Вертолет, 2010 №01
Шрифт:
Для обеспечения безопасности эксплуатации пришлось научиться применять достижения теории вероятности и представления о поведении материалов и конструкций во всем диапазоне циклов нагружения. Не обошлось и без разработки концепций, и, хотя их можно упрекнуть в недостаточной строгости и обоснованности, они позволили создать достаточно стройную систему. Надо сказать, что эти концепции не «железобетонные» и поэтому требуют от специалистов и сейчас высокой квалификации в каждом конкретном случае. Над вопросами обеспечения безопасности эксплуатации вертолетов работали не только мы. Успешно работала группа отделения прочности ЦАГИ под руководством А.Ф. Селихова. Результаты этой работы оказались для нас чрезвычайно важными.
По инициативе Михаила Леонтьевича на всех серийных заводах в составе ОТК были созданы лаборатории усталостных испытаний, которые ежегодно проверяли задаваемый уровень усталостной прочности. Надо сказать, что Казанский вертолетный завод быстрее всех откликнулся на этот новый подход и освоил такие испытания. Началось с
Ми-6 – первый вертолет с крылом
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.
Новый комлевый стык лопасти
Первый вариант лопасти несущего винта вертолета Ми-6
При создании вертолетов, конечно, приходилось обращаться за помощью к различным научно-исследовательским институтам: ЦАГИ, ЦИАМ, ВИАМ, ГосНИИ ГА и т.д. И нам никогда не отказывали в помощи. Однако темп разработки вертолетов, задаваемый М.Л. Милем, требовал создания своей научно-технической базы. (Михаил Леонтьевич всегда говорил: «Ребята, надо стоять на собственных ногах»). Этот темп требовал создания новой культуры проектирования, где наука, конструирование, расчеты и база испытаний должны быть завязаны в один тесный узел. Важнейшим условием этого было устранение или минимизация «перегородок» между отдельными подразделениями.
Скорейшего разрешения требовали проблемы флаттера лопастей, земного резонанса, обеспечения значительной долговечности агрегатов, исследования условий существования этих агрегатов в эксплуатации и т.д. Готовых и надежных рецептов не было. Главная проблема не в том, что перед нами была сплошная «терра инкогнита». Нет, было известно множество различных работ, проведенных как в СССР, так и за рубежом. Многие из них были чрезвычайно ценны и проливали свет на разные аспекты, но это были пусть важные, но частные решения. Встречались и противоречивые выводы, не всегда совпадающие между собой. Задача заключалась в том, чтобы все освоить, осознать и свести в единую внутренне непротиворечивую систему. И поверьте, это была непростая задача. Необходимо было, чтобы целостная картина сложилась в головах. Эта система должна была работать в будущем, стать заделом под будущие вертолеты, о которых все время думал Михаил Леонтьевич.
Мы все понимаем, что есть область надежно апробированных и проверенных знаний. Но если вы хотите делать вертолет на основе тех знаний, которые уже хорошо известны, то, как правило, вы получите то же самое, что уже было сделано. И это невеликая ценность. Если же вы хотите делать что- то новое, то нужно вторгаться в область неизвестного и недостаточно надежно познанного. Неправильно думать, что области известного и неизвестного разделены четкой границей. На самом деле между ними проходит довольно широкая «серая» полоса, где во множестве возникают вопросы типа «то ли понятно, то ли непонятно, то ли может быть, то ли не может быть». Если вы хотите сделать что-то новое, надо залезать в эту полосу. Риск может быть большим. Для того чтобы понять, куда можно и стоит залезть, а куда пока не надо, нужна интуиция, способность предвидеть, храбрость (не бездумная) и осторожность (не переходящая в трусость). Это неизбежный процесс в условиях развития, и вот здесь без людей, умеющих думать нестандартно, не обойтись. Стиль работы М.Л. Миля был такой: все, кто может «лезть» в эту область, – лезьте, и вместе будем думать.
Важнейшим условием творчества коллектива, на мой взгляд, должно быть достаточное количество участников, которым есть о чем говорить друг с другом, которые способны спокойно выносить критику в свой адрес, умеют вместе находить решение. При этом важно, чтобы это количество было не меньше некой «критической массы». Заслуга Михаила Леонтьевича в том, что он сумел создать команду, «критическая масса» которой долго еще обеспечивала успехи МВЗ после его ухода.
Одним из примеров такого подхода Михаила Леонтьевича было срочное создание подразделения динамической прочности. Оказалось, что это было очень своевременное и необходимое решение. Первоначально вопросы прочности обеспечивала небольшая бригада – человек 12-15 (они участвовали в проектировании Ми-1 и Ми-4). Руководила бригадой Наталья Георгиевна Ган – весьма квалифицированный прочнист. Главный круг вопросов, которым занималась бригада, касался обеспечения прочности планера. По лопастям несущего винта делались довольно простые расчеты на прочность от центробежной силы и на свес. Флаттер, который возник при запуске первого серийного экземпляра вертолета Ми-4, сразу же обозначил проблему. Было необходимо скорейшим образом развивать подразделения, обеспечивающие безопасность вертолетов по условиям динамики. В тот момент Михаил Леонтьевич сам быстро нашел решение, лопасти были быстро перепроектированы, и проблема была снята.