Джеймс Гордон - Почему мы не проваливаемся сквозь пол
В целом эти неприятности были особенно опасными в планерах. Самолеты, естественно, летают более часто, а сквозняки в полете идут на пользу конструкции и во вред грибку. Но планеров делали все больше и больше, в ангарах для них не было места, так что их держали под дождем на задворках аэродромов. Более 5000 планеров ожидали начала военных действий. “Эксперты” не могли уследить за состоянием всех этих машин, поэтому по инструкции Марка Прайера они должны были докладывать ему, учуяв исходящее от планера зловоние.
Причин зловония в деревянной конструкции может быть три: отсутствие дренажа, мыши и гниение. Все запахи одинаково неприятны и трудно различимы между собой. Дренажные запахи исходят от недренируемой сточной воды, повреждающей конструкцию. Мыши, забираются в самолет за добычей - под досками пола они находят крошки от сэндвичей рабочих-сборщиков. К тому времени, когда грызуны съедают все крошки, они забывают путь наружу и, голодные, начинают пожирать изоляцию проводов. С мышами Прайер боролся с помощью кошек. Проблема гниения была более сложной и трудной. В тогдашних обстоятельствах некоторые типы разложения в той или иной степени были почти неизбежными в большинстве планеров. В военное время не до погони за совершенством, нужда заставляла отбраковывать лишь планеры, которые были поражены в опасной степени, пытаться приостановить гниение тех планеров, в которых оно только начиналось. Сделать это было непросто, так как существует около сорока различных типов гниения, степень повреждаемости от них неодинакова и не всегда пропорциональна внешним проявлениям.
Проблема гниения все время не давала нам покоя, но были и другие не менее серьезные проблемы. Как я уже сказал, общая схема конструкции этих аэропланов сильно отличалась от старых бипланов. Главные лонжероны и другие основные элементы конструкции представляли собой увесистые брусья слоистой древесины, имевшие несколько дюймов в поперечнике; с трех сторон к ним обычно примыкали фанерные стенки, воспринимавшие сдвиг, и обшивка. Но разбухание и усадка еловых лонжеронов вдвое превышают разбухание и усадку фанеры, к которой они приклеены. Естественно, в результате этой разницы возникают значительные напряжения в клеевых соединениях двух разнородных материалов (рис. 43).
Рис. 43. Типичное для времени второй мировой войны деревянное крыло самолета. Темная часть конструкции - из слоистой ели, светлая - фанера. а - поперечное сечение; б - еловая полка лонжерона деформировалась больше, чем фанерные обшивка и стенки, в - разрушение полки лонжерона.
Большие куски древесины требуют довольно долгого времени чтобы прийти в равновесие с влажностью окружающей среды. Поскольку погода в Англии очень переменчива в деревянных деталях самолетов не успевали возникнуть большие напряжения и, пока самолеты были в Англии, особых оснований для забот не было. Но стоило им попасть за границу, ситуация резко менялась. Во многих странах долгие сухие периоды сменяются не менее длительными дождями, в течение каждого из этих отрезков времени древесина успевает как полностью высушиться, так и до предела пропитаться водой; усадка и разбухание огромны. Вот тут-то и начинаются серьезные заботы. Вдоль склейки появляются большие напряжения. При плохом состоянии клея разрушается соединение; если оно выдерживает, разрушается древесина вблизи склейки. Спасти эти самолеты от такой напасти можно было, лишь отправив их назад в Англию.
Неприятности со склейкой возникали не только от самих клеев, но и по другим причинам. Наихудшим случаем было так называемое “закалочное” разрушение. Вы представляете себе, конечно, что способов испытаний клеевых соединений, которые фактически являются неотъемлемой частью самолета, не существует. Испытать их можно только ценою поломки всего самолета, а это значило бы наносить ущерб самим себе. Поэтому остается полагаться в значительной степени на внешний вид склейки да на контроль в процессе производства. И вот вскоре после того, как было развернуто крупносерийное производство деревянных аэропланов, выяснилось, что некоторая часть авиационной фанеры вообще не склеивалась. Места склейки, выполненной со всей необходимой аккуратностью, выглядели вполне нормально, но не имели никакой прочности. В некоторых случаях их легко можно было разорвать руками. Хуже всего то, что невозможно было сказать, какой лист фанеры плох, а какой - хорош.
