Вертолет, 2010 №01

Выше я уже говорил, что конструирование с учетом усталости требует тесного соединения работы конструкторов и прочнистов, если этого нет – конструкция может быть неудачной. Обычно общение прочнистов и конструкторов строилось так: первые исходя из требований различных условий эксплуатации сочиняли нагрузки для конструкций, а конструкторы разрабатывали проект, в котором пытались учесть различные технологические, производственные и эксплуатационные требования. Затем проект вновь поступал к прочнистам, которые смотрели, достаточны ли запасы прочности в элементах конструкции. Если в каких-то местах прочность была недостаточна, они давали рекомендации по ее увеличению. Так делалось раньше, да и сейчас бывает. Но когда речь идет о конструировании с учетом усталостной прочности, эта система не работает. Слишком сложны картина распределения напряжений по всему телу конструкции и взаимодействия между элементами, и поэтому очень важно уже на начальной стадии иметь представление о том, как выстроить концепцию конструкции. В таком тандеме прочнистов и конструкторов это делать могут только прочнисты, потому что у них есть соответствующий инструментарий и «набор» идей.

Приведу пример неудачного конструирования. При создании вертолета Ми-4 по решению Михаила Леонтьевича решили переходить на цельнометаллические лопасти. Было заранее ясно, что обшивку нужно разрезать на отдельные секции, чтобы избавить ее от воздействия деформаций лонжеронов. Вот такую лопасть и сделали конструкторы: по-прежнему основным силовым элементом был тот же самый лонжерон, к которому на трех нервюрах прикреплялась каждая из секций обшивки. Таким образом, обшивка оказалась разрезанной на части. Противовес, как и на деревянной лопасти, представлял собой цельный пруток, который крепился к лонжерону с помощью самостоятельных узлов. Идея «развязать» деформации основных элементов конструкции была хорошая, но в этом конкретном исполнении оказалась неработающей. Лопасти изготовили, поставили на вертолет и начали накручивать часы. Довольно скоро нервюры и части обшивки стали трещать, некоторые узлы крепления противовеса – разрушаться. И все потому, что конструкторы не разобрались, какие новые связи на самом деле возникают между элементами и какие новые нагрузки они создают в этой конкретной конструкции. Проведенный впоследствии прочнистами анализ объяснил эти разрушения. А поскольку приблизительно в это время Сикорский продемонстрировал успешную конструкцию металлической лопасти, было решено применительно к вертолету Ми-4 повторить ее. Это всем известная конструкция на основе прессованного лонжерона и отдельных хвостовых секций.

А вот пример другого подхода к конструированию. На этот раз речь пойдет о лопасти Ми-6. Было ясно, что лопасть может быть только металлической, что в такой большой лопасти (из-за больших деформаций) во что бы то ни стало нужно освободиться от связей несущих поверхностей с лонжероном. Без принципиально новой конструкции лопасти вертолет Ми-6 не построить – это тоже было понятно. Однако технологические возможности того времени оставляли не очень большой простор для реального конструирования. Надо было «рожать» идею.

Михаил Леонтьевич поступил следующим образом: он взял двух конструкторов из отдела лопастей (это были совсем еще немного проработавшие на МВЗ Евгений Всеволодович Яблонский и Зиновий Ефимович Шнуров) и посадил их в отдел прочности, приставив к ним двух корифеев: Льва Наумовича Гродко и Андрея Владимировича Некрасова. И сказал: «Ребята, соображайте!». И ребята начали соображать. Было разработано нескольких вариантов лопасти, которые на специально изготовленном стенде подвергались жестоким испытаниям. Задача была очень сложной и противоречивой. С одной стороны, от каждой секции каркаса на лонжерон нужно было передавать аэродинамические и другие нагрузки, и для этого она должна быть прочно прикреплена к лонжерону. С другой стороны, прочная и неизбежно жесткая связь с лонжероном вовлекала каркас в деформации лонжерона – и это должно было приводить к усталостным разрушениям связи. Еще раз повторю: каркас должен быть прочно связан с лонжероном и в то же время не вовлекаться в его деформации. В общем, нужно было проскочить между Сциллой и Харибдой. В итоге задачу удалось решить. Молодые неопытные конструкторы, действуя в тесном контакте с корифеями-прочнистами, разработали концепцию, которая вызвала недоумение бывалых конструкторов: каждый отсек каркаса крепился к лонжерону почти в одной точке. На таком маленьком участке лонжерона, что через него удавалось передавать нагрузки и в то же время практически отсечь каркас от деформаций лонжерона. До совершенства эту концепцию довел замечательный конструктор В.И. Малаховский, в таком виде лопасть выпускалась на Ростовском вертолетном заводе, а вертолет Ми-6 еще долго летал на этих лопастях. Это был успех такой организации проектирования. При создании вертолетов было сделано много замечательных разработок на основе такого подхода к проектированию.