Основной вопрос при определении прочности самолета — это вопрос о возможных величинах нагрузок, действующих на самолет в полете и при посадке, а также вопрос о запасах прочности в конструкции. Шишкин последовательно публикует ряд работ по вопросу внешних нагрузок, действующих на самолет, и создает теоретические основы норм прочности.
Шишкин ввел в практику исследование вопросов прочности непосредственно во время полета, на самолетах.
Полетные эксперименты дали огромный материал. Наши представления о силах, действующих на самолет в полете, приобрели ясность и точность.
В результате еще в 1937 году появились нормы прочности, коренным образом отличающиеся от прежних. Требования скоростных самолетов нашли здесь полное отражение, и, несомненно, это обстоятельство весьма способствовало развитию нашей авиации в деле повышения скорости.
В те же годы начато было и исследование прочности конструкций из дерева. Эти исследования в значительной мере способствовали появлению у нас деревянных самолетов. Массовое, серийное производство истребителей, почти сплошь выстроенных из дерева, есть явление замечательное. До сих пор еще ни одна страна в мире не создала массовой авиации, тем более истребительной, пользуясь деревом как основным самолетостроительным материалом.
Нет нужды говорить о том, какое колоссальное значение для нашей страны, лесные богатства которой неисчерпаемы, имеет переход в самолетостроении к деревянным конструкциям, особенно во время войны.
Это не значит, конечно, что проблема прочности у нас решалась, имея в виду деревянные конструкции. Металлические самолеты достигли у нас высокого развития, а металлическое самолетостроение поставило перед исследователями множество проблем прочности. Опыт строительства гражданских сооружений тут совершенно не годился. Металлическое самолетостроение потребовало новых методов расчета, соединяющих простоту обычных инженерных расчетов с точными решениями, основанными на математической теории упругости.
Интересно проследить, как с развитием теоретической науки о прочности развивалась и совершенствовалась методика испытаний.
Среди всех инженерных сооружений и машин самолет, как мы могли уже понять, занимает совершенно особенное место. Особенности его заключаются в том, что вес конструкции должен быть минимальным, а это значит, что элементы конструкции должны работать с максимальным напряжением.
Борьба идет за каждый килограмм веса. Изыскиваются наиболее легкие и выгодные материалы, избегаются всякие промежуточные детали, придумываются наиболее легкие конструкции.
Проверить и обеспечить надлежащую прочность такой конструкция можно только испытанием, доводимым вплоть до разрушения ее.
Первоначально испытания на прочность самолета производились, как мы видели, весьма примитивным путем. В результате испытания получалось представление о максимальной прочности всей конструкции в целом, но как работают при этом отдельные части самолета, выяснить было невозможно.
Вид коробки крыла при испытании.
С примитивной постановкой эксперимента многого сделать нельзя.
В 1929 году в срочном порядке были начаты проектирование и строительство специальной лаборатории статических испытаний, первой в Советском Союзе и значительно опередившей по своим возможностям то, что было в это время за границей.
Лаборатория имела капитальное оборудование: железобетонный пол, две колоннады и два мостовых крана грузоподъемностью в 20 тонн. Здесь впервые было осуществлено испытание самолета в целом виде с помощью системы рычагов. Самолет подвешивался за крылья к потолку лаборатории — вернее, к мостовым кранам — и одновременно притягивался к полу за фюзеляж, моторную раму и остальные элементы, на которые опираются грузы, расположенные в самолете. При таком способе испытания самолет нагружается силами, действующими одновременно вверх и вниз, так что воспроизводится картина, имеющая место в действительности у летящего самолета. Изменяя величины и направления нагружающих сил, экспериментатор мог воспроизвести любую фигуру, которую данный самолет должен был выполнять в воздухе. Соответствующие выводы он делал, изучая потом записи приборов.