Если же говорить серьезно, то выбор материала является вторичным по отношению к выбору конструктивно-силовой схемы. Это очень интересная тема, но объяснить ее «на пальцах», без формул и чертежей, достаточно сложно. Для некоторого представления приведем два примера: байдарка и яйцо. Байдарка представляет собой каркас из легких дюралевых трубок, на который надевается тканевая обшивка. Обшивка отделяет воду от туриста, прочность же конструкции обеспечивается каркасом. Ткань можно и вовсе снять — каркас от этого не станет менее прочным; на нем можно будет сидеть или использовать его в качестве мостика через ручей. По науке это называется «пространственная ферма с неработающей обшивкой».
В яйце нет никакого каркаса. Прочность — причем весьма высокую — обеспечивает одна только скорлупа. Главным условием сохранения прочности является устойчивость (неизменность формы) оболочки. Пока внутри скорлупы есть содержимое («подкрепленная тонкостенная оболочка») сломать яйцо в кулаке сможет только очень сильный человек. Пустую скорлупу («неподкреплённая оболочка») сломает даже ребенок.
«Москито»
Яйцо и байдарка — два диаметрально противоположных полюса; реальные конструктивно-силовые схемы фюзеляжа и крыла самолета могли быть и ферменными (каркас из тонких труб, обтянутых полотном), и оболочечными (толстая «работающая» обшивка с небольшим числом подкрепляющих шпангоутов), и смешанными (относительно тонкая обшивка с большим числом продольных лонжеронов/стрингеров и поперечных шпангоутов). Выбор конструктивно-силовой схемы предопределяет и оптимальный набор материалов. Жесткую ферму удобнее всего сварить из стальных труб и обтянуть полотном. Работающую оболочку с минимальным числом подкрепляющих элементов лучше выклеить из древесного шпона (тонкая дюралевая, теми паче — стальная, оболочка равного веса окажется настолько тонкой, что произойдет местная потеря устойчивости). Смешанная конструкция крыла предполагает использование высокопрочных стальных продольных элементов (полки лонжеронов) и сочетании с подкрепленной нервюрами относительно тонкой дюралевой оболочкой.
Есть и множество других, порой — весьма неожиданных, конструктивных схем. Известным каждому специалисту примером такой необычной схемы является конструкция английского (строго говоря, делали его в Канаде) бомбардировщика «Москито». Самый скоростной бомбардировщик Второй мировой войны (максимальная скорость 670 км/час на высоте 8,5 км) был цельнодеревянным. Фюзеляж этого изумительно красивого двухмоторного самолета по своей конструктивно-силовой схеме максимально приближался к яйцу, только «скорлупа» его была не простая, а трехслойная: между двумя слоями тонкой фанеры был вклеен толстый слой бальзы. Бальза — это что-то вроде пробки, только прочнее и легче. В конечном итоге цельнодеревянный самолет отличился самым низким уровнем потерь в Королевских ВВС — в 26255 боевых самолето-вылетах от огня немецких зениток и истребителей было безвозвратно потеряно всего 196 самолетов, т. е. вероятность благополучного возвращения на родной аэродром составляла для экипажа «Москито» 99,25 %. Остается только добавить, что такая фантастическая живучесть была достигнута на самолете, лишенном всякого оборонительного вооружения!
Ярким, ослепительно ярким и оглушительно громким примером использования дерева в конструкции боевого самолета стал немецкий ракетный истребитель «Мессершмитт» «Ме-163». Эта чудо-машина благодаря использованию ракетного двигателя с тягой 1700 кгс обладала совершенно феноменальной скоростью (955 км/час) и скороподъемностью (80 м/сек). При этом крыло и вертикальное оперение (горизонтального не было вовсе) самого быстрого истребителя Второй мировой войны были цельнодеревянными…
И тем не менее в конце 40-х годов дерево навсегда ушло из конструкции боевых самолетов.
