Поломанная система 3: Земля

Глава №14. Клятвы

Ахтунг! Заклёпки.

***

Испытание К-7 на максимальную скорость таки успели отменить. Но по этому поводу устроили собрание авиаконструкторов, на котором мне предложили объяснить ребятам, что такое флаттер[1]. Собрание устроили там же на "ближней" даче, в присутствии "самого". Сталин попросил меня не использовать иллюзии и специфическую терминологию из возможного будущего. Ну, читал лекцию вообще не "я", а мой доппель в виде более взрослой версии и представленный, как И.И. Горшков.

– Товарищи, рассчитывая прочностные характеристики будущих самолётов, вы наверняка строите эпюры нагрузок и векторные диаграммы действующих сил, – конструкторы покивали. – Однако, расчёты ведутся в предположении, что система сил статична на достаточно большом промежутке времени. Секунды, а то и минуты. А это далеко не всегда так. Рассмотрим самый простой вариант – продольный изгиб корпуса самолёта. Все вы знаете о существовании так называемых воздушных ям – нестационарных крупных областей с более низкой плотностью воздуха. Так вот, эти области не всегда бывают крупными. Могут существовать и мелкие. Представьте себе, что хвостовой стабилизатор попадает в такую область. Если профиль стабилизатора несимметричный, то происходит снижение его подъёмной силы, сила упругости корпуса фюзеляжа, напряжённая до этого подъёмной силой стабилизатора, сдвигает хвостовое оперение вниз, что увеличивает угол атаки и, соответственно, подъёмную силу оперения. Это приводит к подъёму задней части самолёта относительно остальной конструкции, снижении угла атаки, подъёмной силы и опускании хвостового оперения обратно. При редких возмущениях этот процесс затухающий и не грозит ничем целостности конструкции. Но такой процесс может стать стационарным и самоподдерживающимся. Это и есть флаттер. Резонансные колебания части конструкции относительно целого. Причины могут быть совершенно разные. От спутных струй основного крыла, до возмущений от двигателей. Главное – попавшие в резонанс части испытывают многократные знакопеременные нагрузки, на которые они не рассчитаны. Развивается усталость материала. Термин знаком? – кивают. – И происходит разрушение. В полёте такое чаще всего приводит к катастрофе с человеческими жертвами. Типы флаттера тоже могут быть разнообразные. Кроме работы на изгиб, основной фюзеляж также нагружается на скручивание. Например, правый стабилизатор имеет большую подъёмную силу, чем левый, поднимается, его подъёмная сила снижается из-за стекания потока к законцовке, корпус возвращает его на место, и так до разрушения. Или флаттер обшивки. Под действием набегающего потока качественно прижимается только нижняя часть крыла, а вот верхняя испытывает и отрывающие нагрузки. Она может немного вспучиться на пределе гибкости материала, что снизит отрывающее действие, она вернётся обратно и так по кругу, пока её не оторвёт. Особенно это актуально для перкалевой обшивки.

– Товарищ Горшков, а откуда известны все эти подробности? – задал вопрос Туполев. На сегодняшний день он – один из самых крутых авиаконструкторов. Его последний проект – ТБ-3, известный также, как АНТ-6, это, пожалуй, самый крутой самолёт "современности". – Не в том дело, что мы Вам не верим, но желательно ссылаться на какие-то документы. Как можно рассчитать или смоделировать этот процесс?

– Извините, это пришло по линии разведки. Источники раскрывать я не имею права, – выкрутился я. – Полноценной расчётной модели для этого процесса, по нашим сведениям, пока не существует. Продувка моделей тоже не поможет, так как у модели резонансные частоты будут другими. Укрепление конструкции поможет мало, так как это увеличит массу аппарата, но не гарантирует отсутствие флаттера, который просто сдвинется на другие частоты. Могу посоветовать только рассматривать менее жёсткие схемы, придавайте избыточную гибкость конструкциям. Пусть частота собственных колебаний элементов конструкции будет минимальной. В этом случае заметить флаттер будет легче, и он будет перенесён с меньшим вредом. Ниже частота – меньше знакопеременных нагрузок. И обеспечьте испытателей парашютами, облегчите покидание машины. Не проводите скоростных испытаний на низких высотах. Ну, это организационные моменты.

А потом начался обычный в научной среде срач и базар. Ребята из ЦАГИ[2] били себя пяткой в грудь и обещали методику расчёта флаттера. Ога! Без компа и численного моделирования – фиг им, а не методика. Я устранился от этого безобразия. А потом и я, и Сталин, вообще свалили с этого балагана.

***

Дальше началось самое весёлое – я обучил Сталина принимать клятвы.

***

Примечания:

[1] считать дальнейшее научно-популярным изложением моего понимания процесса, а не учебником по аэродинамике.

[2] Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского.