменилась главным образом внутренняя компоновка. Теперь в пассажирском салоне можно было разместить до 17 кресел, причем в таком виде самолет попал на завершающий этап госиспытаний.
Главная проблема по перезапуску производства старых разработок, как бы удачны они ни были, – это отсутствие оцифровки конструкторской документации, которая вся на бумаге и виниле. Практически, с учетом необходимой переработки на новые материалы и авионику, это равносильно новому проектированию. Но вот использовать опробованные и доведенные идеи, технологии – очень даже уместно. Только вот сегодня про эти наработки стали забывать даже в КБ им. Бериева! Что уж тут говорить про ревнивых «конкурентов».
Характеристики даже по нынешним критериям впечатляющие! Самолет готовился в серию, было начато его производство в Таганроге, но… вмешалась политика! Дело в том, что в рамках СЭВ (совета экономической взаимопомощи между странами варшавского договора) проектирование и производство легкомоторной авиации было передано… Польше! И Польша заявила протест: это ее ниша! Запретить Бе-30!
В итоге Польша и сама «не сподобилась» создать ничего взамен, и Бе-30 загубила на корню… И не съела, и даже не надкусила, а только гонор показала. Польша умудрилась даже переданный ей для производства Ан-2 сделать в 2 раза дороже по себестоимости, чем в СССР, из-за чего СССР пришлось вновь запускать этот самолет (Ан-2) в производство (модифицированный) не взирая на очередной протест поляков…
Насколько мне известно, более в СССР и России самолеты с таким центропланом никто не проектировал. По привычке и по традиции...
Формальное копирование всегда дает хуже результат.
В фильме «Старик Хоттабыч» этот старик-волшебник, чтобы не стоять в очереди к телефону, скопировал себе «личный» телефон… из мрамора. Так красивее! Внешне очень похож, но… как памятник. Копирование было по формальному (внешнему) признаку, а сама идея и полезное качество были утеряны.
Во времена вьетнамкой войны СССР охотился за сбитыми «фантомами». Вьетнамцам была поставлена задача срочно сообщать о местах падения сбитых самолетов. И они сообщали, но долгое время или не удавалось добраться до упавшего фантома, или повреждения были критическими: нам нужен был не поврежденный двигатель!
И вот однажды повезло: самолет упал в болотистое место, и двигатель оказался почти целым. Тут же с помощью вертолета «Ми-12» самолет был переправлен в СССР, где двигатель скрупулёзно разобрали до винтика. Затем на каждую деталь, сборку и агрегат сделали чертеж, переведя все размеры в метрическую систему. Изготовили все детали, собрали, запустили на стенде… Двигатель заработал! Правда тяга оказалась на 10% меньше, чем у оригинала.
Почему копия всегда хуже оригинала? Потому что копирование ведется по формальному признаку, потому что все начинается с идеи, расчетов, моделей, оптимальных допусков. Серийный двигатель отличается от «идеальной» конструкторской модели на величину отклонений (допусков). Если эту не оптимальную конструкцию принять в качестве «идеальной модели», в производстве получим агрегат, который отличается от американской «идеальной модели» двойным отклонением (допуском). Допуск – это всегда риск и понижение качества. Но меньший допуск – дороже в производстве. Идет балансирование между ценой и качеством. А увеличенный допуск – гарантированно пониженное качество. Именно это и случилось.
Однако и достигнутый результат был прорывом в советском двигателестроении. У нас были прототипы английских двигателей, немецких, а вот американская школа была совершенно неизвестной. Как говорят, одна голова хорошо, а две - лучше.
Наши конструкторы всегда отличались способностью оптимизировать решения. Буквально вслед за копией было начато проектирование нового двигателя с учетом нового опыта, что-то упростили, что-то заменили… Главное – расчетчиками была создана «идеальная модель», по которой выстраивалось производство и от которой велись дальнейшие модификации и создавались новые модели.
Убийственная «рационализация».
По своей работе мне доводилось давать заключения по рационализации. Особенно меня возмущало стремление к «упрощению за счет качества». Этим страдали в СССР от руководства цехов до рабочих. Один реальный случай показывает, к чему порой такая рационализация приводит.
Во времена президента Альенде в Чили мы оказывали этой стране самую разную поддержку. Однажды направили два самолета «Антей» (Ан-22). Они пропали над океаном. Позже один самолет разбился при загадочных обстоятельствах. Стали тщательно изучать обломки. И выяснилось, что обломился винт и пробил фюзеляж, повредил жизненно важные системы…
Двигатели на Ан-22 были такие же, как на Ту-95 – 4 двигателя конструктора Кузнецова НК-12, турбовинтовые двухвальные. Мощностью 12000 лс каждый. И ни разу за 20 лет эксплуатации такой дефект не проявился. Стали изучать всю цепочку производства, как вдруг… Работница тетя Галя сама для себя внедрила свое же рацпредложение, чтобы больше сделать и больше заработать.
Суть ее рационализации в том, как она обрезала излишки резинового уплотнения на винтах двигателя. По технологии требовалось подметить излишки, снять обтекатель, подрезать, вновь установить, и если с первого раза не получилось, повторить операцию… Долго! Много не заработаешь. И работница Галя втихаря стала обрезать излишки уплотнения прямо в собранном виде принесенным из дома обычным ножом. Хорошо заточенным. И два самолета не долетели до Чили, а один упал в полях СССР.
Винт подвержен сильной вибрации, и надрезы от стального ножа на цилиндрической (очень прочной) части алюминиевого винта со временем развились в трещины. Трещины росли, пока не происходило разрушение винта.
По итогам того расследования все самолеты с этим двигателем проверили на наличие (отсутствие) следов «ножа» в районе резинового уплотнения. Операцию перевели в разряд особо ответственных с тройным контролем, паспортизацией и предъявлением Заказчику…
А работница Галя на своем рацпредложении успела втихаря заработать всего несколько тысяч рублей… Даже не тянет на 30 сребреников.
Дополнение по 1 сюжету здесь.
Подписывайтесь на канал, пишите отклики, задавайте вопросы.
#авиация ссср #история #СССР #катастрофы #секреты #самолёты #аэродинамика #прочность