Но вовсе не потому, что дюралевые самолеты горели менее ярким пламенем. Можно назвать три основные причины этого явления. Первая — технологическая. Работать с деревом невероятно сложно. Стальной рельс можно изготовить литьем, прокаткой, ковкой. Дюралевый профиль такого сечения (по науке он называется «двутавр») получают прокаткой или прессованием. Достаточно один раз отладить технологию и изготовить соответствующую оснастку — и профиль можно «гнать» миллионами метров. А как сделать деревянный двутавр? Вырезать из бруса, отправив при этом 90 % дерева в стружку? Собрать из трех частей? Как и чем их соединить? Склейка занимает много времени и не слишком надежна; сборка на шурупах крайне трудоемка; шуруп является концентратором напряжений и приводит к растрескиванию дерева…
Невозможно даже сравнить сложность, длительность и трудоемкость выклейки многослойной фанерной скорлупы и формовку дюралевого листа (одно движение плунжера гидропресса). Склейка требует строжайшего соблюдения требований по температурному режиму, влажности и запыленности помещения, подготовке поверхностей; наконец, склейка и сушка требуют времени. Клеи (смолы), используемые при изготовлении фанеры, дороги, являются продуктом сложного химического производства, а в условиях войны и блокады они могут оказаться недоступными (именно эта беда и произошла в СССР с производством дельта-древесины).
Неустранимым недостатком дерева как конструкционного материала является нестабильность и непредсказуемость его физико-механических свойств. Прессованный профиль, изготовленный по одной технологии из алюминия одной плавки, будет иметь неизменную прочность. Для большей уверенности можно провести выборочный контроль нескольких образцов из большой партии. Ста одинаковых деревьев в природе не бывает, хуже того, не бывает даже двух одинаковых сосен, хотя бы они и росли на одной делянке. При работе с деревом надо учесть и возраст, и место произрастания, и влажность, и направленность волокон — причем по каждой отдельной заготовке…
Вторая причина отказа от дерева в самолетостроении — экономическая. Долговечность деревянного самолета в условиях российского климата исчисляется, строго говоря, одним сезонным переходом от зимы к лету. После этого его уже надо сушить, проверять, вымерять все возможные деформации крыла и оперения (не будем забывать о том, что, например, изменение установочного угла горизонтального оперения всего на 2–3 градуса приведет к полному изменению всех параметров устойчивости и управляемости). В ту эпоху, когда смена типов истребителей происходила каждые год-два, с этим еще как-то мирились. Но истребитель типа «Тандерболта» стоил уже 80 тысяч долларов (дорогих долларов 1944 года!), и выбрасывать каждый год столь и дорогостоящую технику не мог себе позволить никто.
Последнюю точку в истории деревянных самолетов поставил размер. Да, габариты тоже имеют значение. Где найти такую сосну, из которой можно было бы выпилить лонжерон крыла бомбардировщика «В-29» (размах крыла 43 метра)? Мертвый металл окончательно вытеснил живое дерево из конструкции самолётов, но старые мастера еще долго помнили то время, когда в заводском цеху благоухали запахи хвойного леса…
Глава 3
САМАЯ ГЛАВНАЯ АВИАЦИЯ
В предыдущей главе мы кратко и весьма упрощенно рассмотрели некоторые вопросы, возникающие при проектировании самолета. В этой главе мы, столь же кратко и бегло, рассмотрим несравненно более сложный вопрос: какими тактико-техническими характеристиками должен обладать самолет, на базе которого строится некая боевая система? Этот вопрос не только самый сложный, но и самый важный. История авиации переполнена примерами того, как ошибка в формулировании требований технического задания приводила к появлению великолепного самолета, который никому и ни за чем не нужен. А для того, чтобы правильно сформулировать требования к боевому самолету, необходимо максимально точно спрогнозировать характер боевых действий будущей войны, «увидеть» поле боя и понять, какие задачи на нем (над ним) может решить проектируемая система вооружений.