А дело оказалось вот в чем. Древесина состоит из трубочек с довольно тонкими стенками. Когда она разрезается, трубки на срезах очень редко бывают параллельны их поверхности. Поверхность образуется большим числом трубок, выходящих наружу под малым углом, то есть она представляет собой набор наклонных отверстий. В то же время операция разрезки в микроскопическом масштабе - действие довольно грубое, поэтому кромки среза у трубок повреждены и механически довольно слабы. Чтобы склейка была надежной, клей должен проникнуть в эти трубки на некоторую глубину, схватывание происходит тогда между их неповрежденными частями.
Если что-то мешает клею просочиться в трубки, склейка произойдет между их поврежденными кромками, которые при малейшей нагрузке легко разрушаются. В процессе изготовления “закаленной” фанеры кромки трубок загнуты внутрь горячими плитами пресса. Они преграждают путь клею внутрь трубок, и клеевое соединение не имеет прочности (рис. 44).
Рис. 44. «Закаленная» (а) и хорошо зачищенная (б) фанера. В первом случае выходящие на поверхность кромки клеток в процессе горячего прессования загнулись внутрь и клей не может попасть в трубочки древесины. Во втором случае клей попадает в трубочки на значительную глубину, обеспечивая надежную склейку
Такая фанера была смертельно опасной, в ней крылась причина многих аварий и жертв. Единственный путь избежать этих опасностей заключался в снятии поврежденного слоя фанеры путем зачистки поверхности шкуркой. Зачистка должна была быть основательной, легкое царапание ничего не давало. Определить, какие листы в дальнейшем не поддадутся склейке, заранее не удавалось, поэтому надо было зачищать всю фанеру, которая использовалась в самолетостроении. Оказалось, что это не так-то просто организовать. Полагаться на ручную зачистку оказалось невозможным, и была разработана система механизированной обработки, после которой на фанере ставился специальный штамп.
Древесина - не тот материал, который может все стерпеть, и громадным числом неприятностей деревянные аэропланы обязаны небрежности, которая могла встретиться на любом этапе их создания и эксплуатации. Некоторые конструкторы считали, что дерево “обязано” вести себя подобно металлу. И если они совершали ошибки по этой причине, то, по их мнению, виновным было дерево, а не они сами. Военные авиатехники, особенно новички, были воспитаны в почтении к металлу, и для работы с древесиной им зачастую не хватало терпения. Бывало и такое: один техник, в гражданской жизни - владелец гаража, каждое утро выстраивал свои самолеты на асфальтированной площадке и основательно поливал их из шланга.
На заводах недоставало опытных контролеров, они работали с перегрузкой. И если некоторые ошибки объяснялись непониманием каких-то тонкостей, то, боюсь, что остальные - только преступной глупостью и безответственностью. Всегда найдутся люди, для которых ничего не значат абсолютно очевидные технические нормы и последствия отступлений от них. Склеивание - работа, требующая не столько специальных навыков, сколько ответственности. Малейшая небрежность может иметь опасные последствия.
С этим, я думаю, связаны истинные трудности изготовления деревянных аэропланов. Нужны они были в больших количествах, и делали их в спешке неквалифицированные рабочие. Древесина же - материал для мастера, она не ответит добром на отступления, неизбежные в чрезвычайном положении.
По всем этим причинам деревянные самолеты теперь в немилости. Однако лишь очень смелый оракул скажет, что им никогда не вернуться. Нельзя предсказать, в какой области техники древесина появится в следующий раз. Сейчас есть очень хорошие автомобили с деревянной рамой. Говорят, их не обошел своей милостью коммерческий успех.
Глава 7
Композиционные материалы, или как делать кирпичи с соломой
И пришли надзиратели сынов Израилевых и возопили к фараону, говоря: “Для чего ты так поступаешь с рабами твоими? Соломы не дают рабам твоим; а кирпичи, говорят нам, делайте. И вот рабов твоих бьют; грех народу твоему”. Но он сказал: “Праздны вы, праздны; поэтому и говорите “Пойдем, принесем жертву Господу”. Пойдите же, работайте. Соломы не дадут вам, а положенное число кирпичей давайте”.
